Торсионное уплотнение вала

(19) (П 6 Л 15/5 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Фи ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) ТОРСИОННОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА(57) Изобретение м.б. использованов уплотнениях валов с ограниченнымуглом поворота. Цель изобретенияповышение надежности и расширениефункциональных возможностей уплотнения в части повьппения точности пзиционирования, разгрузки вала отосевых сил и увеличения вращающегомомента, выполнения функции опорыскольжения ипреобразователя перепада давления во вращающий момент.Винтовая пружина (П) 4 размещена 2соосйо с трубчатым гибким разделителем сред (РС) Э со стороны среды с низким давлением. Концы 5 П 4 зафиксированы от проворота на примыкающих к ним частях вала 1 и корпуса 2. П 4 выполнена из проволоки прямоугольного сечения и установлена беэ касания витков. РС Э вьлолнен из антифрикционного материала, например из фторопласта. С другой стороны от места крепления к валу 1 РС 3 и П 4 установлены дополнительные РС 3 и П 4 и их диаметры выполнены равными. РС 3 оперт на корпус 2 против места крепления П 4 к валу 1. РС Э м.б. расположены внутри или снаружи П 4. Примыкающие к месту крепления витки П 4 ориентированы в противоположных направлениях.6 з.п, ф-лы, 7 ил.3 15167Изобретение относится к уплотнительной технике, н частности к уплотнениям валов с ограниченным углом поворота, применяемым в гермовводах н вакуумные камеры, поворотных гидродвигателях и трубопроводной арматуре, датчиках давления иманометрических датчиках температуры.Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных воэможностей торсионного уплотнения нала (ТУВ) н части повышенияточности позиционирования уплотнения вала, разгрузка вала от осевыхсил и увеличение вращающего моментавыполнение функций опоры скольжениявала и Функций преобразователя перепада давления (ЬР) во вращающий момент или пропорциональный ему угол 20поворота вала в заданном направлении или во вращающий момент, ноэвращающий вал в исходное положение ипропорциональный углу поворота валаот этого положения.25На фиг.1 представлено ТУВ, нафиг.2 - сечение А-А на фиг.1; наФиг. 3 - вариант двойного ТУВ с гидростатической разгрузкой, на фиг4сечение Б-Б на фиг,3; на фиг,5 - вариант двойного ТУВ с трубчатым гибкимразделителем сред (ТГРС), размещенным внутри пружины, на фиг6 - то же,с функцией преобразователя Ь Р но враающий момент или пропорциональныйму угол поворота вала с размещениемТГРС снаружи пружины, на фиг.7 - сеение В-В на фиг.5.ТУВ содержит вал 1, корпус 2,ТГРС 3, находящийся под действием 40разности давлений сред Р -Р =АР,винтовую пружину 4, размещенную соосно сТГРС со стороны среды с более низкимдавлением Р . Концы 5 винтовой пружины зафиксиронаны от проворота на 45примыкающих к ним частях вала и корпуса путем размещения их отогнутыхчастей в пазах этих деталей. Приэтом примыкакзцие к месту крепленияк валу витки пружин 4 от своих концов 5 ориентированы против направления Ч поворота вала под действием Р(фиг,1,2 и 6) или по этому направлению (фиг.5 и 7). При этом для обеспечения одинакового направления ориентации концов пружин, примыкающих квалу н двойных ТУВ (Фиг,5,6,7), пружины в его частях выполнены с различным направлением навивки. 02И варианте двойного ТУВ с гидро- статической разгрузкой (фиг. 3 и 4)витки пружин в месте крепления к валу имеют противоположную направленность, которая достигается использованием пружин с одинаковым направлением навивки.В корпусе 2 (фиг.6) против места крепления пружин к валу может быть предусмотрен опорный выступ 6 дляфиксации ТГРС от радиальных перемещений и выполнения им функции опоры вала.Для герметизации концов ТГРС могут применяться дополнительные резиновые уплотнители 7.В варианте двойного ТУВ (3, 5, 6) ТГРС может быть выполнен общим для двух частей ТУВ и герметично соединен лишь с корпусом (фиг.5 и 6).При отсутствии движения вала ТГРС герметично отделяет среды с давлениями Р 1 и Р . Под действием ь Р он прижимается к пружине и благодаря малым зазорам сГ между ее витками и малой деформации витков пружины при закреплении ее концов способен выдерживать высокие (более 50 МПа) д Р даже при изготовлении ТГРС из наиболее гибких низкомодульных материалов (резин, Фторопласта и т.п.)Применение пружин из проволокипрямоугольного сечения вместо проволоки круглого сечения повышает надежность устройства как за счет исключения дополнительных деформаций ТГРС при прижатии его к тороидальной поверхности пружины из проволоки круглого сечения, так и за счет увеличения прочности пружины при равных габаритах. Размещение ТГРС внутри пружин (фиг.5),дополнительно повышает надежность устройства, так как витки пружины в этом случае работают на растяжение и им не грозит раэрушение от потери устойчивости, свойственное работе витков на сжатие.Под действием сжимающей или растягинающей радиальной нагрузки, переданаемой пружине от,ТГРС, витки пружины стремятся измениться в диаметре и н их сечениях возникают продольные (тангенциальные) напряжения.При этом сжимающие нагрузки на пружину трансформируются в толкающее усилие на ее концах, а растягивакщие - в тянущее усилие, Эти усилия передаются через места крепления концов5 1 пружин к валу и корпусу и создают вращающий момент на валу, пропорциональный 6 Р и направленный по стрелке ЧВоздействие д Р на торец вала создает и осевую нагрузку на вал. В варианте (фиг.