УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОРЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ

Изобретение относится к области деталей машин и может быть использовано для уплотнения торцевых стыков оборудования различного назначения, в том числе и работающего в условиях варьирования давлений в широких пределах в рабочих объемах.

Известно устройство для торцевого уплотнения, содержащее первое уплотняющее кольцо, закрепленное на валу, смонтированном в корпусе с возможностью вращения. В корпусе смонтированы крышка и втулка, охватывающие вал. Крышка в корпусе закреплена, а втулка (тарель) установлена с возможностью осевого перемещения. В расточке торца втулки закреплено второе уплотняющее кольцо, выполненное из углеграфита, имеющее возможность взаимодействия своим торцом с торцом первого уплотняющего кольца. Второе уплотняющее кольцо имеет радиальные и осевые каналы, а первое кольцо имеет на своей торцевой поверхности, контактирующей с углеграфитовым кольцом, несколько рядов лунок. Между крышкой и втулкой установлен уплотняющий сильфон и упругий элемент, обеспечивающий силовое замыкание контактной пары (уплотняющего и углеграфитного колец).

В процессе функционирования устройства в канавки углеграфитного кольца поступает жидкость. При вращении первого кольца относительно второго в результате выделения тепла, выделяющегося от трения, находящаяся в лунках жидкость испаряется, в них повышается давление, под действием которого, преодолевая усилие пружины, контактирующие поверхности колец отделяются друг от друга и в зазоре между ними образуется паровая прослойка, через которую из герметизирующих пар стравливается давление среды из рабочей камеры, после чего под действием усилия пружины кольца снова входят в контакт друг с другом (см. а.с. СССР №278325, кл. F16J 15/52, 1970 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известного решения необходимо отметить, что в нем, как и в заявленном, уплотнение осуществляется посредством контакта торцами двух элементов - колец, одно из которых закреплено на неподвижном элементе (корпусе), а другое - на подвижном (валу).

Усилие поджима обеспечивается упругим элементом. Однако известное устройство не обеспечивает надежной герметизации узла, если в герметизируемом объеме необходимо создать повышенное давление, что весьма сокращает область применения устройства.

Кроме того, при функционировании устройства углеграфитовое кольцо подвергается износу и его необходимо довольно часто менять. Поэтому весьма важно знать степень износа данного кольца, так как далеко не всегда возможно прерывание технологического цикла в герметизируемом объеме для проведения такой замены, а это может привести к нарушению технологического процесса, проводимого в герметизируемом объеме.

Задачей настоящего изобретения является разработка устройства для торцевого уплотнения, обеспечивающего надежную герметизацию рабочих объемов камер, в том числе и работающих в условиях высокого давления.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в устройство для торцевого уплотнения, содержащем два контактирующих друг с другом торцами кольца, образующих торцевое уплотнение, одно из которых имеет возможность крепления на вращающемся элементе, например валу, а другое - на неподвижном элементе, например корпусе, причем подвижное кольцо закреплено на тарели, установленной на валу с возможностью осевого перемещения, и поджато к неподвижному кольцу упругим элементом, а также сильфон, новым является то, что устройство снабжено второй тарелью, закрепленной на валу, и втулкой, подвижно надетой на вал и скрепленной сильфоном, надетым на вал с подвижной тарелью, при этом упругий элемент расположен между тарелями, при этом устройство снабжено указателем износа неподвижного кольца, выполненным в виде надетой на вал втулки с буртиком, размещенным между первой тарелью и подвижным кольцом.

Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом, на котором:

на фиг.1 - представлено устройство для торцевого уплотнения, осевой разрез;

на фиг.2 - место Б по фиг.1.

Устройство для торцевого уплотнения содержит уплотнительные элементы 1 и 2, один из которых «1» закреплен (например, запрессован) на подвижной тарели 3. Тарель 3 установлена с зазором на валу 4, смонтированном с возможностью вращения в корпусе 5, например, вентилятора. Тарель 3 имеет возможность вращения вместе с валом 4 и осевого перемещения.

Уплотнительный элемент 2 закреплен (например, запрессован) в расточке крышки 6 стакана 7. Полость стакана 7 герметизирована от окружающей среды. Элементы 6 и 7 являются элементами корпуса устройства.

Для обеспечения надежности торцевого уплотнения элемент 1 целесообразно выполнить из закаленной стали или твердосплавного материала, а элемент 2 - из антифрикционного графита.

