[go: up one dir, main page]

WO2024248657A1 - Shaft seal and sealing ring for the implementation thereof (embodiments) - Google Patents

Shaft seal and sealing ring for the implementation thereof (embodiments) Download PDF

Info

Publication number
WO2024248657A1
WO2024248657A1 PCT/RU2024/000019 RU2024000019W WO2024248657A1 WO 2024248657 A1 WO2024248657 A1 WO 2024248657A1 RU 2024000019 W RU2024000019 W RU 2024000019W WO 2024248657 A1 WO2024248657 A1 WO 2024248657A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ring
sealing surface
wave
hydrodynamic
rounding
Prior art date
Application number
PCT/RU2024/000019
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Иван Соломонович ПЯТОВ
Александр Юрьевич КРИНСКИЙ
Евгения Алексеевна ПАРИЙ
Original Assignee
Иван Соломонович ПЯТОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2023113786A external-priority patent/RU2812522C1/en
Application filed by Иван Соломонович ПЯТОВ filed Critical Иван Соломонович ПЯТОВ
Publication of WO2024248657A1 publication Critical patent/WO2024248657A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings

Definitions

  • the invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to sealing technology, and can be used for sealing cylindrical rotating surfaces.
  • a rotary seal of compression type with hydrodynamic lubrication is known, which is suitable for retaining lubricant and protecting against environmental influences.
  • the geometry of the seal ensures the restriction of the hydrodynamic seal in such a way as to prevent wear caused by distortion, and provides sufficient space inside the gland to compensate for thermal expansion.
  • the seal allows large deviations in the coefficient of thermal expansion of the sealing material during manufacture, provides a relatively rigid effect of the built-in spring to minimize pressure-induced movement of the seal inside the gland, and also maintains the interfacial contact pressure at the boundary of the dynamic seal in an optimal range for effective hydrodynamic lubrication and environmental protection (according to patent US6315302, cl. F16J 15/32, published 13.11.2001).
  • a composite dynamic seal is known, suitable for use in high-temperature conditions, which seal includes an elastic annular sealing body having a first layer formed from a first elastic sealing material, and a second layer formed from a second elastic sealing material.
  • the first and second layers are preferably molded and cured together simultaneously and chemically crosslinked with each other.
  • the first elastic sealing material is selected for its wear-resistant dynamic properties
  • the second elastic sealing material is selected for its compression-resistant properties.
  • the first elastic sealing material is a copolymer of tetrafluoroethylene and propylene
  • the second elastic sealing material is fluorocarbon rubber (according to patent US8075000, cl. F17J 15/32, published 13.12.2011).
  • Known analogues have a similar design. The patents do not contain data on the geometric parameters of the dynamic sealing surface and edge, which directly affect the characteristics and performance of the seal.
  • hydrodynamically lubricated seal which is made in the form of a circular housing with a static sealing surface and a dynamic sealing lip projecting from the housing and having a dynamic sealing surface, a non-hydrodynamic lip and a non-circular inclined lip with a side angle.
  • the side angle and the dynamic sealing surface have a theoretical intersection located from the non-hydrodynamic lip at a variable distance having a minimum size of at least 1/16 inch and a maximum size.
  • the housing of the circular seal defines a theoretical center line, and when viewed in longitudinal cross-section taken along the theoretical center line, a hydrodynamic inlet curve is shown which combines the theoretical intersection between the side angle and the dynamic seal surface.
  • This hydrodynamic inlet curve is tangent to the surface of the dynamic seal at the point of contact and has a degree of curvature less than the degree of curvature of the radius Y» inch.
  • the number of waves of the dynamic sealing surface is less than the rounded result of its circumference divided by 1.1 inches.
  • the radius of curvature of the dynamic sealing edge does not exceed 5/32 inches (according to patent US6382634, class F16J 15/32, published 07.05.2002).
  • the dynamic sealing surface has a minimum size of at least 1/16 inch (-1.6 mm), the preferred range in the description is from 0.09 to 0.12 inches (2.29 to 3.05 mm), and the maximum size is specified as a ratio to the minimum size, which should be less than 1.8 and preferably less than 1.67.
  • the specified intervals imply the implementation of seals with a very large difference in size (with a large value of the minimum size of the sealing surface and a ratio to the maximum of 1.8), and the implementation of a sealing surface with a straight edge (with a ratio of sizes of 1, which fits into the specified values). Whereas to obtain a reliable seals, it is necessary to ensure hydrodynamic wedging of the lubricating film between the seal and the rotating surface.
  • the shaft seal consists of a sealing ring installed in a groove of the housing and representing an elastic polymer ring with flat end surfaces, a cylindrical protrusion is made on the outer cylindrical surface of the ring, a protrusion with a hydrodynamic sealing surface is made on the inner surface of the ring, one of the ends of which is made flat and coincides with the end surface of the ring, and the other end is made wavy with alternating peaks and valleys and having a rounding with a hydrodynamic sealing surface in contact with the shaft, and is characterized in that the diameter of the hydrodynamic sealing surface is equal to the diameter of the shaft, while the sealing ring is pressed against the shaft due to the fact that the diameter of the groove is less than the diameter of the cylindrical protrusion on the outer cylindrical surface of the sealing ring, while the wave height of the wave-shaped end of the sealing ring is made in the range from 1 to 2 mm, the wavelength of the wave-shaped end is made in the range from 10 to 30 mm, while the value of
  • the shaft seal consists of a sealing ring installed in a groove in the housing and representing an elastic polymer ring with flat end surfaces, a cylindrical protrusion is made on the outer cylindrical surface of the ring, a protrusion with a hydrodynamic sealing surface in contact with the shaft is made on the inner surface of the ring, one of the ends of the protrusion is made flat and coincides with the end surface of the ring, and the other end is made wavy with alternating peaks and valleys, and is distinguished by the fact that the wavy end is formed by helical surfaces, evenly distributed around the circumference.
  • the shaft seal consists of a sealing ring installed in a groove in the housing and is an elastic polymer ring, on one end of which a groove is made in which a meander spring is installed, the inner part of the ring contacts the shaft and is made of plastic, and the outer part of the ring is made of elastomer, and is distinguished by the fact that on the inner surface of the ring there are uniformly distributed depressions in the form of inclined sectors around the circumference, emerging on the end opposite the groove.
  • the preferred compression of the sealing ring is provided in the range from 5 to 11%.
  • the shaft seal is implemented using a sealing ring, which is an elastic polymer ring with flat end surfaces, a cylindrical protrusion is made on the outer cylindrical surface of the ring, a protrusion with a hydrodynamic sealing surface is made on the inner surface of the ring, one of the ends of which is made flat and coincides with the end surface of the ring, and the other end is made wavy with alternating peaks and valleys and having a rounding with a hydrodynamic sealing surface, and is characterized in that the wave height of the wavy end is made in the range from 1 to 2 mm, the wavelength of the wavy end is made in the range from 10 to 30 mm, while the value of the circumference of the hydrodynamic sealing surface is a multiple of the wavelength, and the number of waves is at least 2.
  • the radius of rounding of the troughs of the wave-shaped end face can be 2 to 50 times greater than the radius of rounding of its peaks.
  • the wave height of the wavy end face can smoothly decrease in the radial direction from the hydrodynamic sealing surface.
  • the radius of rounding of the vertices of the wave-shaped end face may be greater than the radius of rounding of its depressions by 2 to 50 times, and on the hydrodynamic sealing surface opposite the vertices of the wave-shaped end face, depressions in the form of a triangle are made, one of the vertices of which goes onto the rounding of the wave-shaped end face with the hydrodynamic sealing surface, while the edges of the depression have roundings with the hydrodynamic sealing surface.
  • the radius of rounding of the vertices of the wave-shaped end face is 2 to 50 times greater than the radius of rounding of its depressions, and on the hydrodynamic sealing surface opposite each 2 to 5 vertices of the wave-shaped end face, depressions in the form of a triangle are made, one of the vertices of which goes onto the rounding of the wave-shaped end face with the hydrodynamic sealing surface, while the edges of the depression have roundings with the hydrodynamic sealing surface.
  • the inner part of the ring can be made of a material with greater hardness than the outer part of the ring.
  • the shaft seal is also implemented using a sealing ring, which is an elastic polymer ring with flat end surfaces, a cylindrical protrusion is made on the outer cylindrical surface of the ring, a protrusion with a hydrodynamic sealing surface is made on the inner surface of the ring, one of the ends of which is made flat and coincides with the end surface of the ring, and the other end is made wavy with alternating peaks and valleys, and is distinguished by the fact that the wavy end is formed by helical surfaces uniformly distributed around the circumference.
  • the shaft seal is also implemented using a sealing ring, which is an elastic polymer ring, on one end of which a groove is made in which a meander spring is installed, the inner part of the ring is made of plastic, and the outer part of the ring is made of elastomer, and is distinguished by the fact that on the inner surface of the ring there are uniformly distributed depressions around the circumference. in the form of inclined sectors, extending to the end opposite the groove.
  • a sealing ring which is an elastic polymer ring, on one end of which a groove is made in which a meander spring is installed, the inner part of the ring is made of plastic, and the outer part of the ring is made of elastomer, and is distinguished by the fact that on the inner surface of the ring there are uniformly distributed depressions around the circumference. in the form of inclined sectors, extending to the end opposite the groove.
  • FIG. 1 sealing ring, axonometry
  • Fig. 4 - sealing ring made of materials with different hardness, longitudinal section.
  • Fig. 5 sealing ring with a wide profile, axonometry
  • Fig. 9 spring-loaded ring, longitudinal section
  • Fig. 10 spring-loaded ring, axonometry
  • the shaft seal is realized by means of a sealing ring (Fig. 1), which is an elastic polymer ring 1 with flat end surfaces 2 and 3.
  • a sealing ring (Fig. 1), which is an elastic polymer ring 1 with flat end surfaces 2 and 3.
  • a cylindrical projection 5 is made on the outer surface 4 of the ring 1.
  • a projection 6 with a hydrodynamic sealing surface 7 is made on the inner surface of the ring 1.
  • the end face 8 (Fig. 2) of the projection 6 is made flat and coincides with the end surface 3 of the ring 1.
  • the other end face 9 of the projection 6 is made wavy and has a rounding 10 with a hydrodynamic sealing surface 7, as well as peaks 11 and depressions 12.
  • the height of the wave H (Fig. 3) of the wavy end face 9 is made in the range from 1 to 2 mm.
  • the length of the wave L of the wavy end face 9 is made in the range from 10 to 30 mm, wherein the value nd (d is the diameter of the hydrodynamic sealing surface) of the circumference of the hydrodynamic sealing surface 7 is a multiple of the value of the wavelength L, and the number of waves n is not less than 2.
  • the inner part 13 (Fig. 4) of the ring 1 can be made of a material with greater hardness than the outer part 14. This makes it possible to increase the wear resistance of the hydrodynamic surface 7 in contact with the sealed shaft.
  • Fig. 5 shows a ring with a wide profile, in which the radius of rounding R] of the depressions 12 of the wave-like end face 9 is greater than the radius of rounding Ri of its peaks I by 2 - 50 times.
  • Such profile geometry ensures an increase in service life when using lubricants under pressure, and also ensures increased abrasion and wear resistance.
  • Fig. 6 shows a ring with an axially constant profile, in which the wave height of the wavy end face 9 can smoothly decrease from Hi to H 2 in the radial direction from the hydrodynamic sealing surface 7.
  • Such a profile provides resistance to abrasive ingress during operation without pressure and at low levels of back pressure. It is also applicable for retaining lubricants under pressure up to 5 MPa.
  • Fig. 7 shows the design of a ring with a profile that provides improved lubrication.
  • This profile has a radius of rounding R 2 of the vertices of the wave-like end face that is greater than the radius of rounding r 2 of its valleys 12 by 2 to 50 times.
  • R 2 radius of rounding
  • r 2 radius of rounding
  • the apex 14 of the depression 13 goes onto the rounding 10 of the wave-like end face 9 with the hydrodynamic sealing surface 7.
  • the edges of the depression 13 have roundings 15 with the hydrodynamic sealing surface 7.
  • the hydrodynamic wave geometry of this profile provides improved lubrication, which is especially important when using low-viscosity lubricants, high temperatures, poor heat transfer conditions, or high pressure drops.
  • the high lubricity profile provides significantly higher speeds under low pressure drop conditions when using low viscosity lubricants.
  • Fig. 8 shows a ring with a profile that provides increased tightness.
  • Hydrodynamic surface 7 is formed by helical surfaces 16 with roundings 17.
  • the helical surfaces 16 are uniformly distributed around the circumference.
  • Such a special-purpose seal has a unidirectional hydrodynamic geometry to retain lubricant under pressure and eliminate abrasive wear in units that can withstand or operate at a high hydrodynamic pumping speed. Even water can be used as a lubricant.
  • Fig. 9, 10 shows a spring-loaded ring, on the end face 18 of which a groove 19 is made, in which a meander spring 20 is installed.
  • the inner part of the ring is made of plastic 21, and the outer part of the ring 22 is made of elastomer.
  • On the inner surface 23 of the ring there are recesses 24 uniformly distributed around the circumference in the form of inclined sectors, emerging on the end face 25 opposite from the groove 19.
  • the rings are designed for high pressure, unidirectional applications.
  • the ring contains grooves 24 which pump a thin film of lubricant onto the dynamic seal surface during rotation, reducing friction and wear.
  • the sealing ring is used to seal (hermetically seal) the rotating shaft 26 (Fig. 11).
  • the diameter d of the hydrodynamic sealing surface 7 is approximately equal to the diameter d B of the shaft 13.
  • the ring 1 is installed in the groove 27 of the fixed housing 28, while the cylindrical protrusion 5 ensures pressing with the required force of the hydrodynamic sealing surface 7 to the shaft 26 due to the fact that the diameter D K of the groove 27 is smaller than the diameter D of the cylindrical protrusion 5 on the outer cylindrical surface 4. Due to the compressed state of the ring, the shaft is sealed during rotation and the occurrence of the Gough-Joule effect, which appears when the shaft is stretched, is eliminated. condition of the sealing ring and negatively affects its operation.
  • the preferred compression value should be in the range of 5 to 11%. At such values, the necessary pressure of the ring to the shaft is ensured to ensure tightness. A lower value will reduce the provided pressure drop on the sealing ring, and a higher value will lead to high resistance to shaft rotation and heating.
  • the contact surface of the stationary sealing ring and the rotating shaft becomes dynamic due to the fact that the wave-shaped end face 9 of the projection 6 ensures hydrodynamic wedging of the lubricant film between the hydrodynamic sealing surface 7 and the surface of the rotating shaft 26, thereby eliminating dry friction, which leads to heating and rapid wear of the seal.
  • the implementation of the wave height H of the wave-shaped end face 9 in the range from 1 to 2 mm, and allows the most effective wedging of the lubricant film between the surfaces rotating relative to each other. A smaller value does not provide a sufficient amount of lubrication. A larger value contributes to the formation of stagnant zones, which also reduces the efficiency of oil film formation.
  • the implementation of the wavelength L of the wavy end face 9 in the range from 10 to 30 mm allows selecting the optimal number of waves on rings of different diameters. It is obvious that the value of the circumference of the hydrodynamic sealing surface is a multiple of the wavelength, and the number of waves n must be more than two to ensure uniform distribution of the oil film on the shaft. It should be noted that smaller values from the wavelength range are used to seal small-diameter shafts, and larger values are used to seal larger-diameter shafts. Values less or greater than the specified range do not provide sufficient intensity of wedging of the lubricant film.
  • the solutions used in the invention contribute to increasing the efficiency of the shaft seal, which consists in increasing the service life and ensuring tightness throughout the entire service life, and thereby ensure the achievement of the technical result.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used for sealing cylindrical rotating surfaces. A shaft seal consists of a sealing ring mounted in a groove of a housing. The sealing ring is a resilient polymer ring with flat faces. Formed on the outside surface of the ring is a cylindrical ledge. Formed on the inside surface of the ring is a ledge with a hydrodynamic sealing surface, one of the faces of the ledge being flat and aligned with a face of the ring, and the other face of the ledge being wavy and having a rounded contour with a hydrodynamic sealing surface. The technical result consists in improving the operating efficiency of the shaft seal both by increasing the lifespan thereof and by ensuring the hermeticity of the seal throughout its working life.

