торцовое уплотнение вала смесителя взрывчатого состава и способ пропитки уплотнительного кольца из войлока для торцового уплотнения вала смесителя взрывчатого состава

Формула изобретения

1. Торцовое уплотнение вала смесителя взрывчатого состава, отличающееся тем, что оно содержит металлическое опорное кольцо, контактирующее с ним уплотнительное кольцо и устройство поджатия колец с нажимной втулкой, имеющей в месте контакта с уплотнительным кольцом иголки либо усики, входящие в уплотнительное кольцо, причем удельное давление колец в месте контакта составляет 0,1...0,2 МПа, уплотнительное кольцо выполнено из войлока, пропитанного под давлением стойкой к агрессивной среде теплостойкой смазкой с вязкостью при температуре 80°С 10...30 Па·с, и имеет вес в 2...2,5 раза больше веса непропитанного кольца.

2. Торцовое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что уплотнительное кольцо выполнено разрезным под углом 45°.

3. Торцовое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что в опорное кольцо в месте контакта с уплотнительным кольцом вмонтирован датчик температуры.

4. Способ пропитки уплотнительного кольца из войлока для торцового уплотнения вала смесителя взрывчатого состава, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо пропитывают стойкой к агрессивной среде теплостойкой смазкой с вязкостью при температуре 80°С 10...30 Па·с под давлением поочередно с одной и другой стороны, при этом контролируют выход смазки с противоположной стороны по всей поверхности и вес уплотнительного кольца, который после пропитки должен быть в 2...2,5 раза больше веса непропитанного кольца.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к области смешения взрывчатых составов, в том числе порохов и твердых ракетных топлив.

Торцовое уплотнение предназначено для герметизации валов рабочих органов смесителей взрывчатых составов и исключения прохода взрывчатых составов и их компонентов наружу в процессе смешения.

Уплотнения торцового типа обладают рядом преимуществ, к которым относятся высокое качество герметизации, малое трение, высокий срок службы и несложность эксплуатации. Кроме того, подобные устройства позволяют решить сложные проблемы уплотнения в любых средах за счет подбора соответствующих материалов уплотнения.

Известно торцовое уплотнение вала смесителя для смешения компонентов взрывчатых составов по патенту РФ №2233824, где в качестве узла уплотнения ротора используется торцовое уплотнение с устройством для регулируемого поджатия поджимной втулкой уплотнительного кольца.

При этом конструкция узла уплотнения обеспечивает возможность самоустановки торцового подпружиненного элемента уплотнения. Однако в конструкции узла отсутствует фиксация уплотнительного кольца относительно нажимной втулки, а также для замены уплотнительного кольца требуется разборка всего устройства.

Известна также схема торцового уплотнения, приведенная на фиг.285 «е», с.402 книги «Расчеты и конструкции самолетных гидравлических устройств», Т.М.Башта, Оборонгиз, Москва, 1961 г., принятая за наиболее близкий аналог. Уплотнение состоит из уплотнительного кольца из мягкого антифрикционного материала и контактирующего с ним по торцу металлического опорного кольца. Первое кольцо поджимается ко второму кольцу с помощью пружины. Это уплотнение является наиболее простым и удобным в эксплуатации.

Недостатком указанного узла уплотнения является то, что оно надежно работает для уплотнения рабочей среды типа минеральных масел. Наличие в рабочей среде уплотняемого аппарата порошкообразных материалов отрицательно влияет на герметичность узла, так как попадание в зону трения частиц материалов вызывает износ поверхностей трения уплотнительных колец и, как следствие, потерю герметичности.

Известны также уплотнения сальникового типа, где в качестве уплотнительного кольца используется войлок, пропитанный жидкой смазкой. Недостатком такого уплотнения является то, что оно не обеспечивает полной герметичности, а кольцо из-за быстрой потери смазки приходится часто перепропитывать. Замена же уплотнительных колец без разборки узлов смесителей невозможна. Кроме того, в известных типах уплотнений отсутствует контроль температуры в месте контакта уплотняющих колец.

