Герметизирующее устройство

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнительной технике, и может быть использовано в герметизирующих устройствах газовой и гидравлической аппаратуры. Герметизирующее устройство содержит опорный элемент в виде кольца прямоугольного сечения, установленного в невращающемся элементе или корпусе устройства, силовой и уплотняющий элементы, установленные во вращающемся элементе устройства. Уплотняющий элемент, неподвижно установленный в кольце жесткости, выполнен в виде кольца Г-образного сечения из антифрикционного полимерного композиционного материала с уплотняющей губкой, перпендикулярной оси вращения, имеющей отношение толщины к длине не более 1:2,5 и поджимаемой к сопряженной поверхности опорного элемента силовым элементом, установленным соосно с уплотняющим элементом. Изобретение повышает надежность, долговечность и упрощает конструкцию герметизирующего устройства. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнительной технике, и может быть использовано в герметизирующих устройствах гидравлической и газовой аппаратуры, например в нефтеперекачивающих и других насосах, гидромашинах и т.п.

Известно герметизирующее устройство (Патент РФ № 2047799, кл. F 16 J 15/32, 1995), содержащее уплотнительное кольцо из антифрикционного материала со стенкой и уплотнительной губкой, установленное между подвижным и неподвижным элементами устройства и кольцо круглого сечения из эластичного материала, поджимающее губку уплотнительного кольца к герметизирующей поверхности. При этом отношение толщины уплотняющей губки и ее длины составляет не более 1:2, а поджимающее кольцо круглого сечения выполнено с диаметром поперечного сечения в пределах 1,5-2,0 длины губки. Этому устройству также присущи недостатки, снижающие надежность уплотнения и степень герметичности соединения. Первый недостаток заключается в том, что при отношении толщины уплотняющей губки к ее длине 1:2 жесткость губки при использовании полимерных композиционных материалов для изготовления уплотнительного кольца оказывается более высокой, чем необходимо для компенсации погрешностей изготовления и сборки деталей устройства. Это приводит к неравномерному прижатию губки и недостаточному уровню контактного давления губки на уплотняемую цилиндрическую поверхности по ее окружности.

Второй недостаток устройства заключается в том, что при диаметре поперечного сечения поджимающего кольца в пределах 1,5-2,0 длины губки, т.е. в 1,5-2,0 раза больше длины губки, губка по всей длине при деформации поджимающего кольца плотно прижимается к его поверхности. При таком положении уплотняющего и силового элементов с увеличением давления уплотняемой рабочей среды давление среды не воздействует на уплотняющую губку и повышения контактного давления на уплотняемую поверхность не происходит. Вследствие чего степень герметичности снижается из-за увеличения перепада давлений на уплотняющем кольце. Кроме того, это герметизирующее устройство может быть использовано только для герметизации цилиндрических поверхностей валов, цилиндров.

Известно герметизирующее устройство торцового типа (Голубев А.И. Торцовые уплотнения вращающихся валов. - М.: Машиностроение, 1974. - 212 с.), содержащее опорный элемент в виде кольца прямоугольного сечения, установленного в невращающемся элементе - направляющей втулке, упругий силовой элемент, связанный с невращающимся элементом, вращающийся элемент в виде кольца прямоугольного сечения, устанавливаемый во втулке, закрепленный на вращающемся валу. Опорный и вращающийся элементы выполнены из силицированного графита или металлокерамики и сопрягаются по плоским торцовым поверхностям, обеспечивая определенную степень герметичности.

Это устройство наиболее близко по своей технической сущности к предлагаемому изобретению, однако ему также присущи недостатки, снижающие его надежность и ресурс особенно в жестких условиях эксплуатации, характеризующихся высокой скоростью относительного скольжения сопряженных поверхностей колец (15-25 м/с), высокими динамическими нагрузками, агрессивностью и загрязненностью перекачиваемой жидкости абразивными частицами и т.п.

