МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2002 года по МПК F16J15/26 

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к механическим уплотнениям, предназначенным для установки на гидравлические и пневматические машины и устройство, рабочие органы которых совершают вращательное и/или возвратно-поступательное движение.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известно металлическое кольцевое уплотнение, содержащее эластичный сердечник в виде спиральной пружины, покрытой двухслойной оболочкой, которое снабжено дополнительным сердечником, расположенным концентрично, причем внешняя оболочка сердечников выполнена С-образной формы, охватывающей их своими концами с V-образной выемкой в средней части, а между сердечниками установлено противодействующее кольцо, примыкающее к одному из сердечников, см. патент СССР 772498, F 16 J 15/26.

Известно уплотнение вала или штока, содержащее притертые одно к другому и поджимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме, см. а.с. СССР 391315, F 16 J 15/26.

Недостатком подобных уплотнений является то, что ввиду неопределенности углового смещения пар колец возможно повышенное перетекание среды, находящейся под более высоким давлением, в зону пониженного давления, что снижает герметичность и надежность уплотнения в целом. В случае применении уплотнения с несколькими парами эксцентричных колец возникает необходимость в фиксации их взаимного положения, что значительно усложняет уплотнение и приводит к его удорожанию.

Известно механическое уплотнение вала или штока или цилиндра машины, работающее под избыточным давлением, которое содержит уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой в противоположных направлениях, на наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, а уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на буртах или в расточках, см. патент РФ 2037077, F 16 J 15/26.

В этом уплотнении бурты или расточки в обойме выполнены попарно так, чтобы их оси располагались симметрично с двух сторон от оси обоймы, при этом плоскости, которые пройдут через оси парных буртов или расточек, должны быть развернуты одна относительно другой на угол, равный 180/n, где число n - число пар расточек или буртов. Для уменьшения времени притирки уплотнительных поверхностей, чтобы при этом не снижался их срок службы, трущиеся уплотнительные поверхности вала, штока или цилиндра и/или уплотнительных колец имеют покрытие из антрифрикционного и/или износостойкого материала и выполнены с увеличенной шероховатостью.

Такое выполнение механического уплотнения позволяет уменьшить утечки среды.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано за прототип настоящего изобретения.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является сложность конструкции, а также то, что цилиндрические поверхности уплотнительных колец не обеспечивают требуемую их износостойкость, что снижает работоспособность и срок службы уплотнения в целом.

Задачей изобретения является создание надежного механического уплотнения, которое обеспечивало бы снижение утечек среды и увеличение срока службы уплотнения.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению указанная выше задача решается за счет того, что механическое уплотнение деталей машин, работающее под избыточным давлением, содержащее уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой, характеризующееся тем, что наружные уплотнительные поверхности уплотнительных колец или их части выполнены концентричными и нецилиндрическими.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения либо особые условия его использования, а именно:
- наружные уплотнительные поверхности уплотнительных колец или их части выполнены коническими,
- в вышеупомянутом варианте между уплотняемой поверхностью и наружными уплотнительными поверхностями уплотнительных колец образованы дополнительные камеры с поперечным сечением в виде прямоугольного неравностороннего треугольника, острый угол которого обращен в сторону большего давления,
- наружные уплотнительные поверхности уплотнительных колец или их части выполнены криволинейными,
- на длине дуги менее 180^o каждое уплотнительное кольцо выполнено с диаметром, соответствующим диаметру уплотняемой поверхности, а остальная часть - с диаметром, меньшим, чем диаметр уплотняемой поверхности,
- уплотнительные кольца размещены попарно, при этом в каждой паре уплотнительные кольца развернуты друг относительно друга под углом 180^o, а каждая пара уплотнительных колец развернута по отношению к соседним с ней парам уплотнительных колец на 90^o.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта. В предложенном техническом решении уплотнение превращается в лабиринтное, повышается гидравлическое сопротивление уплотнения и эффективность его работы в целом.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез по уплотнительной паре, установленной на плунжере насоса, на фиг. 2 - узел А на фиг.1, на фиг.3 - пара уплотнительных колец, развернутых на 180^o.

Механическое уплотнение содержит уплотнительные кольца 1, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой 2. Наружные уплотнительные поверхности 3 уплотнительных колец или их части выполнены концентричными и нецилиндрическими, например коническими. При этом между уплотняемой поверхностью и наружной уплотнительной поверхностью 3 уплотнительных колец 1 образуются дополнительные камеры 4. На длине дуги менее 180^o каждое уплотнительное кольцо 1 выполнено с диаметром, соответствующим диаметру уплотняемой поверхности, а остальная часть - с диаметром, меньшим, чем диаметр уплотняемой поверхности. Уплотнительные кольца 1 размещены попарно, при этом в каждой паре уплотнительные кольца развернуты друг относительно друга под углом 180^o, а каждая пара уплотнительных колец развернута по отношению к соседним с ней парам уплотнительных колец на 90^o.