Description

УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА И УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ) SHAFT SEAL AND SEAL RING FOR ITS IMPLEMENTATION (OPTIONS)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения цилиндрических вращающихся поверхностей. The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to sealing technology, and can be used for sealing cylindrical rotating surfaces.

Известно роторное уплотнение компрессионного типа с гидродинамической смазкой, которое подходит для удержания смазки и защиты от воздействия окружающей среды. В частности, геометрия уплотнения обеспечивает ограничение гидродинамического уплотнения таким образом, чтобы предотвратить износ, вызванный перекосом, и обеспечивает достаточное пространство внутри сальника для компенсации теплового расширения. Уплотнение допускает большие отклонения коэффициента теплового расширения уплотнительного материала при изготовлении, обеспечивает относительно жесткий эффект встроенной пружины для минимизации вызванного давлением перемещения уплотнения внутри сальника, а также поддерживает давление межфазного контакта на границе динамического уплотнения в оптимальном диапазоне для эффективной гидродинамической смазки и защиты окружающей среды (по патенту US6315302, кл. F16J 15/32, опубл. 13.11.2001). A rotary seal of compression type with hydrodynamic lubrication is known, which is suitable for retaining lubricant and protecting against environmental influences. In particular, the geometry of the seal ensures the restriction of the hydrodynamic seal in such a way as to prevent wear caused by distortion, and provides sufficient space inside the gland to compensate for thermal expansion. The seal allows large deviations in the coefficient of thermal expansion of the sealing material during manufacture, provides a relatively rigid effect of the built-in spring to minimize pressure-induced movement of the seal inside the gland, and also maintains the interfacial contact pressure at the boundary of the dynamic seal in an optimal range for effective hydrodynamic lubrication and environmental protection (according to patent US6315302, cl. F16J 15/32, published 13.11.2001).

