ПОДПРУЖИНЕННОЕ РЕЗИНОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 1997 года по МПК F16J15/12 

Изобретение относится к подпружиненным кольцам, сформированным из деформируемого резинового материала для сжатия между сопрягаемыми деталями для уплотнения жидкости вокруг изолирующих диафрагм в датчиках давления.

Известны, например, подпружиненные резиновые уплотнения, как указано в патенте США 4508356, F 16 J 15/12, выданном Яниану, приведенном здесь в качестве ссылки.

В датчиках давления непрерывная уплотняющая канавка, как правило, окружает изолирующую диафрагму на датчике, чтобы принять уплотнение, которое, в свою очередь, уплотняет фланец, который передает жидкость процесса датчику, как показано в поперечном сечении на фиг. 3. Чтобы отвечать требованиям совместимости химического вещества, давления и циклического изменения температуры, используют различные формы и материалы уплотнений.

В некоторых случаях применения для уплотнения выбирают резиновый полимерный материал, политетрафторэтилен, и придают ему, как правило, треугольную форму для пригонки к канавке. После сжатия в канавке, как показано на фиг. 2, часть материала уплотнения может выдавливаться из канавки. В некоторых случаях применения опорное кольцо, выполненное из менее упругого материала, размещают в канавке вместе с уплотнением, чтобы препятствовать выдавливанию кольца из канавки. В тех случаях применения, где температура изменяется циклически, материал уплотнения выдавливается при высоких температурах, а затем, когда датчик снова возвращается к низкой температуре, уплотняющее усилие, изначально приложенное к уплотнению, уменьшается. С течением времени уплотнение может разгерметизироваться вследствие такого уменьшения уплотняющего усилия и фланец должен быть вновь подтянут или, в некоторых случаях, уплотнение должно быть заменено. Используемое большое уплотняющее усилие может вызвать отклонение стенок канавки и отклонить смежную изолирующую диафрагму, приводя к ошибкам в выходном сигнале датчика давления, которое требует повторной калибровки выходного сигнала. Большое уплотняющее усилие может также вызвать нестабильность выходного сигнала датчика, когда усилие изменяется с температурой.

Применяют также уплотнения, сформированные из металлической оболочки, окружающей центральную пружину, но металлическая оболочка имеет ограниченную способность деформироваться, чтобы уплотнять поверхности канавки, и прикладывает очень большие усилия к поверхности уплотнения, чтобы сместить калибровку давления датчика.

Уплотнения датчика давления, окружающие изолирующие диафрагмы, представляют специальную проблему уплотнения поскольку имеется требование относительно большого начального уплотняющего усилия, чтобы гарантировать полное уплотнение после циклического изменения температуры, и противоречивое требование уменьшения уплотняющего усилия до регулируемого уровня, чтобы избежать чрезмерного отклонения изолирующей диафрагмы от искривленной окружающей уплотняющей канавки. Для датчика давления требуется более сильное уплотнение, которое поддерживает адекватное уплотняющее усилие при циклическом изменении температуры, при этом для образования уплотнения к стенкам канавки имеется деформируемая поверхность без приложения излишнего усилия, которое могло бы отклонить изолирующую диафрагму на неприемлемую величину.

Уплотнение, окружающее изолятор в датчике давления, размещают между первой, второй и третьей стенками непрерывной канавки между сопрягаемыми деталями. Уплотнение содержит кольцо, выполненное из резинового материала, имеющее первую и вторую внешние стенки, согласуемые с первой и второй стенкой канавки, и третью стенку с непрерывным пазом, простирающимся в кольце для приема спиральной пружины. Уплотнение дополнительно содержит спиральную пружину, расположенную в пазу так, чтобы при сопряжении деталей третья стенка прижимала спиральную пружину к пазу, сжимая спиральную пружину для формирования уплотняющего регулируемого усилия первой и второй внешних стенок кольца против первой и второй стенки канавки, соответственно. Сжатие спиральной пружины регулирует уплотняющее усилие для ограничения нежелательного искривления стенок канавки. Регулируемое уплотняющее усилие обеспечивает надежное уплотнение в условиях изменения температуры. В предпочтительном варианте воплощения резиновое кольцо содержит полимер политетрафторэтилен, который выдерживает воздействие многих химических веществ процессов, в которых применяют датчика давления.

На фиг. 1 изображено предлагаемое уплотнение, вид спереди; на фиг. 2 - предлагаемое уплотнение, расположенное в уплотняющей канавке, поперечное сечение; на фиг.3 устройство предшествующего уровня техники непрерывной уплотняющей канавки, окружающей изолирующие диафрагмы в датчике давления, поперечное сечение; на фиг.4 поперечное сечение уплотнения из политетрафторэтилена предшествующего уровня техники после сжатия в уплотняющей канавке, показанной на фиг.3.

