Торцевые уплотнения

Торцевые уплотнения

Торцевые уплотнения принадлежат к числу контактных уплотнений. Схема торцевого уплотнения изображена на рис. 654, I. На валу установлен диск (а), которому не дают вращаться относительно вала торцовые зубья (б). Диск постоянно прижимается пружиной к укрепленной на корпусе неподвижной шайбе (в).

Уплотняемая среда (жидкость, газ) может просачиваться через уплотнение в двух направлениях (указаны на рисунке стрелками); через торец диска и через кольцевой зазор между диском и валом. Просачиванию через торец диска препятствует уплотнение контактом между деталями (а) и (в); просачиванию через зазор — уплотнение резиновыми кольцами (г).

Очевидно, торцевое уплотнение должно состоять из двух уплотнений; торцевого и радиального.

Схема торцевого уплотнения

Радиальное уплотнение работает в гораздо более легких условиях, чем торцевое, так как диск имеет крайне незначительные перемещения вдоль вала. Здесь пригодно любое уплотнение — резиновыми кольцами, разрезными пружинными кольцами, сальниками, манжетами и т. д. Просачивание через радиальный зазор можно исключить полностью, уплотнив зазор мембраной, сильфоном и т. п. (см. рис. 658, 659). В инвертированной схеме торцового уплотнения (см. рис. 654, II) диск (а) зафиксирован от вращения относительно корпуса с помощью торцовых зубьев (б). Диск постоянно прижимается пружиной к диску (в), укрепленному на валу. Торцевое уплотнение достигается контактом между дисками (а) и (в), радиальное — кольцами (г).

Основное достоинство торцевых уплотнений заключается в том, что износ трущихся поверхностей компенсируется перемещением уплотняющего диска в осевом направлении под действием пружины. Торцевое уплотнение обладает свойством самоприрабатываемости; при правильном выборе материала трущихся поверхностей и подводе незначительного количества смазки уплотнение может работать в течение долгого времени при хорошем состоянии поверхностей контакта, обеспечивающем надежное уплотнение.

При наличии давления в уплотняемой полости контактирующие поверхности нагружены не только силой пружины, но и силами давления. В специальных случаях используют системы, разгруженные от сил давления.

Для поверхностей трения применяют антифрикционные пары: сталь — баббит, закаленная или азотированная сталь — бронза, графитовые и угольные композиции, пластики.

В наиболее ответственных случаях применяют твердые сплавы (литые и металлокерамические) в паре друг с другом или с более мягкми материалами из числа указанных выше. Поверхности трения обрабатывают до шероховатости Ra = 0,16—0,32 мкм.

Для улучшения уплотнения на поверхностях трения иногда выполняют мелкие кольцевые канавки (см. рис. 662).

Подвижные уплотняющие диски должны быть хорошо направлены по цилиндрическим поверхностям, причем должны быть обеспечены строгая перпендикулярность торцовой поверхности относительно цилиндрической направляющей поверхности, а также параллельность торцов подвижного и неподвижного дисков. Применяемая система самоустанавливающихся подвижных дисков обеспечивает более надежный контакт между уплотняющими поверхностями.

Торцевые уплотнения с герметизацией радиального зазора резиновыми манжетами

На рис. 655 изображены распространенные виды торцовых уплотнений с уплотнением радиального зазора резиновыми манжетами. В конструкции на рис. 655, I подвижный диск (а) зафиксирован от поворота относительно вала торцовыми зубьями промежуточной втулки (б). На наружную поверхность втулки (б) плотно посажена резиновая манжета (в), осуществляющая радиальное уплотнение; торец манжеты прижат пружиной через металлическую шайбу (г) к торцу диска (а). Осевые перемещения диска и обеспечиваются силами упругости манжеты. Диск — самоустанавливающийся.

На рис. 655, II приведено аналогичное уплотнение с втулкой (б) другой конструкции.

