Торцеве ущільнення з регульованим витоком

Корисна модель відноситься до області гідромашинобудування, а саме, до торцевих ущільнень обертових валів, і може бути використана у відцентрових насосах з високою частотою обертання. Відомо торцеве ущільнення з регульованим витоком, що містить кільця пари тертя, одне з яких - обертове, інше - нерухоме. На робочій поверхні одного з кілець виконані замкнені камери, а на сполучній з нею поверхні іншого кільця мають місце вихідні ділянки живильних каналів, число яких менше числа камер. Вихідні ділянки живильних каналів і замкнені камери розташовані по колам рівних діаметрів. Тип каналів - закриті радіального напрямку. [Авт. свид. СССР №446695 М. Кл. F16J15/34. Торцовое уплотнение с регулируемой утечкой. [Текст] Лисицын К.В., Передрий Н.В., Марцинковский В.А.; заявитель «Всес. науч.-исслед. и пр.-констр. ин-т ат. и энерг. насосостр.» - №1827549/25-8; заявл. 11.09.72]. Ця конструкція торцевого ущільнення з регульованим витоком прийнята як прототип для об'єкта, що заявляється. Недоліками цієї конструкції є недостатні осьова і кутова жорсткості рідинної плівки між робочими поверхнями при високій частоті обертання, відсутність потрібного змащення робочих поверхонь і ефективного тепловідведення в торцевій щілині при роботі ущільнення за умов високих швидкостей ковзання (понад 25м/с), частот обертання і перепадів тиску. Відсутність потрібних осьової і кутової жорсткостей ущільнення при високих частотах обертання спричинена тим, що рідина підводиться безпосередньо в замкнені камери за допомогою живильних каналів, що пересікають ці камери і практично не мають гідравлічного опору. У цьому випадку товщина рідинної плівки між робочими поверхнями і непаралельність між ними не є вирішальними факторами впливу на величину розтискної сили у торцевій щілині ущільнення. Це приводить до порушення герметичності через зіткнення робочих поверхонь і їхнього руйнування, в зв'язку з чим не забезпечуються надійність і довговічність ущільнення. За умов зростаючих швидкостей ковзання внаслідок збільшення кількості тепла спостерігається недостатнє тепловідведення на ділянках між живильними каналами. Це ж має місце і на суцільному пояску збоку виходу торцевої щілини, тому що в цьому місці є зони зі зниженим і навіть негативним тисками. Це приводить до зниження надійності і довговічності ущільнення через руйнування зазначених ділянок тертьових поверхонь. В основу корисної моделі поставлена задача створення торцевого ущільнення з регульованим витоком, у якому, шляхом зміни параметра розташування вихідних ділянок живильних каналів і, як наслідок, зміни взаємного розташування їх і замкнених камер, при використанні різних типів живильних каналів, досягаються збільшення осьової і кутової жорсткостей рідинної плівки між робочими поверхнями кілець пари тертя, поліпшення умов змащення робочих поверхонь і ефективності тепловідведення, зменшення втрат на тертя при високих швидкостях ковзання, частотах обертання і перепадах тиску, в результаті чого підвищуються герметичність, надійність і довговічність ущільнення. Поставлена задача досягається тим, що в торцевому ущільненні з регульованим витоком, що містить нерухоме й обертове ущільнювальні кільця з торцевою щілиною між ними і з наявними замкненими камерами на робочій поверхні одного кільця і вихідними ділянками живильних каналів, число яких менше числа замкнених камер, на робочій поверхні іншого кільця, вихідні ділянки живильних каналів розташовані по колу, діаметр якого більше діаметра розташування замкнених камер, на величину зміщення убік входу в торцеву щілину в межах радіальної протяжності замкнених камер із застосуванням живильних каналів радіального, тангенціального, хордового й інших напрямків, виконаних на робочій поверхні кільця відкритими по всій довжині з боку зазору в торцевій щілині, або живильних каналів осьового, радіального й інших напрямків, виконаних в кільці закритими по всій довжині з боку зазору в торцевій щілині з виходом на робочу поверхню кільця їхніх вихідних ділянок. Пропоноване конструктивне рішення забезпечує: - підвищення осьової і кутової жорсткостей рідинної плівки в торцевій щілині і герметичності ущільнення, тому що має місце щілинне дроселювання тиску при однобічному підживленні камер унаслідок радіального зміщення вихідних ділянок живильних каналів на одній поверхні стосовно замкнених камер на іншій поверхні і їхнього часткового взаємного перекриття при обертанні