Комбинированное уплотнение цилиндрической пары Советский патент 1983 года по МПК F16J15/32 

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнениям компрессорных машин сверхвысокого давления.

Известно комбинирующее уплотнение цилиндрической пары пред-,назначенное для работы в широком диапазоне давлений. Уплотнительные кольца разной жесткости контактируют с уплотняемой поверхностью при низких давлениях, причем жесткий элемент, охваченный противоэкструзионным кольцом, плотно , смонтирован на уплотняемой поверхности. При повышении давления до сверхвысокого менее жесткое кольцо нагружает жесткое, при этом и само с большой силой охватывает уплотняемую поверхность. Срок сЛужбы уплотнения увеличен за счет снижения экструзии и эрозии менее жесткого кольца.

Указанное комбинированное уплотнение цилиндрической пары содержит опорное антиэкструзионное кольцо, два уплотнительных кольца из полимных материалов различной жесткости., прижимное кольцо из эластичного материала и сборочное металличекое кольцо l.

Однако плотный контакт при низк давлении уплотнительного кольца из жесткого полимерного материала с уплотняемой поверхностью создает повышенное трение при низком давлении, тогда как целесообразнее снжать его.

При износе кольца из жесткого плимерного материала для сохранения его контакта.с уплотняемой поверхностью требуется радиально деформировать его, что (согласно конструкции требует значительной, осевой нагрузки (кольцо прямоугольног сечения). Из-за высокой жесткости уплотнительное кольцо неспособно на большие радиальные деформации. Так как работа уплотнения при сухо трении сопровождается значительным износом, то компенсация его и предотвращение разрушения кольца при компенсации износа имеет очень большое значение, в частности, изза повышения эрозионного износа ко ца из менее жесткого г;1атериала.

Недостаточно эффективный поджим кольца из менее жесткого материала к уплотняемой поверхности по мере износа нарушение герметичности при работе на газе. Это обусловлено сравнительно малым объемом прижимного кольца. Прижимное кольцо малого объема неспособно сохранить предварительное нагружение менее жесткого уплотнительного кольца при его износе. В случае более интенсивного сжатия посредством сборочного кольца - повышенный износ

за счет более высоких начальных нагрузок.

Трещины на кольце из жесткого по: лимерного материала, возникаквдее при дефврмациях, компенсирующих износ контактной уплотнительной поверхности. Это происходит из-за высоких модуля и прочностных свойств материала, которые однако обуслав-ливают повышенную износостойкость.

Жесткая установка опорного амтиэкструзионного .кольца повышает чувствительность к несоосности штока относительно цилиндра и обусловливает появление в работе с той или иной стороны штока незапланированных зазоров, вызывающих повышенный износ за счет экструзии.

Цель изобретения - увеличение срока службы уплотнения при работе, без смазки в широком диапазоне давлений.

Указанная цель достигается тем, что комбинированное уплотнение цилиндрической пары, содержащее o iopное антиэкструзионное кольцо, Два уплотнительных кольца из полимерных материалов различной жесткости , прижимное кольцо из упругого материала и сборочное металлическое кольцо, снабжено фторопластовой обоймой с радиальными перегородками, образующими гнезда, а уплотнительное кольцо из более жесткого полимерного материала радиально разделено на несколько, частей, размещенных в гнездах фторопластовой обоймы, при этом уплотнительные кольца различной жесткости контактируют друг с другом по конусной поверхности.

Кроме того, опорное антиэкструзионное кольцо выполнено составным из колец различного диаметра и с возмЬжностью относительных ргодиальных перемещений, при этом между кольцами установлены упругие встайки.

Целесообразно между уплотнительным кольцом из менее жесткого полимерного материала и прижимным кольцом установить металлическое кольцо треугольного сечения, причем высоты сечений металлического и прижимного колец равны и больше высоты продолжения уплотнительного кольца из менее жесткого полимерного материала, контактирующей одновременно с ними и с уплотняемой поверхностью.

При этом сборочное кольцо выполнено в виде пружинящей конусной шайбы, внутренний диаметр которой не меньше внутреннего диг№4етра прижимного кольца.

На фиг. 1 изображено комбинированное уплотнение при отсутствии давления газа, разрез; на фиг. 2 5 то же, при наличии давления газа, на

фиг. 3 - то же, под давлением газа и при наличии некоторого износа колец; на фиг, 4 - уплотнительное кольцо из жесткого полимерного мате риала; на фиг. 5 опорное -антиэкструзионное кольцо; на фиг. 6 сборочное кольцо уплотнения на фиг. 7 - разрез А-А на фиг. 6.

Комбинированное уплотнение плун-, жера 1 относительно цилиндра 2 содержит в направлении от области низкого давления к высокому опарное антиэкструзионное кольцо 3, сое,тоящее {фиг. 5) из колец 4 различного диаметра, вложенных одно в другое с зазорами, не вызывающими экструзию уплотнительного кольца, и упругими вставками 5 между колЬц ми 4. Для снижения трения с поверхностью проточки цилиндра 2 и поверхностью плунжера на соответствуй)щие поверхности кольца 3 нанесен материал с низким коэффициентом трения, например индий или фторопласт.

Устройство включает уплотнительное кольцо б треугольного сечения , из жесткого полимерного материала, например ветерана. Кольцо 6 (фиг. 4) радиально разделено на части 7 и объединено обоймой 8 из пластичного материала, например фторопласта 4. Обойма 8 имеет внешнюю конусную , стенку и от нее радиальные перёго- родки, образующие гнезда для частей 7 кольца 6.