Основной недостаток известного устройства заключается в том, что сопряженные кольца жестко установлены в различных элементах конструкции: неподвижное - в корпусе, вращающееся - на валу. При этом в конструкции нет элементов, обеспечивающих компенсацию радиальных и торцовых погрешностей установки и изготовления колец. Это вызывает необходимость трудоемкой совместной притирки и приработки колец и исключает их взаимозаменяемость. Однако тщательная притирка колец не предотвращает перекосов колец в пределах радиальных зазоров и погрешностей установки вала, которые могут увеличиваться в условиях эксплуатации вследствие износа деталей. Все это приводит к значительному снижению степени герметичности, неравномерному распределению контактного давления, появлению высоких локальных давлений на отдельных участках сопряженных поверхностей, приводящих к развитию деформаций и напряжений, превышающих предел прочности материала, и как следствие, к преждевременному поверхностному разрушению колец.

Задачей изобретения является повышение надежности и долговечности устройства, для чего в герметизирующем устройстве, содержащем опорный элемент в виде кольца прямоугольного сечения, установленного в невращающемся элементе или корпусе устройства, силовой элемент, уплотняющий элемент, установленный во вращающемся элементе устройства, неподвижно закреплен в кольце жесткости, выполнен в виде кольца Г-образного сечения из полимерного композиционного материала с уплотняющей губкой, перпендикулярной оси вращения и поджимаемой к сопряженной поверхности опорного элемента силовым элементом из эластичного материала в виде кольца круглого сечения с диаметром не менее 0,5 длины уплотняющей губки, имеющей отношение ее толщины к длине не более 1:2,5 и кольцевую канавку и радиальные пазы на поверхности, сопряженной с поверхностью опорного элемента.

В отличие от известных герметизирующих устройств уплотняющий элемент из антифрикционного полимерного композиционного материала в виде кольца Г-образного сечения с уплотняющей губкой обеспечивает компенсацию погрешностей сборки и изготовления деталей устройства и плотное сопряжение с поверхностью опорного элемента вследствие малой жесткости материала и губки. Это исключает возникновение высоких локальных контактных давлений и внутренних напряжений в материалах сопряженных деталей. Достижению названного состояния элементов устройства способствует малая жесткость уплотняющей губки, благодаря соотношению ее толщины и длины не более 1:2,5, и сила упругой деформации силового элемента - кольца с диаметром не менее 0,5 длины уплотняющей губки. Минимальная толщина губки определяется конструктивно-технологическими параметрами: механической прочностью и жесткостью (предел прочности, модуль упругости) полимерного композиционного материала и технологией изготовления кольца. Наличие радиальных пазов на торце вращающегося уплотнительного элемента обеспечивает снижение контактного давления за счет гидродинамического эффекта и улучшение смазки, что приводит к снижению силы трения и износа трущихся поверхностей уплотнительного и опорного элемента.

На фиг.1, 2 показана конструкция герметизирующего устройства, на фиг.3 показана уплотняющая губка с кольцевой канавкой и радиальными пазами, на фиг.4 показан разрез А-А на фиг.3, на фиг.5 показан силовой элемент, на фиг.6 показан разрез Б-Б на фиг.5. Герметизирующее устройство содержит опорный элемент 1, установленный в невращающемся элементе 2, силовой элемент 3 в виде резинового кольца круглого сечения или тонкостенного цилиндрического кольца с коническим фланцем и радиальными прорезями из упругого материала (фиг.6), вращающийся уплотнительный элемент 4 из антифрикционного полимерного композиционного материала, закрепленный неподвижно в кольце жесткости 5, установленном соосно во вращающемся элементе 6, связанном с валом насоса, гидромашины и т.п. Центрирование вращающегося уплотнительного элемента 4 и силового элемента 3 обеспечивается опорой 7.

В нерабочем состоянии перед запуском насоса начальное контактное давление Р0 уплотняющей губки на опорное кольцо обеспечивается за счет сил упругой деформации кольца 3. После запуска насоса давление рабочей среды с внешней стороны колец 1, 3, 4 повышается, что приводит к увеличению контактного давления и сохранению определенной степени герметичности несмотря на повышения перепада давлений между внешней и внутренней полостями устройства.

