Торцеве ущільнення валу

1. Торцеве ущільнення валу, що містить корпус з каналами, встановлене на валу з вторинним ущільненням аксиально-рухоме кільце зі звернутою до корпусу робочою торцевою поверхнею і з виконаними на ній кільцевими виступами, контактуючими з корпусом, які утворюють з ним буферну порожнину, з'єднану з відповідним їй каналом в корпусі, і з внутрішньою поверхнею, звернутою в сторону від робочої поверхні, і розташовану між валом і найбільшим діаметром розміщення кільцевих виступів, яке відрізняється тим, що між буферною порожниною і зовнішнім простором робочої торцевої поверхні аксиально-рухомого ущільнюючого кільця і корпусом утворена додаткова порожнина, обмежена кільцевими виступами і з'єднана з відповідним їй каналом в корпусі, при цьому сума площ проекцій буферної і додаткової порожнин на нормальну до осі обертання валу площину більше площі проекції внутрішньої поверхні аксиально-рухомого ущільнюючого кільця на ту ж площину, при A (54) ТОРЦЕВЕ УЩІЛЬНЕННЯ ВАЛУ 28822 кільцеву буферну порожнину. Через канали в непорушному кільці і в корпусі в цю порожнину подається буферна рідина. В якості буферної рідини застосовується мінеральне масло, пари тертя кілець змащуються, що знижує їх знос (Г.В. Макаров. Ущільнюючі пристрої. М-Л.: Машинобудування, 1965, с. 107, рис. 956). Істотним недоліком цього ущільнення є низька надійність і довговічність. При роботі в режимі полурідинного або граничного тертя, ущільнюючі кільця інтенсивно зношуються. При терті виділяється значна кількість тепла, нагріваючи при цьому буферну рідину. В основу винаходу поставлена задача зниження зносу ущільнюючих кілець і усунення нагріву буферної рідини, що забезпечить підвищення надійності і довговічності роботи ущільнення. Поставлена задача вирішується тим, що в торцевому ущільненні валу, що містить корпус з каналами, встановлене на валу зі вторинним ущільненням аксиально-рухоме кільце зі звернутою до корпусу робочою торцевою поверхнею і з виконаним на ній кільцевими виступами, що контактують з корпусом і що утворюють з ним буферну порожнину, з'єднану з відповідним їй каналом в корпусі, і з внутрішньою поверхнею, звернутої в сторону від робочої поверхні, і розташованої між валом і найбільшим діаметром розміщення кільцевих виступів, між буферною порожниною і зовнішнім простором робочої торцевої поверхні аксиально-рухомого ущільнюючого кільця і корпусом утворена додаткова порожнину. Обмежена кільцевими виступами і з'єднана з відповідним їй каналом в корпусі, при цьому, сума площ проекцій буферної і додаткової порожнин на нормальну до вісі обертання валу порожнину більше площі проекції внутрішньої поверхні аксиально-рухомого ущільнюючого кільця на ту же площину, причому, площа проекції останньої більше площі проекції буферної порожнини на ту же площину. Між буферною порожниною і ущільнювальною областю робочої торцевої поверхні аксиально-рухомого ущільнюючого кільця і корпусом утворена дренажна порожнина високого тиску, обмежена кільцевими виступами і з'єднана з відповідним їй каналом в корпусі. Сума площ проекцій буферної, додаткової і дренажної високого тиску порожнин на нормальну до осі обертання валу площину більше площі проекції внутрішньої поверхні аксиально-рухомого ущільнюючого кільця на ту же площину, при цьому, площа проекції останньої більше суми площ проекцій буферної і дренажної високого тиску порожнин на ту же площину. Між додатковою порожниною і зовнішнім простором робочою торцевою поверхнею аксиально-рухомого ущільнюючого кільця і корпусом утворена дренажна порожнина низького тиску, обмежена кільцевими виступами і з'єднана з відповідним їй каналом в корпусі. В каналі, з'єднаному з додаткової порожниною, встановлений регулюючий вентиль. Можливість встановлювати гарантований дроселируючий зазор при роботі між контактуючими поверхнями аксиально-рухомого кільця і корпуса забезпечує рідинне тертя між ними, що виключає знос і нагрів поверхонь. При цьому з'являється можливість регулювати величину дроселюючих зазорів регулюючим вентилем. Суттєвість винаходу пояснюється кресленням (фіг.), де зображений повздовжній розріз торцевого ущільнення. Торцеве ущільнення валу 1 складається з корпуса 2 і аксиально-рухомого ущільнюючого кільця 3, встановленого на валу 1 зі вторинним ущільненням 4. Робоча торцева поверхня кільця 3, звернута до корпуса 2, постачена концентричними кільцевими виступами 5, що утворять з корпусом 2 дренажну порожнину високого тиску 6, буферну порожнину 7, додаткову порожнину 8 і дренажну порожнину низького тиску 9. В корпусі 2 виконані відповідні порожнинам 6, 7, 8 і 9 кільця 3 канали низького гідравлічного опору 10, 11, канал 12 з регулюючим гідравлічний опір вентилем 13, і канал 14. Ущільнююче кільце герметизує ущільнювальну область високого тиску Р від зовнішнього простору. Сума площ проекцій буферної 7 і додаткової 8 порожнин на нормальну до осі обертання валу площу більше площі проекції внутрішньої поверхні 15 аксиально-рухомого кільця на ту же площу. Площа проекції внутрішньої поверхні 15 аксиально-рухомого кільця на ту же площу більше площі проекції буферної порожнини 7 на ту же площу. Сума проекцій буферної 7, додаткової 8 і дренажної високого тиску 6 на нормальну до осі обертання валу площу більше площі проекції внутрішньої поверхні 15 аксиально-рухомого кільця 3 на ту же площу. Площа проекції внутрішньої поверхні 15 аксиально-рухомого кільця більше суми площ проекцій буферної 7 і дренажної порожнини 6 високого тиску на ту же площу. Каналом 10 дренажна порожнина високого тиску 6 з'єднана з вихідною камерою (не показана), тиск в якій незначно, але гарантований нижчий від ущільнювального тиску. Дренажна порожнина 9 низького тиску з'єднана каналом 14 з камерою низького тиску, близького до атмосферного або рівного йому. Робота торцевого ущільнення полягає в наступному. Через канали 12, 11 в буферну порожнину 7 і додаткову порожнину 8 подається буферна рідина, тиск якої незначно, наскільки це технічно можливо, але гарантований вище ущільнювального. При закритому ущільненні, коли кільцеві виступи 5 безпосередньо контактують з корпусом 2, а вентиль 13 каналу 12 відкритий, тиск в буферній 7 і додатковій 8 порожнинах рівний тиску буферної рідини, тобто незначно вище тиску, що ущільнюється. Оскільки сума площ проекцій буферної 7 і додаткової 8 порожнин на нормальну до осі обертання валу площину більше площі проекції внутрішньої поверхні 15 кільця 3 на ту же площину, сили тиску, що діють на робочу торцеву поверхню кільця 3 вздовж осі валу і що отжимають кільце від корпуса, будуть більше сил тиску, діючих на внутрішню поверхню 15, що прагнуть притиснути кільце 3 до корпуса 2, і ущільнення розкриється з утворенням при цьому дроселюючих зазорів між виступами 5 і корпусом 2. Тиск в порожнинах 6 і 7 практично не буде мінятися, оскільки гідравлічний опір каналів 10, 11 мало, але в додатковій порожнині 8, що виявиться з'єднаною з порожниною 9, тиск буде падати по мірі розкриття ущільнення, причому, тим більш різко, чим більше буде гідравлічний опір каналу 12, тобто чим більше буде перекритий вен 2 28822 тилем 13 канал 12. Сили, що отжимають почнуть зменшуватися до тих пір, доки не зрівняються з силами, що притискають і аксиально-рухоме кільце не займе рівновагомого положення. Величину дросельних зазорів між виступами 5 і корпусом 2 можна регулювати зміною гідравлічного опору каналу 12 вентилем 13. При підвищенні опору каналу 12 дроселюючі зазори будуть зменшуватися. При повністю закритому каналі 12 ущільнення закриється. В цьому випадку тиск в порожнині 8 буде рівний нулю, в порожнині 7 воно буде незначно вище ущільнювального, а в порожнині 6 воно буде незначно нижче ущільнювального. Оскільки площа проекції внутрішньої поверхні 15 кільця 3 на нормальну до осі обертання валу площину більше площі проекції буферної порожнини 7 і порожнини 6 на ту же площину, сили тиску, що притискають кільце 3 до корпуса 2 будуть більше сил тиску, що отжимають кільце від корпуса 2. Вентилем 13 величину дроселюючих зазорів між виступами 5 і корпусом 2 можна встановити скільки завгодно малою, аж до нуля. Коли величина дроселюючих зазорів відмінна від нуля, всі кільцеві порожнини, розташовані на робочій торцевій поверхні кільця 3 виявляться з'єднаними між собою. Ущільнююче середовище і буферна рідина почнуть перетікати з областей з більш високим тиском в області з більш низьким тиском. Ущільнююче середовище буде перетікати з ущільнювальної області в дренажну порожнину високого тиску 6, в якій тиск нижче, і далі через канал 10 в вихідну камеру. Оскільки в буферній порожнинні 7 тиск вище, то через порожнину 8 і порожнину 9 в зовнішній простір ущільнююче середовище перетікати не буде. Буферна рідина буде перетікати з порожнини 7 в порожнину 6 і через канал 10 в вихідну камеру, а також в порожнину 8, тиск в якій знизиться, після цього в дренажну порожнину низького тиску 9 і далі через канал 4 в камеру низького тиску. В ущільнювальну область з дренажної порожнини високого тиску 6 буферна рідина перетікати не буде, оскільки там тиск вище, а в зовнішній простір з дренажної порожнини низького тиску 9 будуть надходити незначні утічки буферної рідини, оскільки гідравлічний опір дроселюючого зазору між порожниною 6 і зовнішнім простором буде більше гідравлічного опору каналу 14. В даному ущільненні встановленням скільки завгодно малих дроселюючих зазорів можна добитися малих утічок, що обмежується тільки технологічними можливостями (шероховатість контактуючих поверхонь, їх площинність, торцеве биття), що підвищує надійність і довговічність даного ущільнення. 3 28822 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4