Подвижное уплотнительное устройство штока с металлической самоуплотняющейся манжетой Советский патент 1987 года по МПК F16J15/08 

Изобретение относится к машиностроению, к уплотнениям штоков металлической манжетой, работающих при высоком давлении уплотняемой среды в широком диапазоне температур и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1198302.

Цель изобретения повьшение надежности уплотнительного устройства путем снижения напряжений во внутреннем усе манжеты.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - то же, вариант.

Устройство (фиг.1) содержит корпус 1 с гнездом 2., в котором установлена манжета 3 подвижного штока (или ползуна) 4, имеющего возможност возвратно-поступательного перемещения вдоль оси устройства и фиксатора 5 манжеты.

В гнезде 2 выполнена кольцевая .проточка 6. Манжета 3, разделяющая между собой полости 7 и 8 с различными средами, давлениями и температурами, имеет внутренний ус 9, внешний ус 10 и опорно-центрирующий хвостовик 11 с кольцевым приливом 12, по внутреннему диаметру которого происходит посадка манжеты 3 в кольцевую проточку б гнезда 2. На наружной поверхности уса 10 выполнен кольцевой опорный бурт 13, Ус 10 выполнен коническим и имеет на конце .торовую уплотнительную поверхность 14. Упругий ус 9, контактирующий со штоком 4 выполнен более толстым и длинным, чем ус 10, и от хвостовика 11 до примерно середины длины имеет форму ци- 40 перемещение уса 9 при захолаживании

линдра, а далее плавно утоняется по конусу. На конце уса 9 предусмотрен выступ 15 в форме торового сегмента с уплотнительной поверхностью 16, по которой манжета 3 контактирует с заданным натягом со штоком 4.

Выступание выступа 15 относительно внутренней цилиндрической поверхности уса 9 определяет зазор 17 между

штоком 4 и усом 9. Длина уса 9 выпол- 50 с которого начинают утонять ус, опренена больше длины уса 10 на величину

заходной фаски в корпусе 1 и толщину

фиксатора 5. Поверхность штока 4 на

участке взаимодействия с выступом 15

выполнена с малой конусностью.

Шток 4 установлен относительно корпуса 1 с зазорами 18 и 19.

Манжета может быть выполнена с цит линдрическим наружным усом 20 (фиг.2),

деляется прочностным расчетом, выполняемым с учетом воздействия на ус 9 всех статических и динамических нагрузок. Согласно расчетам, проведен- 55 ным для конкретной манжеты, используемой в стояночном уплотнении, максимально напряженным от воздействия всех нагрузок является сечение примерно в середине уса 9. В этом случае

на котором выполнен торовыи выступ 21 .

Устройство работает следующим образом.

На уплотнительных поверхностях 14 и 16 манжеты 3 при ее монтаже -в ус т- ройство за счет обжатия усов 10 и 9 создается требуемая величина начального контактного давления, обеспечивающая герметичность при пневмоис- пытаниях (например, гелием при давлениях 10-15 кгс/см). Обжатие уса 10 для гарантированного обеспечения герметичности в неподвижном соединеНИИ манжеты 3 с корпусом 1 выбрано большим, чем обжатие уса 9 по поверхности штока 4. При этом за счет взаимодействия хвостовика 11 по внутреннему диаметру прилива 12 с поверхностью проточки 6 корпуса 1 усилие от обжатия уса 10 воспринимается корпусом 1 и не передается на ус 9, снимая тем самым с него часть нагрузки.

После подачи в устройство рабочей криогенной среды в процессе его за- холаживания в случае вьшолнения элементов устройства из разнородных материалов возникают температурные напряжения, обусловленные различными деформациями элементов из-за разности коэффициентов линейного расширения материалов. Деформации манжеты 3

воспринимаются в основном корпусом 1 и частично передаются на ус 9, с уса 10 при этом напряжения частично снимаются. Согласно расчетам, вьшол- ненным для уса цилиндрической формы.

может составлять примернсЗ половину от величины температурных деформаций незащемленного уса. Для предотвращения, увеличения контактного дав- 45 ления на уплотнительной поверхности 16 ус 9 примерно на половине длины выполнен переменной топщикы с уменьшением ее в сторону конца до наперед заданной величины. При этом сечение.

