Ущільнювальний пристрій

1 Ущільнювальний пристрій, що складається з корпусу і встановленої в корпусі з можливістю переміщення в радіальному та осьовому напрямках сальникової коробки з набивкою, яка охоплює ущільнювану поверхню вала, який відрізняється тим, що пристрій додатково обладнаний консоллю, коренева частина якої з'єднана з корпусом через пружні опори, а вільний кінець консолі з'єднаний з сальниковою коробкою 2 Ущільнювальний пристрій за п 1, який відрізняється тим, що вільний кінець консолі жорстко з'єднаний з сальниковою коробкою або її частиною 3 Ущільнювальний пристрій за п 1, який відрізняється тим, що вільний кінець консолі з'єднаний 3 сальниковою коробкою через пружні опори 4 Ущільнювальний пристрій за п 1 або 3, який Винахід відноситься до ущільнюючій техніки, а точніше, до сальникових ущільнень рухомих з'єднань зворотно-поступального і обертального типу, і може бути використаний для ущільнення валів, штоків і плунжерів в енергетичній, ХІМІЧНІЙ і нафтодобувній промисловості Відоме сальникове ущільнення, яке складається з корпусу, в якому є сальникова камера, що заповнена кільцями набивки, втулки для підтиснення набивки до ущільнюваної поверхні валу (штоку, плунжеру) (Уплотнения и уплотнительная техника Под общей ред А Л Кондакова, "Машиностроение", М ,1986,0 351) Тривала робота такого ущільнення можлива лише при майже повній відсутності радіальних відрізняється тим, що пружні опори, що з'єднують консоль з сальниковою коробкою, розміщені між внутрішньою поверхнею вільного кінця консолі і зовнішньою поверхнею сальникової коробки 5 Ущільнювальний пристрій за п 1 або 3, який відрізняється тим, що пружні опори, що з'єднують консоль з сальниковою коробкою, розміщені між зовнішньою поверхнею вільного кінця консолі і внутрішньою поверхнею сальникової коробки 6 Ущільнювальний пристрій за п 1 або 2, який відрізняється тим, що внутрішня поверхня корпусу виконана східчастою, причому східець меншого діаметра розміщений з боку підвищеного тиску і в області розміщення пружних опор, що з'єднують кореневу частину консолі з корпусом 7 Ущільнювальний пристрій за одним з пп 1,3,4, який відрізняється тим, що зовнішня поверхня сальникової коробки виконана східчастою, причому східець меншого діаметра розміщений з боку підвищеного тиску і в області пружних опор, що з'єднують вільний кінець консолі з сальниковою коробкою 8 Ущільнювальний пристрій за одним з пп 1,3,4,7, який відрізняється тим, що діаметр східця сальникової коробки в області и з'єднання з вільним кінцем консолі дорівнює діаметру ущільнюваної поверхні вала, яка охоплюється набивкою зміщень валу При підвищеному битті або коливаннях валу виникає підвищений контактний тиск на набивку з боку ущільнюваної поверхні валу, що призводить до швидкого зносу набивки і необхідності підтискувати її занадто часто для збереження припустимого рівня витоків Тому виникає необхідність в частій заміні набивки Крім того, підвищений контактний тиск призводить до швидкого зносу ущільнюваної поверхні валу При дуже великих коливаннях валу набивку може навіть вичавити назовні крізь зазор під натискною втулкою чи у насос Відомий спосіб вирішення цієї проблеми - використовувати сальникову набивку збільшеного поперечного перерізу, однак це не завжди коне О со го ю 47533 труїсгивно можливе і є коштовним з економічної точки зору Крім того, цей спосіб не вирішує задачу в повній мірі Для усунення цього недоліку в цілому ряді відомих винаходів запропоновані сальникові ущільнення, що включають в себе нерухомий корпус ущільнення, радіально рухому сальникову коробку, внутрішня