Известно композитное динамическое уплотнение, подходящее для использования в условиях высокой температуры, которое уплотнение включает в себя упругий кольцеобразный уплотнительный корпус, имеющий первый слой, образованный из первого упругого уплотнительного материала, и второй слой, образованный из второго упругого уплотнительного материала. Первый и второй слои предпочтительно формуют и отверждают вместе одновременно и химически сшивают друг с другом. Первый эластичный уплотнительный материал выбран за его износостойкие динамические свойства, а второй эластичный уплотнительный материал выбран за его свойства, устойчивые к сжатию. Предпочтительно, первым эластичным уплотнительным материалом является сополимер тетрафторэтилена и пропилена, а вторым эластичным уплотнительным материалом является фторуглеродный каучук (по патенту US8075000, кл. F17J 15/32, опубл. 13.12.2011). Известные аналоги имеют схожую конструкцию. В патентах нет данных о геометрических параметрах динамических уплотнительных поверхности и кромки, которые напрямую влияют на характеристики и работоспособность уплотнения. A composite dynamic seal is known, suitable for use in high-temperature conditions, which seal includes an elastic annular sealing body having a first layer formed from a first elastic sealing material, and a second layer formed from a second elastic sealing material. The first and second layers are preferably molded and cured together simultaneously and chemically crosslinked with each other. The first elastic sealing material is selected for its wear-resistant dynamic properties, and the second elastic sealing material is selected for its compression-resistant properties. Preferably, the first elastic sealing material is a copolymer of tetrafluoroethylene and propylene, and the second elastic sealing material is fluorocarbon rubber (according to patent US8075000, cl. F17J 15/32, published 13.12.2011). Known analogues have a similar design. The patents do not contain data on the geometric parameters of the dynamic sealing surface and edge, which directly affect the characteristics and performance of the seal.

Наиболее близким техническим решением является гидродинамически смазываемое уплотнение, выполненное в виде круглого корпуса со статической уплотнительной поверхностью и динамической уплотнительной кромкой, выступающей из корпуса и имеющей динамическую уплотнительную поверхность, негидродинамическую кромку и некруглую наклонную кромку с боковым углом. Боковой угол и динамическая уплотнительная поверхность имеют теоретическое пересечение, расположенное от негидродинамической кромки на переменном расстоянии, имеющем минимальный размер не менее 1/16 дюйма и максимальный размер. Корпус круглого уплотнения определяет теоретическую центральную линию, и при просмотре в продольном поперечном сечении, взятом вдоль теоретической центральной линии, показана гидродинамическая входная кривая, которая совмещает теоретическое пересечение между боковым углом и динамической поверхностью уплотнения. Эта гидродинамическая входная кривая проходит по касательной к поверхности динамического уплотнения в месте касания и имеет степень искривления, меньшую, чем степень искривления радиуса У» дюйма. Число волн динамической уплотняющей поверхности меньшее, чем округленный результат длины её окружности деленной на 1,1 дюйма. По варианту исполнения радиус кривизны динамической уплотнительной кромки не превышает 5/32 дюйма (по патенту US6382634, кл. F16J 15/32, опубл. 07.05.2002). The closest technical solution is a hydrodynamically lubricated seal, which is made in the form of a circular housing with a static sealing surface and a dynamic sealing lip projecting from the housing and having a dynamic sealing surface, a non-hydrodynamic lip and a non-circular inclined lip with a side angle. The side angle and the dynamic sealing surface have a theoretical intersection located from the non-hydrodynamic lip at a variable distance having a minimum size of at least 1/16 inch and a maximum size. The housing of the circular seal defines a theoretical center line, and when viewed in longitudinal cross-section taken along the theoretical center line, a hydrodynamic inlet curve is shown which combines the theoretical intersection between the side angle and the dynamic seal surface. This hydrodynamic inlet curve is tangent to the surface of the dynamic seal at the point of contact and has a degree of curvature less than the degree of curvature of the radius Y» inch. The number of waves of the dynamic sealing surface is less than the rounded result of its circumference divided by 1.1 inches. According to the embodiment, the radius of curvature of the dynamic sealing edge does not exceed 5/32 inches (according to patent US6382634, class F16J 15/32, published 07.05.2002).

Недостатком данной конструкции является то, что динамическая уплотнительная поверхность имеет минимальный размер не менее 1/16 дюйма (—1,6 мм), предпочтительным в описании указан интервал от 0,09 до 0,12 дюйма (от 2,29 до 3,05 мм), а максимальный размер задан как отношение к минимальному размеру, которое должно быть меньше 1,8 и предпочтительно меньше 1,67. Указанные интервалы подразумевают выполнение уплотнений как с очень большой разницей размеров (при большом значении минимального размера уплотнительной поверхности и соотношении с максимальным - 1,8), так и выполнение уплотнительной поверхности с прямой кромкой (при соотношении размеров 1, которое укладывается в указанные значения). Тогда как для получения надежного уплотнения необходимо обеспечить гидродинамическое расклинивание смазочной пленки между уплотнением и вращающейся поверхностью. Также из формулы и описания известного решения следует, что количество волн для валов диаметром менее 17 мм будет равно одному, что не обеспечит гидродинамическое расклинивание смазочной пленки. А для валов диаметром менее 9 мм применение таких уплотнений невозможно. The disadvantage of this design is that the dynamic sealing surface has a minimum size of at least 1/16 inch (-1.6 mm), the preferred range in the description is from 0.09 to 0.12 inches (2.29 to 3.05 mm), and the maximum size is specified as a ratio to the minimum size, which should be less than 1.8 and preferably less than 1.67. The specified intervals imply the implementation of seals with a very large difference in size (with a large value of the minimum size of the sealing surface and a ratio to the maximum of 1.8), and the implementation of a sealing surface with a straight edge (with a ratio of sizes of 1, which fits into the specified values). Whereas to obtain a reliable seals, it is necessary to ensure hydrodynamic wedging of the lubricating film between the seal and the rotating surface. It also follows from the formula and description of the known solution that the number of waves for shafts with a diameter of less than 17 mm will be equal to one, which will not ensure hydrodynamic wedging of the lubricating film. And for shafts with a diameter of less than 9 mm, the use of such seals is impossible.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности работы уплотнения вала, заключающего в увеличении ресурса и обеспечении герметичности в течение всего срока службы. The technical result, which the proposed invention is aimed at achieving, consists in increasing the efficiency of the shaft seal, which consists in increasing the service life and ensuring tightness throughout the entire service life.

Указанный технический результат достигается тем, что уплотнение вала состоит из уплотнительного кольца, установленного в канавке корпуса и представляющего собой упругое полимерное кольцо с плоскими торцевыми поверхностями, на внешней цилиндрической поверхности кольца выполнен цилиндрический выступ, на внутренней поверхности кольца выполнен выступ с гидродинамической уплотняющей поверхностью, один из торцов которого выполнен плоским и совпадающим с торцевой поверхностью кольца, а другой торец выполнен волнообразным с чередованием вершин и впадин и имеющим скругление с гидродинамической уплотняющей поверхностью, контактирующей с валом, и отличается тем, что диаметр гидродинамической уплотняющей поверхности равен диаметру вала, при этом уплотнительное кольцо прижимается к валу за счет того, что диаметр канавки меньше диаметра цилиндрического выступа на внешней цилиндрической поверхности уплотнительного кольца, при этом высота волны волнообразного торца уплотнительного кольца выполнена в диапазоне от 1 до 2 мм, длина волны волнообразного торца выполнена в диапазоне от 10 до 30 мм, при этом значение длины окружности гидродинамической уплотняющей поверхности кратно значению длины волны, а количество волн составляет не менее 2. The specified technical result is achieved in that the shaft seal consists of a sealing ring installed in a groove of the housing and representing an elastic polymer ring with flat end surfaces, a cylindrical protrusion is made on the outer cylindrical surface of the ring, a protrusion with a hydrodynamic sealing surface is made on the inner surface of the ring, one of the ends of which is made flat and coincides with the end surface of the ring, and the other end is made wavy with alternating peaks and valleys and having a rounding with a hydrodynamic sealing surface in contact with the shaft, and is characterized in that the diameter of the hydrodynamic sealing surface is equal to the diameter of the shaft, while the sealing ring is pressed against the shaft due to the fact that the diameter of the groove is less than the diameter of the cylindrical protrusion on the outer cylindrical surface of the sealing ring, while the wave height of the wave-shaped end of the sealing ring is made in the range from 1 to 2 mm, the wavelength of the wave-shaped end is made in the range from 10 to 30 mm, while the value of the circumference hydrodynamic sealing surface is a multiple of the wavelength, and the number of waves is not less than 2.

