РАБОТАЮЩАЯ БЕЗ СМАЗКИ СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА И СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА С ПОМОЩЬЮ РАБОТАЮЩЕЙ БЕЗ СМАЗКИ СИСТЕМЫ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА Российский патент 2009 года по МПК F16J15/44 

Изобретение касается работающей без смазки системы уплотнения штока согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Далее изобретение касается способа уплотнения штока с помощью работающей без смазки системы уплотнения штока согласно ограничительной части пункта 12 формулы изобретения.

Из публикации ЕР 0933566 А1 известна работающая без смазки система уплотнения штока для поршневого компрессора с сухим ходом (работающий без смазки компрессор), имеющего перемещающийся в продольном направлении шток. Эта работающая без смазки система уплотнения включает в себя уплотнительные элементы из обеспечивающего смазку в условиях сухого трения материала, такого как уголь, графит или полимерный материал. Уплотнительный элемент имеет уплотнительную поверхность, которая прилегает к штоку и таким образом формирует трущееся относительно штока контактное уплотнение. Это трение имеет своим следствием увеличивающийся износ уплотнительного элемента, причем уплотняющее действие уплотнительного элемента сильно уменьшается при превышении максимально допустимого износа, и в таком случае уплотнительный элемент должен быть относительно быстро заменен. Кроме того, трение уплотнительного элемента о шток производит теплоту трения, которую достаточно трудно отводить, что приводит к тому, что должна ограничиваться величина максимально уплотняемой разности давления или соответственно величина средней скорости поршня. Известные применяемые для бессмазочного уплотнения газами уплотнительные системы штока, также называемые как набивка или работающая без смазки система уплотнения, подвергаются высокому механическому и термическому нагружению, что имеет в качестве отрицательного момента ограничение срока службы уплотнительных элементов, величины максимально уплотняемой разности давления, а также величины средней скорости поршня.

Следовательно, задачей настоящего изобретения является предложить более выгодную работающую без смазки систему уплотнения, а также более выгодный способ уплотнения штока с помощью работающего без смазки (с сухим трением) уплотнения.

Данная задача решается с помощью работающей без смазки системы уплотнения, имеющей признаки пункта 1 формулы изобретения. Зависимые пункты 2-11 касаются следующих предпочтительно выполненных работающих без смазки систем уплотнения. Далее задача решается с помощью способа, имеющего признаки пункта 12 формулы изобретения. Зависимые пункты 13 и 16 касаются следующих предпочтительных этапов способа.

Задача, в частности, решается с помощью работающей без смазки системы уплотнения штока для уплотнения установленного подвижно в продольном направлении штока, включающей в себя, по меньшей мере, один уплотнительный элемент с уплотнительной поверхностью, исполнительный элемент, датчик, а также кольцо с камерой, внутри которого расположено уплотнительное кольцо, причем исполнительный элемент относительно уплотнительного элемента имеет такое активное соединение, что уплотнительная поверхность выполнена с возможностью радиального относительно штока смещения и при этом исполнительный элемент выполнен с возможностью регулирования в зависимости от зарегистрированного датчиком измеряемого параметра.

Соответствующая изобретению работающая без смазки система уплотнения штока имеет преимущество, заключающееся в том, что положение уплотнительного элемента или соответственно его уплотнительной поверхности может регулироваться относительно поверхности штока с помощью исполнительного элемента и таким образом является переменным, так что, с одной стороны, преимущественным образом предотвращается прилегание уплотнительной поверхности к штоку, а, с другой стороны, ширина щели между уплотнительной поверхностью и штоком может подстраиваться предпочтительно таким образом, что ширина щели удерживается по возможности малой.

Таким образом, в соответствующем изобретению способе уплотнения установленного подвижно в продольном направлении штока положение уплотнительного элемента регулируемо изменяется в зависимости от измеряемого параметра работающей без смазки системы уплотнения штока, также называемого как управляющий параметр. В качестве управляющего параметра подходит, например, расстояние между уплотнительной поверхностью и поверхностью штока, температура штока, количество утечки газа, прижимающее усилие уплотнительного элемента к штоку или разность давлений между двумя уплотнительными элементами, причем этот управляющий параметр регистрируется с помощью датчика, этот управляющий параметр направляется в регулирующее устройство, и регулирующее устройство регулирует исполнительный элемент и, таким образом, положение уплотнительного элемента или соответственно положение его уплотнительной поверхности до тех пор, пока управляющий параметр не будет соответствовать предварительно заданному номинальному значению. Положение уплотнительных поверхностей регулируется, например, таким образом, что падение давления над уплотнительным кольцом находится в пределах предварительно заданного диапазона значений или при предварительно заданном значении. Также положение уплотнительных поверхностей может регулироваться, например, таким образом, что посредством каждого регулируемого уплотнительного кольца прикладывается, по существу, одно и то же падение давления.

