УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 1997 года по МПК F16J15/02 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для изготовления уплотнения для герметизации стыка, преимущественно, в торцевом неподвижном разъемном соединении магистралей высокого давления, а также переменного давления.

Известно уплотнение для герметизации стыка в торцевом неподвижном разъемном соединении, установленное в кольцевой канавке, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей, и включающее эластичный кольцевой элемент и одно жесткое кольцо.

(Т. М. Башта, Машиностроительная гидравлика, Справочное пособие, ГНТИ машиностроительной литературы, М, 1963, с.576, фиг. 418).

Известно уплотнение для герметизации стыка в торцевом неподвижном разъемном соединении, установленное в кольцевой канавке, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей, и включающее эластичный кольцевой элемент, размещенный между внутренним и наружными жесткими кольцами. (Т.М. Башта, Машиностроительная гидравлика, Справочное пособие, ГНТИ машиностроительной литературы, М. 1963, с.576, фиг.418 прототип).

Известные технические решения не могут обеспечить высокую надежность герметизации стыка в торцевом неподвижном разъемном соединении магистрали высокого давления, а особенно, в магистралях с переменным давлением.

Цель изобретения повышение надежности герметизации стыка в торцевом неподвижном разъемном соединении магистрали высокого, а также переменного давления.

Поставленная цель достигается тем, что:
В уплотнении для герметизации стыка в торцевом неподвижном разъемном соединении магистрали высокого давления, а также переменного давления, установленного в кольцевой канавке, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей и включающем эластичный кольцевой элемент, размещенный между внутренним и наружным жесткими кольцами наружное жесткое кольцо выполнено укороченным в сторону дна кольцевой канавки;
В уплотнении для герметизации стыка в торцевом неподвижном разъемном соединении магистрали высокого давления, а также переменного давления, установленном в кольцевой канавке, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей, и включающем эластичный кольцевой элемент, размещенный между внутренним и наружным жесткими кольцами наружное жесткое кольцо выполнено укороченным в сторону дна кольцевой канавки, а в стенке внутреннего жесткого кольца со стороны дна канавки выполнены сквозные отверстия;
В уплотнении для герметизации стыка в торцевом неподвижном разъемном соединении магистрали высокого давления, а также переменного давления, установленном в кольцевой канавке, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей, и включающем эластичный кольцевой элемент, размещенный между внутренними и наружными жесткими кольцами наружное жесткое кольцо выполнено укороченным в сторону дна кольцевой канавки, в стенке внутреннего жесткого кольца со стороны дна канавки выполнены сквозные отверстия, а плоскость эластичного кольцевого элемента, обращенного к дну канавки, выполнена скошенной в сторону внутреннего жесткого кольца;
В уплотнении для герметизации стыка в торцевом неподвижном разъемном соединении магистрали высокого давления, а также переменного давления, установленном в кольцевой канавке, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей, и включающем эластичный кольцевой элемент, размещенный между внутренним и наружным жесткими кольцами, наружное жесткое кольцо выполнено укороченным в сторону дна кольцевой канавки, в стенке внутреннего жесткого кольца со стороны дна канавки выполнены сквозные отверстия, со стороны дна кольцевой канавки установлены с возможностью свободного вертикального перемещения плоский кольцевой элемент, выполненный с упорами, контактирующими с дном кольцевой канавки;
В уплотнении для герметизации стыка в торцевом неподвижном разъемном соединении магистрали высокого давления, а также переменного давления, установленном в кольцевой канавке, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей, и включающем эластичный кольцевой элемент, размещенный между внутренним и наружным жесткими кольцами, наружное жесткое кольцо выполнено укороченным в сторону дна кольцевой канавки, а внутреннее жесткое кольцо выполнено с возможностью свободного вертикального перемещения и со стороны дна канавки снабжено горизонтальной кольцевой площадкой, а с противоположной стороны укорочено.