Также технический результат достигается тем, что уплотнение вала, состоит из уплотнительного кольца, установленного в канавке корпуса и представляющего собой упругое полимерное кольцо с плоскими торцевыми поверхностями, на внешней цилиндрической поверхности кольца выполнен цилиндрический выступ, на внутренней поверхности кольца выполнен выступ с гидродинамической уплотняющей поверхностью, контактирующей с валом, один из торцов выступа выполнен плоским и совпадающим с торцевой поверхностью кольца, а другой торец выполнен волнообразным с чередованием вершин и впадин, и отличается тем, что волнообразный торец образован винтовыми поверхностями, равномерно распределенными по окружности. The technical result is also achieved by the fact that the shaft seal consists of a sealing ring installed in a groove in the housing and representing an elastic polymer ring with flat end surfaces, a cylindrical protrusion is made on the outer cylindrical surface of the ring, a protrusion with a hydrodynamic sealing surface in contact with the shaft is made on the inner surface of the ring, one of the ends of the protrusion is made flat and coincides with the end surface of the ring, and the other end is made wavy with alternating peaks and valleys, and is distinguished by the fact that the wavy end is formed by helical surfaces, evenly distributed around the circumference.

Также технический результат достигается тем, что уплотнение вала, состоит из уплотнительного кольца, установленного в канавке корпуса и представляющего собой упругое полимерное кольцо, на одном торце которого выполнена канавка, в которой установлена меандровая пружина, внутренняя часть кольца контактирует с валом и выполнена из пластика, а внешняя часть кольца выполнена из эластомера, и отличается тем, что на внутренней поверхности кольца выполнены равномерно распределенные по окружности углубления в виде наклонных секторов, выходящие на торец, противоположенный от канавки. The technical result is also achieved by the fact that the shaft seal consists of a sealing ring installed in a groove in the housing and is an elastic polymer ring, on one end of which a groove is made in which a meander spring is installed, the inner part of the ring contacts the shaft and is made of plastic, and the outer part of the ring is made of elastomer, and is distinguished by the fact that on the inner surface of the ring there are uniformly distributed depressions in the form of inclined sectors around the circumference, emerging on the end opposite the groove.

Предпочтительное сжатие уплотнительного кольца обеспечивается в диапазоне от 5 до 11%. The preferred compression of the sealing ring is provided in the range from 5 to 11%.

Уплотнение вала реализуется с помощью уплотнительного кольца, которое представляет собой упругое полимерное кольцо с плоскими торцевыми поверхностями, на внешней цилиндрической поверхности кольца выполнен цилиндрический выступ, на внутренней поверхности кольца выполнен выступ с гидродинамической уплотняющей поверхностью, один из торцов которого выполнен плоским и совпадающим с торцевой поверхностью кольца, а другой торец выполнен волнообразным с чередованием вершин и впадин и имеющим скругление с гидродинамической уплотняющей поверхностью, и отличается тем, что высота волны волнообразного торца выполнена в диапазоне от 1 до 2 мм, длина волны волнообразного торца выполнена в диапазоне от 10 до 30 мм, при этом значение длины окружности гидродинамической уплотняющей поверхности кратно значению длины волны, а количество волн составляет не менее 2. The shaft seal is implemented using a sealing ring, which is an elastic polymer ring with flat end surfaces, a cylindrical protrusion is made on the outer cylindrical surface of the ring, a protrusion with a hydrodynamic sealing surface is made on the inner surface of the ring, one of the ends of which is made flat and coincides with the end surface of the ring, and the other end is made wavy with alternating peaks and valleys and having a rounding with a hydrodynamic sealing surface, and is characterized in that the wave height of the wavy end is made in the range from 1 to 2 mm, the wavelength of the wavy end is made in the range from 10 to 30 mm, while the value of the circumference of the hydrodynamic sealing surface is a multiple of the wavelength, and the number of waves is at least 2.

Кроме того, количество волн может определяться уравнением: у=0,5Н • cos(2n • х / d), где In addition, the number of waves can be determined by the equation: y = 0.5N • cos(2n • x / d), where

Н - высота волны; п - количество волн; d - диаметр гидродинамической уплотняющей поверхности. H - wave height; n - number of waves; d - diameter of the hydrodynamic sealing surface.

Кроме того, радиус скругления впадин волнообразного торца может быть больше радиуса скругления его вершин в 2 - 50 раз. Кроме того, высота волны волнообразного торца может плавно уменьшатся в радиальном направлении от гидродинамической уплотняющей поверхности. In addition, the radius of rounding of the troughs of the wave-shaped end face can be 2 to 50 times greater than the radius of rounding of its peaks. In addition, the wave height of the wavy end face can smoothly decrease in the radial direction from the hydrodynamic sealing surface.

Кроме того, радиус скругления вершин волнообразного торца может быть больше радиуса скругления его впадин в 2 - 50 раз, а на гидродинамической уплотняющей поверхности напротив вершин волнообразного торца выполнены углубления в форме треугольника, одна из вершин которого заходит на скругление волнообразного торца с гидродинамической уплотняющей поверхностью, при этом кромки углубления имеют скругления с гидродинамической уплотняющей поверхностью. In addition, the radius of rounding of the vertices of the wave-shaped end face may be greater than the radius of rounding of its depressions by 2 to 50 times, and on the hydrodynamic sealing surface opposite the vertices of the wave-shaped end face, depressions in the form of a triangle are made, one of the vertices of which goes onto the rounding of the wave-shaped end face with the hydrodynamic sealing surface, while the edges of the depression have roundings with the hydrodynamic sealing surface.

Кроме того, радиус скругления вершин волнообразного торца больше радиуса скругления его впадин в 2 - 50 раз, а на гидродинамической уплотняющей поверхности напротив каждой 2 - 5 вершины волнообразного торца выполнены углубления в форме треугольника, одна из вершин которого заходит на скругление волнообразного торца с гидродинамической уплотняющей поверхностью, при этом кромки углубления имеют скругления с гидродинамической уплотняющей поверхностью. In addition, the radius of rounding of the vertices of the wave-shaped end face is 2 to 50 times greater than the radius of rounding of its depressions, and on the hydrodynamic sealing surface opposite each 2 to 5 vertices of the wave-shaped end face, depressions in the form of a triangle are made, one of the vertices of which goes onto the rounding of the wave-shaped end face with the hydrodynamic sealing surface, while the edges of the depression have roundings with the hydrodynamic sealing surface.

Кроме того, внутренняя часть кольца может быть выполнена из материала с большей твердостью, чем внешняя часть кольца. In addition, the inner part of the ring can be made of a material with greater hardness than the outer part of the ring.

Также уплотнение вала реализуется с помощью уплотнительного кольца, которое представляет собой упругое полимерное кольцо с плоскими торцевыми поверхностями, на внешней цилиндрической поверхности кольца выполнен цилиндрический выступ, на внутренней поверхности кольца выполнен выступ с гидродинамической уплотняющей поверхностью, один из торцов которого выполнен плоским и совпадающим с торцевой поверхностью кольца, а другой торец выполнен волнообразным с чередованием вершин и впадин, и отличается тем, что волнообразный торец образован винтовыми поверхностями, равномерно распределенными по окружности. The shaft seal is also implemented using a sealing ring, which is an elastic polymer ring with flat end surfaces, a cylindrical protrusion is made on the outer cylindrical surface of the ring, a protrusion with a hydrodynamic sealing surface is made on the inner surface of the ring, one of the ends of which is made flat and coincides with the end surface of the ring, and the other end is made wavy with alternating peaks and valleys, and is distinguished by the fact that the wavy end is formed by helical surfaces uniformly distributed around the circumference.

Также уплотнение вала реализуется с помощью уплотнительного кольца, которое представляет собой упругое полимерное кольцо, на одном торце которого выполнена канавка, в которой установлена меандровая пружина, внутренняя часть кольца выполнена из пластика, а внешняя часть кольца - из эластомера, и отличается тем, что на внутренней поверхности кольца выполнены равномерно распределенные по окружности углубления в виде наклонных секторов, выходящие на торец противоположенный от канавки. The shaft seal is also implemented using a sealing ring, which is an elastic polymer ring, on one end of which a groove is made in which a meander spring is installed, the inner part of the ring is made of plastic, and the outer part of the ring is made of elastomer, and is distinguished by the fact that on the inner surface of the ring there are uniformly distributed depressions around the circumference. in the form of inclined sectors, extending to the end opposite the groove.

Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами: The proposed invention is illustrated by the following drawings:

Фиг. 1 - уплотнительное кольцо, аксонометрия; Fig. 1 - sealing ring, axonometry;

Фиг. 2 - уплотнительное кольцо, продольный разрез; Fig. 2 - sealing ring, longitudinal section;

Фиг. 3 - уплотнительное кольцо, развертка; Fig. 3 - sealing ring, reamer;

Фиг. 4 - уплотнительное кольцо из материалов с разной твердостью, продольный разрез. Fig. 4 - sealing ring made of materials with different hardness, longitudinal section.

