Здвоєне торцеве ущільнення

Корисна модель відноситься до машинобудівної галузі та може використовуватися в якості ущільнення між робочим валом турбомашини та нерухомими елементами статора для запобігання (зменшення) витоку робочого середовища. Торцеві ущільнення мастильних порожнин за принципом роботи розділяють на дві групи: контактні і безконтактні. Контактні ущільнення характеризуються безпосереднім стиканням обертових і нерухомих деталей в районі ущільнювального стику. Вони забезпечують необхідну герметичність мастильних порожнин опор валів турбомашин, мають незначні втрати на тертя та необхідну надійність. Конструктивні схеми торцевих контактних ущільнень досить різноманітні, що обумовлено постійним удосконаленням конструкцій і різними умовами експлуатації [див. 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. - 464с; Эскин И.Д. Конструкция демпферов и контактных уплотнений опор роторов авиационных ГТД: Учебное пособие / Под ред. А.И. Белоусова. - Куйбышев: Куйбыш. авиац. ин-т. - 1984. - 47с. та ін.]. За конструктивним виконанням торцеві ущільнення бувають одинарними, подвійними та здвоєними. При перепадах тиску до 4МПа, швидкості ковзання в зоні тертя до 100м/с та значних температурах виправданим є використання здвоєних торцевих ущільнень. Прикладом виконання такого ущільнення є конструкція здвоєного торцевого ущільнення, призначеного для забезпечення необхідної герметичності мастильних порожнин опор валів турбомашин [див. Сдвоенное торцовое уплотнение. Сонода Кадзуо, Накаяма Рикита, Хосося Сигэми, Оба Кандзи, Юхэй Хиробуми; Кобэ сэйкосё к.к., Ниппон пира когё к.к. Заявка 60-146961, Япония. Заявл. 12.01.84, № 59-3879, надрук. 2.08.85. MКИ F 16 J 15/34]. Запропоноване здвоєне торцеве ущільнення складається із збірного корпусу, торцевими елементами якого є закладні шайби, одна з яких жорстко закріплена до торцевої кришки механізму, а друга до торцевої кришки ущільнення, збірного центрального сепаратора, що обертається разом з валом механізму і в якому установлено контактний сепаратор, котрий складається із внутрішнього, нерухомо закріпленого на валу механізму, та рухомого в осьовому напрямку зовнішнього кілець та пара ущільнювальних кілець, розміщених на валу механізму по обидві сторони контактного сепаратора, проміжних кілець, притискних елементів та деталей монтажу й кріплення; при цьому натяг відповідних робочих поверхонь зовнішнього кільця контактного сепаратора, ущільнювальних та проміжних кілець здійснюється за допомогою згаданих притискних елементів, виконаних у вигляді пружин стискання, що встановлені в спеціальних гніздах, сосно виконаних у закладних шайбах та проміжних кільцях. Дану конструкцію здвоєного торцевого ущільнення прийнято в якості прототипу. До недоліків прототипу слід віднести: 1. Низьку демпфірувальну здатність пружинних обмежувачів (притискних елементів) осьових переміщень елементів ущільнення. 2. Нездатність до самоустановлення проміжних кілець відносно корпусу ущільнення (закладних шайб) та контактного сепаратора внаслідок використання в якості притискних елементів пружин стискання та штифтів як обмежувачів колового переміщення. Це сприяє зносу робочих поверхонь елементів ущільнення та зменшенню його працездатності. Завдання корисної моделі полягає у підвищенні працездатності здвоєного торцевого ущільнення за рахунок удосконалення притискних пристроїв. Для вирішення даного завдання в конструкції торцевого ущільнення, що складається із збірного корпусу, торцевими елементами якого є закладні шайби, одна з яких жорстко закріплена до торцевої кришки механізму, а друга до торцевої кришки ущільнення, збірного центрального сепаратора, що обертається разом з валом механізму і в якому установлено контактний сепаратор, котрий має внутрішнє, нерухомо закріплене на валу механізму, та рухоме в осьовому напрямку зовнішнє кільця і пара ущільнювальних кілець, розміщених на валу механізму по обидві сторони контактного сепаратора, також проміжних кілець, притискних елементів та деталей монтажу і кріплення, при цьому натяг відповідних робочих поверхонь зовнішнього кільця контактного сепаратора, ущільнювальних та проміжних кілець здійснюється за допомогою згаданих притискних елементів, суміжні робочі поверхні