RU2239741C2

RU2239741C2 - Unit for machine shaft end seal (versions)

Info

Publication number: RU2239741C2
Application number: RU2002130588/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.Р. Залыгин (RU); Ю.Р. Залыгин
Original assignee: Залыгин Юрий Рэмович
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-11-10

Abstract

FIELD: power mechanical engineering; positive-displacement pneumatic and hydraulic machines.

SUBSTANCE: proposed unit of end seal of shaft is provided with sealing ring which may be mounted on shaft or in fixed body depending on version of invention. Sealing ring forms surface being sealed and is engageable with hold-down member over this surface. Hold-down member is made as part of bellows or integral with it. Bellows and hold-down member are made from aluminum alloy. Surface of sealing ring being sealed and mating surface of hold-down member are provided with ceramic coats.

EFFECT: simplified construction; enhanced reliability and durability.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в конструкциях пневматических и гидравлических машин объемного действия, работающих как в режиме двигателя, так и в режиме насоса, в качестве узла торцового уплотнения вала этих пневмогидравлических машин.The invention relates to the field of power engineering and can be used in the construction of pneumatic and hydraulic volumetric machines, operating both in engine mode and in pump mode, as a mechanical seal unit for the shaft of these pneumatic hydraulic machines.

Из существующего уровня техники известно наиболее близкое техническое решение торцового уплотнения вала машины, выбранное за прототип для обоих вариантов устройства, содержащее уплотнительное кольцо, установленное на вращающемся валу машины, образующее уплотняемую поверхность, неподвижное кольцо, установленное во втулке, поджимной элемент с пружиной и герметизирующий элементы устройства сильфон из неметаллического материала (см. В.В.Гордеев “Конструктивные элементы торцовых уплотнений центробежных насосов”, Москва, ЦИНТИХИМНЕФТМАШ, 1977 г., стр.38-41, рис.15).The closest technical solution to the mechanical seal of the machine shaft, selected as a prototype for both device versions, containing a sealing ring mounted on a rotating shaft of the machine, forming a sealing surface, a fixed ring installed in the sleeve, a compression element with a spring and sealing elements is known from the prior art bellows made of non-metallic material (see V.V. Gordeev “Structural elements of mechanical seals of centrifugal pumps”, Moscow, TSINTIKHIMNEFTM AS, 1977, pp. 38-41, Fig. 15).

Достижению требуемого технического результата для обоих вариантов изобретения в известном торцовом уплотнении препятствует технологическая сложность его конструкции, обусловленная наличием нескольких конструктивных элементов узла торцового уплотнения, обеспечивающих его работу: собственно уплотнительного кольца, неподвижного кольца, поджимного элемента, поджимающего элемента - пружины и герметизирующего уплотнение сильфона.The achievement of the required technical result for both variants of the invention in the known mechanical seal is hindered by the technological complexity of its design, due to the presence of several structural elements of the mechanical seal assembly, which ensure its operation: the sealing ring itself, the fixed ring, the clamping element, the pressing element - the spring and the sealing bellows seal.

Наличие этих нескольких конструктивных элементов и соответственно наличие дополнительных соединений и технологических стыков и сопряжений в конструкции, предназначенной для уплотнения узла и уменьшения вероятности утечек через него, наоборот, эту вероятность утечек рабочего тела через узел торцового уплотнения не уменьшает, а увеличивает.The presence of these several structural elements and, accordingly, the presence of additional joints and technological joints and mates in a structure designed to seal the assembly and reduce the likelihood of leaks through it, on the contrary, does not reduce this probability of leakage of the working fluid through the mechanical seal assembly, but increases it.

Кроме того, наличие нескольких конструктивных элементов снижает надежность работы торцового уплотнения и приводит к преждевременному выходу его из строя.In addition, the presence of several structural elements reduces the reliability of the mechanical seal and leads to premature failure of it.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение в обоих его вариантах, является создание конструкции узла торцового уплотнения, обеспечивающего за счет простых конструктивных решений при сохранении заданной производительности машины минимальные утечки через него рабочего тела и длительную и эффективную работу.The task to which the claimed invention is directed in both its variants is to create a mechanical seal assembly design, which, due to simple structural solutions while maintaining a given machine performance, minimizes leakages of the working fluid through it and a long and efficient operation.