На фиг.3 показано поперечное сечение датчика давления 10 предшествующего уровня техники. Пьезоэлемент 12 в датчике давления 10 включает в себя изолирующие диафрагмы 14, которые изолируют пьезоэлемент 12 от жидкостей процесса, но являются отклоняемыми для передачи давления внутрь элемента 12 для обеспечения восприятия. Изолирующие диафрагмы 14 приварены вокруг их внешних кромок к корпусу элемента. Когда внешние кромки изолирующей диафрагмы искривляются, это отклоняет изолирующие диафрагмы и дает недостоверное, нежелательное показание изменения давления. Жидкости процесса связаны с датчиком с помощью фланцев 16, которые присоединены к датчику 10 болтами 18. Между круглыми кромками элемента 12 и скошенными краями образуется непрерывная круглая уплотняющая полость 22. Уплотнения 24, которые могут быть кольцами формы 0, металлическими уплотнениями или твердыми уплотнениями из политетрафторэтилена марки Dupont Teflon, размещают в круглой уплотняющей полости 22 и после этого затягивают болты 18 для приложения уплотняющего усилия к выбранному уплотнению.

На фиг. 4 приведено тефлоновое уплотнение 24 предшествующего уровня техники, имеющее изначально треугольную форму в показанном поперечном сечении уплотняющей полости 22 после сжатия затянутыми болтами 18. Часть уплотнения выдавлена из полости 22. Второе кольцо, выполненное не более твердого полимерного материала, известное как "опорное кольцо" (не показано), иногда помещают вблизи отверстия полости 22 для вмещения тефлона и уменьшения проблем, связанных с выдавливанием материала из канавки. Как указано выше, это уплотнение имеет ограниченный срок службы в случаях применения с циклическими изменениями температуры и прикладывает чрезмерное усилие на соседнюю изолирующую диафрагму 14, что приводит к ошибкам измерения давления.

На фиг. 1 показано уплотнение 30 в соответствии с настоящим изобретением. Это уплотнение является непрерывным и имеет форму, выбранную для сопряжения с уплотняющей полостью, в которую оно должно быть установлено, в этом случае круглую форму.

На фиг. 2 показано уплотнение 30 в поперечном сечении в круглой уплотняющей канавке или полости 22. Полость 22 ограничена стенками канавки 24, 26, которые являются частью пьезоэлемента 12, и стенкой канавки 28, которая является скошенным круглым краем фланца 16. Стенки канавки 24, 26 и 28 образуют в поперечном сечении, как правило, треугольную форму. Уплотнение 30 в соответствии с настоящим изобретением размещается между стенками канавки 24, 26 и 28 между сопрягающимся элементом 12 и фланцем 16. Уплотнение содержит кольцо 32, выполненное из резинового материала, имеющее первую и вторую внешние стенки кольца 34, 36, согласуемые с первой и второй стенкам и канавки 24, 28 и имеющее третью стенку кольца 38 с непрерывным пазом 42, простирающимся в кольце. Кольцо 32 предпочтительно выполняют из полимера, например, тефлона политетрафторэтилена, который имеет упругие свойства, позволяющие ему согласовываться со стенками канавки 24, 28, чтобы образовывать уплотнение при приложении силы. Стенки канавки 24, 28 предпочтительно имеют очень гладкую, хорошо отполированную поверхность для выполнения уплотнения с кольцом 32 без приложения чрезмерного уплотняющего усилия. Полимерное кольцо 32 имеет, как правило, треугольную форму, чтобы пригоняться к полости 22. но углы кольца 32 являются усеченными, чтобы избежать больших усилий, которые иначе возникали бы, если бы эти углы сдавливались при затягивании болтов 18.

Непрерывный паз 42 имеет такую форму, чтобы принимать спиральную пружину, и имеет выступ 44 вблизи его проема со стенкой 38, который служит для удерживания спиральной пружины.

Спиральная пружина 50 является непрерывной и размещена в пазу 42 так, что при сопряжении деталей третья стенка давила на спиральную пружину 50 в направлении паза 42, сжимала спиральную пружину, чтобы уплотняюще воздействовать на первую и вторую внешние стенки кольца против первой и второй стенок канавки, соответственно, с регулируемым усилием, причем сжатие спиральной пружины регулирует уплотняющее усилие, чтобы ограничивать нежелательное искривление стенок канавки. Третья стенка 26 может либо непосредственно давить на спиральную пружину 50, либо третья стенка 26 может давить на спиральную пружину косвенно через часть кольца 32, или третья стенка 26 может давить на спиральную пружину в сочетании прямого и косвенного давления, как показано на фиг. 2. Вставка из более твердого материала также может быть установлена в полость 22 в позиции 54, чтобы при необходимости ограничить выдавливание кольца из полости.

