УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 1997 года по МПК F16J15/42 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к конструкциям уплотнений для гидравлических, пневматических двигателей, насосов, расходомеров двигателей внутреннего сгорания и т.п. Уплотнение может быть применено в различных устройствах с профилем рабочей камеры различной формы (квадратной, прямоугольной, трапециевидной, полукруглой, круглой и др.).

Известно уплотнение роторного ДВС, содержащее саморазжимную уплотнительную пластину, взаимодействующую по косой линии с двумя другими уплотнительными деталями.

Известно уплотнение роторного ДВС, содержащее разрезную уплотнительную и расклинивающие ее клинообразные пластины, которые поджимаются пружиной к первой.

Также известно радиальное уплотнение роторного ДВС, содержащее уплотнительную и опорные пластины в виде клина.

Известно уплотнение роторной машины, содержащее комплект уплотнительных элементов, взаимодействующих как друг с другом, так и с уплотняемыми поверхностями.

Недостаток известных уплотнений заключается в том, что они не полностью или совсем не обеспечивают уплотнение всех поверхностей трения лопасти, ротора, поршня, лопатки или других сопрягаемых деталей (элементов) роторных и других машин и устройств, где возможно применение данных уплотнений.

Также у роторно-поршневых двигателей вследствие периодически появляющихся отрицательных ускорений под действием центробежных сил на уплотнение уплотнительные пластины в эти моменты стремятся отойти от радиальной поверхности статора, что приводит к вибрации уплотнения, снижению его эффективности и надежности.

Известна конструкция уплотнения лопасти ДВС с качающимися роторами, содержащая уплотнительные пластины, которые помещены в паз лопасти и соприкасаются друг с другом своими боковыми и торцевыми поверхностями, одновременно прижатые к поверхностям трения пружинными элементами.

Недостатком известной конструкции является недостаточная эффективность и надежность уплотнения. Недостаточная эффективность объясняется тем, что при работе ДВС и износе уплотнений между торцевыми поверхностями уплотнительных пластин начинают появляться зазоры. Через обращенный к камере сгорания промежуток между уплотнительными пластинами одного ряда газ сначала попадает в паз лопасти под уплотнительные пластины, а затем выходит через другой промежуток на противоположную сторону этого ряда уплотнительных пластин. Так происходит, пока газ не пройдет все ряды уплотнительных пластин, находящихся в пазу лопасти, и не попадет в соседнюю камеру сгорания.

Недостаточная надежность объясняется тем, что пружины вставлены в пазы, прорезанные в каждой уплотнительной пластине, которые являются концентраторами напряжений.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности уплотнения.

При конструкции уплотнения с тремя или более уплотнительными элементами (пластинами, рейками, шиберами и т.п.) поставленная цель достигается тем, что уплотнительные элементы, выполнены клиновидными и размещены в посадочном месте (месте установки) сопрягаемого объекта соединения роторной машины, поворотного гидродвигателя, демпфера или другого устройства, где возможно применение данного уплотнения с возможностью взаимодействия между собой и поверхностями статора и (или) ротора. Сопрягаемым объектом (деталью, элементом) соединения, например, ротора со статором, поршня со статором, поршня с цилиндром и т.п. может являться, например, лопасть, поршень, лопатка, ротор, статор и другой объект, где может быть размещено данное уплотнение.

Уплотнительные элементы взаимодействуют друг с другом своими поверхностями (в частности, торцевыми поверхностями) по косым линиям и при износе их о поверхности трения, не образуют между собой никаких зазоров. Уплотнение выполнено таким образом, что обеспечивается минимальная возможность движения уплотнительных элементов под действием вибраций и других сил, возникающих при работе машины. У элементов уплотнения с большим количеством степеней свободы имеется возможность совершать различные движения относительно соседних, что неизбежно будет приводить к кратковременным появлениям зазоров между ними, что в свою очередь повлияет на эффективность уплотнительной способности и надежность уплотнения. Несовпадение направления действия пружинного элемента и направления действия одной уплотнительной пластины на другие с направлениями действия на них центробежных и других сил, возникающих при работе машины, будет способствовать уменьшению возможности нежелательных движений элементов уплотнения под действием данных сил.

Поджатие пластин друг к другу и к поверхностям трения может осуществляться по меньшей мере одним уплотнительным элементом. Это обеспечивается тем, что уплотнительный элемент за счет упругих свойств материала, из которого он изготовлен, выполняет роль пружины. Уплотнительный элемент может быть выполнен разрезным. Это необходимо для того, чтобы при износе данных пластин части этих пластин или пластины целиком могли отклоняться от первоначального своего состояния за счет упругих свойств материала, из которого они изготовлены. Разрезная пластина, разгибаясь, будет воздействовать на соседнюю своей скошенной стороной, поджимая тем самым ту к сопрягаемой поверхности. Во всех случаях уплотнительные элементы могут быть применены для уплотнения как радиальных, так и торцевых поверхностей.

