Многоступенчатое торцевое уплотнение

Полезная модель относится к уплотнительной технике, а, именно, к торцовым уплотнениям, и может быть использована с наибольшим эффектом для герметизации вращающихся валов насосов, перекачивающих легковоспламеняющиеся, взрыво- и пожароопасные, токсичные, химически агрессивные и другие жидкости и газы.

С целью повышения надежности и долговечности работы многоступенчатого торцового уплотнения и повышение его долговечности при минимизации размеров конструкции в радиальном направлении предложена конструкция, в которой имеется, по меньшей мере, два одинарных торцовых уплотнения, расположенных радиально относительно друг друга, имеющие кольца пары трения, одно из которых установлено в гильзе, жестко скрепленное с валом, а другое - в неподвижном корпусе, между одинарными торцовыми уплотнениями имеется полость, сообщаемая с подводящим и отводящим каналами, выполненными в корпусе. Новым является то, что в полости размещена перегородка, выполненная в виде тонкостенной обечайки, один конец которой закреплен в корпусе, а другой конец находится на расстоянии от торца гильзы, причем это расстояние меньше наименьшего расстояния от торца гильзы до поверхности контакта колец любой пары трения.

5 илл. 3 зав. п. ф-лы

Полезная модель относится к уплотнительной технике, а, именно, к торцовым уплотнениям, и может быть использована с наибольшим эффектом для герметизации вращающихся валов насосов, перекачивающих легковоспламеняющиеся, взрыво- и пожароопасные, токсичные, химически агрессивные и другие жидкости и газы.

Известно многоступенчатое торцовое уплотнение, выполненное в виде двух отдельных ступеней уплотнения, расположенных в радиальном направлении, имеющие кольца пары трения, одно из которых установлено в гильзе, которая жестко скреплена с валом, а другое - в неподвижном корпусе, между одинарными торцовыми уплотнениями имеется полость, сообщаемая с подводящим и отводящим каналами, выполненными в корпусе (см. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Л.А.Кондаков, A.И.Голубев, В.Б.Овандер и др., Под общей редакцией A.И.Голубева, Л.А.Кондакова - М.: Машиностроение, 1986, стр. 291).

Наиболее близким техническим решением, взятое за прототип, является многоступенчатое торцовое уплотнение, содержащее, два одинарных торцовых уплотнения, расположенных радиально относительно друг друга, имеющие кольца пары трения, одно из которых установлено в гильзе, которая жестко скреплена с валом, а другое - в неподвижном корпусе, между одинарными торцовыми уплотнениями имеется полость, сообщаемая с подводящим и отводящим каналами, выполненными в корпусе (см. фиг.2 патента РФ №2116530 публ. 27.07.1998 г.)

Недостатком данного решения является то, что в связи с невозможностью размещения подводящего и отводящего каналов с разных сторон в осевом направлении торцовых уплотнений, поступающая в полость охлаждающая жидкость не в полной мере выполняет свое назначение, так как в данной полости образуется застойная зона и

равномерная циркуляция жидкости по окружности и вдоль полости отсутствует. Из-за этого происходит перегрев торцовых уплотнений и, как следствие, быстрый выход их из строя. Кроме того, при такой конструкции требуется увеличенный объем полости, в следствие наличия подводящих и отводящих каналов круглого сечения, а это влечет за собой увеличение габаритов конструкции.

Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение надежности и долговечности работы многоступенчатого торцового уплотнения и повышение его долговечности при минимизации размеров конструкции в радиальном направлении.

