Механическое уплотнение

 

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к механическим уплотнениям, предназначенным для установки на гидравлические и пневматические машины и устройства, рабочие органы которых совершают вращательное и/или возвратно-поступательное движение. Механическое уплотнение вала, или штока, или цилиндра машины, содержит упругую обойму, на наружной или внутренней поверхностях которой выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки. На буртах или расточках установлены уплотнительные кольца, припертые друг к другу по торцам и поджатые упругой обоймой к уплотняемым поверхностям. Каждое уплотнительное кольцо имеет участок в виде сектора, рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической и с радиусом, равным радиусу уплотняемой поверхности, остальная часть кольца имеет больший или, соответственно, меньший радиус, т.е. имеет форму, обуславливающую наличие щелевого зазора между кольцом и уплотняемой поверхностью. Соседние кольца развернуты относительно друг друга таким образом, что угол между их радиальными плоскостями, проходящими через середины секторов, составляет 360/n, где n - количество колец. Изобретение упрощает конструкцию за счет снижения количества уплотнительных колец при сохранении высокой степени герметичности. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к механическим уплотнениям, предназначенным для установки на гидравлические и пневматические машины и устройства, рабочие органы которых совершают вращательное и/или возвратно-поступательное движение.

Известно уплотнение вала или штока [АС СССР 391315, кл. МКИ F 16 J 15/26, опубл. 1997 г.], содержащее притертые одно к другому и прижимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме. В таком уплотнении ввиду неопределенности углового смещения пар колец возможно повышенное перетекание среды, находящейся под более высоким давлением, в зону пониженного давления, что снижает герметичность и надежность уплотнения в целом. В случае применения уплотнения с несколькими парами эксцентричных колец возникает необходимость в фиксации взаимного положения, что значительно усложняет уплотнение.

В качестве прототипа выбрано механическое уплотнение [Патент РФ 2037077, МКИ F 16 J 15/26, опубл. 1995 г.], содержащее уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой в противоположных направлениях. На наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки. Уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах или расточках. В случае уплотнения вала внутренний диаметр уплотнительного кольца превышает диаметр уплотняемой детали. В случае уплотнения внутренней цилиндрической поверхности наружный диаметр уплотнительного кольца меньше диаметра уплотняемой поверхности. Бурты или расточки упругой обоймы выполнены попарно, а их оси расположены эксцентрично с двух сторон от оси упругой обоймы, при этом плоскости, проходящие через оси парных буртов или расточек, развернуты одна относительно другой на угол 180/n, где n - число пар буртов или расточек. В прототипе каждое уплотнительное кольцо лишь в одной точке касается уплотняемой поверхности и, таким образом, между рабочей поверхностью кольца и уплотняемой поверхностью имеется зазор, представляющий собой практически полное кольцо, и его величина максимальна со стороны, противоположной точке касания. Вследствие того, что расточки (бурты) имеют различные углы ориентации, между уплотняемой поверхностью и набором колец образуется сложная лабиринтная щель. Для обеспечения высокой степени герметичности необходимо использовать упругую обойму большой протяженности с соответственно большим набором уплотнительных колец. Трущиеся поверхности уплотнительных колец и/или вала, штока или цилиндра выполняются из износостойкого материала с шероховатой поверхностью, которая затем покрывается антифрикционным слоем, например, из меди, бронзы, фторопласта и т.д.

В основу изобретения поставлена задача упрощения конструкции, а именно снижения количества уплотнительных колец при сохранении высокой степени герметичности.

Поставленная задача решается тем, что в механическом уплотнении вала, или штока, или цилиндра машины, содержащем упругую обойму, на наружной или внутренней поверхностях которой выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, на буртах или расточках установлены уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые упругой обоймой к уплотняемым поверхностям, новым согласно изобретению является то, что каждое уплотнительное кольцо имеет участок в виде сектора, рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической с радиусом, равным радиусу уплотняемой поверхности, остальная часть кольца имеет форму, обуславливающую наличие щелевого зазора между кольцом и уплотняемой поверхностью, при этом соседние кольца развернуты друг относительно друга таким образом, что угол между их радиальными плоскостями, проходящими через середины секторов, составляет 360/n, где n - количество колец.

Целесообразно на поверхности колец нанести покрытие, выполненное из материала, обладающего адгезионными свойствами, обеспечивающими возможность удержания пленки углеводородных составляющих перекачиваемой среды.

Более подробно сущность изобретения раскрывается на примере уплотнения внутренней поверхности цилиндрической детали.