Технической задачей предлагаемого изобретения является:

- подбор антифрикционного материала для уплотнительного кольца и смазки для его пропитки;

- определение и контроль безопасных параметров контактного давления в уплотнительных кольцах;

- определение параметров уровня пропитки уплотнительного кольца;

- упрощение операций по обслуживанию узла уплотнения.

Технический результат достигается за счет того, что в торцовом уплотнении валов смесителей взрывчатых составов, содержащих металлическое опорное кольцо и контактирующее с ним уплотнительное кольцо из мягкого антифрикционного материала, устройство для регулируемого поджатия колец с нажимной втулкой, материалом для мягкого уплотнительного кольца служит войлок, пропитанный стойкой к агрессивной среде, теплостойкой смазкой с вязкостью при температуре 80°С 10...30 Па·с, причем вес кольца после пропитки должен быть в 2...2,5 раза больше веса непропитанного кольца; нажимная втулка в месте контакта с кольцом имеет иголки или усики, входящие в войлочное кольцо для исключения его проворота; удельное давление контактирующих колец в месте контакта составляет 0,1...0,2 МПа. Контроль температуры в месте контакта опорного и уплотнительного колец осуществляется датчиком температуры, вмонтированным в металлическое кольцо. Для упрощения обслуживания узла уплотнения войлочное кольцо может быть выполнено разрезным под углом 45°.

Известны способы насыщения смазкой антифрикционных уплотнительных элементов для улучшения их технических характеристик. Наиболее широкоприменяемым является пропитка жидкой смазкой путем нагрева уплотнительных элементов в ванне с жидкой смазкой. Недостатком этого способа является недолговечность работы уплотнения из-за вытекания жидкой смазки. Недостатком этого способа является недолговечность работы уплотнения из-за вытекания жидкой смазки.

Известен способ обработки уплотнений по патенту СССР №932036 от 29.10.80 (Журнал «Изобретения» №20, 1982 г.), принятый за наиболее близкий аналог, где уплотнительные элементы из пористых материалов пропитываются студнеобразными коллоидными растворами на основе дисперсного порошка и жидкостей со смазочными свойствами при температуре 120...155°С, причем пропиточный раствор содержит твердую смазку предварительно диспергированную в глицерине.

Недостаток указанного способа - сложность приготовления пропиточного раствора, высокая температура, отсутствие контроля уровня пропитки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является:

- разработка надежного способа' пропитки консистентной смазкой уплотнительного кольца из войлока, обеспечивающего долговременную эксплуатацию;

- разработка методики контроля качества пропитки.

Технический результат достигается за счет того, что уплотнительное кольцо пропитывают стойкой к агрессивной среде теплостойкой смазкой с вязкостью при температуре 80°С 10...30 Па·с под давлением поочередно с той и другой стороны, при этом контролируют выход смазки с противоположной стороны по всей поверхности и вес уплотнительного кольца после пропитки должен быть в 2...2,5 раза больше веса непропитанного кольца.

В качестве примера предлагаемого торцового уплотнения на фиг.1 изображен узел уплотнения шнека смесителя взрывчатых составов. Торцовое уплотнение содержит металлическое кольцо 1 с полированной поверхностью в зоне контакта с мягким войлочным кольцом 2, пропитанным смазкой. В качестве смазки применена смазка ЦИАТИМ-221 ГОСТ 9433-80 ("Пластичные смазки в СССР", Ассортимент, справочник, Москва, «Химия», 1979 г., с.65-73), что необходимо, так как при переработке взрывчатых составов температура переработки достигает 80°С, а в зоне контакта за счет сил трения температура, как правило, выше на 10-15С°; смазка может хорошо работать в условиях вакуума. Кроме того, смазка имеет относительно высокую вязкость (10...30 Па·с при температуре 80°С) и высокую температуру каплепадения, что позволяет пропитанному этой смазкой войлочному кольцу работать длительное время без потери смазки.

