Изобретение относится к уплотнительной технике, а точнее к сальниковым уплотнениям подвижных соединений возвратно-поступательного и вращательного типа, и может быть использовано для уплотнения валов, штоков и плунжеров в энергетической, металлургической, химической и нефтедобывающей промышленности. Уплотнительное устройство состоит из корпуса и установленной в корпусе с возможностью перемещения в радиальном и осевом направлениях сальниковой коробки с набивкой, охватывающей уплотняемую поверхность, и снабжено консолью. Корневая часть консоли соединена с корпусом через упругие опоры, а свободный конец консоли соединен через упругие опоры с сальниковой коробкой. В области соединения сальниковой коробки с корпусом дополнительно размещаются по меньшей мере три шаровые опоры с возможностью их качения по опорным поверхностям корпуса и сальниковой коробки. Шаровые опоры могут быть отделены друг от друга с помощью перегородок, выполненных на опорной поверхности корпуса или сальниковой коробки. Кроме того, шаровые опоры могут быть связаны друг с другом с помощью сепаратора, установленного между опорными поверхностями корпуса и сальниковой коробки. Наконец, шаровые опоры могут быть размещены между двумя фланцами, один из которых через упругую опору соединен с корпусом, а другой - с сальниковой коробкой. Такое уплотнительное устройство имеет повышенную радиальную подвижность сальниковой коробки, что обеспечивает надежную и долговременную работу устройства даже при больших радиальных колебаниях вала и повышенном давлении рабочей среды.

[0001] Уплотнительное устройство, состоящее из корпуса и установленной в корпусе с возможностью перемещения в радиальном и осевом направлениях сальниковой коробки с набивкой, охватывающей уплотняемую поверхность, и снабженное консолью, корневая часть которой соединена с корпусом через упругие опоры, а свободный конец консоли соединен через упругие опоры с сальниковой коробкой, отличающееся тем, что сальниковая коробка соединена с корпусом через по меньшей мере три шаровые опоры с возможностью их качения по опорным поверхностям корпуса и сальниковой коробки.

[0002] Уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что шаровые опоры отделены друг от друга с помощью перегородок.

[0003] Уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что шаровые опоры связаны между собой с помощью сепаратора.

[0004] Уплотнительное устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что шаровые опоры размещены между двумя фланцами, один из которых через упругую опору соединен с корпусом, а другой - с сальниковой коробкой.

Изобретение относится к уплотнительной технике, а точнее - к сальниковым уплотнениям подвижных соединений возвратно-поступательного и вращательного типа, и может быть использовано для уплотнения валов, штоков и плунжеров в энергетической, химической, нефтедобывающей и других отраслях промышленности.

Известно уплотнительное устройство, которое используется для валов, штоков, плунжеров, состоящее из корпуса с сальниковой камерой и размещенной в ней сальниковой набивкой (Уплотнения и уплотнительная техника. Под общей ред. А.Л. Кондакова, "Машиностроение", М., 1986, с.351).

В случае несоосности (децентровки) или при повышенных колебаниях вала (штока, плунжера) относительно сальниковой коробки возникает повышенное одностороннее контактное давление на набивку со стороны уплотняемой поверхности, что приводит к быстрому износу набивки. В результате, уплотнительное устройство выходит из строя и возникает необходимость в частой замене набивки.

Для устранения этого недостатка в целом ряде известных изобретений предлагаются сальниковые уплотнения, которые содержат неподвижный корпус уплотнения, радиально подвижную сальниковую коробку, внутренняя полость которой заполнена пакетом набивочных сальниковых колец, и нажимную втулку (грундбуксу), которая крепится к сальниковой коробке. При этом подвижность сальниковой коробки обеспечивается «нежесткостью » её связи с корпусом. При неконцентричном положении вала относительно корпуса сальниковая коробка смещается, компенсируя тем самым децентровку вала, и тогда контактное давление между набивкой и уплотняемой поверхностью вала снижается, и это продлевает срок службы сальникового уплотнения.

В качестве нежесткой связи подвижной сальниковой коробки с корпусом может быть использован пружинный трубопроводный (сильфонного типа) компенсатор (патент США 5048847, кл. F16J 15/52, 1991). Конструкция предполагает возможность отслеживания больших (до 3 мм) смещений вала. Недостатком этой конструкции является её существенная зависимость от давления рабочей среды: чем выше давление, тем прочнее должен быть компенсатор, а это технически реализуется в менее нежесткую конструкцию и приводит к ухудшению подвижности сальниковой коробки.

