МУЛЬТИПЛИКАТОР ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F15B3/00 F16J15/46 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к гидропрессовому оборудованию, и может быть использовано в установках, где необходимо достичь значительных усилий при малых габаритах силовых цилиндров.

Мультипликаторы - это гидравлические устройства, позволяющие изменять соотношение давлений рабочей среды входного (управляющее давление) и выходного (увеличенное давление) звеньев, при постоянной мощности (если пренебречь трением в уплотняемых парах, например: плунжер-корпус). Фактически в реальных условиях выходная мощность мультипликатора будет меньше входной на величину потерь на трение в уплотняемых парах. Поэтому эффективность работы мультипликатора, его КПД зависит в основном от работы уплотнений плунжера.

Известным мультипликаторы давления (преобразователи), описанные в книге Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машиностроение, 1971 г., стр. 244. ..249. В данных устройствах герметизация плунжера в корпусе осуществляется за счет установки резиновых колец круглого сечение по ГОСТ 9833-73.

Уплотнительные резиновые кольца устанавливаются в канавки с предварительным сжатием сечения в радиальном направлении, при этом сила трения резиновых колец по уплотняемой поверхности будет зависеть от величины предварительного сжатия пропорционально, т.е. при уменьшении величины предварительного сжатия кольца сила трения уменьшается, но это может привести к нарушению герметичности, а при увеличении величины предварительного сжатия сила трения увеличивается, что отрицательно сказывается на механическом коэффициенте полезного действия мультипликатора давления (преобразователя).

Недостатками данной конструкции являются: низкий ресурс работы, вследствие низкого ресурса работы резиновых колец, особенно при сверхвысоких давлениях, мультиплицируемых в полости высокого давления; низкий механический КПД, за счет большого коэффициента трения разницы о металл; значительные усилия в момент страгивания плунжера с места.

Задача повышения ресурса работы мультипликатора давления, с одновременным повышением механического КПД, а следовательно, и полного КПД, а также уменьшения усилия перемещения при движении плунжера решается как в зарубежных, так и в отечественных объектах разными средствами. Например, герметизацию плунжера мультипликатора в корпусе осуществляют с помощью манжет по ГОСТ 14896-84 (см. а.с. N 1150415, кл. F 15 B 3/00, 1985 г.). Преимущества мультипликатора давления такой конструкции заключаются в том, что указанные манжеты имеют более низкое трение, т.к. они устанавливаются в канавку со значительно меньшим предварительным сжатием сечения в радиальном направлении и, соответственно, имеют более высокий механический КПД, повышенный ресурс в работе.

К недостаткам указанной конструкции можно отнести увеличенные габариты мультипликатора, т.к. манжета имеет значительно большую ширину по сравнению с кольцами по ГОСТ 9833-73 и низкую надежность при сверхвысоких давлениях. Для повышения надежности конструкции плунжер можно герметизировать с помощью пакета шевронных (корытообразных манжет).

Известен мультипликатор давления по а.с. N 1011917, кл. F 15 B 3/00, 1983 г. , содержащий плунжер, установленный в корпусе, в расточке которого размещены манжеты с образованием полости высокого давления.

Данный мультипликатор давления принимается авторами за прототип.

Недостатками данной конструкции мультипликатора давления являются: значительные габариты, вследствие установки большегабаритного уплотнительного узла (три уплотнительных манжеты, три опорно-нажимных прокладки, разделитель с двумя уплотнительными резиновыми кольцами); достаточно большое трение в уплотнительном узле плунжера, вследствие большой контактной поверхности корытообразных манжет, в итоге - низкий механический КПД мультипликатора, уменьшенный срок службы уплотнения, увеличенные осевые габариты и вес.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение КПД мультипликатора, уменьшение его габаритов и веса, увеличение быстродействия при минимальном усилии для перемещения плунжера, увеличение срока службы уплотнения.

Для решения поставленной технической задачи в мультипликаторе давления, содержащем плунжер, установленный в корпусе, в расточке которого размещены две манжеты Г-образного сечения (с низким коэффициентом трения, выполненные, например, из фторопласта), с образованием полостей: высокого давления, управляющей и дренажной; в расточке корпуса установлены два эластичных кольца круглого сечения с размещенным между ними упором, на который опираются уплотнительные лепестки манжет, при этом упор имеет возможность перемещаться в осевом направлении при воздействии на его боковую поверхность эластичного кольца круглого сечения, установленного со стороны полости высокого давления, при этом боковые поверхности упора выполнены вогнуто-торообразными, а между эластичным кольцом круглого сечения и торцем Г-образной манжеты, установленных со стороны дренажной полости, размещена шайба с вогнуто-торообразной боковой поверхностью, обращенной к эластичному кольцу.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что в расточке корпуса установлены два эластичных кольца круглого сечения с размещенным между ними упором, на который опираются уплотнительные лепестки манжет; упор имеет возможность перемещаться в осевом направлении при воздействии на его боковую поверхность эластичного кольца круглого сечения, установленного со стороны полости высокого давления; между эластичным кольцом круглого сечения и торцем Г-образной манжеты, установленных со стороны дренажной полости, размещена шайба.

