Бесконтактное уплотнение вращающегося вала

(22) Заявлено 06. 07, 79 (2 ) 2792031/25-0 15/ нсоеинненнеет заявки,В -Гееудерстееинне квинтет СССР во делен езебретений и етеритнй) заявители 54) БЕСКОНТАКТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВВАЛА ГОС я к машиноИзобретение относистроению, а именно к есконтактн твам подши уплотнительным ус корпусов, ии разработкеннделейкаквертикального тального, та и лнения. звестно уплотнен дисками, включа и, перекрывающей тулки, охватываю дной конец вала. остенной с конус сечении. При это у попадает сначале отражательщее диск в формеЯ кольцевую реборей с зазором ш У Чашка выполнена ой формой в осесмазка по за% а на вертикальвыхтон о диска, затеи-наверхность, досывается инерциизонтальную икрышки уппотняепли масла стекаюто наружной по- ской части втулкую стенку чашечно наружную конусную походит до края и сбраонными силами на горвертикальиуэ стенкимого узла. Оттуда кавниз но стенке илнверхности цилиндриче при остаец, зффекво многокорости всла, чтобвания масл еодолеть с его адгези а пиковых узлов, валов иможет быть применено при изготовлении валов, шп ки в сливное отверстие. Причем реборда ограничивает проход масла в кольцевой зазор к валам 1.1 .Недостатком данной конструкции является полностью открытая зона контакта уплотняемой области с наружной поверхностью чашечного дискаВ этом случае туман и жидкая смазка будут находиться в месте уплотнения в том обьеме, который необходим для смазки подшипника, т,е. не разделены унлотняемые и уплотняющая области. Каплеобразиая и,туманообразная смазка может оседать как на втулке с ребордой, так и на внутренней поверх-ности чашечного диска и по конусной поверхности в верхней части может стекать на вал, как при вращении, так и новке последнего. И, након тивиость такого уплотнения и зависит от окруж ной с ращения вала, вязкос 861810териалу диска), а также от времени непрерывной работы механизма (при его остановке масло непрерывно подается в подшипник, а значит и в уплотнение, при этом не происходит отбрасывания масла с диска), Неэффективным является также применение этого уплотнения на тихоходных валах (выходные валы редукторов, маятниковые механизмы, совершающие качательное движение).Ближайшим к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является бесконтактное уплотнение с двусторонним отражательным диском 23 . Уплотнение включает жестко крепленный (напресованный) па валу двусторонний отражательный диск, имеющий по наружному диаметру обод, симметричный относительно ступицы и выполненный с наружной и внутренней поверхностями конической формы. Конусы этих поверхностей сопрягаются своими малыми основаниями. Двусторонний диск изолирован от уплотняемой камеры и наружного пространства дистанционным диском (слева) и крышкой подшипника (справа) соответственно, которые крепятся к корпусу, выполнены симметрично относительно формы диска и образуют с вращающимся валом, выходящим из уплотняемой камеры, кольцевой зазор. Причем кольцевой зазор образует втулка, выполненная заодно с крышкой или с дистанционным диском и снабженная кольцевой ребордой. Участки втулок с ребордой на крышке и дистанционном диске находятся внутри конусов, образованных внутренними поверхностями обода двустороннего диска. При вращении вала уплотняемая жидкость, например смазочное масло, под давлением, создаваемым внутри уплоняемой камеры (в подшипниковом узле), в жидком или туманообразном состоянии стремится проникнуть наружу через ближайшее к уплотняемой камере кольцевое уплотнение дистанционного диска, Пройдя его, смазка попадает на торцевую часть двустороннего диска и при остановке вала стекает вниз а при вращении - центробежными силами отбрасывается по ступице двустороннего диска к внутренней конусной поверхности обода, а с неена вертикальную или цилиндрическую поверхности дистанционного диска и затем стекает на втулку с ребордой5 10 15 20 или в сливное отверстие в нижней части крышки, Если такого отвода смазки нет, то смазка вновь попадает на конусную поверхность обода двустороннего диска, только теперь уже на наружную, а с нее отбрасывается на стенку крышки и стекает на втулку с ребордой, являющуюся частью крышки (справа от двустороннего диска).