Другой способ организации радиальной подвижности сальниковой коробки приведен в патенте Украины № 47533, кл. F16J 15/18, 15/24, 2002. Согласно этому изобретению уплотнительное устройство состоит из корпуса и установленной в корпусе с возможностью перемещения в радиальном и осевом направлениях сальниковой коробки с набивкой, охватывающей уплотняемую поверхность вала. Устройство снабжено консолью, корневая часть которой соединена с корпусом, а свободный конец - с сальниковой коробкой через упругие опоры (в качестве упругих опор могут использоваться резиновые кольца). По сравнению с известными уплотнительными устройствами такое устройство имеет то преимущество, что в этой схеме при радиальном смещении вала за счет поворота консоли в радиально-осевой плоскости сальниковая коробка может смещаться соосно с валом, и в результате контактное давление сальниковая набивка-вал значительно снижается.

Недостатком этого устройства является снижение подвижности сальниковой коробки при повышении давления рабочей среды, так как при повышении давления коробка смещается до упора в торец корпуса, и в области упора между стыковочными поверхностями сальниковой коробки и корпуса появляются силы трения, которые возрастают при повышении давления рабочей среды и приводят к снижению подвижности сальниковой коробки. Кроме того, многократные смещения сальниковой коробки при работе уплотнения могут привести к износу в области опорных поверхностей, особенно при большой амплитуде или высокой частоте радиальных колебаний вала и при большом давлении рабочей среды. В результате снижается срок службы уплотнительного устройства.

Вышеприведенное уплотнительное устройство может быть выбрано в качестве прототипа, так как совпадает с заявляемым по большинству существенных признаков. Общими признаками являются неподвижный корпус уплотнения и подвижная в радиальном и осевом направлениях сальниковая коробка с набивкой, охватывающей уплотняемую поверхность вала, и консоль, корневая часть которой соединена с корпусом через упругие опоры, а свободный конец консоли соединен через упругие опоры с сальниковой коробкой.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача усовершенствования уплотнительного устройства путем введения дополнительных элементов, которые обеспечивают то, что в условиях повышения давления рабочей среды подвижность сальниковой коробки практически не ухудшается, что позволяет повысить надежность и срок службы уплотнительного устройства при его довольно простом техническом исполнении.

Поставленная задача решается за счет того, что в уплотнительном устройстве, которое состоит из корпуса и установленной в корпусе с возможностью перемещения в радиальном и осевом направлениях сальниковой коробки с набивкой, охватывающей уплотняемую поверхность, и консоли, корневая часть которой соединена с корпусом через упругие опоры, а свободный конец консоли соединен через упругие опоры с сальниковой коробкой, согласно изобретению сальниковая коробка соединена с корпусом через по меньшей мере три шаровые опоры с возможностью их качения по опорным поверхностям корпуса и сальниковой коробки.

Шаровые опоры могут быть разделены между собой с помощью перегородок.

Шаровые опоры могут быть связаны друг с другом с помощью сепаратора.

Кроме того, шаровые опоры могут быть размещены между двумя фланцами, один из которых через упругую опору соединен с корпусом, а второй - с сальниковой коробкой.

Соединение сальниковой коробки с корпусом с помощью шаровых опор, которые размещены в области соединения с возможностью качения их по опорным поверхностям корпуса и сальниковой коробки, позволяет повысить подвижность последней даже при высоких давлениях рабочей среды. Это достигается благодаря тому, что сальниковая коробка опирается на шаровые опоры, которые при радиальном смещении сальниковой коробки катятся по опорным поверхностям корпуса и сальниковой коробки практически без сопротивления, так как трение качения очень мало и практически не зависит от силы, с которой давление рабочей среды прижимает сальниковую коробку к шаровым опорам.

Разделение шаровых опор перегородками позволяет распределить их равномерно по опорным поверхностям и обеспечить равномерную нагрузку на каждую шаровую опору, что не позволяет сальниковой коробке перекашиваться от давления рабочей среды, а перекос сальниковой коробки может привести к смятию (деформации) сальниковой набивки и резко сократить срок службы уплотнительного устройства. Кроме того, перегородки не дают шаровым опорам возможность соприкасаться друг с другом, что могло бы привести к торможению качения, то есть процесс качения сменился бы на процесс скольжения по опорам, и это снизило бы тогда подвижность сальниковой коробки, так как коэффициент трения скольжения значительно больше коэффициента трения качения.

Связывание шаровых опор друг с другом путем установки их в отдельные ячейки сепаратора позволяет не только равномерно распределить шаровые опоры, но также предотвратить возможность самопроизвольного смещения или скатывания части шаровых опор по опорным поверхностям за счет собственного веса или вибрации в случае, если в процессе работы сальниковая коробка вслед за валом наклоняется в радиально-осевой плоскости и начинает опираться только на часть шаровых опор, при этом другие опоры оказываются неприжатыми между опорными поверхностями. В такой ситуации сепаратор позволяет удерживать шаровые опоры от соскальзывания, а это гарантирует, что шаровые опоры при следующем колебательном цикле вала будут служить для сальниковой коробки опорами качения, а не скольжения, то есть высокая подвижность сальниковой коробки сохраняется при высоком давлении рабочей среды и при большой амплитуде радиальных колебаний вала, обеспечивая тем самым надежную длительную работу уплотнения.