Механическое уплотнение работает следующим образом.

При установке механического уплотнения в корпус машины или в цилиндр уплотнительные кольца 1 прижимаются к уплотняемой поверхности вала, штока или цилиндра посредством упругой обоймы 2. В местах прижатия колец щелевой зазор равен нулю. С противоположной от точки касания стороны щелевой зазор максимальный. Уплотнительные кольца 1 плотно притерты друг к другу. За счет того, уплотнительные кольца 1 размещены попарно, при этом в каждой паре уплотнительные кольца развернуты друг относительно друга под углом 180^o, а каждая пара уплотнительных колец развернута по отношению к соседним с ней парам уплотнительных колец на 90^o, между уплотняемой поверхностью и набором уплотнительных колец 1 образуется сложная лабиринтная щель и, следовательно, большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Гидравлическое сопротивление в зазоре уплотнения возрастает также ввиду того, что поток жидкости, проходя через зазор, многократно меняет свое направление. За счет того, что наружные уплотнительные поверхности 3 уплотнительных колец 1 выполнены нецилиндрическими, образуются дополнительные камеры 4, которые превращают уплотнение в лабиринтное. Коэффициент местных потерь от режима течения жидкости через щель с дополнительной камерой 4 увеличивается, а следовательно, увеличивается гидравлическое сопротивление уплотнения и эффективность его работы в целом. Наибольший эффект достигается при выполнении дополнительных камер 4 с поперечным сечением в виде прямоугольного неравностороннего треугольника, острый угол которого обращен в сторону большего давления. Дополнительные камеры 4 в общем случае обеспечивают также возможность удаления твердых частиц перекачиваемой среды и продуктов износа, что увеличивает срок службы уплотнения и снижает риск заклинивания уплотнительной пары.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения не вызывает сомнений, так как предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом с использованием известных технологий и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию "промышленная применимость".

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает увеличение гидравлического сопротивления, удаление твердых частиц перекачиваемой среды и продуктов износа и повышение эффективности работы уплотнения в целом.

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к механическим уплотнениям, предназначенным для установки на гидравлические и пневматические машины и устройство, рабочие органы которых совершают вращательное и/или возвратно-поступательное движение. При установке механического уплотнения в корпус машины или в цилиндр уплотнительные кольца прижимаются к уплотняемой поверхности вала, штока или цилиндра посредством упругой обоймы. Уплотнительные кольца плотно притерты друг к другу. Уплотнительные кольца размещены попарно и развернуты друг относительно друга под углом 180^o, а каждая пара уплотнительных колец развернута по отношению к соседним с ней парам уплотнительных колец на 90^o, между уплотняемой поверхностью и набором уплотнительных колец образуется сложная лабиринтная щель. Наружные уплотнительные поверхности уплотнительных колец или их части выполнены нецилиндрическими и концентричными. Образованы дополнительные камеры, которые превращают уплотнение в лабиринтное. Наибольший эффект достигается при выполнении дополнительных камер с поперечным сечением в виде прямоугольного неравностороннего треугольника. Изобретение обеспечивает увеличение гидравлического сопротивления, удаление твердых частиц перекачиваемой среды и продуктов износа и повышение эффективности работы уплотнения в целом. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Механическое уплотнение деталей машин, работающее под избыточным давлением, содержащее уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой, отличающееся тем, что наружные уплотнительные поверхности уплотнительных колец или их части выполнены концентричными и нецилиндрическими. 2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что наружные уплотнительные поверхности уплотнительных колец или их части выполнены коническими. 3. Уплотнение по п. 2, отличающееся тем, что в вышеупомянутом варианте между уплотняемой поверхностью и наружными уплотнительными поверхностями уплотнительных колец образованы дополнительные камеры с поперечным сечением в виде прямоугольного неравностороннего треугольника, острый угол которого обращен в сторону большего давления. 4. Уплотнение по любому из пп. 1 и 2, отличающееся тем, что наружные уплотнительные поверхности уплотнительных колец или их части выполнены криволинейными. 5. Уплотнение по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что на длине дуги менее 180^o каждое уплотнительное кольцо выполнено с диаметром, соответствующим диаметру уплотняемой поверхности, а остальная часть с диаметром меньшим, чем диаметр уплотняемой поверхности. 6. Уплотнение по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что уплотнительные кольца размещены попарно, при этом в каждой паре уплотнительные кольца развернуты друг относительно друга под углом 180^o, а каждая пара уплотнительных колец развернута по отношению к соседним с ней парам уплотнительных колец на 90^o.