К недостаткам прототипа относится отсутствие гарантированного отвода масла из камеры уплотнения вновь в уплотняемую камеоу,жидкость, попавшая на наружную поверхность обода, имеет в равной степени возможность отбрасываться по правой конусной поверхности диска на поверхность крышки, смачивая при этом поверхность всей уплотнительной камеры и создавая условия для быстрейшего выхода смазки через кольцевой зазор крышки с валом. Кроме того, принцип работы дискового отражателя основан на инерционном отбрасывании жидкой или 25каплеобразной смазки, Но это возможно при значительных оборотах, а натихоходных валах редукторов и других механизмов масло смачиваниеми в туманообразном состоянии прониЗ 0 кает в кольцевой зазор, где нагретое масло, соприкасаясь с болеехолодным наружным воздухом, конденсируется и по валу вытекает наружу.Из-эа этих недс "татком снижается 35 эффективность уплотнения.Целью изобретения является повышение эффективности уплотнения засчет снижения потерь уплотняемойжидкости, предотвращение попада ния уплотняемой жидкости на ободотражательного диска, улавливаниеи отвод жидкости из кольцевого зазора крышки с валом и с поверхностиприлива крышки, быстрый отвод жид кости из уплотнительной камеры в уплотняемую.Поставленная цель достигается тем,что в известном бесконтактном уплотнении, включающем закрепленные на50 корпусе крышку и дистанционный диск,образующие уплотнительную камеру,а также двусторонний отражателькный диск, расположенный между крышкойи дистанционным диском и жестко закрепленный. на валу, причем дистанционный диск и крышка .образуют свалом кольцевой зазор, двустороннийотражательный диск состоит из сту8618 0 лицы и обода, выступающего по обестороны диска ступицы и выполненного с внутренними конусными поверхностями, обращенными друг к другувершинами, а крышка выполнена сприливом, выступающим внутрь уплотнительной камеры и охватывающимвал с упомянутым кольцевым зазором,ступица отражательного диска выполнена с приливом, выступающим в сторону уплоняемой камеры за пределывнутренней конусной поверхности обода отражательного диска, а с обратной стороны прилив выполнен с расточкой, в которой расположен приливкрышки, в нижней части крышки выполнено сливное отверстие для отводажидкости, наружная поверхностьприлива крышки выполнена наклоннойк стенке крышки. В месте переходанаклонной и вертикальной поверхностей крышки и прилива на наружнойповерхности и внутренней, образующейкольцевой зазор с валом, выполненыкольцевые канавки, соединенные между собой отверстиями. Прилив крышкиможет быть выполнен отдельно открышки и затем соединен с ней. Понаружной поверхности этот приливможет быть в виде усеченного конуса, входящего большим основаниемв расточку в ступице отражательногодиска. В диаметральной плоскости наповерхности конуса выполнены наклонные к малому основанию срезы. Приливкрышки также можно отдельно изготовить из двух частей усеченного конусас внутренним цилиндрическим отверстием, разрезанного в диаметральнойплоскости, соединенных между собойпосле разворота относительно другдруга на 180 в плоскости разреза.Прилив крышки может быть образованвнутренней и наружной цилиндрическими поверхностями с пересекающимисяоосями под углом 10-20На фиг. 1 изображен подшипниковыйузел вала, выходящего из корпусаи снабженного бесконтактным уплотнением; на фиг, 2 - разрез А-Афиг. 1; на фиг. 3 - вид Б фиг. 2;на фиг. 4 в .общий вид, отдельновыполненного конусного прилива,составленного из двух развернутыходна относительно другой частей; нафиг. 5 - прилив с цилиндрическойнаружной поверхностью, наклонной коси внутреннего цилиндрического отверстия. 6В уплотняемом корпусе.1 установленподшипниковый узел, включающий вращающийся горизонтальный вал 2, подшипник 3, крышку 4 подшипника с при"ливом 5, которая совместно с дистанционным диском 6 и двустороннимотражательным диском 7 образует уплотнительную камеру. Подшипник 3 че"рез дистанционный диск 6 зафикснро- О ван в корпусе 1 цилиндрическим буртом крышки 4, в котором в нижнейчасти выполнена прорезь 8, соединенная со сливным каналом 9. С этим жеканалом 9 соединена прорезь 10 в бур те дистанционного диска 6, упирающегося в наружную обойму подшипника 3.