порожнина якої заповнена пакетом набивальних сальникових кілець, і натискну втулку (грундбуксу), яка прикріплюється до сальникової коробки При цьому рухомість сальникової коробки забезпечується "нежорсткістю" її зв'язку з корпусом При радіальному зміщенні валу виникає надлишковий спрямований контактний тиск на набивку з боку ущільнюваної поверхні валу, що призводить до радіального зміщення сальникової коробки, завдяки нежорсткості зв'язку сальникової коробки з корпусом Таким чином, сальникова коробка відслідковує радіальні зміщення валу, що знижує контактний тиск на набивку, і тому подовжує термін служби ущільнення у "важких" умовах роботи (децентровка, перекоси, вібрація, биття, вигін валу, гідродинамічні ефекти у насосі і т ш ) В якості нежорсткого зв'язку сальникової коробки з корпусом (Патент США 5048847, кл F16J 15/52, 1991) запропоновано використовувати пружний трубопровідний (сильфонного типу) компенсаторКонструкція передбачає можливість відслідковування великих (до Змм) зміщень валу Недоліком цієї конструкції є и суттєва залежність від тиску робочого середовища чим більший тиск, тим МІЦНІШИМ повинен бути компенсатор, а це технічно реалізується в менш нежорстку конструкцію і призводить до погіршення рухомості сальникової коробки Іншій відомий спосіб організації рухомості сальникової коробки - використання пружних (наприклад гумових) опорних кілець між сальниковою коробкою і нерухомим корпусом (Патент Великобританії № 1223301, кл F16J 15/18, 1971) В порівнянні зі звичайними сальниковими ущільненнями таке ущільнення має таку перевагу, що в даній схемі радіальні биття валу сприймаються гумовими кільцями на відміну від звичайного сальникового ущільнення, де биття валу відслідковує тільки сальникова набивка Недоліком даного ущільнення є те, що на практиці воно працездатне тільки при порівняно малих радіальних коливаннях валу, які визначаються граничною деформацією пружних (гумових) кілець Крім того, для радіального зміщення сальниковій коробці треба подолати пружні опори гумових кілець, котрі не такі вже й малі, і в результаті контактний тиск сальникова набивка - вал хоча і знижується, але не настільки, щоб не призводити до зносу валу або захисної підсальникової втулки валу Вищенаведений ущільнюючий пристрій може бути вибраний в якості прототипу, оскільки співпадає з заявленим по більшості суттєвих ознак Загальними ознаками є нерухомий корпус ущільнення і рухома в радіальному і осьовому напрямках сальникова коробка з набивкою, що охоплює ущільнювану поверхню валу В основу винаходу, що заявляється, постав лене завдання удосконалення ущільнюючого пристрою шляхом введення додаткових елементів, які підвищують радіальну рухомість сальникової коробки, що дозволяє підвищити надійність та термін служби ущільнюючого пристрою при достатньо простому його технічному втіленні Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що ущільнюючий пристрій, що складається з корпусу і встановленої в корпусі з можливістю переміщення в радіальному та осьовому напрямках сальникової коробки з набивкою, яка охоплює ущільнювану поверхню вала, додатково обладнаний консоллю, коренева частина якої з'єднана з корпусом через пружні опори, а вільний кінець консолі з'єднаний з сальниковою коробкою Вільний кінець консолі може бути жорстко з'єднаний з сальниковою коробкою або бути и частиною Крім того, вільний кінець консолі може з'єднуватись з сальниковою коробкою через пружні опори Пружні опори, які з'єднують консоль з сальниковою коробкою, можуть бути розміщені між внутрішньою поверхнею вільного кінця консолі і зовнішньою поверхнею