Предпочтительным образом, положение уплотнительного элемента регулируется таким образом, что между уплотнительной поверхностью и штоком поддерживается бесконтактное щелевое уплотнение с незначительной шириной щели порядка долей миллиметра, например ширина щели находится в диапазоне от 0 до 0,3 мм. Также уплотнительные элементы могли бы регулироваться таким образом, чтобы ширина щели равнялась нолю, вследствие чего уплотнительная поверхность уплотнительного элемента без или с пренебрежительно малым прижимающим усилием прилегала бы к штоку. Поскольку уплотнительный элемент не касается штока или касается лишь слегка, уплотнительный элемент не имеет износа или имеет лишь весьма незначительный износ, так что уплотнительные элементы должны редко заменяться и работающая без смазки система уплотнения в течение долгого времени может эксплуатироваться без обслуживания. Соответствующая изобретению работающая без смазки система уплотнения также имеет преимущество, заключающееся в том, что разность давлений может регулироваться посредством предпочтительно каждого уплотнительного элемента. Таким образом, в частности, может предотвращаться то, что посредством какого-либо одного или посредством нескольких уплотнительных элементов прикладывается слишком высокая разность давлений с соответственно высоким износом. При этом оказалось, что у выполненных без возможности регулирования уплотнительных элементов достаточно часто слишком изнашивается только определенный уплотнительный элемент и вследствие этого плохо работает или становится вообще неработоспособным, из-за чего следующий уплотнительный элемент подвергается чрезмерному изнашиванию, так что в результате такой получающейся цепной реакции относительно быстро вся работающая без смазки система уплотнения становится непригодной. Соответствующая изобретению система предотвращает подобного рода неконтролируемую цепную реакцию у последовательно расположенных друг за другом вдоль штока уплотнительных элементов.

Соответствующая изобретению работающая без смазки система уплотнения имеет другое преимущество, заключающееся в том, что уплотнительная поверхность уплотнительного элемента не касается поверхности двигающегося штока или лишь едва касается ее, так что вследствие этого не возникает никакой теплоты трения или возникает лишь совсем незначительная.

Таким образом, соответствующая изобретению работающая без смазки система уплотнения имеет высокий срок службы при незначительных утечках, и, в частности, пригодна даже для больших разностей давлений и/или высоких средних скоростей штока или соответственно скоростей поршня. Соответствующая изобретению работающая без смазки система уплотнения позволяет, таким образом, формировать компрессор с сухим ходом, имеющий высокую мощность. Кроме того, соответствующая изобретению работающая без смазки система уплотнения также пригодна для уплотнения газом с небольшой молекулярной массой, например, таким как водород.

Далее изобретение описывается с помощью чертежей, на которых представлено:

Фиг.1 - уплотнение штока поршневого компрессора с сухим ходом;

Фиг.2 - частичный вид продольного разреза работающей без смазки системы уплотнения;

Фиг.2а - вид спереди сегментированного уплотнительного кольца, если смотреть в направлении С;

Фиг.2b - вид спереди пассивного закрывающего кольца, если смотреть в направлении С;

фиг.2с - частичный вид продольного разреза другого варианта осуществления работающей без смазки системы уплотнения;

Фиг.2d - вид спереди опорного кольца, если смотреть в направлении С;

Фиг.2е - вид спереди другого варианта осуществления сегментированного уплотнительного кольца, если смотреть в направлении С;

Фиг.3 - частичный вид другого продольного разреза работающей без смазки системы уплотнения;

Фиг.3а - вид спереди сегментированного уплотнительного кольца, если смотреть в направлении D;

Фиг.4а - вид спереди другого сегментированного уплотнительного кольца;

Фиг.4b - вид спереди другого сегментированного уплотнительного кольца;

Фиг.5а - вид спереди другого сегментированного уплотнительного кольца;

Фиг.5b - подробный вид места перекрытия уплотнительного кольца согласно фиг.5а;

Фиг.5с - уплотнительное кольцо согласно фиг.5а с упругим уплотнительным кольцом;

Фиг.5d - уплотнительное кольцо согласно фиг.5 с, если смотреть в направлении С;

Фиг.6 - частичный вид другого продольного разреза работающей без смазки системы уплотнения;

Фиг.7 - вид цельного уплотнительного кольца;

Фиг.7а - подробный вид места перекрытия уплотнительного кольца согласно фиг.7.

