ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК F16J15/02 

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть использовано в качестве уплотнения разъемных соединений полостей, работающих при криогенных температурах.

Из известных технических решений наиболее близко к заявляемому торцевое уплотнительное устройство в виде фланцевого соединения неподвижных деталей с уплотнительным элементом, расположенным в пазу одного из них.

Недостатками данного устройства являются плохие эксплуатационные характеристики и низкая надежность при криогенных температурах.

Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей и повышение надежности в широком диапазоне температур.

Указанный технический результат достигается тем, что в торцевом уплотнительном устройстве, содержащем уплотнительный элемент, выполненный в виде кольцевой манжеты и расположенный в кольцевом гнезде, выполненном на поверхности одной из уплотняемых деталей, торцевая поверхность гнезда выполнена конической с уменьшением сечения гнезда к оси устройства, при этом уплотнительный элемент выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем коэффициент линейного расширения конической поверхности, и установлен с возможностью радиального перемещения и гарантированного поджатия к уплотняемым поверхностям.

Коническая поверхность гнезда может быть наклонена под углом, определяемым из соотношения:

где β угол наклона конической поверхности гнезда;
D текущий диаметр гнезда;
H высота гнезда в сечении, отстоящем от оси на расстояние D/2;
a_м средний коэффициент линейного расширения материала уплотнительного элемента в рабочем диапазоне температур;
α_г средний коэффициент линейного расширения материала конической поверхности в рабочем диапазоне температур.

Уплотнительное устройство снабжено опорным кольцом, неподвижно закрепленным на одной из уплотняемых деталей, уплотнительный элемент выполнен с упругим усом, взаимодействующим с торцевой уплотняемой поверхностью, противоположной конической уплотняемой поверхности, и кольцевой опорной поверхностью, контактирующей с опорным кольцом с возможностью радиального перемещения. При этом упругий ус может быть выполнен с наклоном в периферийную сторону, а уплотняемая полость расположена внутри уплотнительного устройства.

В опорной поверхности может быть выполнена проточка, расположенная таким образом, что периферийный край опорного кольца не контактирует с опорной поверхностью.

Изобретение поясняется графическим изображением, на котором представлен продольный разрез торцевого уплотнительного устройства.

Уплотнительное устройство состоит из манжеты 1, выполненной из неметаллического самосмазывающегося материала, например, фторопласта, полиамида или поликарбоната. Манжета 1 установлена с начальной деформацией в кольцевом гнезде, выполненном на поверхности одной из уплотняемых деталей 2 или 3. Торцевая поверхность гнезда выполнена конической. Устройство снабжено опорным кольцом 4, неподвижно закрепленным на одной из уплотняемых деталей, а манжета 1 выполнена с опорной поверхностью 5, контактирующей с опорным кольцом 4, и установлена с возможностью радиального перемещения и гарантированного поджатия к уплотняемым поверхностям деталей 2 и 3. В опорной поверхности 5 выполнена кольцевая проточка 6, манжета 1 выполнена с упругим усом 7.

Устройство работает следующим образом.

За счет температурной усадки материала манжеты 1 она стремится переместиться в сторону сужения гнезда, образованного деталями 2 и 3, при этом обеспечивается поджатие манжеты 1 в клинообразном гнезде. Проточка 6 исключает возможность контакта периферийного края кольца 4 с опорной поверхностью 5, поэтому на ней исключено образование следа от периферийного края кольца 4, который мог бы препятствовать перемещению манжеты 1. Упругий ус 7 позволяет компенсировать неточность изготовления деталей и за счет первоначальной деформации компенсировать температурную усадку. Кроме того, выполнение уса 7 с наклоном в периферийную сторону приводит к тому, что связанный с манжетой 1 упругий ус 7 за счет температурной деформации стремится переместиться относительно манжеты 1, менее подвижной из-за заклинивания в гнезде, к оси устройства, чем обеспечивается дополнительный поджим уса 7 к торцу детали 2. Наличие данного свойства позволяет использовать в качестве уплотняемой полости внутреннюю полость, причем герметичность уплотнительного устройства будет обеспечена и в том случае, если давление в уплотняемой полости будет превышать давление окружающей среды.

Уплотнительное устройство может быть использовано для уплотнения стыков с любыми формами поперечного сечения без вогнутых участков.

Использование: в уплотнительной технике и может быть использовано в качестве уплотнения разъемных соединений полостей, работающих при криогенных температурах. Сущность изобретения: торцевая поверхность гнезда выполнена конической с уменьшением сечения гнезда к оси устройства. Уплотнительный элемент выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем коэффициент линейного расширения конической поверхности. Уплотнительный элемент установлен с возможностью радиального перемещения и гарантированного поджатия к уплотняемым поверхностям. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Торцевое уплотнительное устройство, содержащее уплотнительный элемент, выполненный в виде кольцевой манжеты и расположенный в кольцевом гнезде, выполненном на поверхности одной из уплотняемых деталей, отличающееся тем, что торцевая поверхность гнезда выполнена конической с уменьшенеием сечения гнезда к оси устройства, при этом уплотнительный элемент выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем коэффициент линейного расширения конической поверхности, и установлен с возможностью радиального перемещения и гарантированного поджатия к уплотняемым поверхностям. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коническая поверхность гнезда наклонена под углом, определяемым из соотношения

где β - угол наклона конической поверхности гнезда;
D текучий диаметр гнезда;
Н высота гнезда в сечении, отстоящем от оси на расстоянии D/2;
α_м- средний коэффициент линейного расширения материала уплотнительного элемента в рабочем диапазоне температур;
α_г- средний коэффициент линейного расширения материала конической поверхности в рабочем диапазоне температур. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено опорным кольцом, неподвижно закрепленным на одной из уплотняемых деталей, уплотнительный элемент выполнен с упругим усом, взаимодействующим с торцевой уплотняемой поверхностью, противоположной конической уплотняемой поверхности, и кольцевой опорной поверхностью, контактирующей с опорным кольцом с возможностью радиального перемещения. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ус выполнен за одно целое с уплотнительным элементом или выполнен из аналогичного материала и неподвижно соединен с уплотнительним элементом. 5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что упругий ус выполнен с наклоном в периферийную сторону. 6. Устройство по пп. 1 5, отличающееся тем, что уплотняемая полость расположена внутри уплотнительного устройства. 7. Устройство по пп. 3 6, отличающееся тем, что в опорной поверхности выполнена проточка, расположенная таким образом, что периферийный край опорного кольца не контактирует с опорной поверхностью.