КОЛЬЦО УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ Российский патент 2019 года по МПК F16J15/00 

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности, к узлам уплотнения механизмов, может быть использовано в различных отраслях машиностроения для герметизации кольцевого зазора между корпусом и размещенным в нем подвижным элементом (штоком, плунжером, поршнем, валом, шпинделем), совершающим возвратно-поступательное или вращательное движение, а также для герметизации неподвижных соединений в гидравлических, пневматических и других устройствах, в процессе эксплуатации при высоких рабочих параметрах и агрессивных рабочих средах.

Известен уплотнительный узел вала центобежного насоса (патент на изобретение №2290556, опубликовано: 27.12.2006). Уплотнительный узел вала центробежного насоса включает корпус, втулку, установленную на вал насоса, опорный и нажимной элементы, размещенные в расточке корпуса и охватывающее втулку сальниковое уплотнение. Сальниковое уплотнение содержит: замыкающие кольца, выполненные из плетеной набивки из нитей терморасширенного графита и экспандированного фторопласта; теплоотводящие кольца, выполненные из чередующихся слоев терморасширенного графита и металлической фольги, расположенных перпендикулярно оси кольца; уплотнительные кольца, выполненные из слоев терморасширенного графита, расположенных параллельно оси кольца.

Недостатком известного узла уплотнения является большая площадь контакта сальникового уплотнении, при чрезмерных усилиях затяжки уплотнение становится неработоспособным.

Известен уплотнительный узел штока силового цилиндра (патент на изобретение №2546380, опубликовано: 10.04.2015). Уплотнительный узел штока силового цилиндра содержит расположенные на штоке с чередованием два набора уплотнительных колец с соответствующими ограничительными втулками, размещенные в расточке корпуса и поджатые к корпусу в осевом направлении нажимным элементом. Каждое из уплотнительных колец первого набора вставлено в соответствующую ограничительную втулку, установленную в расточке корпуса с зазором, и смонтировано на штоке герметично. Каждое из уплотнительных колец второго набора расположено на соответствующей ограничительной втулке, установленной относительно штока с зазором, и смонтировано герметично относительно корпуса. При этом каждое из уплотнительных колец первого и второго наборов сформировано из фольги из терморасширенного графита с армирующими элементами. Каждая из ограничительных втулок первого и второго наборов выполнена с возможностью ограничения соответствующего уплотнительного кольца со стороны нажимного элемента. Изобретение обеспечивает повышение герметичности уплотнительного узла штока силового цилиндра и повышение надежности уплотнительного узла.

Недостатком известного узла уплотнения является большая площадь контакта сальникового уплотнения, при чрезмерных усилиях затяжки уплотнение становится неработоспособным.

Известен уплотнительный узел подвижного соединения (патент на изобретение №2550369, опубликовано: 10.05.2015). Уплотнительный узел подвижного соединения содержит по меньшей мере одну пару манжетных уплотнений с соответствующими проставками, каждое из указанных манжетных уплотнений выполнено в виде цилиндрической втулки с продольно выступающей уплотнительной губкой и сформировано посредством спиральной навивки полосы из фольги, содержащей слой терморасширенного графита с равномерно распределенным по его ширине по меньшей мере одним расправленным углеродным жгутом, с последующей подпрессовкой в осевом направлении, манжетные уплотнения каждой пары установлены на подвижном элементе таким образом, что они прилегают одно к другому большими торцами, а их уплотнительные губки направлены в противоположные стороны, каждая из проставок выполнена в виде втулки, высота которой больше высоты уплотнительной губки соответствующего манжетного уплотнения, и установлена в углублении соответствующего манжетного уплотнения, образованного уплотнительной губкой и прилегающим к ней меньшим торцом соответствующего манжетного уплотнения, при этом указанные манжетные уплотнения с соответствующими проставками размещены в расточке корпуса и поджаты в осевом направлении нажимным элементом; на меньшем торце каждого из манжетных уплотнений выполнена кольцевая канавка, а на обращенном к нему торце соответствующей проставки выполнен кольцевой выступ с возможностью размещения в указанной кольцевой канавке соответствующего манжетного уплотнения. Уплотнительный узел подвижного соединения дополнительно снабжен по меньшей мере одной регулировочной прокладкой, расположенной в расточке корпуса.