Фиг.1 показывает работающую без смазки систему 1 уплотнения штока поршневого компрессора с сухим ходом со штоком 2, который установлен продольно подвижно в направлении К перемещения, причем в смонтированном состоянии цилиндр находится на стороне А, а привод штока - на стороне В. Работающая без смазки система 1 уплотнения выполнена в виде имеющего набивку уплотнения штока, причем набивка включает в себя множество последовательно расположенных колец 3 с камерами, в которых расположены уплотнительные кольца 5. Работающая без смазки система 1 уплотнения включает в себя дроссельное кольцо 4, а также несколько уплотнительных колец 5. В предпочтительном выполнении, как представлено тремя верхними кольцами 3 с камерами, в направлении хода штока соответственно расположены лежащие друг на друге предохранительное кольцо 14, уплотнительное кольцо 5, а также опорное кольцо 17. Однако внутри кольца 3 с камерой также может быть расположено только одно единственное уплотнительное кольцо 5, как это наглядно представлено в кольце 3 с камерой. Шток 2 возвратно-поступательно перемещается в направлении К. Кроме того, уплотнение 1 штока предпочтительным образом включает в себя выпуск 6 для газовых утечек.

Фиг.2 показывает в продольном разрезе два кольца 3 с камерой, а также уплотнительное кольцо соответствующей изобретению работающей без смазки системы 1 уплотнения. Вся работающая без смазки система 1 уплотнения, как показано на фиг.1, предпочтительно включает в себя множество последовательно расположенных в направлении хода штока 2 колец 3 с камерами с уплотнительными кольцами 5. Представленное на фиг.2 кольцо 3 с камерой имеет выступающую, кольцеобразную часть 3а кольца с камерой, к которой прикреплен пьезоэлектрический исполнительный элемент 7. Кроме того, кольцо 3 с камерой включает в себя две проходящие перпендикулярно к продольному направлению штока 2 контактные поверхности 3b, 3с. Уплотнительное кольцо 5 представлено на фиг.2а на виде согласно направлению С. Уплотнительное кольцо 5 состоит из трех идентично выполненных уплотнительных сегментов 5b, 5с, 5d, которые незначительно дистанцированы друг от друга у щели 5g. Щель 5g имеет, например, ширину в диапазоне от 0,1 мм до 0,5 мм. На фиг.2 штриховой линией обозначен сопряженный с уплотнительным сегментом 5b исполнительный элемент 7. Исполнительный элемент 7 находится, если смотреть в направлении С, позади уплотнительного сегмента 5b. Аналогично этому с уплотнительными сегментами 5с, 5d также сопряжен соответствующий исполнительный элемент 7, который, однако, здесь не представлен. Таким образом, каждый уплотнительный сегмент 5b, 5с, 5d имеет свой собственный исполнительный элемент 7, причем щель 5g сформирована настолько широкой, чтобы уплотнительные сегменты 5b, 5с, 5d имели возможность смещения, по меньшей мере, в радиальном относительно штока 2 направлении R. Фиг.2 показывает разрез уплотнительного сегмента 5b по линии А-А. Уплотнительное кольцо 5 или соответственно его уплотнительные сегменты 5b, 5с, 5d имеют ориентированную в направлении к штоку 2 уплотнительную поверхность 5а. Представленное на фиг.2 уплотнительное кольцо 5 окружено пружиной 9 так, что уплотнительные сегменты 5b, 5с, 5d удерживаются вместе с образованием всего уплотнительного кольца 5. К части 3а кольца с камерой прикреплены три исполнительных элемента 7 с равномерным дистанцированием друг от друга в окружном направлении, причем каждый уплотнительный сегмент 5b, 5с, 5d соединен с соответствующим одним исполнительным элементом 7 так, что каждый уплотнительный сегмент 5b, 5с, 5d установлен с возможностью регулируемого смещения в радиальном направлении R посредством соответствующего исполнительного элемента 7. В представленном примере осуществления внутри, по меньшей мере, одного из уплотнительных сегментов 5b расположен датчик 8, который регистрирует расстояние до поверхности штока 2. Датчик 8, а также исполнительный элемент 7 связаны посредством электрической линии 10а с регулирующим устройством 10. В представленном примере осуществления регулирующее устройство 10 с помощью датчика 8 определяет расстояние между поверхностью штока 2 и преимущественно уплотнительной поверхностью 5а, причем регулирующее устройство 10 регулирует исполнительный элемент 7 и соединенный с ним уплотнительный сегмент 5b, 5с, 5d таким образом, что ширина S щели принимает предварительно заданное регулирующим устройством 10 номинальное значение. Предпочтительным образом, каждый уплотнительный сегмент 5b, 5с, 5d соединен с отдельным исполнительным элементом 7 так, что регулирующее устройство 10 регулирует каждое уплотнительное кольцо 5 тремя исполнительными элементами 7.