Фиг. 5 - уплотнительное кольцо с широким профилем, аксонометрия;Fig. 5 - sealing ring with a wide profile, axonometry;

Фиг. 6 - уплотнительное кольцо с аксиально-постоянным профилем, развертка; Fig. 6 - sealing ring with axially constant profile, development;

Фиг. 7 - кольца с профилем, обеспечивающим улучшенную смазку, аксонометрия; Fig. 7 - rings with a profile providing improved lubrication, axonometry;

Фиг. 8 - кольцо с профилем, обеспечивающим повышенную герметичность, аксонометрия; Fig. 8 - ring with a profile providing increased tightness, axonometry;

Фиг. 9 - подпружиненное кольцо, продольный разрез; Fig. 9 - spring-loaded ring, longitudinal section;

Фиг. 10 - подпружиненное кольцо, аксонометрия; Fig. 10 - spring-loaded ring, axonometry;

Фиг. 11 - уплотнение вала. Fig. 11 - shaft seal.

Уплотнение вала реализуется с помощью уплотнительного кольца (фиг. 1), которое представляет собой упругое полимерное кольцо 1 с плоскими торцевыми поверхностями 2 и 3. На внешней поверхности 4 кольца 1 выполнен цилиндрический выступ 5. На внутренней поверхности кольца 1 выполнен выступ 6 с гидродинамической уплотняющей поверхностью 7. Торец 8 (фиг. 2) выступа 6 выполнен плоским и совпадающим с торцевой поверхностью 3 кольца 1. Другой торец 9 выступа 6 выполнен волнообразным и имеющим скругление 10 с гидродинамической уплотняющей поверхностью 7, а также вершины 11 и впадины 12. The shaft seal is realized by means of a sealing ring (Fig. 1), which is an elastic polymer ring 1 with flat end surfaces 2 and 3. On the outer surface 4 of the ring 1, a cylindrical projection 5 is made. On the inner surface of the ring 1, a projection 6 with a hydrodynamic sealing surface 7 is made. The end face 8 (Fig. 2) of the projection 6 is made flat and coincides with the end surface 3 of the ring 1. The other end face 9 of the projection 6 is made wavy and has a rounding 10 with a hydrodynamic sealing surface 7, as well as peaks 11 and depressions 12.

Высота волны Н (фиг. 3) волнообразного торца 9 выполнена в диапазоне от 1 до 2 мм. Длина волны L волнообразного торца 9 выполнена в диапазоне от 10 до 30 мм, при этом значение nd (d - диаметр гидродинамической уплотняющей поверхности) длины окружности гидродинамической уплотняющей поверхности 7 кратно значению длины волны L, а количество волн п составляет не менее 2. Количество волн определяется уравнением: у=0,5Н • cos(2n • х / d). Внутренняя часть 13 (фиг. 4) кольца 1 может быть выполнена из материала с большей твердостью, чем внешняя часть 14. Это позволяет повысить износостойкость гидродинамической поверхности 7, контактирующей с уплотняемым валом. The height of the wave H (Fig. 3) of the wavy end face 9 is made in the range from 1 to 2 mm. The length of the wave L of the wavy end face 9 is made in the range from 10 to 30 mm, wherein the value nd (d is the diameter of the hydrodynamic sealing surface) of the circumference of the hydrodynamic sealing surface 7 is a multiple of the value of the wavelength L, and the number of waves n is not less than 2. The number of waves is determined by the equation: y = 0.5H • cos(2n • x / d). The inner part 13 (Fig. 4) of the ring 1 can be made of a material with greater hardness than the outer part 14. This makes it possible to increase the wear resistance of the hydrodynamic surface 7 in contact with the sealed shaft.

На фиг. 5 показано кольцо с широким профилем, у которого радиус скругления Г] впадин 12 волнообразного торца 9 больше радиуса скругления Ri его вершин И в 2 - 50 раз. Такая геометрия профиля обеспечивает увеличение срока службы при применении смазочных материалов под давлением, а также обеспечивает повышенную аброзиво- и износостойкость. Fig. 5 shows a ring with a wide profile, in which the radius of rounding R] of the depressions 12 of the wave-like end face 9 is greater than the radius of rounding Ri of its peaks I by 2 - 50 times. Such profile geometry ensures an increase in service life when using lubricants under pressure, and also ensures increased abrasion and wear resistance.

На фиг. 6 показано кольцо с аксиально-постоянным профилем, у которого высота волны волнообразного торца 9 может плавно уменьшатся от Hi до Н2 в радиальном направлении от гидродинамической уплотняющей поверхности 7. Такой профиль обеспечивает сопротивление попаданию абразива при работе без давления и при низких уровнях обратного давления. Также применим для удержания смазочных материалов под давлением до 5 МПа. Fig. 6 shows a ring with an axially constant profile, in which the wave height of the wavy end face 9 can smoothly decrease from Hi to H 2 in the radial direction from the hydrodynamic sealing surface 7. Such a profile provides resistance to abrasive ingress during operation without pressure and at low levels of back pressure. It is also applicable for retaining lubricants under pressure up to 5 MPa.

На фиг. 7 показана конструкция кольца с профилем, обеспечивающим улучшенную смазку. Этот профиль имеет радиус скругления R2 вершин волнообразного торца больше радиуса скругления г2 его впадин 12 в 2 - 50 раз. На гидродинамической уплотняющей поверхности 7 напротив вершин 11 волнообразного торца 9 выполнены углубления 13 в форме треугольника. Вершина 14 углубления 13 заходит на скругление 10 волнообразного торца 9 с гидродинамической уплотняющей поверхностью 7. Кромки углубления 13 имеют скругления 15 с гидродинамической уплотняющей поверхностью 7. Гидродинамическая волновая геометрия данного профиля обеспечивает улучшенную смазку, что особенно важно при использовании смазочных материалов с низкой вязкостью, высоких температурах, плохих условиях теплопередачи или высоких перепадах давлений. По сравнению с уплотнениями стандартного и широкого профилей профиль повышенной смазываемости обеспечивают значительно более высокие скорости в условиях низкого перепада давления при использовании смазочных материалов с низкой вязкостью. Fig. 7 shows the design of a ring with a profile that provides improved lubrication. This profile has a radius of rounding R 2 of the vertices of the wave-like end face that is greater than the radius of rounding r 2 of its valleys 12 by 2 to 50 times. On the hydrodynamic sealing surface 7 opposite the vertices 11 of the wave-like end face 9, depressions 13 in the form of a triangle are made. The apex 14 of the depression 13 goes onto the rounding 10 of the wave-like end face 9 with the hydrodynamic sealing surface 7. The edges of the depression 13 have roundings 15 with the hydrodynamic sealing surface 7. The hydrodynamic wave geometry of this profile provides improved lubrication, which is especially important when using low-viscosity lubricants, high temperatures, poor heat transfer conditions, or high pressure drops. Compared to standard and wide profile seals, the high lubricity profile provides significantly higher speeds under low pressure drop conditions when using low viscosity lubricants.

Возможно применение колец с гибридным профилем, где чередуются волны повышенной смазываемости с традиционными, чтобы снизить уровень утечек, связанных с гидродинамической перекачкой, сохраняя при этом преимущество по крутящему моменту по сравнению со стандартными уплотнениями. Например, на каждое 2 - 5 вершине выполнен профиль с улучшенной смазываемостью, а остальные вершины имеют стандартный профиль. Гибридные уплотнения были разработаны для обеспечения снижения рабочего момента и тепла, выделяемого уплотнением в нефтепромысловых инструментах, а также полезны во множестве других применений. It is possible to use rings with a hybrid profile, where waves of increased lubricity alternate with traditional ones, in order to reduce the level of leaks associated with hydrodynamic pumping, while maintaining the advantage in torque compared to standard seals. For example, for every 2 - 5 vertices, a profile with improved lubricity, while the remaining tips have a standard profile. Hybrid seals were developed to provide reduced operating torque and seal heat in oilfield tools, and are also useful in a variety of other applications.

Также возможно применение колец повышенной смазываемости со скошенным профилем, которые представляют собой гибрид аксиальнопостоянного профиля с профилем повышенной смазываемости. It is also possible to use highly lubricious rings with a beveled profile, which are a hybrid of an axially constant profile with a highly lubricious profile.