Вес кольца после пропитки должен быть больше веса непропитанного кольца в 2...2,5 раза, что обеспечивает заполнение смазкой всего объема войлочного кольца и гарантирует длительную работу его без замены; высокая степень пропитки гарантирует исключение попадания частиц агрессивных компонентов внутрь войлочного кольца. Кольцо 1 устанавливается в корпус смесителя на эластичное резиновое кольцо 3, поджимаемое втулкой 4, выступ «а» которого входит в паз кольца 3, фиксируя его от проворота. Войлочное кольцо 2 поджимается втулкой 5 с помощью пружин к кольцу 1. Все пружины предварительно тарируются и при сборке контактное усилие между кольцами 1, 2 устанавливается путем сжатия пружин до необходимого размера «в». В предлагаемом устройстве это усилие устанавливается с обеспечением удельного давления контактирующих колец 0,1...0,2 МПа.

Как было установлено опытным путем, нижний предел удельного давления обеспечивает герметичность уплотнения, а верхний предел ограничен из-за возможности недопустимого разогрева в зоне контакта.

На фиг.2 в сечении А-А показана фиксация от проворота войлочного кольца 2 усиком «с» втулки 5.

На фиг.3 изображено торцовое уплотнение вала мешалки смесителя, работающего под вакуумом. В нем опорное кольцо 7 вмонтировано в мешалку 8, войлочное кольцо 9 поджимается к опорному кольцу втулкой 10 пружинами 11. Для обеспечения поддержания вакуума в смесителе узел уплотнения содержит манжеты 12, 13. С целью обеспечения возможности замены кольца 9 без разборки подшипникового узла мешалки, кольцо выполнено разрезным, как изображено на фиг.4. При этом кольцо устанавливается так, чтобы направление разреза было по ходу вращения мешалки во избежание задира кромки разреза. От проворота такое кольцо 9 (фиг.3) фиксируется иголками 14.

На фиг.5 изображен узел уплотнения шнека смесителя, в котором в опорное кольцо 1 вмонтирован датчик температуры, в максимально возможной близости от зоны контакта колец 1 и 2. Наличие такого датчика позволяет предотвратить аварийные ситуации в тех случаях, когда температура в узле уплотнения повышается до таких пределов, когда может начаться интенсивное разложение компонентов взрывчатого состава.

На фиг.6 изображено устройство для пропитки войлочных колец 2. Устройство состоит из основания 16 и крышки 17, скрепленных болтом 18. На крышке установлен цилиндр 19 с поршнем 20, установленным на конце винта 21; на другом конце винта установлена рукоятка 22. В нижней части основания по всей поверхности в месте установки войлочного кольца выполнены сквозные резьбовые отверстия, которые могут быть заглушены винтами 23.

Процесс пропитки войлочного кольца осуществляется следующим образом. Войлочное кольцо кладется в канавку основания 16, закрывается крышкой 17 и скрепляется болтом 18. Цилиндр 19, установленный на крышке, заполняется смазкой типа ЦИАТИМ-221, поршень 20 с винтом 21, крышкой 24 и рукояткой 22 устанавливается на цилиндр. Винты 23 из основания сняты. Вращением рукоятки поршень выдавливает смазку. По мере появления смазки из отверстий они заглушаются винтами 23. После того как смазка появится из последнего отверстия, крышка 17 снимается с основания, кольцо поворачивается другой стороной, крышка вновь собирается с основанием, смазка, при необходимости, добавляется, винты 23 вывертываются и процесс пропитки повторяется. Такой способ пропитки обеспечивает заполнение смазкой всего объема войлока, что при работе исключает попадание в войлок компонентов взрывчатого состава, и обеспечивает длительную работу узла уплотнения. Кроме того, контроль качества пропитки производится путем взвешивания кольца до и после пропитки, который должен увеличиться в 2...2,5 раза.

Далее для упрощения процесса замены кольца оно может быть разрезано, как показано на фиг.4.

Предлагаемое торцовое уплотнение валов было испытано с положительными результатами в опытном производстве ФГУП «НИИПМ» на смесителе взрывчатых составов СНД-75М.