В инвертированной схеме (рис. 655, III) уплотняющий диск зафиксирован относительно корпуса. В случае, изображенном на рис. 655, IV, введение зегера (а) превращает уплотнение в самостоятельный узел (агрегатированный), который можно целиком установить в корпусе. На рис. 656 показано компактное агрегатированное уплотнение с применением конической витой пружины.

Торцевое уплотнение с конической витой пружиной

На рис. 657 изображены торцовые уплотнения с полной герметизацией радиального зазора с помощью резиновой гофрированной манжеты. Конструкция применима при отсутствии давления в уплотняемой полости.

Торцовые уплотнения с полной герметизацией радиального зазора с помощью резиновой гофрированной манжеты

На рис. 658 приведены торцовые уплотнения с герметизацией радиального зазора сильфонами; в уплотняющие диски встроены вставки из синтетического материала. Уплотнения агрегатированы: уплотнение I — установкой кольцевого стопора (а), уплотнение II — ограничительного штифта (а), входящего в прорезь на диске. Концы сильфона заделывают обычными способами — с помощью колец (б).

Торцевые уплотнения с герметизацией радиального зазора сильфонами

На рис. 659 показано мембранное торцовое уплотнение агрегатированного типа; на рис. 660, 661 — торцовые уплотнения с герметизацией радиального зазора сальниками.

Мембранное торцевое уплотнение

В конструкции на рис. 660 сальники работают в незатянутом состоянии.

Торцевое уплотнение с герметизацией радиального зазора сальниками

Совершеннее конструкции с сальниками, постоянно затягиваемыми пружиной (рис. 661, I, II).

Торцевые уплотнения с затянутыми сальниками

В конструкции на рис. 662, I, II герметизация радиального зазора достигается с помощью манжет.

Торцевые уплотнения с герметизацией радиального зазора манжетами

На рис. 663, I, II показано уплотнение с герметизацией радиального зазора резиновыми кольцами, на рис. 664 — разрезными пружинными кольцами.

Торцевые уплотнения с герметизацией радиального зазора резиновыми кольцами

На рис. 665 изображено торцовое уплотнение с разгрузкой диска от сил давления в уплотняемой полости.

Торцевые уплотнения с герметизацией радиального зазора разрезными пружинными кольцами

Конструкция требует применения ступенчатого вала; наружный и внутренний диаметры ступеньки должны быть соответственно равны наружному и внутреннему диаметрам уплотняющей поверхности.

Торцевое уплотнение с разгрузкой диска от сил давления в уплотняемой полости

В ряде случаев достаточно применения простейших торцевых уплотнений в виде пластмассового диска, устанавливаемого в замкнутой кольцевой полости и прижимаемого к стенкам полости действием разности давлений по обе стороны уплотнения (рис. 666, I, II) или пружины (рис. 666, III).

Торцевое уплотнение с плавающим диском

На рис. 667 изображены многодисковые уплотнения I, II подобного типа со сжатием дисков пружинами.

Многодисковое торцевое уплотнение с плавающим диском

В торцевом уплотнении (рис. 668) с зафиксированной в корпусе втулкой (а), нагруженной пружинами, радиальное уплотнение обеспечивается кольцевыми канавками на наружной и внутренней поверхностях втулки.

Торцевое уплотнение втулкой, зафиксированной в корпусе

В конструкции на рис. 669 уплотнение осуществляется двумя втулками, разжимаемыми пружинами.

Торцевое уплотнение плавающими втулками

Втулки зафиксированы друг относительно друга штифтами и свободно «плавают» на валу. Лучше конструкция, показанная на рис. 670, где втулки смонтированы в кольцевом неподвижном корпусе; уплотнение по валу осуществляется цилиндрическими поверхностями втулок.

К правой втулке подводится давление, более низкое по сравнению с давлением перед уплотнением.

Уплотнение плавающими втулками, смонтированными в неподвижном корпусе

В конструкции на рис. 671 втулки разжимаются браслетной пружиной, действующей на конические наружные поверхности втулок.

Уплотнение плавающими втулками, распираемыми браслетной пружиной