На фиг. 8 показано кольцо с профилем, обеспечивающим повышенную герметичность. Гидродинамическая поверхность 7 образована винтовыми поверхностями 16 со скруглениями 17. Винтовые поверхности 16 равномерно распределенными по окружности. Такое уплотнение специального назначения имеет однонаправленную гидродинамическую геометрию для удержания смазки под давлением и исключения абразивного износа в узлах, которые могут выдерживать или эксплуатироваться с высокой скоростью гидродинамической перекачки. В качестве смазки может использоваться даже вода. Fig. 8 shows a ring with a profile that provides increased tightness. Hydrodynamic surface 7 is formed by helical surfaces 16 with roundings 17. The helical surfaces 16 are uniformly distributed around the circumference. Such a special-purpose seal has a unidirectional hydrodynamic geometry to retain lubricant under pressure and eliminate abrasive wear in units that can withstand or operate at a high hydrodynamic pumping speed. Even water can be used as a lubricant.

На фиг. 9, 10 показано подпружиненное кольцо, на торце 18 которого выполнена канавка 19, в которой установлена меандровая пружина 20. Внутренняя часть кольца выполнена из пластика 21, а внешняя часть кольца 22 - из эластомера. На внутренней поверхности 23 кольца выполнены равномерно распределенные по окружности углубления 24 в виде наклонных секторов, выходящие на торец 25 противоположенный от канавки 19. Fig. 9, 10 shows a spring-loaded ring, on the end face 18 of which a groove 19 is made, in which a meander spring 20 is installed. The inner part of the ring is made of plastic 21, and the outer part of the ring 22 is made of elastomer. On the inner surface 23 of the ring there are recesses 24 uniformly distributed around the circumference in the form of inclined sectors, emerging on the end face 25 opposite from the groove 19.

Эти кольца предназначены для применения под высоким давлением с однонаправленным вращением. Кольцо содержит углубления 24, которые накачивают тонкую пленку смазки на поверхность динамического уплотнения во время вращения, снижающее трение и износ. These rings are designed for high pressure, unidirectional applications. The ring contains grooves 24 which pump a thin film of lubricant onto the dynamic seal surface during rotation, reducing friction and wear.

Уплотнительное кольцо применяется для уплотнения (герметизации) вращающегося вала 26 (фиг. 11). Диаметр d гидродинамической уплотняющей поверхности 7 приближенно равен диаметру dB вала 13. Кольцо 1 устанавливается в канавке 27 неподвижного корпуса 28, при этом цилиндрический выступ 5 обеспечивает прижатие с необходимым усилием гидродинамической уплотняющей поверхности 7 к валу 26 за счет того, что диаметр DK канавки 27 меньше, чем диаметр D цилиндрического выступа 5 на внешней цилиндрической поверхности 4. Благодаря сжатому состоянию кольца обеспечивается герметизация вала при вращении и исключается появление эффекта Гафа- Джоуля, который появляется при растянутом состоянии уплотнительного кольца и негативно влияет на его работу. Предпочтительное значение сжатия должно быть в диапазоне от 5 до 11%. При таких значениях обеспечивается необходимое прижатие кольца к валу для обеспечения герметичности. Меньшее значение снизит обеспечиваемый перепад давления на уплотнительном кольце, а больший - приведет к большому сопротивлению вращения вала и нагреву. The sealing ring is used to seal (hermetically seal) the rotating shaft 26 (Fig. 11). The diameter d of the hydrodynamic sealing surface 7 is approximately equal to the diameter d B of the shaft 13. The ring 1 is installed in the groove 27 of the fixed housing 28, while the cylindrical protrusion 5 ensures pressing with the required force of the hydrodynamic sealing surface 7 to the shaft 26 due to the fact that the diameter D K of the groove 27 is smaller than the diameter D of the cylindrical protrusion 5 on the outer cylindrical surface 4. Due to the compressed state of the ring, the shaft is sealed during rotation and the occurrence of the Gough-Joule effect, which appears when the shaft is stretched, is eliminated. condition of the sealing ring and negatively affects its operation. The preferred compression value should be in the range of 5 to 11%. At such values, the necessary pressure of the ring to the shaft is ensured to ensure tightness. A lower value will reduce the provided pressure drop on the sealing ring, and a higher value will lead to high resistance to shaft rotation and heating.

Поверхность контакта неподвижного уплотнительного кольца и вращающегося вала становится динамичной за счет того, что волнообразный торец 9 выступа 6 обеспечивает гидродинамическое вклинивание пленки смазки между гидродинамической уплотняющей поверхностью 7 и поверхностью вращающегося вала 26, тем самым, исключая сухое трение, которое приводит к нагреву и быстрому износу уплотнения. The contact surface of the stationary sealing ring and the rotating shaft becomes dynamic due to the fact that the wave-shaped end face 9 of the projection 6 ensures hydrodynamic wedging of the lubricant film between the hydrodynamic sealing surface 7 and the surface of the rotating shaft 26, thereby eliminating dry friction, which leads to heating and rapid wear of the seal.

Выполнение высоты волны Н волнообразного торца 9 в диапазоне от 1 до 2 мм, а позволяет наиболее эффективно обеспечивать вклинивание пленки смазки между вращающимися относительно друг друга поверхностями. Меньшее значение не обеспечивает достаточное количество смазки. Большее значение способствует образованию застойных зон, что также снижает эффективность образования масляной пленки. The implementation of the wave height H of the wave-shaped end face 9 in the range from 1 to 2 mm, and allows the most effective wedging of the lubricant film between the surfaces rotating relative to each other. A smaller value does not provide a sufficient amount of lubrication. A larger value contributes to the formation of stagnant zones, which also reduces the efficiency of oil film formation.

Выполнение длины волны L волнообразного торца 9 в диапазоне от 10 до 30 мм позволяет подобрать оптимальное количество волн на кольцах разного диаметра. При этом очевидно, что значение длины окружности гидродинамической уплотняющей поверхности кратно значению длины волны, а количество волн п должно быть более двух для обеспечения равномерного распределения масляной пленки на валу. Следует отметить, что меньшие значения из диапазона длин волн применяются для уплотнения валов малого диаметра, а большие значения - для уплотнения валов большего диаметра. Значения меньше или больше указанного диапазона не обеспечивают достаточную интенсивность вклинивания пленки смазки. The implementation of the wavelength L of the wavy end face 9 in the range from 10 to 30 mm allows selecting the optimal number of waves on rings of different diameters. It is obvious that the value of the circumference of the hydrodynamic sealing surface is a multiple of the wavelength, and the number of waves n must be more than two to ensure uniform distribution of the oil film on the shaft. It should be noted that smaller values from the wavelength range are used to seal small-diameter shafts, and larger values are used to seal larger-diameter shafts. Values less or greater than the specified range do not provide sufficient intensity of wedging of the lubricant film.

Предпочтительно количество волн волнообразного торца должна определяться уравнением у=0,5Н • cos(2n • х / d). При таком выборе количества волн обеспечивает наилучшие условия вклинивание пленки смазки между вращающимися относительно друг друга поверхностями на высоких оборотах. Preferably, the number of waves of the wavy end face should be determined by the equation y = 0.5N • cos(2n • x / d). With this choice of the number of waves, the best conditions for wedging the lubricant film between the surfaces rotating relative to each other at high speeds are ensured.

