Ущільнення обертового вала

1 Ущільнення обертового вала, що містить закріплений на нерухомій деталі корпусу та охоплюючий вал своєю робочою поверхнею гнучкий термостійкий ущільнювальний елемент з поперемінними гофрами, а також браслетну пружину, притискуючу та стягуючу ущільнювальний елемент навколо вала, яке відрізняється тим, що ущільнювальний елемент виконаний з текстильного матеріалу у вигляді кільцевої стрічки, оснащеної поперемінними в оточуючому напрямку подовжніми плоскими гофрами, які утворені принаймні однією зигзагоподібною складкою матеріалу та укладені між собою таким чином, що закінчення верхнього шару складки одного гофра є початком нижнього шару складки наступного гофра, причому з боку кріплення до деталі корпусу кільцева стрічка прострочена у поперечному напрямку відносно плоских гофрів 2 Ущільнення обертового вала за п 1, яке відрізняється тим, що кільцева стрічка виконана з вуглецевої тканини, просоченої колоїдним графітом 3 Ущільнення обертового вала за п 1 і 2, яке відрізняється тим, що з боку кріплення до деталі корпусу стрічка оснащена жорстким каркасом, а із протилежного боку, біля її торцевого краю, крізь усі шари плоских гофрів, за виключенням нижнього, пропущений текстильний шнур Корисна модель належить до галузі ущільнювальної техніки і призначена для герметизації обертових валів машин та обладнання, переміщуючих гарячі гази, зокрема, димососів, тягодуттьових агрегатів, вентиляторів та інших машин, характерною особливістю експлуатації яких є теплонапружений режим роботи їх вузлів та деталей, відносно низький перепад тисків ущільнених газів, значні по своїй величині осьові, кутові та радіальні відхилення обертаючого валу відносно нерухомого корпусу В машинобудуванні для герметизації рухомих з'єднань широко застосовуються різні конструкції ущільнюючих пристроїв з використанням еластичних ущільнюючих елементів у формі, наприклад, манжет або сильфонів Відомий, наприклад, ущільнювальний пристрій для концентричне розташованих деталей Ущільнювальний елемент цього пристрою виконаний у вигляді гумового блоку, встановленого з натягом на рухомій та закріпленого на нерухомій деталях Між своїми розвитими кінцями цей блок має середню частину хвилеподібної в подовжньому перерізі форми За рахунок цього середня частина блоку в порівнянні з розвитими кінцями здатна легко та пружно деформуватися При цьому хвилястість середньої частини блоку чергує в подовжньому напрямку відносно осі деталей, а прилеглі з деталями поверхні розвитих КІНЦІВ розташовані під прямим кутом один до одного [див „Ущільнення коливаючих однієї відносно іншої концентричне розташованих деталей" а С СРСР № 542863, кл Н6Л5/30, 1977 р ] Виконання блоку з еластичного матеріалу і відміченої конструкції дозволяє в описаному пристрої зберігати герметичність з'єднання при значних осьових та кутових зміщеннях деталей цього з'єднання Однак ущільнювальні елементи такого типу не призначені для застосування в теплонапружених машинах та обладнанні, температура гарячих газів в яких перевищує величини 250°С Аналогом заявленої існує і конструкція вторинного ущільнення сильфонного типу, яке забезпечує у торцевому ущільненні типу ТСФ герметичність його рухомо встановленого кільця [див Довідник Л А Кондаков, А И Голубев и другие „Уплотнение и уплотнительная техника», М , Машиностроение, 1986 г, стор 307 308, фігура 9 33] Основним елементом цього вторинного ущільнення становить еластичний елемент у вигляді сильфону, який одним із своїх КІНЦІВ з'єднаний з рухомим кільцем торцевого ущільнення, а іншим - з натягом посаджений на втулку вала Традиційно ю О) 7951 сильфон являє собою поперечні гофри, які чергують в подовжньому напрямку відносно осі обертання валу. Для забезпечення щільності з'єднання сильфону зі втулкою валу додатково можуть бути використані браслетні пружини, бандажі або зварне з'єднання. Це вторинне ущільнення сильфонного типу за рахунок форми виконання ущільнювального елементу та застосування для його виготовлення полімерних матеріалів забезпечує герметичність спряження пари торцевого ущільнення при осьових та радіальних зміщеннях рухомо встановленого кільця цієї пари. Але в силу застосування цих еластичних матеріалів, в тому числі і полімерних, такі ущільнення не призначені для використання в теплонагружених машинах та обладнанні. У якості прототипу прийнята конструкція ущільнювального пристою для вібраційних транспортно-технологічних машин