Торцеве ущільнення

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к конструкциям насосов, применяемых в перерабатывающих отраслях промышленности, например, для перекачивания молока и жидких молочных продуктов. Молочные насосы с торцовыми уплотнениями эксплуатируются в сложных условиях, перекачивая кислые и щелочные, холодные и горячие, жидкие и густые среды, а также моющие и дезинфицирующие растворы на основе химических реагентов. Нередки также случаи, когда насос какое-то время работает в отсутствие перекачиваемой жидкости в режиме сухого трения, т.е. "всухую". Очевидно, что при этом отвод выделяющейся в паре трения теплоты резко ухудшается. Тогда из-за перегрева уплотнительных колец их упругие свойства и геометрические размеры необратимо изменяются. В конечном счете из-за этого наступает разгерметизация уплотнения и появляется течь жидкости. Защита торцовых уплотнений от перегрева при работе в режиме сухого трения и повышение их надежности при длительной эксплуатации имеет важное значение. Известно торцовое уплотнение (авт.св. СССР № 1560817), в котором пара трения образована подвижной и неподвижной втулками, каждая из которых уплотнена соответственно относительно вала и относительно корпуса насоса с помощью упругоустановленных уплотнительных колец из эластичного материала, например, резины. Торцовое уплотнение содержит также пружину, поджимающую подвижную втулку к неподвижной. Наличие уплотнительного кольца между неподвижной втулкой и корпусом затрудняет отвод теплоты, выделяющейся в паре трения в случаях пуска насоса без заполнения жидкостью, срывах подачи, работе "всухую" и т.п. Это приводит к перегреву и утрате упруги х свойств уплотнительных колец, разгерметизации уплотнения. Наиболее близким по технической сущности является торцовое уплотнение (патент РФ №2014511, опублик. 1994), содержащее пару трения из двух втулок, неподвижная из которых плотно установлена в корпусе насоса, а подвижная снабжена открытой цилиндрической канавкой для уплотнительного кольца, причем ее радиальный размер меньше номинального диаметра поперечного сечения уплотнительного кольца. Пружина своим торцом контактирует с подвижной втулкой. В данной конструкции торцового уплотнения условия отвода теплоты от пары трения более благоприятные, поскольку неподвижная втулка встроена в крышку плотно, без зазора. В силу это го, а также благодаря исключению одного из двух уплотнительных колец, как наиболее уязвимых элементов торцового уплотнения, надежность и долговечность последнего повышаются. Однако со временем, под действием высоких температур перекачиваемых сред, материал уплотнительного кольца подвергается старению и усадке. Вследствие этого нарушается герметичность уплотнения вала и подвижной втулки, что приводит к протечкам жидкости. В основу изобретения поставлена задача сохранения герметичности уплотнения неподвижной втулки и вала путем поддержания уплотнительного кольца в постоянно сжатом состоянии, а также путем снижения тепловыделения в паре трения и интенсификации отвода теплоты от нее, что в совокупности позволяет повысить надежность и долговечность торцового уплотнения. Поставленная задача решается тем, что в торцовом уплотнении, содержащем пружину и пару трения из двух втулок, неподвижная из которых плотно установлена в корпусе насоса, а подвижная снабжена открытой канавкой с расположенным в ней уплотнительным кольцом, канавка в подвижной втулке выполнена конусообразной, а торец пружины контактирует с уплотнительным кольцом. Такой форме канавки присущий эффект клина, а тем самым и способность при меньшем усилии пружины обеспечивать постоянный, не зависящий от усадки уплотнительного кольца, плотный контакт и герметичность уплотнения подвижной втулки и вала. Так как усилие пружины передается и на пару трения, то его снижение способствует уменьшению тепловыделения в ней, что особенно важно при работе насоса в режиме сухого трения. Поставленная задача решается также тем, что угол конусности канавки в подвижной втулке составляет 18-30°. Указанный диапазон численных значений угла конусности определен экспериментально и обеспечивает стабильную герметизацию подвижной втулки с валом. При углах больше 30° для обеспечения надежного прижатия уплотнительного кольца к валу и подвижной втулке требуется более жесткая пружина. Тем самым возрастает сила трения в стыке втулок и ускоряется износ уплотнения. При углах меньше 18° наблюдается чрезмерное защемление и преждевременный износ уплотнительного кольца в случаях смещения вала в процессе эксплуатации насоса. Поставленная задача решается и тем, что неподвижная втулка выполнена из материала с большим коэффициентом теплопроводности, чем подвижная. Такое сочетание материалов обеспечивает интенсивный отвод теплоты и ее рассеивание на корпусе при холостом ходе насоса, что способствует сохранению физикомеханических свойств уплотнительного кольца и пары трения. Совокупность приведенных признаков позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении надежности в работе и долговечности торцового уплотнения. На чертеже изображено заявляемое торцовое уплотнение. Торцовое уплотнение содержит пару трения из двух втулок: неподвижной 1. закрепленной в корпусе 2 насоса, подвижной 3, установленной на валу 4 и герметизированной с ним уплотнительным кольцом 5. Последнее размещено в конусообразной канавке подвижной втулки 1 и поджато к ней пружиной 6, контактирующей одним торцом с уплотнительным кольцом 5, а вторым - с рабочим колесом 7. Пружина 6 удерживает пару трения в постоянном контакте. Наряду с этим пружина компенсирует износ рабочих втулок, поддерживая тем самым постоянный контакт поверхностей пары трения. Устройство работает следующим образом. Под действием пружины 6 и гидростатического давления перекачиваемой воды подвижная втулка 3 плотно прижимается к неподвижной и одновременно самоуплотняется с валом 4 посредством уплотнительного кольца 5 благодаря возникновению клинового эффекта в конусообразной канавке подвижной втулки 3. Тем самым при меньшем усилии, развиваемом пружиной, достигается надежная герметизация подвижной втулки с валом и пары трения. При работе насоса вхолостую на пару трения действует лишь усилие сжатой пружины 6, которое существенно меньше силы гидростатического давления перекачиваемой жидкости Как следствие, сила трения, а тем самым и теплообразование в зоне контакта втулок 1 и 3, резко снижается. В силу этого, а также благодаря плотному закреплению в корпусе 2 насоса неподвижной втулки 1 из более теплопроводного материала, чем втулка 3, появляется возможность практически полностью отводить от пары трения теплоту на корпус 2 насоса и рассеивать в окружающую среду. Таким образом предотвращается перегрев уплотнительного кольца 5 и преждевременная потеря физико-механических свойств материала, из которого оно изготовлено.