Таким образом, решения, используемые в изобретении, способствуют повышению эффективности работы уплотнения вала, заключающего в увеличении ресурса и обеспечении герметичности в течение всего срока службы, и тем самым обеспечивают достижение технического результата. Thus, the solutions used in the invention contribute to increasing the efficiency of the shaft seal, which consists in increasing the service life and ensuring tightness throughout the entire service life, and thereby ensure the achievement of the technical result.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAUSE OF THE INVENTION 1. Уплотнение вала, состоящее из уплотнительного кольца, установленного в канавке корпуса и представляющего собой упругое полимерное кольцо с плоскими торцевыми поверхностями, на внешней цилиндрической поверхности кольца выполнен цилиндрический выступ, на внутренней поверхности кольца выполнен выступ с гидродинамической уплотняющей поверхностью, контактирующей с валом, один из торцов выступа выполнен плоским и совпадающим с торцевой поверхностью кольца, а другой торец выполнен волнообразным с чередованием вершин и впадин и имеющим скругление с гидродинамической уплотняющей поверхностью, отличающееся тем, что диаметр гидродинамической уплотняющей поверхности выступа равен диаметру вала, при этом уплотнительное кольцо прижимается к валу за счет того, что диаметр канавки меньше диаметра цилиндрического выступа на внешней цилиндрической поверхности уплотнительного кольца, при этом высота волны волнообразного торца уплотнительного кольца выполнена в диапазоне от 1 до 2 мм, длина волны волнообразного торца выполнена в диапазоне от 10 до 30 мм, при этом значение длины окружности гидродинамической уплотняющей поверхности кратно значению длины волны, а количество волн составляет не менее 2. 1. A shaft seal consisting of a sealing ring installed in a groove in a housing and representing an elastic polymer ring with flat end surfaces, a cylindrical protrusion is formed on the outer cylindrical surface of the ring, a protrusion with a hydrodynamic sealing surface in contact with the shaft is formed on the inner surface of the ring, one of the ends of the protrusion is formed flat and coinciding with the end surface of the ring, and the other end is formed wavy with alternating peaks and valleys and having a rounding with a hydrodynamic sealing surface, characterized in that the diameter of the hydrodynamic sealing surface of the protrusion is equal to the diameter of the shaft, wherein the sealing ring is pressed against the shaft due to the fact that the diameter of the groove is less than the diameter of the cylindrical protrusion on the outer cylindrical surface of the sealing ring, wherein the wave height of the wave-shaped end of the sealing ring is formed in the range from 1 to 2 mm, the wavelength of the wave-shaped end is formed in the range from 10 to 30 mm, wherein the value of the circumference of the hydrodynamic the sealing surface is a multiple of the wavelength, and the number of waves is not less than 2. 2. Уплотнение вала по п.1, отличающееся тем, что сжатие уплотнительного кольца обеспечивается в диапазоне от 5 до 11%. 2. A shaft seal according to item 1, characterized in that the compression of the sealing ring is provided in the range from 5 to 11%. 3. Уплотнение вала по п.1 или 2, отличающееся тем, что количество волн определяется уравнением: у=0,5Н • cos(2n • х / d), где 3. A shaft seal according to item 1 or 2, characterized in that the number of waves is determined by the equation: y = 0.5N • cos(2n • x / d), where Н - высота волны; п - количество волн; d - диаметр гидродинамической уплотняющей поверхности выступа. H is the wave height; n is the number of waves; d is the diameter of the hydrodynamic sealing surface of the ledge. 4. Уплотнение вала по п.1 или 2, отличающееся тем, что радиус скругления впадин волнообразного торца больше радиуса скругления его вершин в 2 - 50 раз. 4. A shaft seal according to item 1 or 2, characterized in that the radius of rounding of the troughs of the wave-shaped end face is 2 to 50 times greater than the radius of rounding of its peaks. 5. Уплотнение вала по п.1 или 2, отличающееся тем, что высота волны волнообразного торца плавно уменьшается в радиальном направлении от гидродинамической уплотняющей поверхности. 5. A shaft seal according to item 1 or 2, characterized in that the height of the wave of the wavy end face smoothly decreases in the radial direction from the hydrodynamic sealing surface. 6. Уплотнение вала по п.1 или 2, отличающееся тем, что радиус скругления вершин волнообразного торца больше радиуса скругления его впадин в 2 - 50 раз, а на гидродинамической уплотняющей поверхности напротив вершин волнообразного торца выполнены углубления в форме треугольника, одна из вершин которого заходит на скругление волнообразного торца с гидродинамической уплотняющей поверхностью, при этом кромки углубления имеют скругления с гидродинамической уплотняющей поверхностью. 6. A shaft seal according to item 1 or 2, characterized in that the radius of rounding of the peaks of the wave-shaped end face is 2 to 50 times greater than the radius of rounding of its valleys, and on the hydrodynamic sealing surface Opposite the vertices of the wave-shaped end, depressions are made in the shape of a triangle, one of the vertices of which goes onto the rounding of the wave-shaped end with a hydrodynamic sealing surface, while the edges of the depression have roundings with a hydrodynamic sealing surface. 7. Уплотнение вала по п.1 или 2, отличающееся тем, что радиус скругления вершин волнообразного торца больше радиуса скругления его впадин в 2 - 50 раз, а на гидродинамической уплотняющей поверхности напротив каждой 2 - 5 вершины волнообразного торца выполнены углубления в форме треугольника, одна из вершин которого заходит на скругление волнообразного торца с гидродинамической уплотняющей поверхностью, при этом кромки углубления имеют скругления с гидродинамической уплотняющей поверхностью. 7. A shaft seal according to claim 1 or 2, characterized in that the radius of rounding of the vertices of the wave-shaped end face is greater than the radius of rounding of its depressions by 2 to 50 times, and on the hydrodynamic sealing surface opposite each 2 to 5 vertex of the wave-shaped end face, depressions in the shape of a triangle are made, one of the vertices of which goes onto the rounding of the wave-shaped end face with the hydrodynamic sealing surface, while the edges of the depression have roundings with the hydrodynamic sealing surface. 8. Уплотнение вала по п.5, отличающееся тем, что на гидродинамической уплотняющей поверхности напротив вершин волнообразного торца выполнены углубления в форме треугольника, одна из вершин которого заходит на скругление волнообразного торца с гидродинамической уплотняющей поверхностью, при этом кромки углубления имеют скругления с гидродинамической уплотняющей поверхностью. 8. A shaft seal according to item 5, characterized in that on the hydrodynamic sealing surface opposite the vertices of the wave-shaped end face there are depressions in the shape of a triangle, one of the vertices of which extends onto the rounding of the wave-shaped end face with the hydrodynamic sealing surface, while the edges of the depression have roundings with the hydrodynamic sealing surface. 9. Уплотнение вала по п.1 или 2, отличающееся тем, что внутренняя часть кольца выполнена из материала с большей твердостью, чем внешняя часть кольца. 9. A shaft seal according to item 1 or 2, characterized in that the inner part of the ring is made of a material with greater hardness than the outer part of the ring. 10. Уплотнение вала, состоящее из уплотнительного кольца, установленного в канавке корпуса и представляющего собой упругое полимерное кольцо с плоскими торцевыми поверхностями, на внешней цилиндрической поверхности кольца выполнен цилиндрический выступ, на внутренней поверхности кольца выполнен выступ с гидродинамической уплотняющей поверхностью, контактирующей с валом, один из торцов выступа выполнен плоским и совпадающим с торцевой поверхностью кольца, отличающееся тем, что гидродинамическая уплотняющая поверхность образована винтовыми поверхностями со скруглениями, равномерно распределенными по окружности. 10. A shaft seal consisting of a sealing ring installed in a groove in a housing and representing an elastic polymer ring with flat end surfaces, a cylindrical protrusion is made on the outer cylindrical surface of the ring, a protrusion with a hydrodynamic sealing surface in contact with the shaft is made on the inner surface of the ring, one of the ends of the protrusion is made flat and coincides with the end surface of the ring, characterized in that the hydrodynamic sealing surface is formed by helical surfaces with roundings uniformly distributed around the circumference. 11. Уплотнение вала по п.10, отличающееся тем, что сжатие уплотнительного кольца обеспечивается в диапазоне от 5 до 11%. 11. A shaft seal according to item 10, characterized in that the compression of the sealing ring is provided in the range from 5 to 11%. 12. Уплотнение вала, состоящее из уплотнительного кольца, установленного в канавке корпуса и представляющего собой упругое кольцо, на одном торце которого выполнена канавка, в которой установлена меандровая пружина, внутренняя часть кольца контактирует с валом и выполнена из пластика, а внешняя часть кольца выполнена из эластомера, отличающееся тем, что на внутренней поверхности кольца выполнены равномерно распределенные по окружности углубления в виде наклонных секторов, выходящие на торец, противоположенный от канавки. 12. A shaft seal consisting of a sealing ring installed in a groove in the housing and representing an elastic ring, on one end of which a groove is made in which a seal is installed. meander spring, the inner part of the ring contacts the shaft and is made of plastic, and the outer part of the ring is made of elastomer, characterized in that on the inner surface of the ring there are uniformly distributed depressions in the form of inclined sectors around the circumference, extending to the end opposite the groove. 13. Уплотнение вала по п.12, отличающееся тем, что сжатие уплотнительного кольца обеспечивается в диапазоне от 5 до 11%. 13. A shaft seal according to item 12, characterized in that the compression of the sealing ring is provided in the range from 5 to 11%. 14. Уплотнительное кольцо, представляющее собой упругое полимерное кольцо с плоскими торцевыми поверхностями, на внешней цилиндрической поверхности кольца выполнен цилиндрический выступ, на внутренней поверхности кольца выполнен выступ с гидродинамической уплотняющей поверхностью, один из торцов которого выполнен плоским и совпадающим с торцевой поверхностью кольца, а другой торец выполнен волнообразным с чередованием вершин и впадин и имеющим скругление с гидродинамической уплотняющей поверхностью, отличающееся тем, что высота волны волнообразного торца выполнена в диапазоне от 1 до 2 мм, длина волны волнообразного торца выполнена в диапазоне от 10 до 30 мм, при этом значение длины окружности гидродинамической уплотняющей поверхности выступа кратно значению длины волны, а количество волн составляет не менее 2. 14. A sealing ring, which is an elastic polymer ring with flat end surfaces, a cylindrical protrusion is made on the outer cylindrical surface of the ring, a protrusion with a hydrodynamic sealing surface is made on the inner surface of the ring, one of the ends of which is made flat and coincides with the end surface of the ring, and the other end is made wavy with alternating peaks and valleys and having a rounding with a hydrodynamic sealing surface, characterized in that the wave height of the wavy end is made in the range from 1 to 2 mm, the wavelength of the wavy end is made in the range from 10 to 30 mm, wherein the value of the circumference of the hydrodynamic sealing surface of the protrusion is a multiple of the wavelength, and the number of waves is at least 2. 15. Кольцо по п.14, отличающееся тем, что количество волн определяется уравнением: у=0,5Н • cos(2n • х / d), где 15. The ring according to item 14, characterized in that the number of waves is determined by the equation: y = 0.5N • cos(2n • x / d), where Н - высота волны; п - количество волн; d - диаметр гидродинамической уплотняющей поверхности выступа. H is the wave height; n is the number of waves; d is the diameter of the hydrodynamic sealing surface of the ledge. 16. Кольцо по п.14 или 15, отличающееся тем, что радиус скругления впадин волнообразного торца больше радиуса скругления его вершин в 2 - 50 раз. 16. A ring according to item 14 or 15, characterized in that the radius of rounding of the troughs of the wave-shaped end face is 2 to 50 times greater than the radius of rounding of its peaks. 17. Кольцо по п.14 или 15, отличающееся тем, что высота волны волнообразного торца плавно уменьшается в радиальном направлении от гидродинамической уплотняющей поверхности. 17. A ring according to item 14 or 15, characterized in that the height of the wave of the wavy end face smoothly decreases in the radial direction from the hydrodynamic sealing surface. 18. Кольцо по п.14 или 15, отличающееся тем, что радиус скругления вершин волнообразного торца больше радиуса скругления его впадин в 2 - 50 раз, а на гидродинамической уплотняющей поверхности напротив вершин волнообразного торца выполнены углубления в форме треугольника, одна из вершин которого заходит на скругление волнообразного торца с гидродинамической уплотняющей поверхностью, при этом кромки углубления имеют скругления с гидродинамической уплотняющей поверхностью. 18. A ring according to item 14 or 15, characterized in that the radius of rounding of the vertices of the wave-like end face is greater than the radius of rounding of its depressions by 2 to 50 times, and on the hydrodynamic sealing surface opposite the vertices of the wave-like end face, depressions in the shape of a triangle are made, one of the vertices of which goes onto the rounding of the wave-like end face with hydrodynamic sealing surface, while the edges of the recess are rounded with a hydrodynamic sealing surface. 19. Кольцо по п.14 или 15, отличающееся тем, что на каждой 2 - 5 вершине волнообразного торца радиус скругления вершин волнообразного торца больше радиуса скругления его впадин в 2 - 50 раз, а на гидродинамической уплотняющей поверхности напротив такой вершины выполнены углубления в форме треугольника, одна из вершин которого заходит на скругление волнообразного торца с гидродинамической уплотняющей поверхностью, при этом кромки углубления имеют скругления с гидродинамической уплотняющей поверхностью. 19. A ring according to item 14 or 15, characterized in that on each 2-5 vertex of the wave-shaped end face, the radius of rounding of the vertices of the wave-shaped end face is greater than the radius of rounding of its depressions by 2-50 times, and on the hydrodynamic sealing surface opposite such vertex, depressions in the form of a triangle are made, one of the vertices of which goes onto the rounding of the wave-shaped end face with the hydrodynamic sealing surface, while the edges of the depression have roundings with the hydrodynamic sealing surface. 20. Кольцо по п.17, отличающееся тем, что на гидродинамической уплотняющей поверхности напротив вершин волнообразного торца выполнены углубления в форме треугольника, одна из вершин которого заходит на скругление волнообразного торца с гидродинамической уплотняющей поверхностью, при этом кромки углубления имеют скругления с гидродинамической уплотняющей поверхностью. 20. A ring according to claim 17, characterized in that on the hydrodynamic sealing surface opposite the vertices of the wavy end face there are depressions in the shape of a triangle, one of the vertices of which goes onto the rounding of the wavy end face with the hydrodynamic sealing surface, while the edges of the depression have roundings with the hydrodynamic sealing surface. 21. Кольцо по п.5 или 6, отличающееся тем, что внутренняя часть кольца выполнена из материала с большей твердостью, чем внешняя часть кольца. 21. A ring according to item 5 or 6, characterized in that the inner part of the ring is made of a material with greater hardness than the outer part of the ring. 22. Уплотнительное кольцо, представляющее собой упругое полимерное кольцо с плоскими торцевыми поверхностями, на внешней цилиндрической поверхности кольца выполнен цилиндрический выступ, на внутренней поверхности кольца выполнен выступ с гидродинамической уплотняющей поверхностью, один из торцов которого выполнен плоским и совпадающим с торцевой поверхностью кольца, отличающееся тем, что гидродинамическая уплотняющая поверхность образована винтовыми поверхностями со скруглениями, равномерно распределенными по окружности. 22. A sealing ring, which is an elastic polymer ring with flat end surfaces, on the outer cylindrical surface of the ring a cylindrical protrusion is made, on the inner surface of the ring a protrusion with a hydrodynamic sealing surface is made, one of the ends of which is made flat and coincides with the end surface of the ring, characterized in that the hydrodynamic sealing surface is formed by helical surfaces with roundings uniformly distributed around the circumference. 23. Уплотнительное кольцо, представляющее собой упругое полимерное кольцо, на одном торце которого выполнена канавка, в которой установлена меандровая пружина, внутренняя часть кольца контактирует с валом и выполнена из пластика, а внешняя часть кольца выполнена из эластомера, отличающееся тем, что на внутренней поверхности кольца выполнены равномерно распределенные по окружности углубления в виде наклонных секторов, выходящие на торец противоположенный от канавки. 23. A sealing ring, which is an elastic polymer ring, on one end of which a groove is made in which a meander spring is installed, the inner part of the ring contacts the shaft and is made of plastic, and the outer part of the ring is made of elastomer, characterized in that on the inner surface of the ring there are recesses uniformly distributed around the circumference in the form of inclined sectors, extending to the end opposite from the groove.
PCT/RU2024/000019 2023-05-26 2024-01-23 Shaft seal and sealing ring for the implementation thereof (embodiments) WO2024248657A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2023113786A RU2812522C1 (en) 2023-05-26 Shaft seal and o-ring for its implementation (embodiments)
RU2023113786 2023-05-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024248657A1 true WO2024248657A1 (en) 2024-12-05

