RU2758659C1

RU2758659C1 - Labyrinth seal

Info

Publication number: RU2758659C1
Application number: RU2020141689A
Authority: RU
Inventors: Иван Алексеевич Блинов; Ринат Тахирович Минигулов
Original assignee: Акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол"
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-11-01

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to non-contact labyrinth-type sealing devices for sealing bearing assemblies of machines. The labyrinth seal contains disks combined to obtain a long winding gap with alternating annular protrusions and depressions at the end, one of which is mounted on a rotating shaft, and the second is planted in the hole of the bearing cover. The annular protrusions of the disk rotating together with the shaft are made with a decreasing height from the center of the disk to the periphery, while the annular depressions of the fixed disk installed in the bearing cover are made with a decreasing depth from the center of the disk to the periphery, and in the fixed disk in the lower part there is an external longitudinal blind groove and a number of radial holes connecting a common drainage hole in the housing with each of the labyrinth chambers formed by combining the protrusions of the movable disk with the depressions of the fixed disk.

EFFECT: increased manufacturability of the seal.

1 cl, 3 dwg

Description

Уплотнение относится к бесконтактным уплотнительным устройствам лабиринтного типа для герметизации подшипниковых узлов машин.The seal belongs to the labyrinth-type non-contact sealing devices for sealing machine bearing assemblies.

Известно лабиринтное уплотнение, содержащее две втулки с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами на торцевых поверхностях, одна из которых посажена на вал и вращается с ним как одно целое, а другая неподвижна и является частью корпуса, либо крышки подшипника, причем в сборе выступы втулок посажены с малым зазором во впадины ответной втулки. Образующаяся длинная извилистая щель между втулками обладает большим гидродинамическим сопротивлением и препятствует вытеканию жидкости из рабочей полости устройства в окружающую среду. Для большего уплотняющего эффекта щель между втулками заполняют консистентной смазкой [1].It is known a labyrinth seal containing two bushings with alternating annular protrusions and depressions on the end surfaces, one of which is seated on a shaft and rotates with it as a whole, and the other is stationary and is part of the housing or bearing cap, and in the assembly, the protrusions of the bushings are seated with a small gap in the depression of the counter sleeve. The resulting long tortuous gap between the bushings has a high hydrodynamic resistance and prevents the fluid from flowing out of the working cavity of the device into the environment. For a greater sealing effect, the gap between the bushings is filled with grease [1].

Известно лабиринтное уплотнение [2], содержащее корпус с концентрическими канавками, в которых размещены с зазором по периметру ответные выступы втулки, установленной на валу. С целью повышения надежности, на корпусе жестко закреплена крышка, охватывающая втулку и образующая внутреннюю полость, заполненную смазкой, при этом втулка выполнена с оппозитно расположенными заплечиками, на которых установлены тела качения в обоймах, через которые боковые поверхности втулки сопряжены с поверхностями корпуса и крышки, а на внутренней цилиндрической поверхности втулки выполнены канавки, в которые герметично установлены уплотнительные элементы.Known labyrinth seal [2], containing a housing with concentric grooves, which are placed with a gap around the perimeter of the counter protrusions of the sleeve mounted on the shaft. In order to increase reliability, a cover is rigidly fixed to the body, covering the sleeve and forming an internal cavity filled with grease, while the sleeve is made with oppositely located shoulders, on which rolling bodies are installed in cages, through which the lateral surfaces of the sleeve are mated with the surfaces of the body and the cover, and grooves are made on the inner cylindrical surface of the sleeve, into which the sealing elements are hermetically installed.

Общим недостатком приведенных выше конструкций являются большие потери мощности на высоких скоростях вращения вала из-за значительного вязкостного сопротивления консистентной смазки в зазорах устройств и понижение надежности уплотнения, обусловленной вероятностью вытекания из зазора разогретой консистентной смазки, обладающей повышенной текучестью.A common disadvantage of the above structures is a large power loss at high shaft rotation speeds due to the significant viscous resistance of the grease in the gaps of the devices and a decrease in the reliability of the seal due to the likelihood of a heated grease with increased fluidity flowing out of the gap.

Наиболее близким аналогом является лабиринтное уплотнение [3], содержащее неподвижный с пазами на торцевой поверхности диск и установленный на валу вращающийся диск с выступами, входящими в пазы неподвижного диска. С целью повышения герметичности, в выступах выполнены радиальные пазы, а в неподвижном диске выполнены тангенциальные каналы, соединяющие пазы с дренажем.The closest analogue is a labyrinth seal [3] containing a disk stationary with grooves on the end surface and a rotating disk mounted on the shaft with protrusions entering the grooves of the stationary disk. In order to increase the tightness, radial grooves are made in the protrusions, and tangential channels are made in the stationary disk, connecting the grooves with the drainage.