Представленный на фиг.2 разрез уплотнительного сегмента 5b также показывает, что, предпочтительным образом, каждый уплотнительный сегмент 5b, 5с, 5d имеет торцевую поверхность 5к, которая предпочтительным образом выступает, как здесь представлено, в продольном направлении штока 2 и имеет приспособленную к контактной поверхности 3b форму. В представленном примере осуществления торцевая поверхность 5к, а также контактная поверхность 3b проходят перпендикулярно к продольному направлению штока 2. Контактная поверхность 3b, а также торцевая поверхность 5к могли бы также проходить наклонно относительно продольного направления штока 2. Во время движения сжатия штока или соответственно не представленного здесь поршня на обозначенной позицией А стороне возникает высокое давление. Контактная поверхность 3b и торцевая поверхность 5к имеют преимущества в том, что все уплотнительные сегменты 5b, 5с, 5d, по меньшей мере, своей торцевой поверхностью 5к прилегают к контактной поверхности 3b и таким образом подпираются сбоку, и при этом проходящая в радиальном направлении щель 5g перекрыта на своей большей части посредством контактной поверхности 3b, что уменьшает утечку в направлении хода штока 2. Боковое подпирание является важным, в частности, для того, чтобы удерживать уплотнительное кольцо 5 в заданном положении, поскольку во время эксплуатации поршневого компрессора внутри работающей без смазки системы уплотнения штока возникает колеблющаяся, динамическая характеристика изменения давления, с существенными колебаниями давления, которые воздействуют на уплотнительное кольцо 5.

Уплотнительное кольцо 5 расположено и сформировано таким образом, что между уплотнительным кольцом 5 и кольцом 3 с камерой находится щель 18, которая во время фазы всасывания поршневого компрессора позволяет обратный ток текучей среды в направлении А.

В предпочтительном варианте осуществлении во время фазы сжатия прикладываемое на уплотнительное кольцо 5 давление находится в диапазоне от 50 до 75 бар. Если два кольца 3 с камерой с расположенными в них уплотнительными кольцами 5 располагаются последовательно друг за другом в направлении хода продольной оси штока 2, то максимальное давление этой примерной системы 1 уплотнения штока составляет между 100 и 150 бар или соответственно общее максимальное давление при использовании четырех колец 3 с камерой с уплотнительным кольцом 5 в каждом составляет между 200 и 300 бар.

Фиг.2b показывает пассивное, т.е. не активное, выполненное с возможностью приведения в действие закрывающее кольцо 14. Как представлено на фиг.1, закрывающее кольцо 14 расположено рядом с уплотнительным кольцом 5. На примере в соответствии с фиг.2 закрывающее кольцо 14 могло бы быть расположено справа рядом с уплотнительным кольцом 5, причем, конечно же, в этом случае внутреннее пространство кольца 3 с камерой должно было бы быть выполнено соответственно по величине. Закрывающее кольцо 14 перекрывает радиальные щели 5g и предотвращает таким образом прохождение газа в направлении К хода штока 2. Чтобы предотвратить износ этого пассивного уплотнительного кольца 14, его внутренний диаметр выполнен таким по величине, что не имеется никакого контакта со штоком 2. Закрывающее кольцо 14 в предпочтительном варианте осуществления может иметь канавку 14а обратного тока, причем закрывающее кольцо 14 должно располагаться таким образом, чтобы канавка 14а обратного тока была ориентирована к стороне А.