Family

ID=93658082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2024/000019 WO2024248657A1 (en) 2023-05-26 2024-01-23 Shaft seal and sealing ring for the implementation thereof (embodiments)

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024248657A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB499480A (en) * 1938-02-27 1939-01-24 Hans Freudenberg Improvements in fluid-sealing devices for shafts, bearings and the like
US6315302B1 (en) * 1999-04-26 2001-11-13 Kalsi Engineering, Inc. Skew resisting hydrodynamic seal
US8075000B2 (en) * 2005-03-28 2011-12-13 Kalsi Engineering, Inc. Composite, high temperature, dynamic seal and method of making same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB499480A (en) * 1938-02-27 1939-01-24 Hans Freudenberg Improvements in fluid-sealing devices for shafts, bearings and the like
US6315302B1 (en) * 1999-04-26 2001-11-13 Kalsi Engineering, Inc. Skew resisting hydrodynamic seal
US6382634B1 (en) * 1999-04-26 2002-05-07 Kalsi Engineering, Inc. Hydrodynamic seal with improved extrusion abrasion and twist resistance
US8075000B2 (en) * 2005-03-28 2011-12-13 Kalsi Engineering, Inc. Composite, high temperature, dynamic seal and method of making same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9086151B2 (en) Low torque hydrodynamic lip geometry for rotary seals
US6767016B2 (en) Hydrodynamic rotary seal with opposed tapering seal lips
US20010020770A1 (en) Hydrodynamic rotary seal with varying slope
US8550467B2 (en) Rotary seal with improved film distribution
CA2225702C (en) Skew and twist resistant hydrodynamic rotary shaft seal
US7052020B2 (en) Hydrodynamic rotary seal
US5427387A (en) Radial shaft sealing ring
US9103445B2 (en) Rotary seal with truncated wave form
EP0854991A1 (en) Hydrodynamically lubricated rotary shaft seal with environmental side groove
US4165881A (en) Flexible seal and seal assembly
JP5801033B2 (en) Seal structure
RU2812522C1 (en) Shaft seal and o-ring for its implementation (embodiments)
WO2024248657A1 (en) Shaft seal and sealing ring for the implementation thereof (embodiments)
CN110621923B (en) Sliding component
EA049116B1 (en) SHAFT SEAL AND SEAL RING FOR ITS IMPLEMENTATION (OPTIONS)
CA2697678C (en) Rotary seal with improved film distribution
US20240309952A1 (en) Hydrodynamic sealing element for a radial shaft seal
CA2601282C (en) Hydrodynamic rotary seal with opposed tapering seal lips
JPH0293169A (en) Packing for sealing rotary body
US20250060037A1 (en) Shaft sealing ring and shaft arrangement for high rotational speeds
RU2168087C2 (en) Hydrodynamic end seal
JP2017187151A (en) Stern tube seal device and stern tube sealing structure

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202492934

Country of ref document: EA

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24815986

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1