К техническим результатам, получаемым при решении поставленной задачи от реализации заявленного изобретения по обоим его вариантам, можно отнести упрощение конструкции узла торцового уплотнения и, как следствие, повышение его надежности, долговечности, а также повышение эффективности всего агрегата за счет уменьшения количества технологических стыков.The technical results obtained in solving the problem from the implementation of the claimed invention in both its variants include simplification of the design of the mechanical seal assembly and, as a result, increase of its reliability, durability, as well as increase of the efficiency of the entire unit by reducing the number of technological joints.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается по первому варианту изобретения тем, что в узле торцового уплотнении вала машины, вращающегося относительно неподвижного корпуса, содержащем уплотнительное кольцо, образующее уплотняемую поверхность, поджимной элемент, взаимодействующий с уплотнительным кольцом по уплотняемой поверхности и образующий с ним пару трения, а также сильфон, герметизирующий от уплотняемой среды элементы устройства, согласно изобретению, уплотнительное кольцо установлено на валу, поджимной элемент выполнен как часть сильфона, образующий с ним единое целое, а сам сильфон и соответственно поджимной элемент выполнены из алюминиевого сплава с возможностью выполнения сильфоном за счет сил его внутренней упругости функций пружины, и установлен в неподвижном корпусе устройства, при этом по крайней мере взаимодействующие между собой и образующие пару трения уплотняемая поверхность уплотнительного кольца и ответная ей поверхность поджимного элемента сильфона выполнены с керамическим покрытием.The problem is solved, and the technical result is achieved according to the first embodiment of the invention by the fact that in the mechanical seal assembly of the shaft of the machine, rotating relative to the stationary housing, containing a sealing ring forming a sealing surface, a clamping element interacting with the sealing ring along the sealing surface and forming a pair with it friction, as well as a bellows, sealing the elements of the device according to the invention from the medium being sealed, the sealing ring is mounted on the shaft the element is made as part of the bellows, forming a single whole with it, and the bellows and, accordingly, the clamping element are made of aluminum alloy with the possibility of performing bellows due to the forces of its internal elasticity of the functions of the spring, and is installed in a fixed housing of the device, while at least interacting between The sealing surface of the sealing ring and the corresponding surface of the bellows clamping element forming a friction pair are ceramic coated.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается по второму варианту изобретения тем, что в узле торцового уплотнения вала машины, вращающегося относительно неподвижного корпуса, содержащем уплотнительное кольцо, образующее уплотняемую поверхность, поджимной элемент, взаимодействующий с уплотнительным кольцом по уплотняемой поверхности и образующий с ним пару трения, а также сильфон, герметизирующий от уплотняемой среды элементы устройства, согласно изобретению, уплотнительное кольцо установлено в неподвижном корпусе, поджимной элемент выполнен как часть сильфона, образующий с ним единое целое, а сам сильфон и соответственно поджимной элемент выполнены из алюминиевого сплава с возможностью выполнения сильфоном за счет сил его внутренней упругости функций пружины, и установлен на валу, при этом по крайней мере взаимодействующие между собой и образующие пару трения уплотняемая поверхность уплотнительного кольца и ответная ей поверхность поджимного элемента сильфона выполнены с керамическим покрытием.The problem is solved, and the technical result is achieved according to the second embodiment of the invention by the fact that in the mechanical seal assembly of the shaft of the machine, rotating relative to the stationary body, containing a sealing ring forming a sealing surface, a clamping element interacting with the sealing ring along the sealing surface and forming a pair with it friction, as well as a bellows, sealing the elements of the device according to the invention from the medium being sealed, the sealing ring is mounted in a fixed housing The whisker, the clamping element is made as part of the bellows, forming a single whole with it, and the bellows and, respectively, the clamping element are made of aluminum alloy with the ability to perform bellows due to the forces of its internal elasticity of the spring functions, and mounted on the shaft, while at least interacting between themselves and the sealing surface of the sealing ring that forms the friction pair and the surface of the bellows clamping element mating to it, is made with a ceramic coating.

Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг.1 изображен узел торцового уплотнения по первому варианту выполнения изобретения;figure 1 shows the mechanical seal assembly according to the first embodiment of the invention;

на фиг.2 - узел торцового уплотнения по второму варианту выполнения изобретения.figure 2 - site mechanical seal according to the second embodiment of the invention.