Элемент 2 может быть выполнен из двух концентричных колец (2а и 26), контактирующих с элементом 1. Кольца образуют проточку «А», выполняющую функцию лабиринтного уплотнения и обеспечивающую более надежную герметизацию. Выполнение элемента 2 из двух колец наиболее целесообразно использовать при работе устройства в условиях высокого давления.

На валу 4 расположена вторая тарель 8, контактирующая своей торцевой поверхностью с заплечиком вала 4. Осевого перемещения тарель 8 лишена. Между тарелями 3 и 8 размещен упругий элемент 9 (пружина).

На валу 4 с возможностью перемещения размещена втулка 10, которая связана через размещенный на валу сильфон 11 неразъемным соединением с подвижной тарелью 3. Данная связка элементов конструкции позволяет использовать в торцевом уплотнении эффект обратного клапана - чем выше давление, тем больше контактные усилия поджатия элемента 1 к элементу 2. Наличие сильфона позволяет исключить влияние торцевого биения элементов устройства на износ элемента 2.

Для исключения утечек среды в зазор между валом 4 и втулкой 10 на последней имеются уплотнительные элементы (позицией не обозначены).

В конструкцию торцевого уплотнения введен указатель 12 величины износа элемента 2 (антифрикционный графит). Информация о величине износа антифрикционного графита необходима для своевременной замены элемента 2, что весьма важно для проведения технологических процессов длительных по времени и исключающих возможность их остановки (прерывания).

Указатель 12 выполнен в виде втулки с буртиком, который размещен между торцами тарели 3 и уплотнительного элемента 1. В исходном положении указателя 12, на начальном этапе работы, когда элемент 1 еще не подвержен износу, торцы указателя 12 и крышки 6 расположены заподлицо. Отслеживание величины износа элемента 2 позволяет определить остаточный ресурс работы уплотнения.

Устройство для торцевого уплотнения работает следующим образом.

Работу устройства рассмотрим на примере его использования в вентиляторной установке вакуумно-компрессионного агрегата, обеспечивающего технологию изготовления изделий при тепловых процессах, проводимых как при небольшом вакууме, так и при избыточных давлениях (до 1,5 МПа).

Вентиляторная установка обеспечивает циркуляцию газовой атмосферы в замкнутом объеме при охлаждении изделия под избыточным давлением атмосферы по контуру: камера нагрева - теплообменник - вентиляторная установка - камера нагрева.

Газовая среда нагнетается в рабочую камеру агрегата вентилятором (не показан), закрепленным на валу 4, смонтированном в корпусе 5.

В процессе функционирования вентиляторной установки совместно с валом 4 вращаются тарели 3 и 8, установленная между ними пружина 9, а также втулки 10, 12 и сильфон 11. Элемент 1 вращается относительно элемента 2, контактируя с ним торцем за счет усилия поджима пружины 9, так как тарель 3 установлена на валу 4 с зазором, то при контакте элементов 1 и 2 элемент 1 самоустанавливается относительно элемента 2. Это позволяет обеспечить контакт элементов 1 и 2 по всей площади их торцев и тем самым повысить надежность уплотнения.

Как уже отмечалось выше, разработанная конструкция торцевого уплотнения позволяет обеспечить надежную герметизацию торцевого стыка, если в соответствии с условиями технологического процесса, проводимого в рабочей камере, необходимо обеспечение вакуума, атмосферного давления, избыточного давления

Так, при создании в рабочей камере вакуума поджим элемента 1 к элементу 2 обеспечивается усилием пружины 9, что обеспечивает надлежащую герметизацию торцевого стыка. Уплотнительные элементы втулки 10 препятствуют проникновению среды в зазор между валом 4 и втулкой 10.

Аналогичным образом уплотнение работает и в случае, когда в рабочей камере обеспечивается атмосферное давление.

При создании в рабочей камере избыточного давления (например, 1,5 МПа) среда через негерметизированные стыки конструкции поступает в полость стакана 7 и воздействует на торцы тарели 3 и втулки 10, повышает усилие поджима элемента 1 к элементу 2, повышая надежность (степень) герметизации торцевого стыка. Таким образом, чем выше давление среды в рабочей камере, тем с большим усилием поджимается элемент 1 к элементу 2 (тем более надежно герметизирован стык).

Изложенное выше обуславливает широкую область применения данного устройства - в тепловых процессах (пайка, термообработка, полимеризация), осуществляемых в компрессионных термических установках.