Уплотнительное устройство Российский патент 2024 года по МПК F16J1/00 

Изобретение относится к устройствам для уплотнения двух концентрично расположенных поверхностей, и может применяться в области машиностроения, в частности, для уплотнения поршней, плунжеров и штоков объемных машин, например, насосов, а также вращающихся валов.

Известен поршень, содержащий сердечник с цилиндрическим буртом, как минимум, одну сменную манжеты, установленную между буртом и упорным кольцом (см. патент на полезную модель №189595, F04B 53/14, F16J 1/01, опуб. 28.05.2019, бюл. №16).

Недостатком известного устройства является недостаточный ресурс работы вследствие вероятности защемления опорной части манжеты в зазор между буртом и уплотняемой поверхностью, что может привести к отрыву манжеты.

Известен поршень, содержащий металлический сердечник с цилиндрическим буртом, как минимум, одну сменную резиновую манжеты, защитное кольцо, установленное между буртом и манжетой, при этом взаимодействующие между собой поверхности манжеты и кольца выполнены коническими (патент РФ №2050491, МПК F16J 1/00, опуб. 20.12.1995).

Оснащение поршня защитным кольцом из неметаллического материала снижает контактное давление в опорной части манжеты.

Недостатком известного устройства является недостаточный ресурс работы вследствие защемления опорной части манжеты в увеличивающийся зазор между защитным кольцом и уплотняемой поверхностью в процессе работы.

Известно уплотнительное устройство для уплотнения двух концентрично расположенных поверхностей, содержащее установленные в сердечнике или обойме между буртами, как минимум, один уплотнительный элемент и защитное кольцо, при этом взаимодействующие между собой торцевые поверхности кольца и бурта выполнены коническими, защитное кольцо выполнено разрезным из неметаллического материала с твердостью, превышающим твердость материала манжеты (см. кн.: Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т. 3, - м,: Машиностроение, 1978, с. 199-202), которое принято за прототип.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение ресурса уплотнительного устройства путем исключения защемления торцевой части уплотнительного элемента в зазор между защитным кольцом и уплотняемой поверхностью.

Решение указанной задачи достигается тем, что в уплотнительном устройстве для герметизации двух концентрично расположенных цилиндрических поверхностей, содержащем установленные в сердечнике или обойме между буртами, как минимум, один уплотнительный элемент и защитное кольцо, при этом взаимодействующие между собой торцевые поверхности кольца и бурта выполнены коническими, защитное кольцо выполнено разрезным из неметаллического материала с твердостью, превышающим твердость материала манжеты, согласно техническому решению, оно снабжено дополнительным защитным кольцом, размещенным между уплотнительным элементом и защитным кольцом, в средней части взаимодействующих между собой торцевых поверхностях колец выполнены зеркальные кольцевые канавки с образованием замкнутой кольцевой полости, в которой размещено ответно выполненное разрезное пружинное кольцо с возможностью постоянного прижатия колец к уплотняемой поверхности.

Стыки разрезных колец и пружинного разрезного кольца расположены с равным угловым расстоянием между собой.

Уплотнительное устройство для герметизации двух концентрично расположенных поверхностей иллюстрируется чертежами:

на фиг. 1 изображен общий вид поршня, насаженного на шток;

на фиг. 2 - уплотнительное устройство плунжера или вращающегося

вала.

Уплотнительное устройство, например, поршень, содержит насаженный на шток 1 сердечник 2 с буртом 3. На сердечник 2 последовательно насажены защитные кольца 4 и 5, уплотнительная манжета 6, упорное кольцо 7 и упор 8. Упор 8 выполнен, например, в виде разрезного пружинного кольца, установленного на кольцевой канавке сердечника 2.

Взаимодействующие между собой торцевые поверхности кольца 4 и бурта выполнены коническими. В средней части взаимодействующих между собой торцевых поверхностях колец 4 и 5 выполнены зеркально расположенные кольцевые углубления 9 и 10, например, в виде торовой поверхности с образованием замкнутой полости 11. Сечение полости 11 представляет собой окружность, и в ней размещено ответно выполненное разрезное пружинное кольцо 12 круглого сечения. Наружный диаметр пружинного кольца 12 в ненагруженном состоянии больше максимального диаметра полости 11 круглого сечения.

Защитные кольца 4 и 5 выполнены из неметаллического материала, твердость которого больше твердости материала манжеты 6.

Сердечник 1 установлен между упорами 13 и 14, выполненными, например, в виде бурта штока 1 и гайки.

Поршень со штоком 1 установлен в цилиндре 15, например, поршневого насоса (на фиг. не показан) с образованием рабочей полости 16.

Сердечник 2 снабжен, например, уплотнительным элементом 17 для герметизации зазора между ним и штоком 1.

Стыки разрезных колец 4, 5 и пружинного разрезного кольца 12 могут быть расположены с равным угловым расстоянием между собой.