Фиг.2с показывает в продольном разрезе другой пример осуществления работающей без смазки системы уплотнения, которая, в отличие от примера осуществления согласно фиг.2, включает в себя закрывающее кольцо 14 и опорное кольцо 17. Опорное кольцо 17 служит для опоры уплотнительного кольца 5 в направлении продольной оси штока 2, причем опорное кольцо 17, как представлено на виде сверху согласно фиг.2d, имеет сквозные отверстия 17а, через которые проходят выступающие части 3а кольца с камерой.

Также опорное кольцо 17 могло бы быть выполнено таким образом, что оно включает в себя только обозначенную на фиг.2с позицией 17b круговую шайбу, которая своей окружной поверхностью частично прилегает к выступающей части 3а кольца с камерой.

Также уплотнительное кольцо 5, как представлено на виде сверху на фиг.2е, могло бы состоять только из двух уплотняющих сегментов 5b, 5с, которые установлены с возможностью перемещения в радиальном направлении R посредством соответствующего исполнительного элемента 7.

Фиг.3 показывает частичный вид другого продольного разреза примера осуществления кольца 3 с камерой с уплотнительным кольцом 5, причем датчик 8, а также регулирующее устройство 10 не представлены. Во внутреннем пространстве кольца 3 с камерой расположен кольцеобразный держатель 12, с которым связаны пьезоэлектрический исполнительный элемент 7, а также пружина 11. Уплотнительное кольцо 5 теперь выполнено таким образом, что оно прилегает как к исполнительному элементу 7, так и к пружине 11. В свою очередь, исполнительный элемент 7 выполнен с возможностью приведения в действие, так что уплотнительное кольцо 5 и, таким образом, уплотнительная поверхность 5а устанавливается с возможностью смещения в радиальном относительно штока 2 направлении R. В представленном на фиг.3 примере осуществления для штока 2 уплотнительное кольцо 5 имеет уплотнительный слой 5е с лабиринтными желобками, так что предоставляется имеющая лабиринтные желобки уплотнительная поверхность 5а. Исполнительный элемент 7 предпочтительно регулируется таким образом, что между поверхностью штока 2 и уплотнительной поверхностью 5а постоянно существует небольшая щель, так что имеется щелевое уплотнение, причем лабиринтные желобки дополнительно усиливают уплотняющее действие. Все уплотнительное кольцо 5 могло бы состоять из одного и того же материала. Также уплотнительное кольцо 5, как показано на фиг.3, может состоять из основного кольца 5f, а также уплотнительного слоя 5е, причем уплотнительный слой 5 может состоять из материала, который отличается от материала основного кольца 5f. Основное кольцо 5f могло бы состоять, например, из металла, а уплотнительный слой 5е - из способного работать в условиях сухого трения материала, например, такого как полимерный материал или керамика.

Фиг.3а показывает вид спереди представленного на фиг.3 уплотнительного кольца 5, если смотреть в направлении D. Уплотнительное кольцо 5 выполнено в виде сегментированного уплотнительного кольца с радиальными щелями 5g и включает в себя три уплотнительных сегмента 5b, 5с, 5d. Фиг.3 показывает разрез уплотнительного кольца согласно фиг.3а по линии В-В. В уплотнительном сегменте 5b схематично представлен исполнительный элемент 7. Предпочтительным образом, каждый уплотнительный сегмент 5b, 5с, 5d имеет расположенный подобным образом исполнительный элемент 7. В другом варианте осуществления, как представлено у уплотнительного сегмента 5d, с каждым уплотнительным сегментом могло бы быть сопряжено два исполнительных элемента 7а, 7b, которые совместно воздействуют на уплотнительный сегмент 5d таким образом, что он имеет возможность смещения в направлении R.

В комбинации с соответствующей изобретению работающей без смазки системой 1 уплотнения могут использоваться выполненные по-разному уплотнительные кольца 5. Фиг.4а, 4b и 5а показывают соответствующий вид спереди выполненных по-разному уплотнительных колец, причем точки приложения усилия для воздействия исполнительных элементов 7, как также представлено на фиг.2а, находятся на задней стороне уплотнительных сегментов 5b, 5с, 5d и, следовательно, на представленном виде непосредственно не видны.