Недостатком конструкции является то, что отверстия для отведения жидкости, расположенные тангенциально наружной цилиндрической поверхности вращающегося диска и перпендикулярно оси вращения, будут проходить через выступы неподвижного диска, следовательно, нормальное отведение жидкости станет возможно лишь в редкие фазы работы устройства, когда отверстия вращающегося и не вращающегося дисков совмещены, что значительно ухудшает эффективность дренажа. Для постоянного отвода жидкости не зависящего от фазы работы устройства необходимо обеспечивать сложное пространственное расположение дренажных отверстий по касательной к лабиринтным камерам и под углом к оси вращения вала, что также является недостатком. С точки зрения изготовления элементов такого уплотнения конструкция нетехнологична.The disadvantage of the design is that the holes for liquid discharge, located tangentially to the outer cylindrical surface of the rotating disk and perpendicular to the axis of rotation, will pass through the protrusions of the stationary disk, therefore, normal liquid discharge will become possible only in rare phases of device operation, when the holes are rotating and not rotating discs are combined, which significantly impairs the efficiency of drainage. For permanent drainage of liquid, independent of the phase of operation of the device, it is necessary to provide a complex spatial arrangement of drainage holes tangentially to the labyrinth chambers and at an angle to the axis of rotation of the shaft, which is also a disadvantage. From the point of view of manufacturing elements of such a seal, the design is low-tech.

Техническим результатом является повышение технологичности уплотнения.The technical result is to improve the manufacturability of the seal.

Указанный технический результат достигается тем, что лабиринтное уплотнение содержит совмещаемые для получения длинного извилистого зазора диски с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами на торце, один из которых устанавливается на вращающийся вал, а второй посажен в отверстие крышки подшипника. Кольцевые выступы вращающегося вместе с валом диска выполнены с уменьшающейся высотой от центра диска к периферии, при этом кольцевые впадины неподвижного диска, устанавливаемого в крышку подшипника, выполнены с уменьшающейся глубиной от центра диска к периферии, а в неподвижном диске в нижней части выполнен внешний продольный глухой паз и ряд радиальных отверстий, соединяющих общее дренажное отверстие в корпусе с каждой из лабиринтных камер, образованных совмещением выступов подвижного диска со впадинами неподвижного диска.The specified technical result is achieved by the fact that the labyrinth seal contains disks that are aligned to obtain a long tortuous gap with alternating annular protrusions and depressions at the end, one of which is installed on the rotating shaft, and the second is fitted into the hole of the bearing cover. The annular protrusions of the disk rotating together with the shaft are made with a decreasing height from the center of the disk to the periphery, while the annular depressions of the stationary disk installed in the bearing cover are made with a decreasing depth from the center of the disk to the periphery, and an external longitudinal blind is made in the stationary disk in the lower part a groove and a number of radial holes connecting a common drain hole in the housing with each of the labyrinth chambers formed by aligning the protrusions of the movable disk with the depressions of the stationary disk.

Ступенчатая конфигурация лабиринтных камер позволяет упростить пространственное расположение дренажных отверстий, выполнить их в ряд, радиально отходящими от каждой лабиринтной камеры. Радиальное расположение отверстий с точки зрения изготовления более технологично, нежели тангенциальное, представленное в [3].The stepped configuration of the labyrinth chambers makes it possible to simplify the spatial arrangement of the drainage holes, to make them in a row, radially extending from each labyrinth chamber. From the point of view of manufacturing, the radial arrangement of the holes is more technologically advanced than the tangential one presented in [3].

Кроме того, с целью повышения надежности уплотнения на наружной цилиндрической поверхности выполнен радиальный выступ с осевым вылетом за пределы торца неподвижного диска. Полученное локальное уменьшение зазора на входе в лабиринт выполняет направляющую функцию. Оно препятствует втеканию жидкости в лабиринтный зазор, и способствует ее сбрасыванию в удаленную от зазора зону на стенке корпуса возникающими при вращении кольца центробежными силами.In addition, in order to increase the reliability of the seal, a radial protrusion is made on the outer cylindrical surface with an axial protrusion beyond the end of the stationary disk. The resulting local reduction in the gap at the entrance to the labyrinth performs a guiding function. It prevents the fluid from flowing into the labyrinth gap, and facilitates its dropping into a zone remote from the gap on the housing wall by centrifugal forces arising from the rotation of the ring.

Конструкция поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез лабиринтного уплотнения, на фиг.2 изображена верхняя часть соединения дисков в разрезе, на фиг.3 изображена нижняя часть соединения дисков в разрезе.The design is illustrated by drawings, where figure 1 shows a longitudinal section of the labyrinth seal, figure 2 shows the upper part of the disc connection in section, figure 3 shows the lower part of the disc connection in section.