Изобретение имеет следующие отличия от прототипа: (по вариантам)
наружное жесткое кольцо выполнено укороченным в сторону дна кольцевой канавки;
наружное жесткое кольцо выполнено укороченным в сторону дна кольцевой канавки, а в стенке внутреннего жесткого кольца со стороны дна канавки выполнены сквозные отверстия;
наружное жесткое кольцо выполнено укороченным в сторону дна кольцевой канавки, в стенке внутреннего жесткого кольца со стороны дна канавки выполнены сквозные отверстия, а плоскость эластичного кольцевого элемента, обращенная к дну канавки, выполнена скошенная в сторону внутреннего жесткого кольца;
наружное жесткое кольцо выполнено укороченным в сторону дна кольцевой канавки, в стенке внутреннего жесткого кольца со стороны канавки выполнены сквозные отверстия, со стороны дна кольцевой канавки установлены с возможностью свободного вертикального перемещения плоский кольцевой элемент, выполненный с упорами, контактирующими с дном кольцевой канавки;
или
наружное жесткое кольцо выполнено укороченным в сторону дна кольцевой канавки, а внутреннее жесткое кольцо выполнено с возможностью свободного вертикального перемещения и со стороны дна канавки снабжено горизонтальной кольцевой площадки, а с противоположной стороны укорочено.

Устройство поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено торцевое разъемное неподвижное соединение с уплотнением, выполненным по I варианту.

На фиг. 2 то же, с уплотнением по II варианту.

На фиг. 3 то же, (изображено деформация эластичного кольцевого элемента во время нагрузки).

На фиг. 4 то же, внутреннее жесткое кольцо к уплотнению по варианту II.

На фиг. 5 изображено торцевое разъемное неподвижное соединение с уплотнением, выполненным по варианту III.

На фиг. 6 изображено торцевое разъемное неподвижное соединение с уплотнением, выполненным по варианту IV (разрез по А-А на фиг. 7).

На фиг. 7 то же, плоский кольцевой элемент к уплотнению, выполненному по варианту IV, вид снизу.

На фиг. 8 то же, торцевое разъемное неподвижное соединение с уплотнением, выполненным по варианту V.

На фиг. 9 изображена схема гидроаппарата с большим количеством соединяемых магистралей.

Вариант 1 (фиг. 1). Уплотнение для герметизации стыка 1 в торцевом неподвижном разъемном соединении деталей 2 и 3 магистрали высокого давления, установленное в кольцевой канавке 4, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей 3, включает эластичный кольцевой элемент 5, размещенный между внутренним 6 и наружным 7 жесткими кольцами.

Наружное жесткое кольцо 7 выполнено укороченным в сторону дна 8 кольцевой канавки 4. Детали 2 и 3 обычно крепятся между собой резьбовыми крепежными деталями, например, болтами, винтами и т.д. (на фиг. не показано)
N=P•F,
где
N усилие в соединении;
P давление жидкости;
F площадь кольцевой канавки соединения.

При поступлении давления P жидкости эластичный кольцевой элемент 5 деформируется и препятствует вытеснению жидкости из стыка 1 соединения. Удельное контактное усилие на поверхности соприкосновения эластичного кольцевого элемента 5 и поверхности детали 2 составит:
P_k P_i + S•P,
где
P_i удельное усилие прижима
S= μ(1-μ), где
где
μ коэффициент Пуассона;
P давление жидкости.

Выдавливанию эластичного кольцевого элемента 5 в зазор стыка 1 соединения препятствует наружное жесткое кольцо 7.

При возникновении в магистрали переменного давления, турбулентных потоков, явлений отрыва потока (с образованием вакуума в отдельных зонах магистрали), резких изменениях направления течения жидкости выдавливанию эластичного кольцевого элемента 5 в полость магистрали препятствует внутреннее жесткое кольцо 6.