Уплотнительное кольцо 5 согласно фиг.4а имеет разрезы 5h, вдоль которых уплотнительные сегменты 5b, 5с, 5d установлены с возможностью смещения, чтобы перемещаться в направлении R.

Уплотнительное кольцо согласно фиг.4b имеет проходящие тангенциально относительно штока 2 разрезы 5h. Уплотнительные сегменты 5b, 5с, 5d выполнены с возможностью смещения, преимущественным образом параллельно ходу разрезов 5h в направлении R. Оба представленных на фиг.4а и 4b уплотнительных кольца 5 используются, преимущественным образом, в комбинации с закрывающим кольцом 14.

Уплотнительное кольцо 5 согласно фиг.5а состоит из трех уплотнительных сегментов 5b, 5с, 5d, которые, как представлено на фиг.5b, имеют соответственно перекрывающееся в окружном направлении место S1 стыка. Каждый уплотнительный сегмент 5b, 5с, 5d, например, как представлено ни фиг.2 или фиг.3, посредством исполнительного элемента 7 соединен с соответствующим кольцом 3 с камерой и выполнен с возможностью смещения в радиальном направлении R. Может оказаться предпочтительным снабжение уплотнительного кольца 5, как представлено на фиг.5с, окружным упругим уплотнительным кольцом 15, которое уплотняет места стыков в радиальном направлении. Для такого расположения, как представлено на фиг.1, посредством расположенного отдельно в кольце 3 с камерой уплотнительного кольца 4, не нужно никакого дополнительного расположенного рядом закрывающего кольца 14. Уплотнительное кольцо 15, как показано, может быть окружено упругой пружиной 16. Уплотнительное кольцо 5, как показано на фиг.5с и 5d, может иметь проходящие в радиальном направлении канавки 5i обратного тока, причем уплотнительное кольцо 5 расположено таким образом, что канавки 5i обратного тока обращены к представленной на фиг.2 стороне А.

Фиг.6 показывает на частичном виде другой продольный разрез примера осуществления кольца 3с с камерой с уплотнительным кольцом 5 и расположенным в кольце 3 с камерой датчиком 8, который регистрирует давление внутри кольца 3 с камерой. В кольце 3 с камерой расположен выполненный в виде электромагнита с обмоткой исполнительный элемент 7. Уплотнительное кольцо 5, аналогично представленному на фиг.2а, выполнено в виде сегментированного кольца, состоящего из трех уплотнительных сегментов 5b, 5с, 5d. Каждый уплотнительный сегмент 5b, 5с, 5d соединен с металлическим намагничивающимся держателем 13. Посредством приведения в действие исполнительного элемента 7 каждый уплотнительный сегмент индивидуально смещается в радиальном направлении R так, что регулируется ширина S щели. Фиг.6 показывает с левой стороны другой датчик 8, который расположен в левом, представленном только в виде намека, кольце 3 с камерой. Оба датчика 8, а также исполнительные элементы 7 соединены посредством линий 10а, 10b с регулирующим устройством 10. В представленном примере осуществления в качестве управляющего параметра с помощью датчика 8 регистрируется давление в кольце 3 с камерой, а положение уплотнительных сегментов 5b, 5с, 5d регулируется, например, таким образом, что в соседних кольцах 3 с камерой устанавливается предварительно заданная номинальная разность давления или не превышается предварительно заданная номинальная разность давления.

Фиг.7. показывает цельное уплотнительное кольцо 5 с перекрывающимися местами 5i, 5к стыков. Фиг.7а представляет эти места 5i, 5к стыков, а также щель S1 на виде сбоку, если смотреть в направлении F. Уплотнительное кольцо 5 окружено кольцеобразным или трубчатым исполнительным элементом 7, периметр окружности которого имеет возможность регулируемого удлинения или соответственно укорачивания, например, пьезоэлектрически, так что уплотнительная поверхность 5а уплотнительного кольца 5, в свою очередь, претерпевает смещение в радиальном относительно штока 2 направлении R, так что ширина S щели также может регулироваться или изменяться. Электрически линии 10b служат для регулирования пьезоэлектрического исполнительного элемента 7.

