УПЛОТНИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F02F5/00 F16J9/04 

Изобретение относится к области машиностроения по изготовлению установок, преобразующих тепловую энергию топлива, пара и др. в механическую работу, содержащих в своем составе поршень, цилиндр, уплотнительные кольца.

Известно устройство содержащее поршень, цилиндр и уплотнительное кольцо в виде цилиндрической пружины, причем поршень имеет винтовую канавку, в которую через овальное отверстие вводится (вкручивается) кольцо-пружина.

Известно также устройство состоящее из поршня, цилиндра и уплотнительного кольца-пружины. Размеры канавки выполняются из условий плотного прилегания витка к витку, после установки кольца в канавку поршня т. е. канавка поршня под кольцо выполняется размером, равным по величине размеру кольца-пружины в обжатом положении. Вариант кольца, состоящего из двух частей, ввернутых друг в друга, преследует ту же цель плотность прилегания витка к витку (тип сальника).

Указанные уплотнения имеют ряд недостатков.

Известно, что основным условием хорошего уплотнения стыка между двумя герметезируемыми поверхностями, в данном случае поршень-цилиндр, является плотный, с определенным усилием прижим уплотнителя к сопрягаемым поверхностям поршня и цилиндра.

Плотным прижимом в указанных технических решениях является разжимное усилие кольца-пружины, которое в процессе эксплуатации уменьшается за счет износа сопрягаемых поверхностей, и, следовательно, уменьшается качество уплотнения, а это приводит к уменьшению мощности энергетической установки.

Кроме этого, заневоленное положение кольца-пружины (плотное прилегание витка к витку) может привести к пригоранию витков в канавке поршня, что полностью исключит прижимное усилие и приведет к нарушению герметичности стыка поршень-цилиндр, а это приведет к прорыву рабочего тела под поршень и уменьшает мощность энергетической установки.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, улучшения качества уплотнения, увеличение ресурса поршня, цилиндра и уплотнительного кольца.

Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции ширина канавки поршня выполнена равной высоте кольца-пружины в свободном состоянии, а предварительное разжимное усилие кольца-пружины обеспечивается путем скрутки кольца-пружины.

На фиг. 1 представлен общий вид поршня с кольцом в цилиндре; на фиг. 2 - вид кольца-пружины; на фиг. 3, 4 принцип работы уплотнения.

Уплотнение содержит поршень 1, цилиндр 2, уплотнительное кольцо 3.

Уплотнительное кольцо предлагаемой конструкции (фиг. 1, 2) работает следующим образом. Разжимное усилие кольца в цилиндре обеспечивается при его изготовлении, т. е. внешний диаметр кольца выполняется несколько большим по размеру, чем размер внутреннего диаметра цилиндра. Компенсация износа кольца и стенок цилиндра производится за счет уменьшения величины закрутки.

Кроме того, при смещении поршня 1 с исходного положения в ту или другую сторону (вниз или вверх) витки кольца 3 за счет притормаживания силой F_тр (фиг. 3, 4) смещаются в канавке в противоположную направлению перемещения поршня сторону до момента, когда первый виток полностью "сядет" на торцевую поверхность канавки с последовательным приближением к нему остальных витков.

При сжатии кольца-пружины внешний диаметр ее увеличивается, а витки ее дополнительно плотнее прижимаются к внутренней поверхности цилиндра 2.

Величина расширения кольца 3 при сжатии определяется зазором (δ) между витками кольца.

Использование принудительного уплотнения поршня в цилиндре кольцом предлагаемой конструкции обеспечивает ряд преимуществ:
постоянство силы прижатия и компенсация износа кольца и стенок цилиндра;
использование пары поршень цилиндр в эксплуатации при сравнительно большем зазоре между ними;
возможно использование (с частичной доработкой) поршня существующей конструкции.

Использование: изобретение относится к области машиностроения по изготовлению установок, преобразующих тепловую энергию топлива, пара и др. в механическую работу, содержащих в своем составе поршень, цилиндр и уплотнительное кольцо в виде цилиндрической пружины. Сущность изобретения: на поршне 1 выполнена канавка под уплотнительное кольцо 3. Кольцо 3 выполнено в виде цилиндрической пружины, установленной в цилиндре с предварительным разжимным усилием, причем поверхность каждого концевого витка, сопрягаемая с боковой стенкой канавки, выполнена плоской, перпендикулярной оси кольца-пружины. Ширина канавки выполнена равной высоте кольца-пружины с свободном (разжатом) состоянии, а предварительное разжимное усилие кольца-пружины обеспечивается путем скрутки кольца-пружины при установке в цилиндр. Принудительное прижатие витков кольца-пружины к сопрягаемым поверхностям поршня и цилиндра за счет сжатия витков при движении поршня сохраняет разжимное усилие практически постоянным, при этом перемещение витков в канавке поршня исключает пригорание кольца-пружины в целом. Кроме того, увеличивается ресурс элементов, составляющих уплотнитель. 4 ил.

Уплотнитель поршня в цилиндре энергетической установки, содержащей поршень, цилиндр, уплотнительное кольцо в виде цилиндрической пружины, установленной в цилиндре с предварительным разжимным усилием, причем поверхность каждого концевого витка, сопрягаемая с боковой стенкой канавки поршня, выполнена плоской, перпендикулярной оси кольца-пружины, отличающийся тем, что ширина канавки поршня выполнена равной высоте кольца-пружины в свободном состоянии, а предварительное разжимное усилие кольца-пружины обеспечивается путем скрутки кольца-пружины.