Торсионное уплотнение вала

 

Изобретение может быть использовано в уплотнениях валов с ограниченным углом поворота. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей уплотнения в части повышения точности позиционирования, разгрузки вала от осевых сил и увеличения вращающего момента, выполнения функции опоры скольжения и преобразователя перепада давления во вращающий момент. Винтовая пружина (П) 4 размещена соосно с трубчатым гибким разделителем сред (РС) 3 со стороны среды с низким давлением. Концы 5 П 4 зафиксированы от проворота на примыкающим к ним частях вала 1 и корпуса 2. П 4 выполнена из проволоки прямоугольного сечения и установлена без касания витков. РС 3 выполнен 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 3 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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (П) дп 4 F 16 J 15/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4275971/40-29 (22) 03.07.87 (46) 23.10.89. Бюл. В 39 (72) В.Б.Овандер (53) 62-762 (088.8) (56) Рот А. Вакуумные уплотнения.

М.: Энергия, 1971, с. 297. (54) ТОРСИОННОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА (57) Изобретение м.б. использовано в уплотнениях валов с ограниченным углом поворота. Цель изобретения повышение надежности и расширение функциональных возможностей уплотнения в части повьппения точности позиционирования, разгрузки вала от осевых сил и увеличения вращающего момента, выполнения функции опоры скольжения и преобразователя перепада давления во вращающий момент.

Винтовая пружина (П) 4 размещена

2 соосйо с трубчатым гибким разделителем сред (PC) 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. PC Э вьлолнен из антифрикционного материала, например из фторопласта. С другой стороны от места крепления к валу

1 РС 3 и П 4 установлены дополнительные PC 3 и П 4 и их диаметры выполнены равными. PC 3 оперт на корпус 2 против места крепления П 4 к валу 1. PC 3 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 15167

Изобретение 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 и манометрических датчиках температуры.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение функциональных воэможностей торсионного уплотнения нала (ТУВ) н части повышения точности позиционирования уплотнения вала, разгрузка вала от осевых сил и увеличение вращающего момента, выполнение функций опоры скольжения вала и функций преобразователя перепада давления 41P) во вращающий момент или пропорциональный ему угол 20 поворота вала в заданном направлении или во вращающий момент, ноэвращающий вал в исходное положение и пропорциональный углу поворота вала от этого положения.

На фиг.1 представлено ТУВ, на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1; на фиг. 3 — вариант двойного ТУВ с гидростатической разгрузкой, на фиг ° 4 сечение Б-Б на фиг.3 ; на фиг.5 — вариант двойного ТУВ с трубчатым гибким разделителем сред (ТГРС), размещенным внутри пружины, на фиг ° 6 — то же, с функцией преобразователя 6 Р но враающий момент или пропорциональный 35 му угол поворота вала с размещением

ТГРС снаружи пружины, на фиг.7 — сеение В-В на фиг.5.

ТУВ содержит вал 1, корпус 2, ТГРС 3, находящийся под действием 40 разности давлений сред P -Р =nP,винЯ ю товую пружину 4, размещенную соосно с

ТГРС со стороны среды с более низким давлением Р . Концы 5 винтовой пружины зафиксиронаны от проворота íà 45 примыкающих к ним частях вала и корпуса путем размещения их отогнутых частей в пазах этих деталей. При этом примыкакицие к месту крепления к валу витки пружин 4 от своих концов 5 ориентированы против направления Ч поворота вала под действием P (фиг.1,2 и 6) или по этому направлению (фиг.5 и 7). При этом для обеспечения одинакового направления Ориентации концов пружин, примыкающих к валу н двойных ТУВ (фиг.5,6,7), пружины в его частях выполнены с различным направлением навивки.

02 4

И ва » энте двойного ТУВ с гидростатической разгрузкой (фиг. 3 и 4) витки пружин н 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 для фиксации 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 Р1 и Р . Под действием ь P 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 P даже при изготовлении ТГРС из наиболее гибких низкомодульных материалов (резин, фторопласта и т.п.) °

Применение пружин из проволоки прямоугольного 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 yseличения прочности пружины при равных габаритах. Размещение ТГРС внутри прумлн (фиг.5).дополнительно повышает надежность устройства, так как витки пружины в этом случае работают на растяжение и им не грозит paspyшение 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 толкакщее усилие на ее концах, а растягивакщие— в тянущее усилие. Эти усилия передаются через места крепления концов

5 1 пружин к валу и корпусу и создают вращающий момент на валу, пропорциональный 4 P и направленный по стрелке Ч..

Воздействие д Р на торец вала создает и осевую нагрузку на вал. В варианте (фиг.3) 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

d P 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 saкручинаются вокруг своей оси, т.е. работают как пружины кручения. В пределах их упругого хода их наружный диаметр изменяется незначительно (до 5Х), поэтому исключаются черезмерные деформации ТГРС в радиальном направлении и повышается его надежность

516702 6 ругими силами пружин и силами а 1, передаваемыми ТГРС. При этом угол поворота вала прямо пропорционален a P

5 т.е. он выполняет функцию датчика давления.

Величина угла поворота вала прямо пропорциональна числу витков в пружине, так как радиальные деформации

10 витков трансформируются в тангенциальные и суммируются в общий поворот концов пружин.

При превьппении момента от 4 Р упругого момента пружин устройство способно поворачивать вал и при наличии нагрузки на валу, т.е. работать Как поворотный гидродвигатель с возвратом вала в исходное положение за счет имеющихся пружин.

20 Силы трения между пружиной и ТГРС незначительны, 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 повькпает КПД такого гидродвигателя и точность позиционирования вала в равновесных положе30

Одновременно такой ТГРС может служить антифрикционным вкладышем между валом и выступом 6 корпуса, обеспечивая работу устройства в качестве шарнирной опоры вала.

Малые потери на трение в случае использования ТГРС из фторопласта позволяют закреплять его только относительно корпуса (фиг.5 и 6). При

40 этОм В прОЦессе пОвОрОта sana ТГРС неподвижен и лишь скользит по валу и пружинам, что позволяет выполнять его более толстостенным, упростить и повысить надежность устройства.

При отключении внешнего вращающего момента от вала и незначительном

hP запасенная пружинами энергия воэ1 .вращает вал в исходное положение. Таким образом, пружины выполняют дополнительную функцию возврата вала в исходное положение, что упрощает кон. струкцию привода вала.

В двойном ТУВ (фиг.3) момент пружин от действия 4 P 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, вьппе, 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 P момент в пружинах вращает вал по стрелке V до тех пор, пока не наступит равновесия между упФормула из обре тения

1. Торсионное уплотнение вала, со50 держащее корпус, трубчатьй гибкий разделитель сред и винтовую пружину, размещенную соосно с ним со стороны среды с низким давлением, о т л и— ч а ю щ е е .с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повьппения надежности, концы винтовой пружины зафиксированы от проворота на примыкающих к ним частях вала и корпуса.

>5i iO2

2. Уплотнение вала по п. i, 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 п ° 3, о тличающееся 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 тличающеес я тем,что,с целью выполнения функции опоры скольжения вала, трубчатый гибкий разделитель сред оперт о корпус против места крепления пружин к валу.

6 ° Уплотнение вала по и. 5, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью выполнения функции преобразователя перепада давления во вращающий момент или пропорциональный ему 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, с целью повышения функции преобразова20 теля перепада давления во вращакщий момент, возвращакиций вал в исходное положение и пропорциональный углу поворота вала от этого положения, примыкающие к месту крепления к

25 валу витки пружин ориентированы в противоположных направлениях. ()f6702

4 5

Фиг.5

7

5

Фиг.б

1516702

Составитель И.Пащенко

Редактор Н.Гунько Техред Л.Олийнык Корректор М.Васильева

Заказ 6367/35 Тираж 721

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент" г. Ужгород ул Г жгород, ул. агарина, 1 1

101