УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2000 года по МПК F16J15/18 

Изобретение относится к области уплотнительной техники, в частности к конструкциям уплотнений штоков импульсных тепловых устройств, работающих при высоких давлениях рабочей жидкости.

Уплотнительное устройство служит для герметизации рабочей среды и минимизации ее утечек из рабочего пространства конструкции, в которой оно применяется. Известны конструкции уплотнений, содержащих в своем составе в качестве уплотняющих элементов фторопластовые материалы: материал марки Ф-4 в виде порошка с защитными кольцами; набивочные шнуры различного сечения из материла ФУМ; фторопластовые кольца из Ф-4 различного профиля [1]. Как показывает анализ литературных источников и расчетных схем, для условий эксплуатации уплотнительного устройства, работающего при высоких скоростях трения и температурах, а также при высоких давлениях, наилучшим образом себя зарекомендовали конструкции уплотнительных устройств с использованием фторопластовых колец из Ф-4 и различных его композиций. Основными требованиями к конструкции уплотнения, применяемого в импульсном гидравлическом аккумуляторе, является надежная герметизация рабочей жидкости при температурах до 230^oC и давлениях до 30...50 МПа.

Недостатком известных конструкций является низкая надежность герметизации вследствие повышенного износа материала при высоких температурах и давлениях рабочей жидкости, невозможность компенсации износа, а также сравнительно высокие значения осевого усилия, необходимого для герметизации в радиальном направлении подвижных штоков.

Известна конструкция уплотнительного устройства, выбранная как прототип, содержащая в своем составе в качестве уплотнительного элемента пакет уплотнительных колец с профилем в виде усеченного конуса [2]. При затяжке сборки колец нажимной гайки уплотнительного устройства поджатие колец к внутренней и наружной уплотняющим поверхностям обеспечивается не только осевой составляющей усилия затяжки, но и дополнительной силой поджатия, зависящей от угла профиля кольца. Кроме того, данная конструкция обеспечивает компенсацию износа в прогрессе эксплуатации.

Недостатком известной конструкции является ее неработоспособность в конструкциях импульсных гидравлических аккумуляторов вследствие невозможности создания осевого усилия, обеспечивающего надежную герметизацию рабочей жидкости. При максимальных значениях рабочего давления будет происходить пробрызгивание жидкости по уплотняемой площади.

Целью изобретения является обеспечение работоспособности уплотнительного устройства, содержащего набор профильных колец, изготовленных из материала Ф-4, и его композиций в конструкциях импульсных тепловых машин.

Указанная цель достигается тем, что в конструкции уплотнительного устройства содержится нажимное кольцо, обеспечивающее дополнительное усилие поджатия пакета уплотнительных колец за счет давления рабочей жидкости. Нажимное кольцо устанавливается в корпус уплотнения, центрируясь по внутреннему диаметру корпуса своим наружным диаметром. Одна торцевая поверхность опирается на дно корпуса уплотнительного устройства, а другая служит опорной поверхностью нижнего уплотнительного кольца. Нажимное кольцо имеет внутреннюю полость, сообщающуюся с рабочей полостью импульсного гидравлического аккумулятора. С повышением давления рабочей жидкости в рабочем объеме происходит одновременное увеличение давления в полости нажимного кольца, создающее дополнительное усилие поджатия уплотнительных элементов к уплотняющимся поверхностям.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое уплотнительное устройство отличается тем, что в его конструкции предусмотрено применение нажимного кольца и герметизация рабочей жидкости осуществляется не только за счет усилия поджатия нажимной гайкой устройства, а также за счет давления рабочей жидкости.

Таким образом, заявляемое уплотнительное устройство соответствует условию "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии условию изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид уплотнительного устройства в разрезе; на фиг.2 показано нажимное кольцо.

Уплотнительное устройство содержит пакет уплотнительных колец 6-10, которые опираются на нажимное кольцо 11, а с другой стороны поджимаются втулкой 5 при закручивании поджимной гайки 3 уплотнительного устройства. Опорно-направляющая втулка 2 служит для ограничения колебаний и направления движения штока 1. Нажимное кольцо 11 имеет внутреннюю полость, сообщающуюся с рабочей полостью импульсного гидравлического аккумулятора через четыре отверстия.

Уплотнительные кольца предлагаемого уплотнительного устройства изготавливаются из фторопласта Ф-4 с различными антифрикционными наполнителями, например с углем. Остальные детали - стальные, за исключением опорно-направляющей втулки 2, которая может быть изготовлена как из медных сплавов, так и из полимерных композиций.

Уплотнительное устройство работает следующим образом. При поджатии уплотнительного пакета кольца 6, 8, 10 уплотняются по внутреннему диаметру, а кольца 7, 9 - по наружному. В отсутствии давления рабочей жидкости ее герметизация осуществляется только за счет поджатия гайки 3. При возрастании давления рабочей жидкости поджатие уплотнительного пакета увеличивается за счет проникновения жидкости во внутреннюю полость нажимного кольца 11 через четыре отверстия и создания в этой полости давления, равного давлению рабочей жидкости в импульсном гидравлическом аккумуляторе. Компенсация износа уплотнительных колец 6, 8, 10 в трибосопряжении со штоком 1 осуществляется за счет объемной деформации колец радиальной составляющей усилия поджатия и ползучести материала, из которого они изготовлены.

Использование поджимного кольца с полостью, сообщающейся с рабочей полостью импульсного гидравлического аккумулятора, позволит расширить диапазон применения уплотнительных устройств с использованием в качестве уплотнительных материалов полимерных композиций, требующих для надежной герметизации рабочей среды высоких значений осевого усилия затяжки. Кроме того, использование поджимного кольца позволит уменьшить износ уплотнительных элементов и штока за счет уменьшения постоянного контактного давления в трибосопряжении. Таким образом, использование заявляемого изобретения позволит существенно повысить пределы давления рабочей жидкости, при котором полимерные композиционные уплотнительные кольца обеспечивают надежную герметизацию рабочей жидкости, а также увеличит ресурс уплотнительного устройства.

Источники информации
1. А.М. Борохов, A.C. Гапшин, Н.Т. Додонов. Волокнистые и комбинированные сальниковые уплотнения. М.: Машиностроение, 1966 - 311 с.

2. А.С. N 391314, F 16 J, 15/20, 1972 БИ N.

3. A.C. N 333346, F 16 J, 15/26, 1972 БИ N 11.

Уплотнительное устройство предназначено для уплотнения штоков импульсных гидравлических аккумуляторов, работающих при высоких давлениях рабочей жидкости. Уплотнительное устройство содержит пакет уплотнительных колец с профилем в виде усеченного конуса. Установлено нажимное кольцо с внутренней полостью с возможностью сообщения последней с рабочим объемом импульсного гидравлического аккумулятора. Изобретение позволяет обеспечить надежную герметизацию рабочей жидкости уплотнительного устройства. 2 ил.

Уплотнительное устройство, содержащее пакет уплотнительных колец с профилем в виде усеченного конуса, отличающееся тем, что снабжено нажимным кольцом с внутренней полостью с возможностью сообщения последней с рабочим объемом импульсного гидравлического аккумулятора.