по а. С. СРСР № 1033804, кл. F16J15/16, 1983 рік. В цьому пристрої ущільнювальний елемент жорстко закріплений на верхньому патрубку вібромашини і рухомо встановлений відносно її нижнього, співвісньо розташованого відносно верхнього, патрубка. Ущільнювальний елемент в цьому пристрої являє собою гнучкий термостійкий рукав, форма виконання якого ідентична сильфону. В ньому також поперечні гофри чергують у подовжньому напрямку відносно осі патрубків. Наявність в пристрої камери з ущільнювальними гранулами відображають специфічну область його застосування. При традиційній формі виконання ущільнювального елементу для його виготовлення в цьому пристрої використаний термостійкий матеріал. Однак термічна стійкість спеціальної гуми або пластичних матеріалів відповідного призначення обмежена величиною температури 2ОО...25О°С. При температурі вище відміченої межі вказані матеріали втрачають властивість еластичності або навіть схильні до деструкції. Внаслідок цього ущільнення описаної та подібної їм конструкції не можуть бути використані для герметизації рухомих з'єднань теплонапружених машин та обладнання. В основу створення корисної моделі поставлене завдання удосконалення конструкції ущільнення обертового валу за спосібом зміни форми виконання ущільнювального елементу та використання для його виготовлення матеріалу, що дозволяє підвищити термостійкість і рухомість ущільнення. Поставлене завдання вирішене тим, що ущільнення обертового валу, як і відоме, містить закріплений на нерухомій деталі корпусу та охоплюючий вал своєю робочою поверхнею гнучкий термостійкий ущільнювальний елемент з чергуючими гофрами, а також браслетну пружину, притискаючу та стягуючу ущільнювальний елемент навколо валу, відповідно корисної моделі, ущільнювальний елемент виконаний з текстильного матеріалу у вигляді кільцевої стрічки, оснащеної чергуючими в оточуючому напрямку подовжніми плоскими гофрами, які утворені, по меншій мірі, однією зигзагоподібною складкою матеріалу та укладені між собою таким чином, що закінчення верхнього шару складки однієї гофри є початком нижнього шару складки послідуючої гофри, причому з боку кріп лення до деталі корпусу кільцева стрічка прострочена у поперечному відносно плоских гофр напрямку. Переважним варіантом розвитку вказаного рішення є виконання кільцевої стрічки з вуглецевої тканини, промоченої колоїдним графітом. Більш ефективно поставлена задача вирішується у тому випадку, коли з боку кріплення до деталі корпусу стрічка оснащена жорстким каркасом, а із протилежного боку, біля її торцевого краю, крізь усі шари плоских гофр, за виключенням нижнього, пропущений текстильний шнур. В промисловості все більш широке застосування дістають сучасні текстильні матеріали на основі, наприклад, вуглецю, відрізняючись високою термічною стійкістю - до 850°С. Відмічена форма виконання ущільнювального елементу є результатом розробки конструктивних засобів, забезпечуючих застосування такого матеріалу в ущільненнях обертових валів теплонапружених машин та обладнання. За допомогою плоских подовжніх відносно осі валу гофр, чергуючих в оточуюючому напрямку, забезпечується формування з текстильного матеріалу ущільнювального елементу у вигляді гнучкої кільцевої стрічки, щільно спряженої з поверхнею валу за допомогою браслетної пружини. У такому конструктивному виконанні ущільнювальний елемент здатний сприймати характерні для цього класу машин значні осьові, радіальні та кутові переміщення обертаючого валу. При цьому формування плоских гофр зигзагоподібними складками, забезпечуючи найбільш простим способом з'єднання плоских гофр між собою, одночасно дозволяє одержувати багатошарову по товщині структуру кільцевої ущільнювальної стрічки. За цім самим спосібом підбору кількості зигзагоподібних складок в плоских гофрах достатньо просто забезпечується потрібна герметичність ущільнювального елементу такої форми виконання. Останнє у поєднанні із промочуванням вуглецевої тканини, наприклад, колоїдним графітом, дозволяє не тільки досягти потрібного рівня герметизації з'єднання, але й додає нижнім шарам плоских гофр додаткові антифрикційні властивості, що забезпечує необхідну тривалість експлуатації ущільнення. Виконання строчки (а також і оснащення кільцевої стрічки жорстким каркасом) у поперечному напрямку відносно плоских гофр з одного боку стрічки дозволяє закріпити укладені складки, чим фіксується їх крок, а вільним кінцям складок на протилежному боці стрічки забезпечується можливість змінювати цей крок при монтажіна вал агрегату. Оснащення гофрированої стрічки текстильним шнуром, який пропущений крізь усі шари плоских гофр, за виключенням нижнього шару стрічки, дозволяє при монтажі попередньо' затягувати шнур і тим самим фіксувати ущільнювальну стрічку на валу агрегата. Сутність корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображено: Фіг. 1 - подовжній розріз загального виду ущільнення обертового валу; Фіг. 2 - розгортка кільцевої стрічки ущільнення обертового валу; Фіг. З - розріз по А-А на фіг. 2. 