сальникової коробки або між зовнішньою поверхнею вільного кінця консолі і внутрішньою поверхнею сальникової коробки Внутрішня поверхня корпусу може бути виконана східчастою, причому східець меншого діаметру повинен бути розміщений з боку підвищеного тиску і в області розміщення пружних опор, що з'єднують кореневу частину консолі з корпусом Також і зовнішня поверхня сальникової коробки може бути виконана східчастою, причому східець меншого діаметру повинен бути розміщений з боку підвищеного тиску і в області пружних опор, що з'єднують вільний кінець консолі з сальниковою коробкою Кращим варіантом буде, якщо діаметр східця сальникової коробки в області її з'єднання з вільним кінцем консолі буде дорівнювати діаметру ущільнюваної поверхні валу, яка охоплюється набивкою Наявність консолі, яка з'єднана своєю кореневою частиною через опори з корпусом ущільнення і вільним кінцем з сальниковою коробкою, дозволяє підвищити рухомість сальникової коробки Це досягається завдяки тому, що сальникова коробка з'єднана з вільним кінцем консолі, котрий знаходиться на відстані від її кореневої частини, що дозволяє сальниковій коробці разом з вільним кінцем консолі вільно зміщуватись в радіальному напрямку Наявність пружних опор, які з'єднують кореневу частину консолі з корпусом, забезпечують рухомість вільного кінця консолі в радіальному напрямку З'єднання вільного кінця консолі з сальниковою коробкою через пружні опори надає сальниковій коробці додаткову ступінь свободи, що покращує сприйняття радіального биття сальниковою коробкою і дозволяючи останній самоустанавлюватись при перекосах та неспіввісності валу Виконання внутрішньої поверхні корпусу східчастою з розміщенням східця меншого діаметру з боку підвищеного тиску і в області розміщення 47533 пружних опор, які зєднують кореневу частину консолі з корпусом, знижує силу, котра створюється тиском робочого середовища і діє на сальникову коробку, що, в свою чергу призводить до зниження сил тертя, які виникають при радіальних зміщеннях сальникової коробки, а це дозволяє ще більше підвищити її радіальну рухомість, особливо у випадку високого тиску робочого середовища При наявності нежорсткого зв'язку сальникової коробки з вільним кінцем консолі той же результат досягається, якщо східчастою буде виконана зовнішня поверхня сальникової коробки Причому, східець меншого діаметру в цьому випадку повинен розміщуватись з боку підвищеного тиску і в області пружних опор, які з'єднують вільний кінець консолі з сальниковою коробкою Якщо діаметр східця сальникової коробки в області її з'єднання з вільним кінцем консолі буде дорівнювати діаметру ущільнюваної поверхні вала, яка охоплюється набивкою, то сила, що діє на сальникову коробку з боку робочого середовища, буде дорівнювати нулю, і, отже, сили тертя при радіальних зміщеннях сальникової коробки будуть відсутні Винахід пояснюється кресленням На фіг 1 зображений ущільнюючий пристрій в розрізі, на фіг 2,3 - ущільнення з консоллю, вільний кінець якої з'єднаний з сальниковою коробкою через пружні опори, на фіг 4 - ущільнення, в якому внутрішня поверхня корпусу виконана східчастою, на фіг 5 - ущільнення, в якому зовнішня поверхня сальникової коробки виконана східчастою, на фіг 6 - ущільнення, в якому діаметр меншого східця сальникової коробки дорівнює діаметру ущільнюваної поверхні валу Ущільнюючий пристрій складається з нерухомого корпусу 1, в якому розміщені сальникова коробка 2 з набивкою 3, яка охоплює поверхню валу 4, і консоль 5 Консоль 5 являє собою аксіально подовжену втулку, що має кореневу частину 6 та вільний кінець 