Технический результат полезной модели достигается за счет того, что в полости размещена перегородка, выполненная в виде тонкостенной обечайки, один конец которой закреплен в корпусе, а другой конец находится на расстоянии h ₁ от торца гильзы, причем это расстояние меньше наименьшего расстояния от торца гильзы до поверхности контакта колец любой пары трения. Толщина обечайки может составлять 0,5-2,0 мм. Площадь кольцевого сечения между концом обечайки и горцем гильзы S ₂ может задаваться соотношениями S₂ >S>S₁; S₂S₁; где: S - площадь входного сечения между наружным диаметром обечайки и внутренним диаметром колец наружной пары трения, определяемой по формуле:

S=·(d²_вн.кп -D²_н.об)·2H/4, где:

- число ПИ;

d_вн.кп - внутренний диаметр колец пары трения наружного уплотнения:

D _н.об - наружный диаметр обечайки;

2Н - длина в осевом направлении, равная высоте пары колец трения;

S ₁ - площадь сечения соединяющая входную и выходную полости, определяемая по формуле:

S₁=·(D²_н.об -d²_вн.об)·h ₁/4

где:

d_вн.об- внутренний диаметр обечайки:

h₁ - длина кольцевой щели.

S₂- площадь выходного сечения из полости, определяемой по формуле:

S₂ =·(d²_вн.об -D²_н.о)·2H/4,

где:

D_н.о - наружный диаметр обоймы.

Подводящие и отводящие каналы в корпусе, непосредственно соединенные с полостью, могут быть выполнены в виде радиусных щелей малой ширины, причем площадь сечения подводящих и площадь сечения отводящих каналов в корпусе, равна площади сечения подводящего канала к корпусу.

На фиг.1 изображен продольный разрез многоступенчатого торцового уплотнения;

На фиг.2 изображен узел I фиг.1;

На фиг.3 изображен узел II фиг.1;

На фиг.4 изображен вид А фиг.2;

На фиг.5 изображен вид Б фиг.3.

Многоступенчатое торцовое уплотнение состоит, по меньшей мере, из двух одинарных торцовых уплотнений, расположенных радиально относительно друг друга (см. фиг.1). Торцовые уплотнения имеют кольца пары трения 1, 2, установленные в гильзе 3. Гильза жестко скреплена с валом 4, а другие кольца 5, 6 - обоймах 7, 8, которые в свою очередь размещены в неподвижном корпусе 9. Между одинарными торцовыми уплотнениями имеется полость 10, сообщаемая с подводящим 11 и отводящим 12 каналами, выполненными в корпусе 9. В полости размещена перегородка 13, выполненная в виде тонкостенной обечайки, один конец которой закреплен в корпусе 9, а другой конец находится на расстоянии h₁ от торца гильзы 3, причем это расстояние меньше наименьшего расстояния Н от торца гильзы до поверхности контакта колец любой пары трения. Толщина обечайки может составлять 0,5-2,0 мм. Площадь кольцевого сечения между торцем обечайки и торцем гильзы S₁ определена

соотношениями

S₂>S>S ₁; S₂S₁;

где: S - площадь входного сечения между наружным диаметром обечайки и внутренним диаметром колец наружной пары трения, определяемой по формуле:

S=·(d²_вн.кп -D²_н.об)·2H/4, где:

- число ПИ;

d_вн.кп - внутренний диаметр колец пары трения наружного уплотнения;

D _н.об - наружный диаметр обечайки;

2Н - длина в осевом направлении, равная высоте пары колец трения;

S ₁ - площадь сечения соединяющая входную и выходную полости, определяемая по формуле:

S₁=·(D²_н.об -d²_вн.об)·h ₁/4

где:

d_вн.об- внутренний диаметр обечайки;

h₁ - длина кольцевой щели.

S₂- площадь выходного сечения из полости, определяемой по формуле:

S₂ =·(d²_вн.об -D²_н.о)·2H/4,

где:

D_н.о - наружный диаметр обоймы.

Подводящий 14 и отводящий 15 каналы в корпусе 9, (см. фиг.4, 5) непосредственно соединенные с полостью 10, могут быть выполнены в виде одной или нескольких радиусных щелей малой ширины а, площадь сечения которых равна площади сечения подводящего канала 11 к корпусу. Желательно, чтобы подводящий канал круглого сечения 11 и отводящий канал круглого сечения 12 корпуса 9 были равны по площади поперечного сечения.

Работа многоступенчатого торцового уплотнения осуществляется следующим образом.