При длительной эксплуатации соединения под действием нагрузки N (см. формулу (1)) крепежные детали изменяют свои линейные размеры и откручиваются под действием вибрации. При этом в стыке 1 соединения наблюдается увеличение зазора. Наружное защитное кольцо 7 и эластичный кольцевой элемент 5 под действием удельного контактного усилия P_k (См. формулу (2)) постоянно соприкасаются с поверхностью детали 2, что обеспечивает герметичность соединения при образовании зазора величиной близкой к высоте наружного жесткого кольца 7.

Вариант 2 (Фиг. 2, 3 и 4) Уплотнение для герметизации стыка 1 в торцевом неподвижном разъемном соединении деталей 2 и 3 магистрали высокого давления, установленное в кольцевой канавке 4, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей 3, включает эластичный кольцевой элемент 5, размещенный между внутренним 6 и наружным 7 жесткими кольцами. Наружное жесткое кольцо 7 выполнено укороченным в сторону дна 8 кольцевой канавки 4, а в стенке 9 внутреннего жесткого кольца 6 со стороны дна 8 канавки 4 выполнены сквозные отверстия 10.

Герметичность уплотнения зависит от величины удельного усилия в зоне стыка 1 соединения и от быстроты прижима эластичного кольцевого элемента 5 к уплотняемой поверхности детали 2 при возникновении давления P жидкости в магистрали.

Выполнение в стенке 9 внутреннего жесткого кольца 6 со стороны дна 8 канавки 4 сквозных отверстий 10 обеспечивает изменение схемы нагружения эластичного кольцевого элемента 5 при поступлении давления жидкости в магистраль, позволяет снизить гидравлическое сопротивление и уменьшить время поступления жидкости к поверхности эластичного кольцевого элемента 5, противоположной уплотняемой поверхности.

Деформация эластичного кольцевого элемента 5 происходит то, что он отрывается от дна 8 кольцевой канавки 4 и прижимается к поверхности детали 2 под действием удельного контактного усилия (См. фиг. 3).

В этом случае имеем:
P_k P
что повышает значение P_k по сравнению со значением P_k (См. формулу 2) при одинаковых значениях Г (площади кольцевой канавки 4) и давления, т.е. герметичность уплотнения и его надежность в работе при этом варианте (II) выше.

Вариант 3 (фиг. 5). Уплотнение для герметизации стыка 1 в торцевом неподвижном разъемном соединении деталей 2 и 3 магистрали высокого давления, установленной в кольцевой канавке 4, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей 3, включает эластичный кольцевой элемент 5, размещенный между внутренним 6 и наружным 7 жесткими кольцами. Наружное жесткое кольцо 7 выполнено укороченным в сторону дна 8 кольцевой канавки 4, в стенке 9 внутреннего жесткого кольца 6 со стороны дна 8 канавки 4 выполнены сквозные отверстия 10, а плоскость 11 эластичного кольцевого элемента 5, обращенная к дну 8 канавки 4, выполнена скошенной в сторону внутреннего жесткого кольца 6.

Выполнение плоскости 11 эластичного кольцевого элемента 5, обращенной к дну 8 кольцевой канавки 4, скошенной в сторону внутреннего жесткого кольца 6 обеспечивает увеличение скорости жидкости, поступающей к дну 8 кольцевой канавки 4 и быстроту прижима эластичного кольцевого элемента 5 к уплотняемой поверхности детали 2. Имеет место снижения гидравлического сопротивления при поступлении жидкости давлением P к дну 8 кольцевой канавки 4. Таким образом, обеспечивается большая эффективность отрыва эластичного кольцевого элемента 5 от дна 8 кольцевой канавки 4 и его прижима к поверхности детали 2.

Удельное контактное усилие на уплотняемых поверхностях определяется по формуле (3).