На фиг.1 представлен разрез ротора роторно-лопастной машины; на фиг.2 - уплотнение для роторно-лопастной машины, боковой разрез вдоль паза лопасти; на фиг.3 уплотнение с применением пружинного уплотнительного элемента.

Уплотнение состоит по меньшей мере из трех уплотнительных 1,2,3 и одного пружинного 4 элементов и может быть размещено, к примеру, в посадочном месте лопасти 5 (фиг.1,2) с возможностью взаимодействия между собой и поверхностями трения 6-9. Место установки может быть при этом выполнено в виде паза 10 прямоугольной формы. Пружинный элемент в данном случае одной стороной опирается на выступ 11, являющийся частью лопасти, а другой -на уплотнительный элемент 1.

В ряде случаев роль пружинного элемента может выполнять пружинный уплотнительный элемент 12 (фиг.3).

При конструкции уплотнения с тремя уплотнительными и одним пружинным элементами (фиг.2) пластины 1-3, изнашиваясь в местах контакта с уплотняемыми поверхностями 6-9, будут постоянно поджиматься к ним, воспринимая воздействие от пружины 4, а также друг к другу путем движения каждого по торцевыми поверхностями соседнего. Тем самым при их износе между ними не будет образовываться никаких зазоров. Уплотнительный элемент 1 будет при компенсации износа двигаться в сторону уплотняемых поверхностей 6 и 7 под действием пружины 4, а в случае отсутствия пружины под действием силы, развиваемой им самим (фиг.3).

Использование: конструкции роторных двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, насосов, расходомеров, демпферов и т.п., а также других устройств, где необходимо эффективно уплотнить рабочие камеры с различным профилем (прямоугольным, трапециевидным, полукруглым, круглым и др.). Сущность изобретения: уплотнение позволяет уменьшить потери рабочего тела в рабочих камерах различных машин, что ведет к увеличению КПД машин, а также дает возможность применения для некоторых машин меньшего количества рядов уплотнений, что уменьшит потери на трение и упростит конструкцию. Также данное уплотнение в меньшей степени подвержено воздействию вибрационных центробежных и других сил, способствующих появлению зазоров при работе уплотнения. Уплотнение содержит как минимум три уплотнительных элемента, размещенных в лопасти роторной машины и взаимодействующих между собой торцевыми поверхностями. Один из уплотнительных элементов может быть выполнен пружинным или разрезным, поджимающим другие как друг к другу, так и к уплотняемым поверхностям. Применение пружинного элемента вместо пружинного уплотнительного позволит выполнить все уплотнительные элементы жесткими, которые более просты в изготовлении, а применение пружинного элемента совместно с пружинным уплотнительным элементом позволит последний выполнить более широким по толщине, что увеличит площадь контакта с уплотняемой поверхностью. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Уплотнение, содержащее по меньшей мере три уплотнительных элемента, размещенных в сопрягаемом объекте соединения, которые выполнены клиновидными и/или имеют участки образующей в форме клина и расположены с возможностью перемещения относительно друг друга и уплотнительных поверхностей, под действием по меньшей мере одной силы, отличающееся тем, что как минимум один уплотнительный элемент имеет возможность при компенсации износа взаимодействовать по меньшей мере с двумя другими уплотнительными элементами и по меньшей мере с двумя уплотняемыми поверхностями. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что каждый из по меньшей мере трех уплотнительных элементов может взаимодействовать с двумя. 3. Уплотнение по п.1 или 2, отличающееся тем, что направление движения по меньшей мере одного уплотнительного элемента может не совпадать с линией или направлением действия центробежной силы, возникающей при работе сопрягаемого объекта. 4. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что силу или силы, действующие на элементы, создает по меньшей мере один пружинный элемент, размещенный с возможностью воздействия по меньшей мере на один уплотнительный. 5. Уплотнение по п.4, отличающееся тем, что направление воздействия пружинного элемента может не совпадать с линией или направлением действия центробежной силы, возникающей при работе сопрягаемого объекта. 6. Уплотнение по п.1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере один уплотнительный элемент выполнен упругим. 7. Уплотнение по п.1, или 2, или 3, или 6, отличающееся тем, что по меньшей мере один уплотнительный элемент выполнен разрезным. 8. Уплотнение по п.4, отличающееся тем, что пружинный элемент выполнен в виде разрезного пружинного кольца. 9. Уплотнение по п.4, отличающееся тем, что пружинный элемент выполнен спиральным. 10. Уплотнение по п.4, отличающееся тем, что пружинный элемент выполнен изогнутым. 11. Уплотнение по п.10, отличающееся тем, что пружинный элемент выполнен в виде пластины.