7, котрі відстоять один від одного по осьовій лінії на деякій відстані Коренева частина 6 консолі 5 закріплюється в корпусі 1 через пружні опори (наприклад, гумові кільця) 8 Кільця 8 встановлюються з необхідним натягом у канавки 9, які має коренева частина 6 консолі 5, так що кільця 8 пружно утримують консоль 5 в корпусі 1 і одночасно забезпечують необхідну герметичність Вільний кінець 7 консолі 5 з'єднаний з сальниковою коробкою 2 Для підтиснення набивки 3 до ущільнюваної поверхні валу 4 використовується грундбукса 10, котра прикріплюється до фланця 11 сальникової коробки 2 за допомогою різьбових з'єднуючих деталей Корпус 1 обладнаний торцевим фланцем 12, який запобігає вичавлюванню сальникової коробки 2 назовні під дією робочого тиску Вільний кінець 7 консолі 5 може жорстко з'єднуватись з сальниковою коробкою 2 або бути и частиною (фіг 1) Це з'єднання може здійснюватися також через пружні опори 13, причому вони можуть розміщуватись між внутрішньою поверхнею вільного кінця 7 консолі 5 і зовнішньою поверхнею сальникової коробки 2 (фіг 2), або між зовнішньою поверхнею вільного кінця 7 консолі 5 і внутрішньою поверхнею сальникової коробки 2 (фіг 3) При високому тиску робочого середовища внутрішню поверхню корпусу 1 у випадку жорсткого зв'язку вільного кінця 7 консолі 5 з сальниковою коробкою 2 краще виконувати східчастою, причому східець меншого діаметру повинен бути розміщений з боку підвищеного тиску і в області розміщення пружних опор 8, що з'єднують кореневу частину 6 консолі 5 з корпусом 1 (фіг 4) А у випадку пружного зв'язку консолі 5 з сальниковою коробкою 2 зовнішню поверхню сальникової коробки 2 краще виконувати східчастою, причому східець меншого діаметру повинен бути розміщений з боку підвищеного тиску і в області пружних опор 13, які з'єднують вільний кінець 7 консолі 5 з сальниковою коробкою 2 (фіг 5) Причому, найкращим буде варіант виконання конструкції ущільнення, в якому діаметр ступеню сальникової коробки 2 в області и з'єднання з вільним кінцем 7 консолі 5 дорівнює діаметру ущільнюваної поверхні валу 4, що охоплює набивка 3 (фіг 6) Ущільнення працює наступним чином Під ТИСКОМ робочого середовища сальникова коробка 2 разом з грундбуксою 10 зрушується до упору фланця 11 сальникової коробки 2 в торцевий фланець 12 корпусу 1, При обертанні валу 4 сальникова коробка 2 з набивкою 3 і грундбукса 10 починають вібрувати як одне ціле разом з валом 4, відслідковуючи його биття за рахунок відігравання гумових кілець 8 і завдяки тому, що сальникова коробка 2 зв'язана з вільним кінцем 7 консолі 5, пружно закріпленої в корпусі 1 ущільнення через кільця 8 При радіальному зміщенні валу 4 в процесі роботи виникає надлишковий контактний тиск на набивку 3, котрий передається на сальникову коробку 2 Це зусилля призводить до повороту консолі 5 на деякий кут в радіально-осьовій площині завдяки еластичності кілець 8 в кореневій частині 6 консолі 5 Точка повороту консолі 5 аксіально віддалена від точки результуючого зусилля на сальникову коробку 2 на відстань L, тому консоль 5 працює як важіль мале зусилля при довгому плечі L призводить до більших зусиль, діючих на опори 8, і мала деформація опор 8 за рахунок довжини L супроводжується великим зміщенням вільного кінця 7 консолі 5 Таким чином, при досить великій довжині L великі радіальні зміщення валу 4 призводять до малої деформації гумових кілець 8 і, разом з тим, малий надлишковий контактний тиск валу 4 на набивку 3 призводить до досить великих зусиль, необхідних для стискання гумових кілець 8 і зміщення сальникової коробки 2, зв'язаної з вільним кінцем 7 консолі 5, тобто, сальникова коробка 2 має в цій конструкції підвищену радіальну рухомість При цьому з'єднання вільного кінця 7 консолі 5 з сальниковою коробкою 2 може бути жорстким, або цей вільний кінець 7 може бути виконаний як частина сальникової коробки (фиг 1) В цьому випадку сальникова коробка 2 при радіальному зміщенні валу 4 буде повертатися разом з консоллю 5 в радіально-осьовій площині, однак тоді частина набивки 3 може бути деформована зі створенням клиновидного зазору з валом 4, що може ускладнити регулювання рівню витоків крізь набивку З Більш ефективними є варіанти нежорсткого 47533 зв'язку вільного кінця 7 консолі 5 з сальниковою коробкою 2 Цей зв'язок може бути реалізований через пружні опори (наприклад гумові кільця) 13, котрі можуть розміщуватись між внутрішньою поверхнею ВІЛЬНОГО КІНЦЯ 7 КОНСОЛІ 5 І ЗОВНІШНЬОЮ поверхнею сальникової коробки 2 (фіг 2), або між зовнішньою поверхнею вільного кінця 7 консолі 5, і внутрішньою поверхнею сальникової коробки 2 (фіг 3) В цьому випадку при радіальному зміщенні валу 4 буде відбуватися поворот консолі 5 в радіально-осьовій площині, однак сальникова коробка при цьому буде зміщуватися радіально без повороту и тоді вся набивка 3 не буде деформуватися Крім того, цей зв'язок підвищує рухомість сальникової коробки 2 і дає їй можливість самоустановлюватися при перекосах та децентровках валу, що забезпечує надійність роботи ущільнюючого пристрою Радіальна рухомість сальникової коробки 2 підвищується також за рахунок зниження сил тертя між фланцем 11 сальникової коробки 2 і торцевим фланцем 12 корпусу 1, які виникають в результаті дії тиску робочого середовища на сальникову коробку 2 У випадку жорсткого зв'язку сальникової коробки 2 з консоллю 5 ці сили тертя можуть бути знижені шляхом зниження сили дії тиску робочого середовища, для чого пропонується виконувати внутрішню поверхню корпусу східчастою (фіг 4) Причому, східець меншого діаметру розміщується з боку підвищеного тиску і в області розміщення пружних опор 8, що з'єднують кореневу частину 6 консолі 5 з корпусом 1 У випадку нежорсткого зв'язку східчастою може бути 8 виконана зовнішня поверхня сальникової коробки 2 (фіг 5) Східець меншого діаметру в цьому випадку повинен розміщуватись з боку підвищеного тиску в області пружних опор 13, які з'єднують вільний кінець 7 консолі 5 з сальниковою коробкою 2 Обидва ці варіанти виконання дозволяють зменшити сумарну площу поверхні сальникової коробки 2, на яку діє тиск робочого середовища, що призводить до зниження сили тертя, які запобігають радіальній рухомості сальникової коробки 2 Ці СИЛИ тертя будуть зовсім відсутні, якщо діаметр східця сальникової коробки 2 в області м з'єднання з вільним кінцем 7 консолі 5 буде дорівнювати діаметру ущільнюваної поверхні валу 4, що охоплюється набивкою 3 (фіг 6) В цьому випадку сила, яка діє на сальникову коробку 2 з боку робочого середовища, буде дорівнювати нулю Підвищення радіальної рухомості сальникової коробки 2 за рахунок зниження сил тертя між фланцями 11 та 12 підвищує надійність роботи ущільнюючого пристрою, особливо в умовах високого тиску робочого середовища Таким чином, ущільнюючий пристрій, що заявляється, має підвищену радіальну рухомість сальникової коробки Наслідком цього є те, що при роботі контактний тиск з боку валу на набивку знижується і тому набивка буде служити в декілька разів довше, ніж у відомих ущільнюючих сальникових вузлах Вона практично не розбивається, не стирається і не зношує ущільнювану поверхню валу (захисну оболонку валу) 47533 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10