Узел торцового уплотнения вала машины для обоих вариантов изобретения содержит уплотнительное кольцо 1, которое может быть установлено или на вращающемся валу 2, или же в неподвижном корпусе 3 машины. Уплотнительное кольцо 1 образует уплотняемую поверхность 4. Поджимной элемент 5 взаимодействует с уплотнительным кольцом 1 по уплотняемой поверхности 4 и образует с ним пару трения. Поджимной элемент 5 выполнен как часть сильфона 6, образующий с ним, с сильфоном 6, единое целое. Сам сильфон 6 и соответственно поджимной элемент 5 выполнены из алюминиевого сплава с возможностью выполнения сильфоном за счет сил его внутренней упругости функций пружины.The mechanical shaft seal assembly of the machine for both variants of the invention contains a sealing ring 1, which can be installed either on the rotating shaft 2, or in the stationary casing 3 of the machine. The sealing ring 1 forms a sealing surface 4. The pressing member 5 interacts with the sealing ring 1 along the sealing surface 4 and forms a friction pair with it. The pressing element 5 is made as part of the bellows 6, forming with it, with the bellows 6, a single unit. The bellows 6 and, accordingly, the clamping element 5 are made of aluminum alloy with the ability to perform a bellows due to the forces of its internal elasticity of the functions of the spring.

В зависимости от варианта выполнения изобретения сильфон 6 может быть установлен как на вращающемся относительно неподвижного корпуса 3 валу 2, так и в неподвижном корпусе 3 машины, что определяется взаиморасположением уплотнительного кольца 1 и самого сильфона 6.Depending on the embodiment of the invention, the bellows 6 can be installed both on the shaft 2, which rotates relative to the stationary body 3, and in the stationary body 3 of the machine, which is determined by the relative position of the sealing ring 1 and the bellows 6 itself.

По первому варианту изобретения уплотнительное кольцо 1 установлено на валу 2, тогда как сильфон 6 установлен в неподвижном корпусе 3 машины.According to the first embodiment of the invention, the o-ring 1 is mounted on the shaft 2, while the bellows 6 is mounted in the stationary housing 3 of the machine.

По второму варианту изобретения уплотнительное кольцо 1 установлено в неподвижном корпусе 3 машины, тогда как сильфон 6 установлен на вращающемся валу 2.According to a second embodiment of the invention, the o-ring 1 is installed in the stationary body 3 of the machine, while the bellows 6 is mounted on the rotating shaft 2.

При этом все элементы устройства или по крайней мере взаимодействующие между собой и образующие пару трения уплотняемая поверхность 4 уплотнительного кольца 1 и ответная ей поверхность поджимного элемента 5 сильфона 6 выполнены с керамическим покрытием.Moreover, all elements of the device, or at least interacting with each other and forming a friction pair, the sealing surface 4 of the sealing ring 1 and the surface of the pressing element 5 of the bellows 6 corresponding to it, are made with ceramic coating.

Узел торцового уплотнения вала машины работает следующим образом.The mechanical seal shaft of the machine operates as follows.

По первому варианту изобретения уплотнительный элемент узла торцового уплотнения в виде сильфона 6 установлен в неподвижном корпусе 3. Вал 2, вращаясь относительно неподвижного корпуса 3, своим уплотнительным кольцом 1, закрепленным на валу 2, взаимодействует с поджимным элементом 5 сильфона 6, выполненным как единое целое с сильфоном 6 из алюминиевого сплава. При этом уплотнительное кольцо 1 и поджимной элемент 5 сильфона 6 по уплотняемой поверхности 4 образуют между собой пару трения и непосредственно торцовое уплотнение узла машины, препятствующее перетеканию через узел рабочего тела машины.According to the first embodiment of the invention, the sealing element of the mechanical seal assembly in the form of a bellows 6 is installed in the stationary housing 3. The shaft 2, rotating relative to the stationary housing 3, with its sealing ring 1 mounted on the shaft 2, interacts with the clamping element 5 of the bellows 6, made as a whole with bellows 6 made of aluminum alloy. In this case, the sealing ring 1 and the clamping element 5 of the bellows 6 on the sealing surface 4 form between themselves a friction pair and directly the mechanical seal of the machine assembly, which prevents overflow through the assembly of the working fluid of the machine.