Вариант 4 (фиг. 6 и 7). Уплотнение для герметизации стыка 1 в торцевом неподвижном разъемном соединении деталей 2 и 3 магистрали высокого давления, установленное в кольцевой канавке 4, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей 3, и включает эластичный кольцевой элемент 5, размещенный между внутренним 6 и наружным 7 жесткими кольцами. Наружное жесткое кольцо 7 выполнено укороченным в сторону дна 8 кольцевой канавки 4, в стенки 9 внутреннего жесткого кольца 6 со стороны дна 8 канавки 4 выполнены сквозное отверстия 10. (См. фиг. 6 и 7)
Со стороны дна 8 кольцевой канавки 4 установлен с возможностью свободного вертикального перемещения плоский кольцевой элемент 11, выполненный с упорами 12, контактирующими с дном 8 кольцевой канавки 4.

При поступлении жидкости давлением P к поверхностям эластичного кольцевого элемента 5 последний подвергается достаточно неравномерной и нестабильной деформации и изменению формы поверхности, что снижает гарантию отрыва поверхности эластичного кольцевого элемента 5 от дна 8 кольцевой канавки 4 и прилегания уплотняемых поверхностей кольцевого эластичного элемента 5 и детали 2.

Установка со стороны дна 8 кольцевой канавки 4 с возможностью свободного перемещения плоскости кольцевого элемента 11, имеющего упоры 12, обеспечивает повышение стабильности изменения формы эластичного кольцевого элемента 5 и плотное его прилегание к уплотняемой поверхности детали 2. Упоры 12 образуют гарантированный зазор между плоским кольцевым элементом 11 и дном 8 кольцевой канавки 4, что снижает гидравлическое сопротивление при поступлении жидкости к дну 8 кольцевой канавки 4. Это обеспечивает беспрепятственное поступление давлением P жидкости на нижнюю поверхность плоского кольцевого элемента 11, на котором возникает усилие
N P • F
(см. формулу (1)), перемещающее элемент 11 вверх, обеспечивая передачу гарантированного равномерного удельного усилия P на нижнюю часть эластичного кольцевого элемента 5, а значит и удельного контактного усилия P_k на уплотняемую поверхность эластичного кольцевого элемента 5 с деталью 2. Это способствует стабильному изменению формы эластичного кольцевого элемента 5 при цикличной нагружении, что повышает надежность работы и срок службы уплотнения.

Вариант 5 (фиг. 8 и 9). Уплотнение для герметизации стыка 1 в торцевом неподвижном разъемном соединении деталей 2 и 3 магистрали высокого давления, установленное в кольцевой канавке 4, выполненной в торцевой поверхности одной из соединяемых деталей 3, и включает эластичный кольцевой элемент 5, размещенный между внутренним 6 и наружным 7 жесткими кольцами. Наружное жесткое кольцо 7 выполнено укороченным в сторону дна 8 кольцевой канавки 4, а внутреннее жесткое кольцо 6 выполнено с возможностью свободного вертикального перемещения и со стороны дна 8 канавки 4 снабжено горизонтальной кольцевой площадкой 9, а с противоположной стороны укорочено.

В различных гидравлических системах часто возникает необходимость соединения магистралей высокого давления с различным проходным сечением с внутренним диаметром, равным диаметру магистрали с большим сечением.

С целью снижения габаритов соединения в конструкции уплотнения предложено снабдить внутреннее жесткое кольцо 6 (фиг. 8) со стороны дна 8 кольцевой канавки 4 горизонтальной кольцевой площадкой 9. Это обеспечивает возможность установки в соединение кольцевого эластичного элемента 5 с внутренним диаметром, близким к величине проходного сечения магистрали с меньшим проходным сечением, а наружный диаметр кольцевого эластичного элемента 5 лишь незначительно превышает внутренний диаметр магистрали с большим проходным сечением, что обеспечивает снижение габаритов соединения. Особенно эффективно такое снижение габаритов при соединении гидроаппаратов, гидропанелей с большим количеством соединяемых магистралей. Например, гидроаппаратов, выполненных по схеме, показанной на фиг. 9.