З) с двойным ТУВ две части ТУВ симметрично расположены относительно вала, с разных его сторон и имеют разные диаметры, поэтому осевые нагрузки на вал практически исключаются. В случае ориентации примыкающих к валу витков пружин в разные стороны (фиг. 3, 4) уравновешиваются и вращающие моменты от ЬР на пружинах.В варианте двойного ТУВ с одинаковой ориентацией концов пружин у вала (фиг.5-7) моменты от двух пружин суммируются и общий момент на валу отд Р удваивается,При повороте вала на ограниченный угол под действием внешнего вращающего момента винтовые пружины закручиваются вокруг своей оси, т.е. работают как пружины кручения. В пределах их упругого хода их наружный диаметр изменяется незначительно ( до 57), поэтому исключаются чрезмерные деформации ТГРС в радиальном направлении и повышается его надежность516702 6ругими силами пружин и силами д Р,передаваемыми ТГРС. 11 ри этом угол поворота вала прямо пропорционален д Р,5т.е. он выполняет функцию датчикадавления.Величина угла поворота вала прямопропорциональна числу витков в пружине, так как радиальные деформации 10 витков трансформируются в тангенциальные и суммируются в общий поворотконцов пружин.При превьппении момента от й Р упругого момента пружин устройство способно поворачивать вал и при наличиинагрузки на валу, т,е, работать Какповоротный гидродвигатель с возвратом вала в исходное положение эа счетимеющихся пружин.2 О Силы трения между пружиной и ТГРСнезначительны, так как углы их поворота одинаковы и их взаимное проскальзывание наблюдается лишь в узких зонах около межвитковых зазоров.25 Применение ТГРС из антифрикционного материала при этом снижает потери на трение и повьппает КПД такогогидродвигателя и точность позиционирования вала в равновесных положе нияхфОдновременно такой ТГРС может служить антифрикционным вкладышем междувалом и выступом 6 корпуса, обеспечивая работу устройства в качествешарнирной опоры вала.Малые потери на трение в случаеиспользования ТГРС из фторопластапозволяют закреплять его только относительно корпуса (фиг.5 и 6). При 40 этом в процессе поворота вала ТГРСнеподвижен и лишь скользит по валуи пружинам, что позволяет выполнятьего более толстостенным, упростить иповысить надежность устройства. 45 При отключении внешнего вращающего момента от вала и незначительном ЬР запасенная пружинами энергия воэ.вращает вал в исходное положение. Таким образом, пружины выполняют дополнительную функцию возврата вала в исходное положение, что упрощает конструкцию привода вала.В двойном ТУВ (фиг.З) момент пружин от действия д Р способствует возврату вала в исходное положение. При повороте вала пружины закручиваются в разные стороны, причем диаметр одной иэ них увеличивается, а другой уменьшается, Благодаря этому момент, создаваемый пружиной большего диаметра, вьвпе, чем у пружины меньшего диаметра, и направлен на поворот вала в исходное состояние, где диаметры пружин равны.При отсутствии внешних моментов на валу в ТУВ (фиг.1) и двойных его вариантах (фиг.5,6) создаваемый под действием д Р момент в пружинах вращает вал по стрелке Ч до тех пор, пока не наступит равновесия между упформула из обре тения 1. Торсионное уплотнение вала, со О держащее корпус, трубчатьй гибкийразделитель сред и винтовую пружину,размещенную соосно с ним со сторонысреды с низким давлением, о т л и -ч а ю щ е е .с я тем, что, с цельюРасшиРения функциональных возможностей и повышения надежности, концывинтовой пружины зафиксированы отпроворота на примыкающих к ним частях вала и корпуса.2. Уплотнение вала по п. 1, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности позиционирования уплотнением вала, винтовая пружина выполнена из проволоки прямоугольного сечения и установлена беэ касания витков.3. Уплотнение вала по п. 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что трубчатый гибкий разделитель сред выполнен из антифрикционного материала, например фторопласта.4. Уплотнение вала по п3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью разгрузки вала от осевых сил и увеличения вращающего момента, установлены дополнительные трубчатый гибкий разделитель сред и винтовая пружина, расположенные с другой стороны от места крепления к валу основных упомянутых элементов, а их диаметры выполнены равными.5. Уплотнение вала по п. 4, о тличающееся тем,что,с целью выполнения функции опоры скольжения вала, трубчатый гибкий разделитель сред оперт о корпус противместа крепления пружин к валу.56Уплотнение вала по и. 5, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью выполнения функции преобразователя перепада давления во вращающий момент или пропорциональный ему 10 угол поворота вала в заданном направлении, примыкакицие к месту крепления к валу витки пружин ориентированы по или против этого направления, а трубчатые гибкие разделители 15 сред расположены соответственно внутри или снаружи пружин.7. Уплотнение вала по п. 5, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения функции преобразова теля перепада давления во вращакщиймомент, возвращакзций вал в исходноеположение и пропорциональный углуповорота вала от этого положения,примыкающие к месту крепления к 25 валу витки пружин ориентированы впротивоположных направлениях.1516702Составитель И.ПащенкоРедактор Н.Гунько Техред Л,Олийнык Корректор М,ВасильеваЗаказ 6367/35 Тираж 721Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент" г. Ужгород ул Г жгород, ул. агарина, 1 1 101