закладних шайб та проміжних кілець виконано під кутом 45° відносно осі обертання вала механізму з конструктивними зазорами, в котрих розташовано притискні елементи у вигляді основ, закріплених на згаданих робочих поверхнях проміжних кілець, на які нанесено пружний дротовий ворс, а крім того на робочих поверхнях закладних шайб виконано штучну шорсткість у вигляді хаотично спрямованих рисок з найбільшою висотою нерівності, що складає 0,03...0,1мм. Використання притискних елементів у вигляді основ, закріплених на робочих поверхнях проміжних кілець, на які нанесено пружний дротовий ворс, сприяє самоустановленню проміжних кілець відносно корпусу ущільнення (закладних шайб) та контактного сепаратора, що зменшує знос робочих поверхонь елементів і підвищує працездатність здвоєного торцевого ущільнення. На Фіг.1 зображено поздовжній розріз здвоєного торцевого ущільнення запропонованої конструкції; - на Фіг.2 - розріз А-А на Фіг.1. Обертовий вал 1 поєднаний з внутрішнім кільцем 2 контактного сепаратора за допомогою втулки-фіксатора 3. Зовнішнє кільце 4 контактного сепаратора, насаджене на внутрішнє кільце 2, має більший, ніж кільце 2, осьовий розмір та може пересуватися в осьовому напрямку. Кожна торцева поверхня зовнішнього кільця 4 контактує з відповідними поверхнями ущільнювальних кілець 5, а ті, в свою чергу, з робочими поверхнями проміжних кілець 6. Зовнішнє кільце 4 контактного сепаратора та ущільнювальні кільця 5 розміщені в центральному сепараторі ущільнення, що складається із лівого 7 (відповідно до зображення на Фіг.1) та правого 8 елементів. Елементи 7 і 8, зовнішнє 4 і внутрішнє 2 кільця контактного сепаратора та ущільнювальні кільця 5 утримуються в зібраному вигляді за допомогою гвинта-фіксатора 9. На похилих поверхнях проміжних кілець 6, що виконані під кутом 45° відносно осі обертання вала 1 механізму, розміщені притискні елементи у вигляді основ 10, на які нанесено пружний дротовий ворс 11. Притискні елементи кінцями пружного дротового ворсу 11 спираються на похилі поверхні закладних шайб 12, одна з яких стикується з торцевою кришкою 13 механізму, а друга з торцевою кришкою 14 ущільнення. На похилих поверхнях закладних шайб 12 нанесено штучну шорсткість у вигляді хаотично спрямованих рисок з найбільшою висотою нерівності, що складає 0,03...0,1мм (на кресленнях не показано). Для запобігання перетікання робочого середовища крізь ділянки розташування нерухомих елементів в конструкції передбачені відповідні гумові ущільнення (на кресленнях не позначено). За допомогою проставочних втулок 15 та стяжних болтів 16 здійснюється складання окремих елементів здвоєного торцевого ущільнення в єдиний конструктивний вузол. Конструкція працює таким чином. При обертанні вала 1 механізму рух передається на внутрішнє кільце 2 контактного сепаратора, що нерухомо закріплене на валу 1 за допомогою втулки-фіксатора 3, а надалі зовнішньому кільцю 4 контактного сепаратора та ущільнювальним кільцям 5. Центральний сепаратор, що складається з лівого 4 (відносно зображення на Фіг.1) та правого 5 елементів, з'єднує за допомогою гвинта-фіксатора 9 внутрішнє 2 та зовнішнє 4 кільця контактного сепаратора та ущільнювальні кільця 5 в єдиний конструктивний вузол, що обертається разом з валом 1 механізму. Відповідні поверхні ущільнювальних кілець 5 ковзають по робочим поверхням проміжних кілець 6. Натяг в робочих стиках ущільнення забезпечується за допомогою притискних елементів, що складаються із закріплених на похилих поверхнях проміжних кілець 12 основ 10, на які нанесено пружний дротовий ворс 11. Кінці пружного дротового ворсу 11 спираються на похилі поверхні закладних шайб 12, на яких виконано штучну шорсткість (на кресленнях не показано). Наявність штучної шорсткості у вигляді хаотично спрямованих рисок з найбільшою висотою нерівності, що складає 0,03...0,1мм, дозволяє запобігти прокручуванню проміжних кілець 6. Таким чином забезпечується щільність в робочих стиках запропонованої конструкції. Запропонована конструкція притискних елементів та схема їх розміщення дозволяє компенсувати можливі експлуатаційні осьові та радіальні переміщення елементів здвоєного торцевого ущільнення за рахунок здатності до самоустановлення в межах передбачених конструктивних зазорів.