Недостатком известного изобретения является сложность конструкции и высокие требования к уплонительным поверхностям (чистота обработки, допуски на размеры).

Известно металлическое уплотнительное кольцо (патент на изобретение №2218495, опубликовано 10.12.2003). Уплотнение выполнено из трубы, свернутой в кольцо, концы которой герметично сварены между собой. Заключенный в трубу сердечник выполнен из отдельных блоков спрессованного порошка из фольги расширенного графита, прокатанной до плотности 0,6-1,2 г/см³. Блоки сердечника установлены в металлической трубе с натягом. Поверхности кольца, контактирующие с уплотняемыми поверхностями, могут быть покрыты политетрафторэтиленом или металлом, предел текучести которого ниже предела текучести материала трубы. На поверхностях трубы, контактирующих с уплотняемыми поверхностями, выполнены кольцевые канавки с остроконечными вершинами. Канавки по их острым вершинам перекрыты уплотнительным материалом, предел текучести которого ниже предела текучести материала трубы.

Недостаток известного изобретения - высокая жесткость металлического уплотнительного кольца, требующая приложения значительных усилий при затяжке для обеспечения герметичности, а также невозможность применения для подвижных уплотнений.

Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является металлическое уплотнительное кольцо (заявка: 94040898/06, 18.11.1994. дата публикации заявки: 20.10.1996), включающее металлическую пружину и кольцеобразный металлический кожух, полностью окружающий и обхватывающий металлическую пружину, при этом образуется усиленное пружиной металлическое уплотнение в виде кольца с О-образным профилем. Металлическая пружина представляет собой спиральную пружину, а металлический кожух имеет кольцеобразную форму и U-образное поперечное сечение. Уплотнительное устройство включает уплотнительную полость и усиленное пружиной металлическое уплотнение в виде кольца с О-образным профилем способное упруго сжиматься в уплотнительной полости под сжимающей нагрузкой для уплотнения полости по крайней мере в двух участках, обладающее упругой отдачей после снятия сжимающей нагрузки.

Недостаток известного изобретения - невозможность использовать уплотнение в подвижных соединениях.

Задачей изобретения является создание кольца уплотнительного для подвижных и неподвижных соединений, повышение герметичности уплотнительного узла, повышение надежности и износостойкости уплотнительного узла, долговечности при высоких рабочих параметрах и агрессивных рабочих средах.

Поставленная задача достигается тем, что уплотнительное кольцо, упруго сжимаемое в уплотнительной полости под действием сжимающей нагрузки и после снятия сжимающей нагрузки обладающее упругой отдачей, отличается тем, что уплотнительное кольцо имеет S-образную форму и изготовлено из стали, обладающей пружинными свойствами. При сжимании кольцо, находясь между уплотнительными поверхностями, деформируясь, выбирает зазоры и тем самым обеспечивает герметичность, а наличие на поверхностях кольца эрозионностойкого, жаростойкого, износостойкого, коррозионностойкого и антифрикционного покрытия, (например, минерального покрытия), обеспечивает герметичность, надежность, низкий коэффициент трения.

Пример выполнения предлагаемого уплотнения представлен на чертежах.

На фиг. 1 представлена S-образная форма кольца.

На фиг. 2 представлено сечение уплотнительного кольца и направления деформации.

На фиг. 3 представлена схема уплотнения подвижного соединения.

На фиг. 4 представлена схема уплотнения неподвижного соединения.

Уплотнительное кольцо имеет S-образную форму. Исходным контуром S-образной формы являются два зеркально отраженных полукольца (Фиг. 1) одинакового диаметра D, смещенные относительно друг друга по вертикальной оси.

Уплотнительные кольца могут быть изготовлены из стального кольца методом обкатки по наружной и внутренней стороне с нанесением на поверхности эрозионностойкого, жаростойкого, износостойкого, коррозионностойкого и антифрикционного покрытия (например, минерального). Размеры колец и их толщина определяются допускаемой нагрузкой (упругой деформацией).

Работа кольца уплотнительного осуществляется следующим образом.