Все уплотнительные кольца 5 работающей без смазки системы 1 уплотнения предпочтительным образом имеют, по меньшей мере, по одному исполнительному элементу 7. Если уплотнительное кольцо 5 состоит из уплотнительных сегментов 5b, 5с, 5d, то каждое уплотнительное кольцо предпочтительным образом имеет собственный исполнительный элемент 7 для каждого уплотнительного сегмента 5b, 5с, 5d. Предпочтительным образом, регулирующее устройство 10 регулирует все исполнительные элементы 7 работающей без смазки системы 1 уплотнения, причем регулирующее устройство 10 регистрирует данные множества расположенных в работающей без смазки системе 1 уплотнения датчиков 8.

Исполнительные элементы 7, наряду с представленным, работающим на электрической энергии вариантом осуществления, могли бы также быть выполнены так, чтобы иметь возможность приведения в действие от энергии потока, например, пневматически или гидравлически, для того чтобы осуществлять возвратно-поступательное перемещение. Установочный ход или соответственно осуществляемый исполнительным элементом 7 ход смещения в радиальном направлении R обычно находится в диапазоне от нескольких десятых миллиметра до приблизительно миллиметра.

В качестве датчика 8 подходит множество датчиков. Для измерения расстояния между штоком 2 и уплотнительными сегментами 5b, 5с, 5d подходит, например, индуктивный датчик перемещений.

Температура штока служит в качестве индикатора производимой системой уплотнения теплоты трения. В возможном способе регулирования при увеличении температуры штока расстояние между уплотнительным кольцом 5 и штоком 2 незначительно увеличивается до тех пор, пока температура вновь не уменьшится. Измерение температуры штока может осуществляться, например, вследствие контактного измерения посредством контактного башмака, однако предпочтительным образом измерение осуществляется бесконтактно, например, с помощью инфракрасного датчика или с помощью расположенного на штоке 2 датчика, данные от которого передаются бесконтактно. Также может оказаться предпочтительным измерение массового потока в выпуске 6 для газовых утечек. Исполнительные элементы 7, например, могли бы регулироваться таким образом, что в выпуске 6 для газовых утечек минимальное количество газа не снижается ниже заданного значения.

В противоположность к представленному на фиг.2b пассивному закрывающему кольцу 14 закрывающее кольцо 14 также могло бы быть выполнено в виде активного, выполненного с возможностью регулирования закрывающего кольца 14, например, также, как представленное на фиг.3а уплотнительное кольцо 5. Таким образом, уплотнительное кольцо 5 и выполненное с возможностью регулирования закрывающее кольцо 14 могли бы быть совместно расположены, находясь рядом друг с другом в кольце 3 с камерой, вследствие чего, например, представленные на фиг.2 и фиг.3 системы для регулирования соответствующего уплотнительного кольца 5 совместно располагаются внутри кольца 3 с камерой, причем представленное на фиг.3 уплотнительное кольцо 5 осуществляет функцию закрывающего кольца 14, располагаясь таким образом, что места 5g стыков уплотнительного кольца 5 перекрываются так, что уплотнительное и закрывающее кольцо 5, 14 расположены рядом друг с другом и выполнены с возможностью индивидуального регулирования посредством соответствующего исполнительного элемента 7.

В предпочтительном способе эксплуатации уплотнительное кольцо 5 могло бы регулироваться в первой фазе эксплуатации таким образом, что уплотнительные поверхности 5а прилегали бы к штоку 2, вследствие чего уплотнительные поверхности 5а прирабатываются (изнашиваются) к (по) штоку 2 и за счет этого принимают форму штока 2. Во второй фазе эксплуатации уплотнительное кольцо могло бы регулироваться таким образом, что между уплотнительными поверхностями 5а и штоком 2 существует ранее описанная щель. Поскольку во второй фазе эксплуатации форма уплотнительных поверхностей 5а подогнана (приспособлена) к форме штока 2, то ранее описанная щель может удерживаться очень незначительной, так что в направлении продольной оси штока 2 имеется лишь незначительная утечка.