деляется прочностным расчетом, выполняемым с учетом воздействия на ус 9 всех статических и динамических нагрузок. Согласно расчетам, проведен- 55 ным для конкретной манжеты, используемой в стояночном уплотнении, максимально напряженным от воздействия всех нагрузок является сечение примерно в середине уса 9. В этом случае

от хвостовика 11 до середины длины ус 9 выполняете постоянной толгдины, а на остальное части с плавным уменьшением, не приводящим к увеличению напряжений в материале уса.

При увеличении давления среды контактное давление на уплотнитель- ных поверхностях 14 и 16 возрастает за счет эффекта самоуплотнения. Бурт 13 (фиг. 1) ограничивает деформацию тонкостенного уса 10. В то же время выступание выступа 15 относительно внутренней поверхности уса 9, а также выступание выступа 21 относительн поверхности уса 20 (фиг.2) выбраны такими, чтобы предотвратить касание этих поверхностей с ответными поверхностями штока и корпуса . при деформации усов манжеты и от воздействия рабочего перепада давления, достигающего 100 кгс/см.

При повышении давления среды до заданного значения (; 20-35 кгс/см, т.е. примерно на 1/3 Р) происходит срабатывание устройства и шток 4 пе- ремещается вдоль оси относительно уплотнительной поверхности 16. При этом за счет выполнения поверхности штока 4 на участке взаимодействия с усом 9 конической с плавным, наперед заданным уменьшением диаметра в сторону, противоположную ходу штока при срабатывании устройства, учитывающим монтажное обжатие уса 9 и величину разворота конца этого уса при захола живании устройства, деформация- внутреннего уса 9 уменьшается практически до нуля, снимая тем самым напряжение с этого уса от факторов нагруже- ния. При необходимости конусность по верхности штока может задаваться такой, чтобы обеспечить полную или час трчную компенсацию деформации уса 9 от рабочего перепада давления. Это решение принимается в зависимости от циклограммы запуска устройства с учетом допустимой величины утечки в процессе запуска и при работе устройства (при обеспечении требуемой герметичности при хранении устройства в залитом состоянии за счет начального обжатия уса 9).

При срабатывании устройства заклинивание штока 4 в корпусе 1 исключается благодаря наличию зазоров 18 и 19. Однако наличие э.тих зазоров приводит к возможности радиального перемещения штока (ползуна) 4 и к на гружению уса 9 динамическими нагрузками. Для ограничения амплитуды зтгос нагрузок зазор 18 между штоком 4 и корпусом 1 выбран меньше зазора 17 между штоком 4 и манжетой 3. В то же время для снижения суммарного напряженного состояния уса 9 необходимо снять с него другие виды нагрузки.

Формула изобретения

1. Подвижное уплотнительное устройство штока с металлической самоуплотняющейся манжетой по авт. св. № 1198302, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности уплотнительного устройства путем снижения напряжений во внутреннем усе манжеты, в корпусе выполнена кольцевая проточка, в в опорно-цент- рирующем хвостовике манжеты - кольцевой прилив, плотно охватывающая по внутреннему диаметру поверхность кольцевой проточки, при зтом внутренний ус манжеты вьтолнен переменным по толщине с уменьшением последней к выступу манжеты, а поверхность штока на длине рабочего хода выполнена с уменьшением диаметра в сторону, противо- . положную направлению рабочего перемещения штока.

2. Устройство по п. 1, о т л и- чающе е с я тем, что поверхность штока в зоне взаимодействия с усом манжеты выполнена конической.

20

фиг. 2

Изобретение относится к машиностроению и позволяет снизить напряжения в наиболее нагруженном внутреннем упругом усе манжеты, контактирующем с подвижным штоком. Это обеспечивает повышенную надежность работы устройства и агрегата в целом. Опор- но-центрирующий хвостовик It манжеты 3 снабжен кольцевым приливом 12, по внутреннему диаметру которого происходит взаимодействие манжеты с корпусом 1. Это обеспечивает снятие нагрузки с внутреннего упругого уса 9 от обжатия наружного уса 10 и частично от температурных деформаций, обусловленных разностью коэффициента линейного расширения при выполнении корпуса, например, из стали, а манжеты, например, из бронзы. Снижению напряженного состояния внутреннего уса способствует также уменьшение жесткости уса в месте контакта со штоком 4 за счет выполнения уса на части длины переменной толщины с уменьшением последней к выступу манжеты и уменьшение обжатия уса после обрабатывания устройства за счет выполнения поверхности штока на длине рабочего хода с уменьшением диаметра в сторону, противоположную направлению рабочего перемещения штока. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. i (Л f3 00 ГС со 4 N) t6 4