МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ

МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ


RU (11) 2037077 (13) C1

(51) 6 F16J15/26 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93048995/29 
(22) Дата подачи заявки: 1993.10.25 
(45) Опубликовано: 1995.06.09 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 391315, кл. F 16J 15/26, 1973. 
(71) Заявитель(и): Захаров Борис Семенович 
(72) Автор(ы): Захаров Борис Семенович 
(73) Патентообладатель(и): Захаров Борис Семенович 

(54) МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ 

Использование: в гидравлических и пневматических машинах с вращательным или возвратно - поступательным движением рабочих органов. Сущность изобретения: в устройстве на наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки. Бурты или расточки выполнены попарно. Каждая пара развернута относительно другой на угол 180/n, где n - число пар буртов или расточек. Уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями. 2 з.п. ф-лы, 8 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



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, содержащее притертые одно к другому и поджимаемые 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 их взаимного положения, что значительно усложняет уплотнение и приводит к его удорожанию.

Задачей изобретения является создание механического уплотнения, которое обеспечивало бы уменьшение зазоров между элементами устройства и валом или штоком или цилиндром машины с одновременной компенсацией износа трущихся поверхностей, в результате чего произошло бы снижение утечек среды и увеличен срок службы уплотнения, а также упрощены его изготовление и сборка.

Технический результат достигается тем, что в механическом уплотнении вала или штока или цилиндра машины, работающем под избыточным давлением, содержащем 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, а уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на буртах или в расточках.

Бурты или расточки в обойме выполнены попарно так, чтобы их оси располагались симметрично с двух сторон от оси обоймы, при этом плоскости, которые пройдут через оси парных буртов или расточек, должны быть развернуты одна относительно другой на угол, равный 180/n, где число n число пар расточек или буртов.

Для уменьшения времени притирки уплотнительных поверхностей, чтобы при этом не снижался их срок службы, трущиеся уплотнительные поверхности вала, штока или цилиндра и/или уплотнительных колец имеют покрытие из антрифрикционного и/или износостойкого материала и выполнены с увеличенной шероховатостью.

Такое выполнение механического уплотнения позволяет уменьшить утечки среды, повысить срок службы уплотнения и снизить его стоимость.

На фиг. 1 изображено механическое уплотнение вала или штока, расположенное в корпусе машины, продольный разрез; на фиг.2 сечение А-А на фиг;1; на фиг. 3 упругая обойма с двумя эксцентричными расточками; на фиг.4 вариант механического уплотнения плунжера скважинного штангового насоса, продольный разрез; на фиг.5 сечение Б-Б на фиг.4; на фиг.6 упругая обойма с двумя парами эксцентричных буртов; на фиг.7 участок поверхности цилиндрического кольца или вала, штока или цилиндра; на фиг.8 тот же участок после приработки.

Механическое уплотнение рассматривается в варианте уплотнения вала, штока или цилиндра (фиг.1-6). В сальниковой камере корпуса 21 машины установлено механическое уплотнение, которое содержит упругий элемент в виде обоймы 2 из эластомерного материала и уплотнительных колец 3 и 4. Упругая обойма 2 выполнена, например, и резины. На внутренней поверхности упругой обоймы 2 выполнены эксцентрично расположенные расточки 5 и 6, оси которых смещены относительно оси вала или штока на величину эксцентриситета е1 и е2 и расположены симметрично с двух сторон от оси вала или штока, т.е. развернуты на 180о. Со стороны повышенного давления среды в упругой обойме 2 имеется опорный бурт 7. Уплотнительные кольца 3 и 4 установлены в эксцентричные расточки 5 и 6 с небольшим диаметральным и осевым натягом, которые обеспечиваются за счет соотношения диаметральных и осевых размеров металлической обоймы 8 и фланца 9. При установке уплотнения на вал или шток 10 уплотнительные кольца 3 и 4 ввиду их эксцентричного относительно оси вала или штока расположения касаются соответственно в точках а и б, т.е. с противоположных от оси вала или штока сторон, при этом за счет сжатия резиновой обоймы 2 каждое кольцо прижимается к валу или штоку с усилием F.