Спиральная пружина 50 предпочтительно является спирально свитой пружиной, которая свита скошенной для обеспечения улучшенных характеристик пружины. Внешняя форма пружинной обмотки 50 может быть круглой или овальной, как показано на фиг.2.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты воплощения, квалифицированные специалисты в этой области техники поймут, что в форме и части конструкции могут быть сделаны изменения без отклонения от характера и объема настоящего изобретения.

Использование: изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано как подпружиненное резиновое уплотнение, размещенное между тремя непрерывными стенками канавки между сопрягающимися деталями. Сущность изобретения: уплотнение включает в себя резиновое кольцо, поверхности которого контактируют с двумя стенками канавки, кольцо имеет непрерывный паз, выполненный на его поверхности, в котором размещена спиральная пружина, последняя размещена в пазу так, чтобы при сопряжении деталей третья стенка канавки давила на спиральную пружину в направлении паза, что способствует сжатию пружины и регулированию уплотняющего усилия, для ограничения нежелательного искривления стенок канавки. 3 с.п. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Подпружиненное резиновое уплотнение, содержащее уплотнительный элемент, установленный в кольцевой канавке, образованной двумя уплотняемыми деталями, и контактирующий с первой и второй боковыми стенками канавки первой детали и с поверхностью второй детали, и упругий элемент, установленный в кольцевом пазу, образованном на поверхности уплотнительного элемента для обеспечения контакта поверхностей кольцевого паза, отличающееся тем, что уплотнительный элемент выполнен из резинового материала, поверхность второй детали и поверхность уплотнительного элемента, контактирующая с ней, выполнены коническими, кольцевой паз выполнен на поверхности уплотнительного элемента, контактирующей с первой боковой поверхностью первой детали, и образован в сечении двумя поверхностями, расположенными параллельно поверхности второй детали, при этом упругий элемент выполнен в виде спиральной пружины, частично контактирующей с первой боковой поверхностью первой детали, а вторая уплотняемая деталь установлена с возможностью перемещения относительно первой детали и возможностью воздействия своей конической поверхностью на поверхность уплотнительного элемента. 2. Подпружиненное резиновое уплотнение, содержащее уплотнительный элемент, установленный в кольцевой канавке, образованной двумя уплотняемыми деталями, и контактирующий с первой и второй боковыми стенками канавки первой детали и с поверхностью второй детали, и упругий элемент, установленный в кольцевом пазу, образованном на поверхности уплотнительного элемента для обеспечения контакта поверхностей кольцевого паза, отличающееся тем, что уплотнительный элемент выполнен из резинового материала, поверхность второй детали и поверхность уплотнительного элемента, контактирующая с ней, выполнены коническими, кольцевой паз выполнен на поверхности уплотнительного элемента, контактирующей с первой боковой поверхностью первой детали, и образован поверхностями, наклоненными к первой и второй стенкам канавки, выполненной в первой детали, а упругий элемент выполнен в виде спиральной пружины. 3. Уплотнение по п.2, отличающееся тем, что уплотнительный элемент выполнен из материала, который содержит полимер. 4. Уплотнение по п.3, отличающееся тем, что полимер содержит политетрафторэтилен. 5. Уплотнение по п. 2, отличающееся тем, что первая и вторая боковые стенки канавки, выполненной в первой детали, расположены перпендикулярно одна к другой. 6. Уплотнение по п.2, отличающееся тем, что кольцевой паз ограничен парой стенок, простирающихся вовнутрь от поверхности уплотнительного элемента, контактирующей с первой боковой поверхностью первой детали, причем стенки паза, по существу, параллельны поверхности второй детали. 7. Подпружиненное резиновое уплотнение, содержащее уплотнительный элемент, установленный в кольцевой канавке, образованной двумя уплотняемыми деталями, и контактирующий с первой и второй боковыми стенками канавки первой детали и с поверхностью второй детали, и упругий элемент, установленный в кольцевом пазу, образованном на поверхности уплотнительного элемента для обеспечения контакта поверхностей кольцевого паза, отличающееся тем, что уплотнительный элемент выполнен из резинового материала, поверхность второй детали и поверхность уплотнительного элемента, контактирующая с ней, выполнены коническими, кольцевой паз выполнен на поверхности уплотнительного элемента, контактирующей с первой боковой поверхностью первой детали, а упругий элемент выполнен в виде спиральной пружины. 8. Уплотнение по п.7, отличающееся тем, что уплотнительный элемент выполнен из материала, который содержит полимер. 9. Уплотнение по п.7, отличающееся тем, что полимер содержит политетрафторэтилен. 10. Уплотнение по п. 7, отличающееся тем, что первая и вторая боковые стенки канавки, выполненной в первой детали, расположены перпендикулярно одна к другой. 11. Уплотнение по п.7, отличающееся тем, что кольцевой паз образован в сечении двумя поверхностями, простирающимися вовнутрь от поверхности уплотнительного элемента, контактирующей с первой боковой поверхностью первой детали, указанные две поверхности расположены параллельно поверхности второй детали.