Размещение шаровых опор между двумя фланцами, один из которых через упругую опору соединен с корпусом, а другой - с сальниковой коробкой, обеспечивает равномерное прижатие сальниковой коробки к шаровым опорам даже в такой возможной ситуации, когда в процессе работы вал не только смещается радиально, но и совершает наклоны. Упругие опоры служат для компенсации наклона сальниковой коробки, а шаровые опоры - для компенсации её радиальных колебаний. Равномерность прижатия сальниковой коробки к опорам обеспечивает "легкость" её смещения и снижение контактного давления на набивку со стороны вала, что увеличивает срок службы уплотнительного устройства.

Изобретение поясняется на чертежах.

На фиг. 1 изображено уплотнительное устройство (продольный разрез); на фиг. 2, 3 - уплотнение с шаровыми опорами, разделенными перегородками; на фиг. 4 - уплотнение, в котором шаровые опоры связаны между собой с помощью сепаратора; на фиг. 5 - уплотнение, в котором шаровые опоры размещены между двумя фланцами на упругих опорах.

Уплотнительное устройство состоит из неподвижного корпуса 1, к которому присоединена сальниковая коробка 2 с набивкой 3, охватывающей уплотняемую поверхность вала 4, и консоль 5. Консоль 5 представляет собой аксиально удлиненную втулку, имеющую корневую часть 6 и свободный конец 7, которые отстоят друг от друга по осевой линии на некотором расстоянии. Корневая часть 6 консоли 5 закрепляется в корпусе 1 через упругие опоры (например, резиновые кольца) 8. Свободный конец 7 консоли 5 соединен с сальниковой коробкой 2 через упругие опоры (например, резиновые кольца) 9. Для поджатия набивки 3 к уплотнительной поверхности вала 4 используется грундбукса 10, которая крепится к сальниковой коробке 2 с помощью резьбовых соединительных деталей. Корпус 1 и сальниковая коробка 2 снабжены торцевыми фланцами 11 и 12 соответственно, которые препятствуют выдавливанию сальниковой коробки 2 наружу под действием давления рабочей среды. Между опорной поверхностью 13 фланца 12 сальниковой коробки 2 и опорной поверхностью 14 фланца 11 корпуса 1 размещены по меньшей мере три шаровые опоры 15 (например, металлические шары).

Шаровые опоры 15 могут размещаться между опорными поверхностями 13 и 14 свободно (фиг. 1).

Шаровые опоры 15 могут быть отделены друг от друга перегородками 16, выполненными на опорной поверхности 13 сальниковой коробки 2 (фиг. 2).

Перегородки 16 могут быть выполнены на опорной поверхности 14 корпуса 1 (фиг. 3).

Шаровые опоры 15 могут быть размещены в сепараторе 17 (фиг. 4).

Фланец 12 сальниковой коробки 2 может быть выполнен как отдельная деталь и быть связанным с сальниковой коробкой 2 через упругую опору (например, резиновое кольцо) 18, а фланец 11 корпуса 1 также может быть выполнен отдельно и быть связанным с корпусом 1 через упругую опору (например, резиновое кольцо) 19 (фиг. 5).

Уплотнительное устройство работает следующим образом.

Под давлением рабочей среды сальниковая коробка 2 вместе с грундбуксой 10 сдвигается до упора фланца 12 сальниковой коробки 2 опорной поверхностью 13 в шаровые опоры 15, которые, в свою очередь, опираются на опорную поверхность 14 торцевого фланца 11 корпуса 1. При вращении вала 4 сальниковая коробка 2 с набивкой 3 и грундбукса 10 начинают вибрировать как единое целое вместе с валом 4, отслеживая его колебания за счет отыгрывания резиновых колец 8, 9 и благодаря тому, что сальниковая коробка 2 связана через кольца 9 со свободным концом 7 консоли 5, упруго закрепленной в корпусе 1 уплотнения посредством кольца 8. При радиальном смещении вала 4 в процессе работы возникает избыточное контактное давление на набивку 3, которое передается на сальниковую коробку 2. Это усилие приводит к повороту консоли 5 на некоторый угол в радиально-осевой плоскости благодаря эластичности колец 8 в корневой части 6 консоли 5 и эластичности колец 9 на свободном конце 7 консоли 5. Сальниковая коробка 2 при этом будет смещаться радиально с валом, опираясь на шаровые опоры 15, которые практически без трения катятся по опорным поверхностям 13 и 14. Это смещение сальниковой коробки 2 снижает давление на набивку 3, что обеспечивает надежность работы уплотнительного устройства.

Заявляемое уплотнительное устройство имеет повышенную радиальную подвижность сальниковой коробки даже при высоком давлении рабочей среды. Следствием этого является то, что при работе контактное давление со стороны вала на набивку снижается и поэтому набивка служит в несколько раз дольше, чем в известных сальниковых узлах. Она практически не разбивается, не истирается и не изнашивает уплотняемую поверхность вала (защитную рубашку вала).