На фиг.3 показаны кольцевая канавка К и радиальные пазы П, выполненные на уплотняющей губке уплотнительного кольца 5, имеющей радиальную длину L и толщину h. Пазы П могут быть выполнены под любым углом α к радиальному направлению. При вращении вала насоса давление рабочей жидкости, заполняющей радиальные пазы П и кольцевую канавку К, за счет гидродинамического эффекта повышается, благодаря чему среднее контактное давление и перепад рабочей жидкости уменьшаются. Вследствие этого существенно облегчаются условия работы трущихся поверхностей (уменьшение контактного давления, улучшение смазки), снижается скорость изнашивания контактирующих поверхностей. Степень герметичности сохраняется благодаря уменьшению перепада давлений рабочей жидкости между внешней и внутренней полостями устройства.

Таким образом, конструкция герметизирующего устройства обеспечивает благоприятные условия для герметизации и смазки сопрягаемых поверхностей уплотняющего и опорного элементов. Заданное соотношение толщины и длины уплотняющей губки 1:2,5 и согласованный с длиной губки диаметр сечения силового элемента обеспечивают минимальную жесткость и надежное поджатие губки к уплотняемой поверхности. Гидродинамическая разгрузка уплотняющих элементов за счет радиальных пазов в совокупности с рассмотренными особенностями конструкции устройства создают благоприятные условия для работы пары трения и надежное уплотнение подвижного сопряжения в процессе длительной эксплуатации.

1. Герметизирующее устройство, содержащее опорный элемент в виде кольца прямоугольного сечения, установленного в невращающемся элементе или корпусе устройства, силовой и уплотняющий элементы, установленные во вращающемся элементе устройства, отличающееся тем, что уплотняющий элемент, неподвижно установленный в кольце жесткости, выполнен в виде кольца Г-образного сечения из антифрикционного полимерного композиционного материала с уплотняющей губкой, перпендикулярной оси вращения, имеющей отношение толщины к длине не более 1:2,5 и поджимаемой к сопряженной поверхности опорного элемента силовым элементом, установленным соосно с уплотняющим элементом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на поверхности уплотняющей губки, сопряженной с опорным элементом, выполнены кольцевая канавка и пазы, соединяющие канавку с внутренней полостью устройства.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что силовой элемент выполнен из эластичного материала в виде кольца круглого сечения с диаметром не менее 0,5 длины уплотняющей губки.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что силовой элемент выполнен из упругого материала в виде тонкостенного цилиндрического кольца с коническим фланцем, на котором выполнены радиальные прорези.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к уплотняющему устройству подшипника валка прокатной клети. .

Изобретение относится к уплотнительным узлам подшипников валков прокатных станов. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к торцевым крышкам уплотнения. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнительной технике, и может быть использовано в герметизирующих устройствах гидравлической и газовой аппаратуры.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации штоков и поршней гидро- и пневмоцилиндров. .

Изобретение относится к способу изготовления уплотнительных устройств, выполненных из слоистых структур. .

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть использовано для уплотнения подшипниковых опор машин и механизмов. .

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к уплотнительным устройствам буровых поршневых насосов одностороннего и двухстороннего действия. .

Изобретение относится к уплотнительной технике. .

Изобретение относится к области техники, а именно к стояночным уплотнениям гидромашин. .

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для обеспечения герметичности в контакте движущихся возвратно-поступательно гладких цилиндрических стержней, таких как, например, стержень клапана механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, и, в частности, может представлять собой маслосъемный колпачок

Изобретение относится к щеточным уплотнениям

Изобретение относится к герметизирующей прокладке в форме кольца, предназначенной для использования, в частности, в шаровых клапанах

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей промышленности, и может быть использовано для герметизации валов центробежных насосов, ведущих и ведомых валов-редукторов станков-качалок, а также устьевых штоков станков-качалок и другого технологического оборудования

Изобретение относится к уплотнительной технике и позволяет повысить герметичность манжетных уплотнений подвижных соединений в условиях изменений температуры эксплуатации

Изобретение относится к уплотнительной технике, а именно к радиальным уплотнениям кольцевых зазоров подвижных соединений

Изобретение относится к разъемным и неразъемным резиновым манжетам, предназначенным для герметизации межтрубного пространства, например на переходах магистральных трубопроводов через автомобильные и железные дороги, прокладываемых в защитном кожухе (футляре)

Изобретение относится к прокладочным кольцам
Наверх