Прилив 5 выполнен отдельно от крышки4 и соединен с ней после изготовления сваркой. В месте этого соединенияна приливе 5 с наружной и внутренней 20стороны проточены кольцевые канавки11 и 12 соответственно, соединенныевнизу отверстием 13. Но бокам конусной наклонной поверхности 1 прилива 255 выполнены наклонные срезы 14, Двусторонний отражательный диск 7 напрессован своей ступицей на вал 2, а дистанционный диск 6 и прилив 5 крышкиобразуют, сеответственно, радиальныекольцевые зазоры: дросселирующий 11и улавливающий 111, Отражательныйдиск 7 наружной поверхностью ободаобразует с буртом крышки 4 радиальный зазор 1 Ч. Кроме того, ступицаотражательного диска 7 выполнена сприливом, выступающим из внутреннейконусной поверхности обода на величину а = 5 - 10 мм, и образует сдистанционным диском торцевой зазорЧ. С противоположной стороны прйливступицы диска 7 выполнен с расточкой, вкоторую входит на 10-15 мм конуснаячасть прилива 5 крышки и между которыми образуется торцевой зазор Ч 1Уплотнение работает следующим обф 5 разом. Смазка из подшипника 3 частично возвращается в корпус 1, стекаянепосредственно по посадочному меступодшипника и через прорезь 10 в бурте дистанционного диска б в сливной.5 О канал 9. Остальная смазка в жидкостиили туманообраэиом состоянии, которое образуется при движении тел качения подшинника и в зубчатом зацеплении в корпусе 1, проникает через коль цевой радиальный дросселирующнй зазор 11, образованный диском 6 с валом 2. Площадь кольцевого дросселирующего зазора 11 выбирается такой,18 О 7 86 чтобы сумма ее с площадью нормально. го сечения прорези 10 образовывала живое сечение, обеспечивающее эффективный отвод излишков смазки в канал 9, имеющий в свою очередь площадь нормального сечения в 1,5-2 раза больше указанного живого сечения. При этом радиальный кольцевой зазор необходмо выполнять минимальным "=1-2 мм, обеспечивающим дросселирование жидкости в уплотнительную камеру в виде тонкой пленки, смачивающей поверхность вала. Путь прохождения жидкости в уплотнительной камере характеризуется радиальными и торцевыми зазорами, вертикальными и наклонными (конусными) поверхностями,образованными взаимоположением и конфигурацией элементов уплотнения, Следует различать работу уплотнения при остановке вала и при его вращении, При остановке вала просочившаяся жидкость в дросселирующий радиальный кольцевой зазор 11 по валу 2 попадает в торцевой зазор Ч на вертикальную стенку дистанционного диска б или на вертикальную часть прилива ступицы отражательного диска 7, откуда стекает по прорези 8 крышки 4 в канал 9, Капли жидкости срываются с торцевой поверхности прилива диска 7 и падают, минуя внутреннюю конусную поверхность обода. При вращении вала к силам тяжести, сбрасывающим капли с поверхности вращающегося вместе с валом отражательного диска 7, прибавляются силы инерции и поэтому обод изготовлен максимально возможного диаметра. Наибольшую трудность представляет задержа-, ние, улавливание .тумана или капель жидкости, которые проходят из корпуса 1 через дросселирующий радиальный кольцевой зазор 11 и образуются от вращения диска 7 в уплотнительной камере. Мелкодисперсная жидкость образует избыточное давление, превьппающее на небольшую величину атмосферное, и поэтому находится по всему объему уплонительной камеры, осаждаясь на поверхности крышки 4, на наружной цилиндрической и внутренней конической поверхностях обода отражательного диска 7, в радиальных зазорах Ч и 1 и в торцевых зазорах Ч и Ч. Капли находятся на поверхностях до тех пор, пока величина не станет критической, т.е, сила тяжести их превысит молекулярные 5 О 15 20 25 30 35 до 45 50 55 силы сцепления жидкости с поверхнос тью. Поэтому для уменьшения сил сцепления жидкости необходимо уменьшить поверхность сцепления и создать концентраторы каплеобразования. Первое достигается путем уменьшения площади контакта или качественной обработкой поверхности, а второе грубой обработкой поверхности, Так необходимо иметь грубую, гребешковую поверхность в торцевом зазоре Ч и радиальных 1 и 1 Ч. На таких поверхностях быстрее образуются капли и срываются с них, Остальные поверхности уплотнительной камеры обработаны с высоким качеством, покрыты эмалью, никелем или баккелитовым лаком, обладающими отталкивающими жидкость свойствами. Прилив отражательного диска 7 также снабжен гребешком по наружному диаметру, облегчающим отрыв капель. Жидкость, сконденсировавшаяся в торцевом зазоре Ч и в радиальном зазоре 1 стекает по стенкам расточки прилива диска 7 и дальше на обод или на наклонную поверхность 1 прилива 5 крышки 4, а также стекает по кольцевой канавке 12 через отверстие 3, прорезь 8 в канал 9. Конденсация в этих зазорах происходит во время контакта нагретой жидкости (смазки) с окружающим холодным воздухом. С наклонной поверхности 1 прилива 5, выполненного конусным, жидкость с верхней части стекает в канавку 11, а с нижней - в расточку прилива отражательного диска. Жидкость с верхней части не попадает на нижнюю, потому что на ее вути находится наклонный срез 14, по которому она и стекает в канавку 11. Лучший отвод жидкости достигается с помощью наклонного цилиндра или составного развернутого конуса (фиг. 4, 5), по которым жидкость с верхней и нижней части стекает к стенке крышки 4 в канавку 11.