На фиг. 1 представлено механическое уплотнение плунжера скважинного штангового насоса, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - уплотнительное кольцо, надетое на упругую обойму в ненапряженном состоянии; на фиг. 4 - упругая обойма.

В цилиндре 1 размещен полый плунжер 2, разделяющий в насосе полость высокого давления 3 и полость низкого давления 4. На цилиндрической поверхности плунжера 2 установлено механическое уплотнение, которое содержит упругую обойму 5 из эластомерного материала и набор уплотнительных колец 6, выполненных из жестких неэластомерных материалов, например стали. Кольца 6 взаимодействуют с обоймой 5 и внутренней поверхностью цилиндра 1. Упругая обойма на наружной поверхности имеет ряд эксцентричных буртов 7. Бурты 7, а следовательно, и кольца 6 развернуты друг относительно друга. Каждое кольцо 6 имеет участок 8, выполненный в виде кольцевого цилиндрического сектора с центральным углом α=30-180 град. Рабочая (наружная боковая) поверхность сектора имеет цилиндрическую форму с радиусом, равным радиусу уплотняемой поверхности, т. е. внутреннему радиусу цилиндра 1. На остальной части кольца выполнено "обнижение", и радиус этой части кольца меньше, чем радиус уплотняемой поверхности. За счет такой формы колец и эксцентриситета буртов (что обеспечивает поджатие колец при их установке в цилиндре 1) обеспечивается плотный контакт кольца по цилиндрической поверхности сектора с уплотняемой поверхностью и образуется щелевой зазор 9 между кольцом и уплотняемой поверхностью со стороны, противоположной упомянутому сектору.

Угол между радиальными плоскостями, проходящими через середины секторов соседних колец, составляет 360/n, где n - количество колец. Так, при наличии в уплотнении шести колец угол разворота их относительно друг друга составляет 60 град. Упругая обойма 5 со стороны полости 3 высокого давления имеет бурт 10, к которому с помощью переходника 11 поджимается комплект уплотнительных колец.

В процессе эксплуатации заявляемой конструкции уплотнительные кольца находятся в таком положении, что упомянутые сектора равномерно распределяются по окружности и каждое из них обеспечивает уплотнение значительного участка поверхности, а лабиринт узких щелевых зазоров позволяет создать большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления 3 в полость низкого давления 4.

Таким образом, при использовании меньшего количества колец, чем в прототипе, достигается высокая степень герметичности уплотнения.

В конструкции, предназначенной для уплотнения вала или штока, используется упругая обойма, на внутренней поверхности которой выполнены эксцентрично расположенные расточки, в которых установлены уплотнительные кольца, аналогичные описанным выше. Каждое кольцо имеет участок, выполненный в виде кольцевого сектора, рабочая (внутренняя) поверхность которого имеет цилиндрическую форму, а ее радиус равен радиусу уплотняемой поверхности, т.е. радиусу штока или вала. Остальная часть кольца выполнена с большим внутренним радиусом и между этой частью кольца и уплотняемой поверхностью так же, как и в вышеописанном варианте, имеется щелевой зазор. Рабочие процессы, происходящие в этой конструкции, аналогичны тем, что при уплотнении внутренней цилиндрической поверхности.

В обоих случаях (уплотнение внутренней цилиндрической поверхности или уплотнение вала) на торцевые и боковые поверхности колец и на уплотняемые поверхности нанесено покрытие из материала, обладающего адгезионными свойствами, обеспечивающими возможность удержания пленки углеводородных составляющих перекачиваемой среды, например масел, при перекачке нефтепродуктов. Этот прием позволяет создать самосмазывающуюся систему и уменьшает коэффициент трения поверхностей.

Формула изобретения

1. Механическое уплотнение вала, или штока, или цилиндра машины, содержащее упругую обойму, на наружной или внутренней поверхностях которой выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, на буртах или расточках установлены уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые упругой обоймой к уплотняемым поверхностям, отличающееся тем, что каждое уплотнительное кольцо имеет участок в виде сектора, рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической с радиусом, равным радиусу уплотняемой поверхности, остальная часть кольца имеет форму, обуславливающую наличие щелевого зазора между кольцом и уплотняемой поверхностью, при этом соседние кольца развернуты относительно друг друга таким образом, что угол между их радиальными плоскостями, проходящими через середины секторов, составляет 360/n, где n - количество колец.

2. Механическое уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что уплотняемые поверхности и поверхности колец имеют покрытие, выполненное из материала, обладающего адгезионными свойствами, обеспечивающими возможность удержания пленки углеводородных составляющих перекачиваемой среды.

3. Механическое уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что центральный угол сектора уплотнительного кольца составляет 30-180^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4