На фиг. 4, 5 и 6 приведен вариант механического уплотнения плунжера скважинного штангового насоса, в котором полый плунжер 11 размещен в цилиндре 12 и разделяет в насосе полость 13 высокого давления и полость 14 низкого давления. На цилиндрической поверхности плунжера 11 установлено механическое уплотнение, которое содержит упругую обойму 15 из эластомерного материала и набор уплотнительных колец 16, выполненных из жестких неэластомерных материалов. Кольца 16 взаимодействуют с обоймой 15 и внутренней поверхностью цилиндра 12. Упругая обойма 15 на наружной поверхности имеет ряд эксцентричных буртов 17-20, которые выполнены попарно, причем в каждой паре буртов их оси находятся симметрично с двух сторон от оси обоймы, т.е. развернуты на 180о. В зависимости от количества уплотнительных колец каждая пара буртов развернута на определенный угол с тем, чтобы максимально перекрыть проход среды из полости высокого давления в полость с низким давлением. Так для уплотнения с одной парой колец лучшим вариантом является разворот колец на 180о. Для двух пар (фиг.5 и 6) плоскости, в которых находятся оси эксцентричных буртов, развернуты на 90о. Для трех пар этот угол равен 60о, для четырех пар 45о и т.д. Таким образом в общем случае угол разворота может быть определен из соотношения = 180/n, где n число пар буртов или расточек.

Упругая обойма 15 со стороны высокого давления имеет бурт 21, к которому с помощью переходника 22 прижимается комплект уплотнительных колец 16.

Уплотнительные концентричные кольца 16, установленные на эксцентричные бурты, касаются с поверхностью цилиндра 12 в выточках а, б, в и г (фиг.5), равномерно распределенные по окружности цилиндра. При большем количестве пар колец плунжер сможет работать с высоким перепадом давления. Так, например, при 20 кольцах насосы с аналогичным уплотнением плунжера длительно работают при перепаде давления до 10 МПа. При этом следует учесть, что по мере притирки трущихся поверхностей колец и вала, штока или цилиндра, эффективность работы уплотнения увеличивается, так как уплотнительный зазор стремится к нулю, а самоуплотнение из щелевого превращается в контактное.

С целью ускорения процесса притирки, а также снижения сил трения, трущиеся поверхности уплотнительных колец 3, 4, 16 и/или вала, штока 10 или цилиндра 12 выполняются из износостойкого материала с шероховатой поверхностью, которая затем покрывается антифрикционным слоем 23, например из меди, бронзы, хрома, фторопласта и т.п. (фиг.7). Шероховатая поверхность с необходимыми размерами впадин 24 и выступов 25 может быть выполнена различными способами, например в виде резьбы, рифлением, дробе- и пескоструйной обработкой. Антифрикционное покрытие 23 может быть нанесено с помощью гальваники, натиранием, а также в виде композиционных покрытий, состоящих из клея или смолы, смешанных с мелкими частичками графита, дисульфида молибдена, фторопласта и других аналогичных материалов.

Механическое уплотнение работает следующим образом.

При установке механического уплотнения в корпус машины или в цилиндр уплотнительные кольца прижимаются к уплотняемой поверхности вала, штока или цилиндра в тех местах, где ширина кольца максимальна вместе с обоймой. В местах прижатия колец щелевой зазор равен нулю. С противоположной от точки касания стороны щелевой зазор максимальный. Однако ввиду того, что расточки и бурты в обойме выполнены эксцентричными и кольца по торцам плотно прижаты друг к другу и соответствующим образом попарно развернуты относительно одно другого между уплотняемой поверхностью и набором колец образуется сложная лабиринтная щель и, следовательно, большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Гидравлическое сопротивление в зазоре уплотнения возрастает также ввиду того, что поток жидкости, проходя через зазор, многократно меняет свое направление. Размеры зазора в работающем уплотнении постепенно уменьшаются за счет приработки трущихся поверхностей колец и уплотняемой поверхности вала, штока или цилиндра, при этом происходит автоматическое прижатие трущихся поверхностей, и, следовательно, компенсация износа за счет эластомерной упругой обоймы. Еще больший эффект достигается в случае применения шероховатых поверхностей с мягким покрытием в качестве трущихся поверхностей уплотнения. В начальный период трущиеся поверхности быстро прирабатываются (фиг.8), мягкий слой частично снашивается, при этом герметичность соединения улучшается и одновременно увеличивается несущая способность пары трения за счет того, что в работу вступают участки износостойкого материала. Таким образом достигается повышенная герметичность уплотнения с одновременным увеличением срока его службы. Кроме того, стоимость изготовления уплотнения снижается по сравнению с уплотнением с эксцентричными кольцами, так как изготовление концентричных колец не требует специальной оснастки. Сборка колец также упрощается и не требуется фиксация их взаимного расположения, так как они устанавливаются на бурты или в расточки упругой обоймы.

Изобретение может применяться в насосах, компрессорах, мешалках, в запорной арматуре, в гидро- и пневмоустройствах и других машинах и аппаратах, работающих под избыточным давлением. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ вала, или штока, или цилиндра машины, содержащее уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой в противоположных направлениях, отличающееся тем, что на наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, а уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах или в расточках.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что 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.

3. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что трущиеся поверхности уплотнительных колец и/или вала, или штока, или цилиндра выполнены шероховатыми и на них нанесено покрытие из антифрикционного и/или износостойкого материала.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru