уплотнительное устройство

Формула изобретения

Уплотнительное устройство, содержащее плавающее кольцо с канавками, корпус, охватывающий торцовые поверхности плавающего кольца, уплотнитель, герметизирующий соединение плавающего кольца с корпусом и размещенный также в канавках, выполненных на цилиндрической поверхности плавающего кольца, отличающееся тем, что оно снабжено втулкой, устанавливаемой на валу уплотняемого изделия, а уплотнитель, размещенный в канавках на цилиндрической поверхности плавающего кольца, выполнен контактным, например, в виде манжет.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для герметизации вращающихся валов при передаче движения в газовые или жидкостные среды.

Известно щелевое уплотнение с плавающим кольцом (см. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др. ; Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986, стр. 375 - 377), представляющее собой комбинацию щелевого уплотнения с торцовым. Оно содержит кольцо, установленное на валу с зазором, и корпус, в котором указанное кольцо свободно перемещается в радиальном направлении. Последнее обеспечивает компенсацию несоосности и биений вала относительно корпусных деталей уплотняемого изделия. Герметизирующее действие уплотнения с плавающим кольцом осуществляется радиальной щелью между указанным кольцом и валом.

Уплотнения с плавающими кольцами имеют значительно большие утечки, чем торцовые уплотнения. Поэтому в большинстве практических случаев они не используются в качестве концевых уплотнений, их преимущественно устанавливают в узлах предварительных, межступенных и вспомогательных уплотнений или уплотнений с затворной средой.

Известно также магнитожидкостное уплотнение (МЖУ) по авт. св. N 813060, кл. F 16 J 15/40, содержащее кольцо в виде магнитного узла, установленное с зазором на валу из магнитного материала, корпус в виде магнитопровода, охватывающий торцовые поверхности кольца, и уплотнитель в виде ферромагнитной жидкости (ФЖ), герметизирующий подвижное соединение кольца с корпусом и неподвижное соединение кольца с валом.

Недостатками указанного уплотнения являются:

1. Низкая технологичность.

2. Недостаточная надежность.

3. Низкий удерживаемый перепад давления.

4. Недостаточные линейные скорости - скорости скольжения в зоне подвижного соединения.

Первые два недостатка обусловлены тем, что известное уплотнение представляет собой незавершенное в конструктивном отношении устройство. Поэтому оно не может быть собрано, а затем обкатано и испытано отдельно от уплотняемого изделия.

Третий и четвертый недостатки обусловлены недостаточными техническими возможностями МЖУ. Так, по данным СКТБ "Полюс" - разработчика и изготовителя ФЖ для МЖУ, наибольший перепад давлений и допустимые линейные скорости в разрабатываемых им МЖУ составляют соответственно 0,25 МПа и 5 м/с (см. журнал "Механизация и автоматизация производства", 1990, N 4, стр. 2), что примерно в 4 раза меньше аналогичных параметров контактных уплотнений для герметизации соединений пар вращательного движения.

Целью изобретения является повышение надежности, технологичности, удерживаемого перепада давления и линейной скорости - скорости скольжения в зоне подвижного соединения.

Поставленная цель достигается тем, что вал снабжен втулкой, на которую установлено с зазором плавающее кольцо, а в плавающем кольце выполнены канавки, в которых размещены контактные уплотнители, например, манжеты.

Анализ известных технических решений (аналогов) среди МЖУ, сальниковых и манжетных уплотнений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявленном уплотнительном устройстве, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано уплотнительное устройство для передачи движения в газовые среды; на фиг. 2 изображено уплотнительное устройство для передачи движения в жидкостные среды, обладающие смазочные свойствами.

Уплотнительное устройство на фиг. 1 включает в себя плавающее кольцо в виде магнитного узла, состоящего из постоянного магнита 1 с полюсными наконечниками 2 и 3, установленное с зазором на втулке 4 из немагнитного материала. Торцовые поверхности плавающего кольца охвачены корпусом 5 из магнитного материала. Втулка 4 установлена на валу 6. В полюсных наконечниках 2 и 3 со стороны втулки 4 выполнены канавки, в которых размещены контактные уплотнители 7 в виде неармированных манжет с браслетными пружинами.

Для создания неравномерного магнитного поля в зазорах ₁и ₂ между плавающим кольцом - магнитным узлом и корпусом 5 на последнем выполнены кольцевые канавки, заполненные уплотнителем - ФЖ 8.

В корпусе 5 установлены подшипники скольжения 9 и 10, обеспечивающие свободное перемещение плавающего кольца - магнитного узла в радиальном направлении.

Для обеспечения работоспособности уплотнительного устройства при передаче движения в газовые среды канавки под контактные уплотнители 7 и канавка между полюсными наконечниками 2 и 3, а также радиальный зазор между плавающим кольцом - магнитным узлом и втулкой 4 заполняются ФЖ 8.

Уплотнительное устройство представляет собой завершенный в конструкторском отношении агрегат, который отдельно собирается, подвергается обкатке и контрольным испытаниям, и только затем в готовом виде устанавливается в уплотняемое изделие.

Уплотнительное устройство на фиг. 2 включает в себя плавающее кольцо 1, установленное с зазором на втулке 4. Торцовые поверхности кольца 1 охвачены корпусом 5. Втулка 4 установлена на валу 6. В плавающем кольце 1 со стороны втулки 4 выполнены канавки, в которых размещены контактные уплотнители 7 в виде неармированных манжет с браслетными пружинами.

Для герметизации торцовых стыков плавающего кольца 1 с корпусом 5 в последнем выполнены канавки, в которых размещены уплотнители в виде фторопластовых колец - шайб 8 с эластомерными кольцами 11.

В корпусе 5 установлены подшипники скольжения 9 и 10, обеспечивающие свободное перемещение плавающего кольца 1 в радиальном направлении.

Уплотнительное устройство представляет собой завершенный в конструктивном отношении агрегат, который отдельно собирается, подвергается обкатке и контрольным испытаниям и только затем в готовом виде устанавливается в уплотняемое изделие.

Как в уплотнительном устройстве на фиг. 1, предназначенном для передачи движения в газовые среды, так и в уплотнительном устройстве на фиг. 2, предназначенном для передачи движения в жидкостные среды, в качестве уплотнителей 7 могут быть использованы армированные манжеты и фторопластовые кольца с браслетными пружинами, а также сальники.

Уплотнительное устройство на фиг. 1 работает следующим образом.

Постоянный магнит 1 с полюсными наконечниками 2 и 3, корпус 5 и уплотнитель в виде ФЖ 8 в уплотняемых зазорах ₁и ₂ образуют замкнутую магнитную цепь, соответствующую потоку Ф на чертеже. Под действием усилий от перепада давления p и магнитных сил одностороннего притяжения плавающее кольцо - магнитный узел своим полюсным наконечником 2 прижимается к подшипнику скольжения 9. В дальнейшем оно не вращается, а перемещается только в радиальном направлении. Этим обеспечивается компенсация несоосности и биений вала 6 относительно корпуса 5.

Магнитная сила, возникающая в результате взаимодействия уплотнителя в виде ФЖ 8 с полем постоянного магнита 1, препятствует вытеканию ФЖ 8 из уплотняемых зазоров ₁и ₂ Величина этой силы зависит от магнитных характеристик ФЖ 8, индукции в зазорах ₁и ₂ и пропорциональна градиенту магнитного поля в указанных зазорах.

Потоки рассеивания Ф_рас между внутренними поверхностями полюсных наконечников 2 и 3 исключают вытекание ФЖ 8 из радиального зазора между плавающим кольцом - магнитным узлом и втулкой 4, обеспечивая смазку трущихся поверхностей контактных уплотнителей 7 и плавающего кольца - магнитного узла.

Рассматриваемое уплотнительное устройство представляет собой комбинированное уплотнение. В нем по торцовым зазорам ₁и ₂ осуществлено магнитожидкостное уплотнение, а по радиальному зазору между плавающим кольцом - магнитным узлом и втулкой 4 - контактное уплотнение с обеспечением смазки трущихся поверхностей ФЖ 8, которые работают совместно, дополняя друг друга.

Наличие ФЖ 8, которая является не только уплотнительным, но и смазочным материалом, в зоне трения контактных уплотнителей 7 обеспечивает надежную работу уплотнительного устройства при передаче движения вала 6 в газовые среды.

Уплотнительное устройство на фиг. 2 работает следующим образом.

Под действием усилий от перепада давления p плавающее кольцо 1 прижимается к подшипнику скольжения 9. В дальнейшем оно не вращается, а перемещается только в радиальном направлении. Этим обеспечивается компенсация несоосности и биений вала 6 относительно корпуса 5. При этом герметизация торцовых стыков плавающего кольца 1 с корпусом 5 осуществляется контактными уплотнителями в виде фторопластовых колец - шайб 8 с эластомерными кольцами 11.

Герметизация подвижного соединения плавающего кольца 1 со втулкой 4 осуществляется контактными уплотнителями 7.

В рассматриваемом уплотнительном устройстве смазка трущихся поверхностей производится уплотняемой средой - жидкостью, обладающей смазочными свойствами. Поэтому рассматриваемое уплотнительное устройство не может быть использовано для передачи движения в газовые среды.

Технико-экономический эффект предложенного технического решения в сравнении с прототипом заключается в следующем.

1. Повышены технологичность и надежность.

Предлагаемые конструкции уплотнительных устройств представляют собой завершенные в конструктивном отношении агрегаты. Это позволяет производить сборку, обкатку и контрольные испытания их отдельно от уплотняемого изделия. Все это ведет к повышению технологичности и надежности агрегатов - уплотнительных устройств и уплотняемого изделия.

Прототип отдельно от уплотняемого вала представляет собой незавершенный в конструктивном отношении агрегат.

2. Увеличены удерживаемый уплотнительным устройством перепад давлений и линейные скорости - скорости скольжения в зоне подвижного соединения (соединения вала со втулкой с плавающим кольцом).

Указанные параметры определяются техническими возможностями контактных уплотнений с уплотнителями 7. Они в несколько раз превосходят возможности прототипа - МЖУ.

При этом способность плавающего кольца компенсировать несоосности и биения вала за счет свободного его перемещения в радиальном направлении позволяет предельно уменьшить величину радиального зазора между указанным кольцом и втулкой и создать благоприятные условия эксплуатации контактных уплотнителей, что в свою очередь способствует повышению их надежности и надежности всего уплотнительного устройства.