вала. Зазначене відноситься як до закритих живильних каналів радіального напрямку, застосовуваних у прототипі, так і до інших конструктивних різновидів каналів: закритих з осьовим і іншими напрямками і відкритих каналів радіального, тангенціального, хордового й інших напрямків, що створюють той чи інший відомий ефект. У цьому випадку величина щілини між робочими поверхнями і непаралельність між ними є вирішальними факторами впливу на величину притискної і розтискної сил у торцевій щілині ущільнення і тому безпосереднє зіткнення робочих поверхонь виключається; - поліпшення умов змащення в ділянках контакта робочих поверхонь, усунення зони зі зниженим і негативним тисками рідини, стабілізацію суцільності і неперервності рідинної плівки внаслідок більшого, ніж у прототипі, наближення до виходу торцевої щілини замкнених камер; - поліпшення умов змащення й ефективності тепловідведення на ділянках робочих поверхонь з боку входу торцевої щілини внаслідок можливості збільшення кількості живильних каналів через часткове перекриття замкнених камер вихідними ділянками живильних каналів; - зменшення втрат на тертя в щілині, тому що застосування більшої, ніж у прототипі, кількості живильних каналів чи замкнених камер приводить до додаткових високочастотних коливань робочих поверхонь тертя. Таким чином, використання пропонованої конструкції забезпечує технічний результат, що полягає в підвищенні герметичності, надійності і довговічності торцевого ущільнення з регульованим витоком. Корисна модель, що заявляється, пояснюється кресленнями, на яких представлені: Фіг.1 - торцеве ущільнення з закритими живильними каналами осьового напрямку, поздовжній розріз; Фіг.2 - торцеве ущільнення з відкритими живильними каналами радіального напрямку, поздовжній розріз; Фіг.3 - торцеве ущільнення з відкритими живильними каналами тангенціального, хордового й інших напрямків, поздовжній розріз; Фіг.4 - замкнені камери, розріз А-А на Фіг.1, Фіг.2, Фіг.3; Фіг.5 - вихідні ділянки замкнених живильних каналів осьового напрямку, розріз Б-Б на Фіг.1; Фіг.6 - відкриті живильні канали радіального напрямку, розріз Б-Б на Фіг.2; Фіг.7 - відкриті живильні канали тангенціального напрямку, розріз Б-Б на Фіг.3; Фіг.8 - відкриті живильні канали хордового напрямку, розріз Б-Б на Фіг.3. Торцеве ущільнення з регульованим витоком містить (Фіг.1, Фіг.2, Фіг.3) корпус 1, кришку 2 і пару тертя, що включає обертове кільце 3 і нерухоме кільце 4. Обертове кільце 3 нерухомо закріплено на валу 5. Нерухоме кільце 4 установлене на виступі кришки 2, ущільнено гумовим кільцем 6, підтиснуто пружинами 7 і зафіксовано від обертання штифтом 8. Замкнені камери 9 (Фіг.1, Фіг.2, Фіг.3, Фіг.4) розташовані по колу на робочій поверхні нерухомого кільця 4. В обертовому кільці 3 виконані закриті по всій довжині з боку зазору в торцевій щілині з виходом на робочу поверхню кільця 3 їхніх вихідних ділянок живильні канали 10 осьового (Фіг.5), радіального й інших напрямків або на робочій поверхні обертового кільця 3, сполучної з робочою поверхнею нерухомого кільця 4, виконані відкриті по всій довжині з боку зазору в торцевій щілині живильні канали 10 радіального (Фіг.6), тангенціального (Фіг.7), хордового (Фіг.8) і інших напрямків. Вихідні ділянки 11 живильних каналів 10 розташовані по колу, діаметр якого більше діаметра розташування замкнених камер 9 на величину зміщення убік входу в торцеву щілину 12 у межах радіальної протяжності замкнених камер 9. Ущільнення працює таким чином. При обертанні вала 5 рідина з порожнини високого тиску по черзі підводиться до замкнених камер 9 живильними каналами 10 з деякими втратами підводжуваного тиску, викликаними щілинним дроселюванням унаслідок часткового перекриття замкнених камер 9 вихідними ділянками 11 живильних каналів 10. Збільшення чи зменшення щілини в контакті між робочими поверхнями і величини непаралельності між ними викликає вирішальну зміну епюри тиску, а отже і розтискної сили на ділянці контакту, рідинна плівка якої схильна до впливу щілинного дроселювання. Це усуває непаралельності між робочими поверхнями тертя і сприяє зниженню амплітуди коливань рідинної плівки за рахунок високої частоти цих коливань, знижує втрати на тертя між робочими поверхнями, що підвищує герметичність, експлуатаційну довговічність і надійність торцевого ущільнення з регульованим витоком. По корисній моделі, що заявляється, виготовлені дослідні зразки, експлуатація яких підтвердила очікуваний технічний результат.