Гидродинамическое уплотнение цилиндрической пары

 

Использование: в подвижных соединениях насосов высокого давления. Сущность изобретения: во втулке, уплотняющей поршень или цилиндр, выполнены по окружности радиальные отверстия. В гильзе выполнены по окружности радиальные отверстия. В гильзе выполнены кольцевые проточки, в которых размещены экспандеры. Втулка выполнена тонкостенной и установлена в опорной гильзе с зазором. Радиальные отверстия во втулке выполнены в несколько рядов, каждый из которых выполнен в промежутке между экспандерами со стороны высокого давления. 3 ил.

Изобретение относится к уплотнительной технике и предназначено для подвижных соединений насосов высокого давления.

Известно уплотнительное устройство, содержащее последовательно расположенные манжеты, отдаленные друг от друга камерами, фильтры и очиститель, при этом в перегородки между камерами вмонтированы дроссели с проходными сечениями, увеличивающимися по направлению потока жидкости.

Известно также уплотнительное устройство плунжеров в машинах сверхвысокого давления, состоящее из набора металлических гильз, выполненных ступенчатыми с образованием вокруг плунжера кольцевых зазоров, причем меньший зазор получают путем прецизионной пригонки соответствующих поверхностей гильзы и плунжера.

Недостатком известных устройств является необходимость высокой точности изготовления сопряжения колец между собой. В противном случае возможна работа неполным набором колец, т.е. в незапланированном режиме, высокая чувствительность к загрязнениям. В случае нарушения зазора возможен контакт с плунжером.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является гидродинамическое уплотнение цилиндрической пары, содержащее уплотняющую поршень или цилиндр втулку с выполненными в ней по окружности радиальными отверстиями.

Недостатком известного устройства является то, что уплотнение работает с достаточно большими зазорами, что при высоких рабочих давлениях приводит к большим утечкам, которые обуславливают напряженный режим работы уплотнения и высокий эрозионный износ.

Цель изобретения - повышение надежности в широком диапазоне давлений.

На фиг.1 изображено уплотнение, в котором втулка имеет бурт со стороны высокого давления; на фиг.2 и 3 - уплотнение с втулками различной формы без буртов, но с монтажными кольцами с обеих сторон.

Гидродинамическое уплотнение цилиндрической пары смонтировано в нише 1, например, цилиндра 2 (или поршня) и содержит тонкостенную втулку 3. Втулка 3 может быть выполнена с опорным буртом 4 со стороны высокого давления или с монтажными кольцами 5, 6 (втулка уже без бурта) с обеих сторон. Втулка 3 установлена с зазором в опорной гильзе 7 и снабжена несколькими рядами отверстий 8 вдоль оси втулки. В гильзе 7, охватывающей втулку 3, выполнены кольцевые проточки 9. Расположены проточки 9 вблизи границы каждого ряда радиальных отверстий со стороны высокого давления. Сообщение между проточками 9 и радиальными отверстиями 8 по зазору между поверхностями втулки 3 и гильзы 7. Кольцевые проточки 9 заполнены экспандерами 10 из эластичного материала.

Тонкостенная втулка 3 рядами радиальных отверстий 8 в сочетании с эспандерами 10 разделена на относительно самостоятельно работающие участки - дроссельные кольца. Жидкость высокого давления, проходя через уплотнение, испытывает гидравлическое сопротивление и потеря давления происходит ступенчато на каждом участке втулки 3 - дроссельном кольце. Жидкость высокого давления дросселирует через кольцевую щель между втулкой и подвижной уплотняемой поверхностью в радиальные отверстия 8 первого ряда, заполняет зазор между втулкой 3, гильзой 7 и экспандером 10 в сторону низкого давления от первого ряда отверстий. В проточке 9 со стороны высокого давления от первого ряда отверстий 8 расположено уплотнение из эластичного материала, которое по конструкции может совпадать с экспандерами 10 в остальных проточках 9. В процессе дросселирования возникает перепад давлений на первом дроссельном кольце (участок втулки между первым и вторым рядами отверстий 8), причем с внешней стороны (до первого экспандера 10) давление больше и равно давлению до рассматриваемого (первого) дроссельного кольца. Экспандеры 10 находятся под воздействием давления жидкости, передавая давление на гильзу 3, проявляют также функцию уплотнения. Большее давление с внешней стороны на участок втулки (дроссельное кольцо) противодействует его расширению. Каждое дроссельное кольцо в составе втулки 3 работает подобным образом. В случае нарушения запланированного режима на одном из колец, соседние дроссельные кольца воспринимают дополнительное давление жидкости.

Несколько дроссельных колец в составе одной втулки позволяют достигнуть минимального перетока жидкости, характерного для уплотнений этого типа. В уплотнении уменьшены паразитные объемы, вследствие чего увеличена динамичность восприятия давления (нагрузки) и обеспечена высокая цикличность его работы. Предлагаемое уплотнение позволяет уменьшить габариты узла высокого давления насоса вследствие собственных малых размеров. Уплотнение имеет небольшую материалоемкость и нетрудоемко в изготовлении, при этом ресурс его увеличен за счет уменьшения эрозионных процессов.

Формула изобретения

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПАРЫ, содержащее уплотняющую поршень или цилиндр втулку с выполненными в ней по окружности радиальными отверстиями, отличающееся тем, что оно снабжено опорной гильзой и экспандерами из эластичного материала, в гильзе выполнены кольцевые проточки, в которых размещены экспандеры, а втулка выполнена тонкостенной и установлена в опорной гильзе с зазором, причем радиальные отверстия во втулке выполнены в несколько рядов, каждый из которых выполнен в промежутке между экспандерами со стороны высокого давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3