Кроме того, устройство содержит,, металлический экран 9, например из меди.толщиной до 0,3 мм, при этом по периферии экрана выполнен козырек 10, охватывающий второе, уплотнительное кольцо 11, которое выполнено изменее жесткого, чем материал кольца б, полимерного материала , например фторопласта 4. При этом часть кольца вытянута вдоль уплотняемой поверхности в сторону высокого давления в виде ласта 12.

Уплотнительные кольца 6 и 11 контактируют по наклонной, металлическое кольцо 13 треугольного сечения, кoнтaктиpVющee с уплотнительным кольцом 11 и со стороны высокого давления с прижимным кольцом 14/ прижимное кольцо 14 из эластичного материала, например из резины. Высоты сечений Н колец 13 и 14 равны и значительно больше высоты fi ласта 12 уплотнительного кольца 11, сборочное кольцо 15 в виде пружиня -; щей конусной шайбы, установленной В конструкции уплотнения в сжатом состоянии. ,

Уплотнение работает следующим образом. .

Под действием силы упругости от прижимного кольца 14 нагружается ласт 12, что обеспечивает его начальное контактное давление с упло.

няемой поверхностью при низком давлении. При увеличении давления газа прижимное кольцо деформируется в пределах упругости, уплотняя поверхность проточки цилиндра 1 и нагружая ласт 12 до необходимого контактного давления с плунжером 1. при этом кольцо 14 перемещается подобно поршню, нагружая через кольца 13 и 11 уплотнительное кольцо б. При дальнейшем увеличении давления

0 газа обойма 8 кольца 6 деформиру- . ётся в пределах упругости фторопласта, затем части.7 кольца б охватывают плунжер с соответствующим контактным давлением, при котором прояв

5 ляется функция уплотнения.

По мере износа кольца б от эрозии и трения фтороп.ласт обоймы 8 выдавливается и уносится плунжером в-виде продуктов износа. Расстоя0ние между частями кольца 6 уменьшается по мере износа и оно всегда плотно охватывает плунжер, обеспечивая требуемое контактное давление что предохраняет кольцо 11 от эро5зионного износа и экструзионного разрушения. Износ от трения кольца 11 компенсируется пластической деформацией материала кольца. Ввиду того , что износ от трения эрозии и экструзии существенно уменьшен, то

0 срок службы уплотнения определяется длительностью работы кольца б из жесткого полимерного материала. А конструкция и материал кольца б допускают его длительную работоспо5собность при значительных износах.

Экран по достижении некоторого давления среды предохраняет выдавливание материала кольца 11 между частями и по периферии кольца б. По

0 мере износа последнего козырек 10 своего положения не.изменяет, а остальная часть экрана прилегает к нижележащей поверхности (фиг. 3. Это обеспечивает минимальный его

5 зазор с плунжером в, процессе длите,льной работы.

Металлическое кольцо 13 создает совместно с кольцом б наиболее целесообразную для самокомпенсации износа форму кольца 11, улучшает

0 теплоотвод и формирует полость для прижимного кольца с острым угпам со стороны ласта 12. При деформировании прижимного кольца 14 в такой полости большее усилие реали5зуется на создание контактного давления .

Шайба 15 в процессе износа уплотнительных колец следит за прижимным кольцом, чем обеспечивается силовая нагрузка и взаимное осевое расположение элементов уплотнения, а также теплозащита прижимного кольца.

Опорное кольцо ввиду радиальной подвижности сохраняет с плунжеЕюм постоянный эазор.

Технико-экономическая эффективно.сть предлагаемого устройства заключается в повышении надежности и ресурса уплотнения, уменьшении работ по ремонту и обслуживанию компрессора:, возможности работы со

средами, для которьлх отсутствие масел - условие техники безопасности, исключении нагара в узлах и трубопроводах при длительной работе, и как следствие , повышении взрывобезопасности установки.

1. КОМБИНИРОВАННОЕ УПЛОТ НИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПАРЫ, содержаще опорное антиэкструзионное кольцо, два уплотни тельных кольца из полимерных материалов различной жест кости,, прижимное кольцо из упругого материала и сборочное металлическое кольцо, отличающее с я тем, что, с целью увеличения срока службы без смазки в широком диапазоне давлений, уплотнение сна жено фторопластовой обоймой с радиальными перегородками, образующими гнезда, а уплотнительное коль цо из более жесткого полимерного материала радиально разделено на несколько частей, размещенных в гнездах фторопластовой обоймы, при fff этом уплотнительные кольца различной жесткости контактируют друг с другом по конусной поверхности. 2.Уплотнение по п. 1, о т л и чающееся тем, что опорное антиэкструзионное кольцо выполнено составным из колец различного диаметра и с возможностью относитель- ных радиальных перемещений, при этом между кольцами установлены упругие вставки. 3.Уплотнение по п. 1, о т л и ч ающе е ся тем, что между уплотнительным кольцом из менее жесткого полимерного материала и прижимным кольцом установлено металлическое кольцо треугольного сечения, причем высоты сечений металлического и прижимного колец равны и больше высоты продолжения уплотнитель ного кольца из менее жесткого полимерногоч материала, контактирующей одновременно с ними и с уплотняемой -поверхностью. 4.Уплотнение по п. 3, о т л ич.ающееся тем, что сборочное кольцо выполнено в виде пружинящей конусной шайбы, внутренний диаметр которой не меньше внутреннего диаметра прижимного кольца.

S Фи2.3

15

A-A

Фиг. 7