Изобретение относится к уплотнительной технике. Работающая без смазки система уплотнения штока для уплотнения установленного подвижно в продольном направлении штока включает в себя, по меньшей мере, одно уплотнительное кольцо с уплотнительной поверхностью, исполнительный элемент, датчик, а также кольцо с камерой, внутри которого расположено уплотнительное кольцо. Исполнительный элемент относительно уплотнительного кольца имеет такое активное соединение, что уплотнительная поверхность выполнена с возможностью радиального смещения относительно штока и при этом исполнительный элемент выполнен с возможностью регулирования в зависимости от зарегистрированного датчиком измеряемого параметра. Изобретение повышает надежность уплотнения. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Работающая без смазки система (1) уплотнения штока для уплотнения установленного подвижно в продольном направлении штока (2), включающая в себя, по меньшей мере, одно уплотнительное кольцо (5) с уплотнительной поверхностью (5а), исполнительный элемент (7), датчик (8), а также кольцо (3) с камерой, внутри которого расположено уплотнительное кольцо (5), причем исполнительный элемент (7) относительно уплотнительного кольца (5) имеет такое активное соединение, что уплотнительная поверхность (5а) выполнена с возможностью радиального относительно штока (2) смещения и, при этом исполнительный элемент (7) выполнен с возможностью регулирования в зависимости от зарегистрированного датчиком (8) измеряемого параметра.

2. Система уплотнения штока по п.1, отличающаяся тем, что в продольном направлении штока (2) расположено множество колец (3) с камерой, причем внутри, по меньшей мере, двух колец (3) с камерой расположены уплотнительное кольцо (5) и исполнительный элемент (7).

3. Система уплотнения штока по п.1, отличающаяся тем, что кольцо (3) с камерой имеет проходящую перпендикулярно к продольному направлению штока (2) контактную поверхность (3b, 3c).

4. Система уплотнения штока по п.1, отличающаяся тем, что уплотнительное кольцо (5) выполнено в виде сегментированного уплотнительного кольца (5), включающего в себя множество уплотняющих сегментов (5b, 5c, 5d).

5. Система уплотнения штока по п.4, отличающаяся тем, что с каждым уплотнительным сегментом (5b, 5c, 5d) сопряжен, по меньшей мере, один отдельный исполнительный элемент (7).

6. Система уплотнения штока по п.1, отличающаяся тем, что уплотнительное кольцо выполнено цельным.

7. Система уплотнения штока по п.6, отличающаяся тем, что кольцеобразный или трубчатый исполнительный элемент (7) в окружном направлении окружает уплотнительное кольцо (5).

8. Система уплотнения штока по п.1, отличающаяся тем, что исполнительный элемент (7) выполнен в виде пьезоэлектрического или магнитострикционного элемента.

9. Система уплотнения штока по п.1, отличающаяся тем, что исполнительный элемент (7) выполнен с возможностью приведения в действие посредством текучей среды.

10. Система уплотнения штока по п.1, отличающаяся тем, что датчик (8) закреплен на уплотнительном кольце (5).

11. Система уплотнения штока по п.1, отличающаяся тем, что уплотнительная поверхность (5а) имеет лабиринтные желобки.

12. Способ уплотнения установленного подвижно в продольном направлении штока (2) посредством работающей без смазки системы (1) уплотнения штока, включающей в себя уплотнительное кольцо (5) с уплотнительной поверхностью (5а), отличающийся тем, что уплотнительное кольцо (5) установлено с возможностью смещения с помощью исполнительного элемента (7) в радиальном относительно штока (2) направлении (R), причем уплотнительное кольцо (5) смещают так, что положение уплотнительной поверхности (5а) относительно штока (2) регулируемо изменяется в зависимости от управляющего параметра.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два, а предпочтительно все уплотнительные кольца (5) регулируют таким образом, что положение их уплотнительных поверхностей (5а) может изменяться относительно штока (2).

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве управляющего параметра используют расстояние между уплотнительным кольцом (5) и штоком (2) и/или температуру штока (2) и/или разность давления между двумя уплотнительными кольцами (5).

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что положение уплотнительных поверхностей (5а) двух расположенных дистанцированно друг от друга в продольном направлении штока (2) уплотнительных колец (5) регулируют таким образом, что падение давления над уплотнительным кольцом (5) находится внутри предварительно заданного диапазона значений.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что положение уплотнительных поверхностей (5а) регулируют таким образом, что над каждым выполненным с возможностью регулирования уплотнительным кольцом (5) возникает, по существу, одно и то же падение давления.

17. Компрессор с сухим ходом, включающий в себя систему (1) уплотнения штока по п.1.