По второму варианту выполнения изобретения уплотнительный элемент узла торцового уплотнения в виде сильфона 6 установлен на валу 2. Вал 2, вращаясь относительно неподвижного корпуса 3, поджимным элементом 5 сильфона 6, выполненным как единое целое с сильфоном 6 из алюминиевого сплава, взаимодействует с уплотнительным кольцом 1, закрепленным в неподвижном корпусе 3. При этом уплотнительное кольцо 1 неподвижного корпуса 3 образует с поджимным элементом 5 сильфона 6 по уплотняемой поверхности 4 пару трения и непосредственно торцовое уплотнение узла машины, препятствующее перетеканию через узел рабочего тела машины.According to a second embodiment of the invention, the sealing element of the mechanical seal assembly in the form of a bellows 6 is mounted on the shaft 2. The shaft 2, rotating relative to the stationary body 3, by the clamping element 5 of the bellows 6, made as a unit with the aluminum alloy bellows 6, interacts with the sealing ring 1 fixed in the fixed casing 3. At the same time, the sealing ring 1 of the fixed casing 3 forms a friction pair with the compression element 5 of the bellows 6 along the sealing surface 4 and directly the mechanical seal evil machine, preventing the flow through the node of the working fluid of the machine.

За счет того что в узле торцового уплотнения существует только один штатный технологический стык по уплотняемой поверхности 4 взаимодействия поджимного элемента 5 сильфона 6 и уплотнительного кольца 1 (на штатной паре трения), количество потерь из-за перетекания рабочего тела через узел существенно уменьшается. Одновременно с упрощением конструкции за счет уменьшения количества технологических операций для ее изготовления и уменьшения количества составляющих ее деталей, а также общего числа технологических стыков в самом узле повышается его надежность и соответственно эффективность всего агрегата.Due to the fact that in the mechanical seal assembly there is only one regular technological joint along the sealing surface 4 of the interaction of the clamping element 5 of the bellows 6 and the sealing ring 1 (on a standard friction pair), the number of losses due to the flow of the working fluid through the assembly is significantly reduced. Simultaneously with the simplification of the structure by reducing the number of technological operations for its manufacture and reducing the number of parts that make it up, as well as the total number of technological joints in the assembly itself, its reliability and, accordingly, the efficiency of the entire unit are increased.

Надежность машины по обоим вариантам выполнения изобретения также повышается и за счет того, что по крайней мере сам сильфон 6 с поджимным элементом 5, взаимодействующий по уплотняемой поверхности 4 с образованием пары трения с уплотнительным кольцом 1, а также поверхность трения самого уплотнительного кольца 1 выполнены с керамическим покрытием.The reliability of the machine in both variants of the invention is also increased due to the fact that at least the bellows 6 itself with a clamping element 5, interacting along the sealing surface 4 with the formation of a friction pair with the sealing ring 1, as well as the friction surface of the sealing ring 1 itself are made with ceramic coating.

Кроме того, необходимо отметить, что по обоим вариантам изобретения достижению поставленного технического результата способствует то, что сильфон в данном изобретении выполняет сразу четыре функции: уплотнительного кольца, поджимного элемента, поджимающего элемента - пружины и собственно сильфона.In addition, it should be noted that for both variants of the invention, the achievement of the technical result is facilitated by the fact that the bellows in this invention performs four functions at once: an o-ring, a clamping element, a pressing element - a spring, and the bellows itself.

Узел торцового уплотнения машины выполнен из традиционных конструкционных материалов с использованием традиционных технологий машиностроения и может быть изготовлен в условиях серийного производства.The mechanical seal assembly of the machine is made of traditional structural materials using traditional engineering technologies and can be manufactured in mass production.

Claims

1. The mechanical shaft seal assembly of the machine, comprising a shaft rotating relative to the stationary body, a sealing ring forming a sealing surface, a clamping element interacting with the sealing ring along the sealing surface and forming a friction pair with it, as well as a bellows sealing device elements from the medium being sealed characterized in that the o-ring is mounted on the shaft, the clamping element is made as part of the bellows, forming a single unit with it, and the bellows and, accordingly, compress The ith element is made of aluminum alloy with the possibility of the bellows acting due to the forces of its internal elasticity of the spring functions and is installed in a fixed casing, at least the sealing surface of the o-ring interacting with each other and forming a friction pair and the surface of the bellows pressing element corresponding to it are made of ceramic coated.

2. The mechanical shaft seal assembly of the machine, comprising a shaft rotating relative to the stationary body, a sealing ring forming a sealing surface, a clamping element interacting with the sealing ring along the sealing surface and forming a friction pair with it, as well as a bellows sealing elements of the device from the medium being sealed characterized in that the o-ring is installed in a fixed housing, the clamping element is made as part of the bellows, forming a single unit with it, and the bellows and, respectively The clamping element is made of aluminum alloy with the possibility of the spring acting as a bellows due to the forces of its internal elasticity and is mounted on the shaft, while at least the sealing surface of the sealing ring interacting with each other and forming a friction pair and the surface of the bellows pressing element corresponding to it ceramic coating.