Для минимальной и направленной деформации эластичных колец круглого сечения при воздействии рабочего давления и максимальном усилии прижатия к уплотняемой поверхности плунжера Г-образных манжет, боковые поверхности упора и шайбы выполнены вогнуто-торообразными.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволило сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню.

На фиг. 1 изображен мультипликатор давления, общий вид. На фиг. 2 изображен фрагмент уплотнительного узла мультипликатора без воздействия давления (исходное состояние).

На фиг. 3 изображен фрагмент уплотнительного узла мультипликатора под воздействием давления P₁ (рабочее состояние).

Мультипликатор давления содержит плунжер 1, установленный в корпусе 2, в расточке 3 которого размещены две манжеты 4 Г-образного сечения с уплотнительными лепестками навстречу друг другу с образованием полости 5 высокого давления; управляющую полость 6 и дренажную полость 7. В расточке 3 корпуса 2 установлены два эластичных кольца 8 круглого сечения с размещенным между ними упором 9, на который опираются уплотнительные лепестки манжет 4. Упор 9 имеет возможность перемещения в осевом направлении при воздействии на его боковую поверхность 10 эластичного кольца 8 круглого сечения, установленного со стороны полости 5 высокого давления (нижнего по чертежу). Боковые поверхности 10 упора 9 выполнены вогнуто-торообразными. Между эластичным кольцом 8 круглого сечения и торцем Г-образной манжеты 4, установленных со стороны дренажной полости 7 размещена шайба 11 с вогнуто-торообразной поверхностью 12, обращенной к эластичному кольцу 8 (верхнему по чертежу).

Мультипликатор давления работает следующим образом.

При подводе давления P в управляющую полость 6 плунжер 1 перемещается вниз (по чертежу) исключительно плавно, с минимальным усилием (трение фторопластовых манжет о металл незначительное). При этом герметизация полости 5 до появления в ней мультиплицируемого давления (высокого) P₁, происходит за счет предварительного сжатия сечения распорных эластичных колец 8 в радиальном направлении, подживающих лепестки Г-образных манжет 4 к уплотняемой подвижной поверхности плунжера 1.

При возникновении давления P₁ в полости 5 дополнительно к предварительному сжатию распорных эластичных колец 8 появляется усилие, перемещающее нижнее (по чертежу) распорное эластичное кольцо 8 до полного контакта с упором 9, упор 9 перемещается далее до полного контакта с верхним (по чертежу) эластичным кольцом 8, а последнее - до полного контакта с шайбой 11, и сжимающее оба эластичных кольца 8 в осевом направлении. Под воздействием давления P₁ эластичные кольца 8 деформируются, что вызывает увеличение радиальных усилий на уплотнительные лепестки Г-образных манжет 4 - происходит полная герметизация полости 5 высокого давления (обеспечение герметизации подвижного соединения с помощью двух манжет 4). Упор 9, перемещаясь под воздействием эластичного кольца 8 (нижнего по чертежу), перемещается на такую величину длины, что он постоянно контактирует с лепестками обоих Г-образных манжет.

Таким образом, предлагаемая конструкция мультипликатора давления дает возможность повысить КПД, значительно уменьшить габариты, повысить быстродействие и надежность, а также повысить его ресурс.

Благодаря низкому коэффициенту трения фторопласта и хорошей его прирабатываемости, срок службы уплотнений из него значительно (примерно в 10 раз) превышает срок службы резиновых уплотнений.

Мультипликатор предназначен для установок, где необходимо достичь значительных усилий при малых габаритах силовых гидроагрегатов. В расточке 3 корпуса 2 мультипликатора установлены два эластичных кольца 8 круглого сечения с размещенным между ними упором 9, на который опираются уплотнительные лепестки манжет 4, при этом упор 9 имеет возможность перемещения в осевом направлении при воздействии на его боковую поверхность 10 эластичного кольца 8 круглого сечения, установленного со стороны полости 5 высокого давления P₁, при этом боковые поверхности 10 упора 9 выполнены вогнуто-торообразными, а между эластичным кольцом 8 круглого сечения и торцем Г-образной манжеты 4, установленных со стороны дренажной полости 7, размещена шайба 11 с вогнуто-торообразной боковой поверхностью 12, обращенной к эластичному кольцу 8. Технический результат - повышение КПД мультипликатора, уменьшение его габаритов и веса, увеличение быстродействия за счет перемещения плунжера при минимальном усилии, увеличение срока службы. 3 ил.

Мультипликатор давления, содержащий плунжер, установленный в корпусе, в расточке которого размещены манжеты Г-образного сечения с образованием полостей: высокого давления, управляющей и дренажной, отличающийся тем, что в расточке корпуса установлены два эластичных кольца круглого сечения с размещенным между ними упором, на который опираются уплотнительные лепестки манжет, при этом упор имеет возможность перемещаться в осевом направлении при воздействии на его боковую поверхность эластичного кольца круглого сечения, установленного со стороны полости высокого давления, при этом боковые поверхности упора выполнены вогнуто-торообразными, а между эластичным кольцом круглого сечения и торцем Г-образной манжеты, установленных со стороны дренажной полости, размещена шайба с вогнуто-торообразной боковой поверхностью, обращенной к эластичному кольцу.