Уплотнительное устройство плунжера или вала (на фиг. не показаны) содержит установленные последовательно на обойме 18 (фиг. 2) с цилиндрическим выступом 19 упорное кольцо 20, манжету 6, защитные кольца 5 и 4, нажимное кольцо 21 и упор 22, выполненный, например, в виде гайки.

В средней части взаимодействующих между собой торцевых поверхностях колец 4 и 5 выполнены зеркально расположенные, например, кольцевые прямоугольные в сечении, канавки 23 и 24 с образованием замкнутой кольцевой полости 25. В полости 11 размещено ответно выполненное разрезное пружинное кольцо 26 прямоугольного сечения. Внутренний диаметр кольца 26 в ненагруженном состоянии меньше минимального диаметра полости 11.

Стыки разрезных колец 4, 5 и пружинного разрезного кольца 26 могут быть расположены с равным угловым расстоянием между собой.

Уплотнительное устройство, например, поршень, в составе объемного насоса, работает следующим образом.

При сборке поршня посадка разрезного пружинного кольца 12 в кольцевую канавку 9, и далее размещение кольца 12 в полости 11 при насадке кольца 5 вплотную к кольцу 4 обеспечивает небольшое радиальное перемещение колец 4 и 5. После размещения поршня со штоком 1 в цилиндре 15 кольца 4 и 5, как и передняя часть манжеты 6, плотно прилегают к уплотняемой поверхности цилиндра 15. Вследствие этого исключается вероятность защемления тыльной части манжеты 6 в зазор.

В процессе эксплуатации происходит износ уплотняемой поверхности манжеты 6 и колец 4, 5. Постоянное прижатие колец 4 и 5 к поверхности цилиндра 15 под действием разрезного пружинного кольца 12 исключает образованием зазора между кольцами 4, 5 и цилиндром 15.

При расположении стыков защитных колец 4, 5 и пружинного кольца 12 с равным угловым расстоянием обеспечивается более равномерное распределение контактного давления между поверхностями колец 4,5 и уплотняемой поверхностью.

Работа уплотнительного устройства для уплотнения плунжера, штока или вала (фиг. 2) осуществляется аналогичным образом.

Вследствие того, что внутренний диаметр кольца 26 в ненагруженном состоянии меньше минимального диаметра полости 25 прямоугольного сечения, при оснащении указанным устройством плунжера или вала (на фиг. не показаны), кольца 4 и 5 всегда прижаты к уплотняемой поверхности. Предотвращение зазора между поверхностями колец и уплотняемой поверхностью исключает вероятность защемления торцевой части манжеты 6 в зазор.

Таким образом, предлагаемое уплотнительное устройство позволяет повысить ресурс работы вследствие исключения возможности защемления тыльной части манжеты в зазор.

Изобретение относится к устройствам для уплотнения двух концентрично расположенных поверхностей и может применяться в области машиностроения, в частности, для уплотнения поршней, плунжеров и штоков объемных машин, например насосов, а также вращающихся валов. Уплотнительное устройство содержит установленные в сердечнике, ограниченном с одной стороны буртом, или обойме между двумя буртами по меньшей мере один уплотнительный элемент и защитное кольцо, при этом взаимодействующие между собой торцевые поверхности кольца и бурта выполнены коническими, причем защитное кольцо выполнено разрезным из неметаллического материала с твердостью, превышающей твердость материала уплотнительного элемента. С другой стороны уплотнительного элемента установлено упорное кольцо с упором, а уплотнительное устройство снабжено дополнительным защитным кольцом, размещенным между уплотнительным элементом и защитным кольцом, в средней части взаимодействующих между собой торцевых поверхностей колец выполнены зеркальные кольцевые канавки с образованием замкнутой кольцевой полости, в которой размещено ответно выполненное разрезное пружинное кольцо с возможностью постоянного прижатия колец к уплотняемой поверхности. Стыки разрезных колец и пружинного разрезного кольца могут быть расположены с равным угловым расстоянием между ними. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Уплотнительное устройство для двух концентрично расположенных цилиндрических поверхностей, содержащее установленные в сердечнике, ограниченном с одной стороны буртом, или обойме между двумя буртами по меньшей мере один уплотнительный элемент и защитное кольцо, при этом взаимодействующие между собой торцевые поверхности кольца и бурта выполнены коническими, причем защитное кольцо выполнено разрезным из неметаллического материала с твердостью, превышающей твердость материала уплотнительного элемента, отличающееся тем, что с другой стороны уплотнительного элемента установлено упорное кольцо с упором, а уплотнительное устройство снабжено дополнительным защитным кольцом, размещенным между уплотнительным элементом и защитным кольцом, в средней части взаимодействующих между собой торцевых поверхностей колец выполнены зеркальные кольцевые канавки с образованием замкнутой кольцевой полости, в которой размещено ответно выполненное разрезное пружинное кольцо с возможностью постоянного прижатия колец к уплотняемой поверхности.

2. Уплотнительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что стыки разрезных колец и пружинного разрезного кольца расположены с равным угловым расстоянием между ними.