7951 Ущільнення обертового валу 1 містить гнучкий ущільнювальний елемент у вигляді кільцевої стрічки 2 Для виготовлення стрічки 2 використана вуглецева тканина, яка промочена колоїдним графітом Кільцеву стрічку 2 утворюють послідовно чергуючі в оточуючому напрямку плоскі подовжні відносно осі валу 1 (фіг 1), гофри (фіг 2 і 3) Останні являють собою зигзагоподібні складки З (фіг 3) вуглецевої тканини, які укладені між собою таким чином, що закінчення верхнього шару складки 4 однієї гофри (фіг 3) переходить у початок нижнього шару складки 5 слідуючої плоскої гофри Така технологія укладки дає можливість формувати плоскі гофри з необхідною КІЛЬКІСТЮ шарів тканини в них, яке задовольняє вимогам по герметизації рухомого з'єднання конкретної теплонапруженої машини або агрегата В подальшому крізь усі шари плоских гофр розгортки кільцевої стрічки 2, за виключенням нижнього шару 5, у торцевого краю 6 кільцевої стрічки 2 пропущений текстильний шнур 7, який забезпечує попереднє затягування кільцевої стрічки 2 навколо поверхні валу 1 Плоскі гофри в укладеному вигляді зафіксовані шляхом прострочки тканини у П іншого торцевого краю 8 ниткою 9 (при напрямку обертання валу, вказаному на фіг 3), у поперечному відносно гофр напрямку Виготовлення кільцевої стрічки 2 завершується зшиванням внаклад бокових сторін й розгортки Прострочений край кільцевої стрічки 2 заправлений навколо жорсткого дротового каркасу 10, який щільно закріплений на нерухомій деталі 11 корпусу 13 ЩІЛЬНІСТЬ спряження робочої поверхні кільцевої стрічки 2 та поверхні ущільнювального валу 1 забезпечується установкою браслетної пружини 12 Оскільки у МІСЦІ з'єднання з жорстким каркасом 10 кільцева стрічка 2 має більший у порівнянні з ущільнюваним валом діаметр, то її установку здійснюють в такій ПОСЛІДОВНОСТІ Спочатку торцевий край 8 кільцевої стрічки 2 з'єднують з каркасом 10 та закріплюють його разом з краєм 8 стрічки 2 на нерухомій деталі 11 корпусу 13 При цьому плоскі гофри біля вільного торцевого краю 6 кільцевої стрічки 2, що розташовані на меншім діаметрі валу, самовільно сходяться за рахунок гнучкості багатошарових гофр, компенсуючи зменшення розміру їх кроку між гофрами в силу меншій окружній довжині ущільнюваній поверхні валу Після ЦЬОГО, затягуванням текстильного шнуру 7 та фіксацією його в натянутому стані, притискають вільний край 6 кільцевої стрічки 2 до робочої поверхні валу 1, а потім встановлюють браслетну пружину 12 Герметизація рухомого з'єднання здійснюється традиційним способом Після монтажу ущільнення в корпус 13 теплонапруженої машини кільцева стрічка 2 щільно охоплює по колу ущільнюваний вал 1 за рахунок попереднього затягування текстильним шнуром 7 і штатного обтискування браслетної пружини 12 В такому стані кільцева стрічка 2 перешкоджає перетіканню загерметизованих гарячих газів з порожнини Б до порожнини В (фіг 1) Герметизація вказаних порожнин не порушується і при обертанні валу 1 При значній тепловій розцентровці валу 1, який обертається відносно корпусу 13, за рахунок гнучкості вуглецевої тканини герметичність порожнин також зберігається Заявником проведена експериментальна перевірка працездатності описаної конструкції ущільнення валу Результати перевірки при окружній швидкості ковзання 8,24 м/сек підтверджують працездатність конструкції в межах термостійкості вуглецевої тканини (до 850°С), а по умовах загерметезованого газа при перепаді тисків в межах 0,3 0,5 кг/см2 13 10 11 12 2 7 6 1 В : у JJ jfj ні Ifl ЇЇ; jilt In \и 1 sis 1 HI MCSJI | г !'! і )n• і Hi * HI II і Ы» fi! [ Jil F ЇЇ1 I III I Ш ! III m j П! і I Jli_ 1 1 TT T I llf I 11 1 I III і m 6 . 7 Фіг 2 Фіг 1 З 4 Комп ютерна верстка М Клююн Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680 Україна ДП "Український інститут промислової власності , вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601