Составной прилив 5 крышки 4 изготавливают следующим образом.В заготовке растачивают внутреннее цилиндрическое отверстие, разрезают на две части в диаметральной плоскости и обрабатывают наружную конусную поверхность совместно на обеих частях, затем разворачивают части воплоскости разъема на 180 одна относительно другой, сваривают друг с дру гом и затем обрабатывают канавку 11 на длине 3 и приваривают к крышке 425 ЭО Наклонный цилиндр изготавливают следующим образом (фиг. 5).В заготовке растачивают осевое отверстие и в нем канавку 12, а по наружному диаметру на величину Р - шейку,образующую при соединении с крышкой 4 канавку 11, Оставшуюся длину с заготовки по наружному диаметру обрабатывают в специальной оправке, позволяющей установить ось внутреннего 1 в отверстия с осью вращения на угол д;-10-20На конусной поверхности с углом наклона менее 10 стекание капельосмазки ухудшается, так как силы сцепления превышают силы тяжести. Увеличение угла наклона поверхности (в Нашем случае угла между осями внутреннего отверстия втулки и ее цилиидрической чаружной поверхностью) больше 20 приводит к неоправданному уве-.оличению габаритов уплотннтельного узла,Описанная конструкция предлагаемого бесконтактного уплотнения позволяет сократить расход и потерю смазки, трудозатраты и простои, связанные с заменой уплотнений контактного типа, уменьшить потребностьв манжетах, предотвратить износ шеек,ускорить сборку узлов, так как григорячей сборке вал необходимо остужать, улучшить условия труда обслуживающего персонала, обеспечить чистоту рабочего места,Формула изобретения 1. Бесконтактное уплотнение вращающегося вала, включающее крьппку, дистанционный диск, закрепленные в корпусе и образующие кольцевые зазоры с валом и уплотнительную камеру, в которой между ними размещен на валу двусторонний отражательный диск, состоящий из ступицы и обода, выступающего с обеих сторон диска ступицы и выполненного с внутренними конусными поверхностями, обращенными одна к другой вершинами, причем крышка выполнена с приливом, высту" пающим внутрь уплотнительной камеры и охватывающим вал с кольцевым зазором, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повьппения эффективности.уплотнения путем уменьшения попадания уплотняемой среды на обод отражательного диска, ступица последне"го выполнена с приливом, обращеннымв сторону уплотняемой камеры и выступающим за пределы внутренней конусной поверхности обода отражательногодиска, а с обратной стороны приливвыполнен с расточкой, в которой расположен прилив крышки, при этом наружная поверхность прилива крьппки выполнена наклонной к стенке крышки,в нижней части которой выполненоотверстие для отвода уплотняемойсреды.2. Уплотнение по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что прилив вместе перехода наружной наклоннойповерхности и стенки крышки выполненпо наружной и внутренней поверхностис .кольцевыми канавками, сообщеннымиотверстиями,3. Уплотнение по и. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что прилив крышки выполнен по наружной поверхностив виде усеченного конуса, меньшимоснованием обращенным к крышке, абольшим - входящим в расточку прилива ступицы отражательного диска,и снабжен в горизонтальной плоскостинаклонными в сторону крышки срезамив теле прилива,4. Уплотнение по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что приливвыполнен отдельно от крышки в видевтулки, образованной двумя частямиусеченного конуса, разрезанного пообразующей в диаметральной плоскости 1которые развернуты одна относительнодругой на 180 в плоскости разрезаои соединены между собой.5, Уплотнение по пп, 1-4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что приливкрьппки образован внутренней и наружной цилиндрическими поверхностямис осями, перекрещивающимися под углом 10-20Источники информации,принятые во внимани при экспертизе Орлов П.И. Основы конструирования. М., "Машиностроение", 1977, т. 3, с. 103. рис, 231.2. Там же, с. 103"104. рис. 234.861810 Составитель В, АношкоГохфельд Техред А, Савка Корректс едактор емчи Заказ 6503/27 Тираж ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и о 113035 Москва ЖРауш0 писное итета рытий ская наб., д. 4/5 ПП Патент, г. ул, Проектная,горо