Затворная жидкость, подводимая через канал 11, поступает через канал 14, выполненный в виде радиусной щели, в полость 10. Благодаря введенной обечайке 13 жидкость имеет направленный вектор движения вдоль оси уплотнений и принудительно и равномерно омывает внутренние поверхности колец пары трения наружного уплотнения, охлаждая и смазывая их. Причем, величина площади кольцевого сечения между торцем обечайки и торцем гильзы S₁ определена соотношениями S₂>S>S ₁; S₂S₁;

где: S - площадь входного сечения между наружным диаметром обечайки и внутренним диаметром колец наружной пары трения, определяемая по формуле:

S=·(d²_вн.кп -D²_н.об)·2H/4, где:

- число ПИ;

d_вн.кп - внутренний диаметр колец пары трения наружного уплотнения;

D _н.об - наружный диаметр обечайки;

2Н- длина в осевом направлении, равная высоте пары колец трения;

S ₁ - площадь сечения соединяющая входную и выходную полости, определяемая по формуле:

S₁=·(D²_н.об -d²_вн.об)·h ₁/4

где:

d_вн.об - внутренний диаметр обечайки;

h₁ - длина кольцевой щели.

S₂ - площадь выходного сечения из полости, определяемой по формуле:

S₂ =·(d²_вн.об -D²_н.о)·2H/4,

где:

D_н.о - наружный диаметр обоймы.

Затворная жидкость, проходя через зазор h₂ , омывает и смазывает снаружи поверхности колец пары трения внутреннего уплотнения. В дальнейшем жидкость выходит через отводящие каналы 15 (см. фиг.5), выполненные в виде полуокружности радиусом г.Данная конструкция

имеет минимально возможные радиальные размеры, что позволяет обеспечить экономию по массе, или увеличить радиальные размеры пар трения наружного и внутреннего уплотнений, тем самым, увеличив надежность работы конструкции.

Промышленная применимость очевидна. Данная конструкция проходит проверку на ОАО «ПОЛИЭФ» г.Уфа и доказала свое преимущество по сравнению с прототипом.

1. Многоступенчатое торцевое уплотнение, содержащее, по меньшей мере, два одинарных торцевых уплотнения, расположенных радиально относительно друг друга, имеющие кольца пары трения, одно из которых установлено в гильзе, жестко скрепленное с валом, а другое - в неподвижном корпусе, между одинарными торцевыми уплотнениями имеется полость, сообщаемая с подводящим и отводящим каналами, выполненными в корпусе, отличающееся тем, что в полости размещена перегородка, выполненная в виде тонкостенной обечайки, один конец которой закреплен в корпусе, а другой конец находится на расстоянии от торца гильзы, причем это расстояние меньше наименьшего расстояния от торца гильзы до поверхности контакта колец любой пары трения.

2. Многоступенчатое торцевое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что толщина обечайки составляет 0,5-2,0 мм.

3. Многоступенчатое торцевое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что площадь кольцевого сечения между концом обечайки и торцом гильзы S ₂ задается соотношениями S₂>S>S ₁; S₂S₁, где S - площадь входного сечения между наружным диаметром обечайки и внутренним диаметром колец наружной пары трения, определяемой по формуле

S=·(D²_вн.кп -D²_н.об)·L/4,

где D_вн.кп - внутренний диаметр колец пары трения наружного уплотнения;

D_н.об - наружный диаметр обечайки;

L - длина в осевом направлении, равная высоте пары колец трения;

S₁ - площадь выходного сечения из полости, определяемой по формуле

S₁=·(d²_вн.кп -D²_о)·L ₁/4,

где d_вк.об - внутренний диаметр обечайки;

D_o - наружный диаметр обойм пары трения внутреннего уплотнения;

S ₂=·(D²_вн.кп -d²_н.об)·h ₂/4,

где h₂ - высота кольцевой щели.

4. Многоступенчатое торцевое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что подводящие и отводящие каналы в корпусе, непосредственно соединенные с полостью, выполнены в виде радиусных щелей малой ширины, причем площадь сечения подводящих и площадь сечения отводящих каналов в корпусе равна площади сечения подводящего канала к корпусу.