Лабиринтное уплотнение состоит из подвижного диска 1, устанавливаемого на вал 2 и вращающегося с ним как одно целое, имеющего выступ В на внешней цилиндрической поверхности, совмещенного с диском 1 по впадинам и вершинам неподвижного диска 3, устанавливаемого в отверстие крышки подшипника, либо являющегося частью крышки как показано на фиг.1 и имеющего паз Г в нижней части, совмещенный с дренажным отверстием в корпусе 4, и ряд отверстий, соединяющих паз с каждой из лабиринтных камер; корпуса 4 с дренажным отверстием из полости паза Г в картер уплотняемого устройства.The labyrinth seal consists of a movable disk 1, installed on the shaft 2 and rotating with it as a whole, having a protrusion B on the outer cylindrical surface, aligned with the disk 1 along the depressions and tops of a stationary disk 3, installed in the hole of the bearing cover, or being part of the cover as shown in figure 1 and having a groove D in the lower part, aligned with the drain hole in the housing 4, and a series of holes connecting the groove to each of the labyrinth chambers; housing 4 with a drain hole from the groove cavity D into the crankcase of the device to be sealed.

Уплотнение работает следующим образом.The seal works as follows.

Масло, либо другая жидкая уплотняемая среда, проходя через подшипниковый узел, попадает на торцевую поверхность вращающегося на валу диска 1. Под действием центробежных сил жидкость перетекает на периферийную зону диска 1 к радиальному выступу В вблизи зазора между дисками. Поскольку выступ В образует наиболее узкую часть зазора между дисками 1 и 3 гидравлическое сопротивление проникновению жидкости в зазор велико и она легче сбрасывается с выступа В на стенку корпуса 4, нежели проникает в зазор. Часть жидкости, попавшая в зазор медленно движется по длинному извилистому пути через лабиринтные камеры, образованные выступами и впадинами вращающегося и не вращающегося дисков. В каждой камере некоторое количество жидкости стекает в дренажное отверстие под действием силы тяжести и центробежной силы от вращения подвижного диска. Поскольку в каждой лабиринтной камере происходит отток части жидкости, общий расход жидкости через зазор уменьшается. При этом уплотнение способно работать на значительных скоростях с минимальными потерями мощности.Oil or other liquid sealed medium, passing through the bearing assembly, enters the end surface of the disk 1 rotating on the shaft. Under the action of centrifugal forces, the liquid flows to the peripheral zone of the disk 1 to the radial protrusion B near the gap between the disks. Since the protrusion B forms the narrowest part of the gap between the discs 1 and 3, the hydraulic resistance to the penetration of liquid into the gap is large and it is easier to drop from the protrusion B onto the wall of the housing 4 than it penetrates into the gap. Part of the liquid trapped in the gap slowly moves along a long, winding path through the labyrinth chambers formed by the protrusions and valleys of the rotating and non-rotating discs. In each chamber, a certain amount of liquid flows into the drain hole under the influence of gravity and centrifugal force from the rotation of the movable disk. Since in each labyrinth chamber there is an outflow of a part of the liquid, the total flow of liquid through the gap decreases. At the same time, the seal is able to operate at significant speeds with minimal power loss.

Источники информации:Sources of information:

1. Конструкции и расчет зубчатых редукторов. Справочное пособие. Кудрявцев В.Н., Державец Ю.А., Глухарев Е.Г. Л. «Машиностроение». 1971 г., 328 с.1. Design and calculation of gear reducers. Reference manual. Kudryavtsev V.N., Derzhavets Yu.A., Glukharev E.G. L. "Mechanical Engineering". 1971, 328 p.

2. Патент SU №1714268 Лабиринтное уплотнение. Пермский научно-исследовательский технологический институт. Заяв. 09.07.90 г. Публ. 23.02.92 г.2. Patent SU No. 1714268 Labyrinth seal. Perm Scientific Research Technological Institute. Application 09.07.90 Publ. 02/23/92 g.

3. Патент SU №1086265. Лабиринтное уплотнение. Херсонский индустриальный институт. Заяв. 17.03.83 г. Публ. 15.04.84 г.3. Patent SU No. 1086265. Labyrinth seal. Kherson Industrial Institute. Application 03.17.83 Publ. 04/15/84 g.

Claims

1. Labyrinth seal containing a labyrinth gap formed by combining a disk located on the shaft and rotating together with the shaft with alternating annular protrusions and depressions on the end surface with a stationary disk with alternating annular projections and depressions on the end surface responding to the movable disk, a housing with a drain hole , characterized in that the labyrinth gap is made stepwise due to the decreasing in height of the end protrusions of the movable disk from the center of the disk to the periphery and decreasing in depth of the end cavities of the stationary disk from the center of the disk to the periphery, and a blind groove is made in the stationary disk in its lower part, which is aligned with a drain hole in the housing, and a number of holes extending from it in the radial direction to each of the labyrinth chambers.

2. Labyrinth seal according to claim 1, characterized in that the labyrinth gap has a local decrease at the entrance from the side of the cavity to be sealed due to the design of a movable disk with a radial protrusion on the outer cylindrical surface with an axial overhang beyond the end of the stationary disk.