При нагружении кольца (Фиг. 2) уменьшается высота А, наружный диаметр Б увеличивается, внутренний диаметр В уменьшается, диаметры Г и Д остаются неизменными. Это свойство кольца - то, что при сжимании наружный диаметр Б увеличивается, а внутренний диаметр В уменьшается, - в сочетании с тем, что кольцо обладает упругой деформацией, позволяет использовать его как уплотнительный элемент, так как находясь между уплотнительными поверхностями, деформируясь, кольцо выбирает зазоры и обеспечивает герметичность.

Пример уплотнения штока (подвижное соединение) приведен (см. Фиг. 3).

Уплотнительные кольца 1 закладываются в камеру 2 образованную между штоком 3 и проточкой 4 крышки 5. Крышка 5 имеет бурт 6, на который опираются кольца 1. При нагружении втулкой нажимной 7 наружные диаметры колец увеличиваются и прижимаются к стенке 8 проточки 4, обеспечивая герметичность, а внутренние диаметры уменьшаются, и прижимаются к штоку 3, обеспечивая герметичность.

Незначительное пятно контакта кольца с уплотнительными поверхностями уменьшает площадь и силу трения в узле уплотнения, и соответственно, усилие на перемещение штока.

Пример уплотнения седла (неподвижное соединение) приведен (см. Фиг. 4).

Уплотнительные кольца 1 закладываются в камеру 9, образованную между корпусом 10 и седлом 11. При нагружении гайкой нажимной 12 наружные диаметры колец увеличиваются и прижимаются корпусу 10 обеспечивая герметичность, а внутренние диаметры уменьшаются и прижимаются к седлу 11, обеспечивая герметичность.

Наличие нескольких уплотнительных колец дополнительно образуют лабиринт, снижая давление на последующее кольцо и обеспечивая более высокую герметичность и надежность уплотнения.

Применение колец уплотнительных позволит использовать их как универсальное уплотнение для подвижных и неподвижных соединений, снизить площадь контакта уплотнительных поверхностей, и соответственно, уменьшить нагрузки в узле трения, повысить герметичность уплотнительного узла, надежность и долговечность при высоких рабочих параметрах и агрессивных рабочих средах.

Источники информации:

1. Описание изобретения к патенту RU №2290556 С1 «Уплотнительный узел вала центробежного насоса", опубликовано 27.12.2006.

2. Описание изобретения к патенту RU 2546380 С1 «Уплотнительный узел штока силового цилиндра», опубликовано 10.04.2015.

3. Описание изобретения к патенту RU 2550369 С1 «Уплотнительный узел подвижного соединения», опубликовано 10.05.2015.

4. Описание изобретения к патенту RU 2218495 С1 «Металлическое уплотнительное кольцо», опубликовано 10.12.2003.

5. Описание заявки на изобретение №94040898/06 «Металлическое уплотнительное кольцо», 18.11.1994. Дата публикации заявки: 20.10.1996. Прототип.

Изобретение относится к уплотнительной технике. Кольцо уплотнительное имеет S-образную форму. Исходным контуром S-образной формы являются два зеркально отраженных полукольца одинакового диаметра, смещенные относительно друг друга по вертикальной оси. Незначительное пятно контакта кольца с уплотнительными поверхностями уменьшает площадь и силу трения в узле уплотнения, а соответственно усилие на перемещение штока. Применение колец уплотнительных позволит использовать их как универсальное уплотнение для подвижных и неподвижных соединений и повысить надежность уплотнительного узла, при высоких рабочих параметрах и агрессивных рабочих средах. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Кольцо уплотнительное, упруго сжимаемое в уплотнительной полости под действием сжимающей нагрузки и после снятия сжимающей нагрузки обладающее упругой отдачей, отличающееся тем, что кольцо уплотнительное выполнено S-образной формы с возможностью герметизации кольцевого зазора между корпусом и размещенным в нем подвижным, совершающим возвратно-поступательное или вращательное движение, или неподвижным элементом.

2. Кольцо уплотнительное по п. 1, отличающееся тем, что подвижный элемент выполнен в виде штока, плунжера, поршня, вала или шпинделя.