Для обеспечения необходимой величины удельного контактного усилия P_k (См. формулу 2) внутреннее жесткое кольцо 6 выполнено с ограничением по высоте в сторону детали 2, что обеспечивает свободное перемещение внутреннего кольца 6 при подаче давления P жидкости под действием усилия
N P • F
вверх до соприкосновения с деталью 2. Это обеспечивает равномерную деформацию эластичного кольцевого элемента 5 и его контакт с уплотняемой поверхностью детали 2. Величина ограничения по высоте внутреннего жесткого кольца 6 задается величиной требуемой степени деформации эластичного кольцевого элемента 5.

Таким образом, все заявленные варианты выполнения уплотнений позволяет повысить надежность герметизации стыка в торцевом неподвижном разъемном соединении магистрали высокого, а также переменного давления, увеличить срок службы, снизить стоимость ремонтных работ и обеспечить удобство эксплуатации. Кроме того, уплотнение по варианту V, позволяющее соединять магистрали высокого, а также переменного давлений с различным проходным сечение, обеспечивают большую компактность таких соединений по сравнению с известными.

Использование: изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для изготовления уплотнения для герметизации стыка, преимущественно, в торцевом неподвижном разъемном соединении магистралей высокого, а также переменного давления. Сущность изобретения: уплотнение для герметизации стыка включает эластичный кольцевой элемент, размещенный между внутренним и наружным жесткими кольцами и размещено в кольцевой канавке, выполненной на торцевой поверхности одной из соединяемых деталей магистрали. Наружное жесткое кольцо выполнено укороченным в сторону дна кольцевой канавки. В стенке внутреннего жесткого кольца со стороны дна кольцевой канавки могут быть выполнены сквозные отверстия. Плоскость эластичного кольцевого элемента, обращенная к дну канавки, может быть скошена в сторону внутреннего жесткого кольца, при этом со стороны дна кольцевой канавки может быть размещен с возможностью перемещения плоский кольцевой элемент. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Уплотнение для герметизации стыка в торцевом неподвижном соединении магистрали высокого давления, а также переменного давления, содержащее установленное в кольцевой канавке, выполненной на торцевой поверхности одной из соединяемых деталей, эластичный кольцевой элемент, отличающееся тем, что оно снабжено внутренним и наружным кольцами из жесткого материала, при этом из внутреннего кольца выполнена внутренняя стенка кольцевой канавки, а наружное кольцо выполнено высотой, меньшей высоты кольцевого эластичного элемента, и установлено на противоположной стороне канавки со стороны уплотняемой поверхности. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что в стенке внутреннего кольца со стороны дна канавки выполнены сквозные отверстия. 3. Уплотнение по п.2, отличающееся тем, что поверхность эластичного кольца, обращенная к дну канавки, выполнена конической с вершимой конуса, расположенной со стороны внутреннего кольца. 4. Уплотнене по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено плоским кольцевым элементом, установленным с возможностью вертикального перемещения под эластичным кольцевым элементом, при этом плоский кольцевой элемент выполнен с упорами, контактирующими с дном кольцевой канавки. 5. Уплотнение для герметизации стыка в торцевом неподвижном соединении магистрали высокого давления, а также переменного давления, содержащее установленное в кольцевой канавке, выполненной на торцевой поверхности одной из соединяемых деталей, эластичный кольцевой элемент, отличающееся тем, что оно снабжено внутренним и наружным кольцами из жесткого материала, внутреннее кольцо выполнено с горизонтальной площадкой со стороны канавки, и высотой, меньшей высоты канавки, при этом оно установлено с возможностью вертикального перемещения, а наружное кольцо выполнено высотой, меньшей высоты кольцевого эластичного элемента, и установлено на противоположной стороне канавки со стороны уплотняемой поверхности.