Уплотнение для подвижных соединений Советский патент 1992 года по МПК F16J15/16 

Изобретение относится к уплотнитель- ной технике и может быть использовано для герметизации соединений элементов обо- рудования.аботающего при высоких температурах и давлениях рабочей среды, преимущественно для герметизации поршня силопередающего болта при взвешивании цилиндра паровой турбины.

Целью изобретения является повышение надежности уплотнения путем снижения силы трения.

На фиг.1 представлено уплотнение в разрезе; на фиг.2 - физическая модель уплотняемого элемента.

В цилиндре 1 силоизмерительного болта, уплотняемая полость 2 которого заполнена рабочей жидкостью, размещены крышка 3, уплотняющая среда 4 и поршень 5. Уплотняемые детали цилиндр 1, поршень 5 и крышка 3 образуют запирающий участок в виде кольцевого зазора. В зонах сопряжения уплотняющей среды 4 с уплотняемыми поверхностями установлены кольцевые ограничители, выполненные в виде упругих колец 6. Кольца 6 установлены 1 соответствующих пазах крышки 3 и поршня 5 с натягом. Крышка 3 выполнена с центральным цилиндрическим выступом 7, входящим в соответствующую проточку 8 в поршне 5. Для соединения проточки 8 с атмосферой служит канал 9. Поршень 5 опирается на опорный элемент 10.

Уплотняющая среда 4 представляет собой пасту из мелкозернистого наполнителя с частицами 5-20 мкм и смачивающей его жидкости. Мелкозернистый наполнитель в виде порошка, например графитового, перешивается с жидкостью, например касторовым маслом, до консистенции, соответствующей густому тесту, и при сборке закладывается между поршнем 5 и крышкой 3. Жидкость используемая в уплотняющем элементе, должна хорошо смачивать наполнитель и уплотняемые поверхности, но при этом не смачиваться и не взаимодействовать с рабочей жидкостью. Заполняющей полость 2 цилиндра 1. Герметизирующие свойства элемента 4 поясняются при помощи физической модели. Рабочая жидкость 11 контактирует с твердой фазой 12 уплотняющей среды 4 - мелкозернистым наполнителем и жидкой фазой 13, несмачивающей наполнитель жидкостью. Физическая модель уплотняющей среды 4 может быть представлена в виде параллельных капилляров в твердом теле.

Уплотнение работает следующим образом.

Под действием нагрузки на цилиндр 1 давление рабочей жидкости в уплотняемой

полости 2 возрастает. Уплотняющая среда 4, размещенная в кольцевом зазоре, образованном цилиндром 1, поршнем 5 и крышкой 3 и представляющая собой пасту из

мелкозернистого наполнителя твердой фа- зы 12 и смачивающей его жидкости, жидкой фазы 13, препятствует утечке рабочей жидкости через зазор между уплотняемыми деталями. При этом герметичность обеспечивается за счет сил поверхностного натяг жения Опн, направленных против действия давления Р уплотняемой среды. В изображенной на фиг.2 модели перемещение столбов жидкости в капиллярах не начнется до

тех пор, пока

ДРн

4 г cos v

где А РИ - перепад давлений между верхней соприкасающейся с рабочей жидкостью 11 и нижней плоскостями, ограничивающими уплотнительную среды 4;

т - коэффициент поверхностного натяжения;

v - краевой угол смачивания; do - диаметр капилляра, в основном определяемый размером твердых частиц. Лри использовании в качестве смачивающей твердую фазу 12 жидкости 13 неньютоновской жидкости, например касторового масла, против сил давления действуют и силы Qc, обусловленные конечной величиной модуля сдвига у такой жидкости. В первом

приближении эти силы пропорциональны поверхности стенок капилляра, соприкасающейся с неньютоновской жидкостью. Перепад давления на капилляре ДРС в неньютоновской жидкости при условии отсутствия протечки и равенстве сил поверхностного натяжения определяется как

АРС

41

Гс,

где I - длина капилляра;

гс - коэффициент, зависящий от модуля сдвига неньютоновской жидкости,

При совместном действии сил поверхностного натяжения и сил, обусловленных природой неньютоновской жидкости в жидкой фазе 13 уплотняющей среды 4, избыточное давление, которое может выдержать уплотняющий элемент без протечки, равно

Р -1- ( Г + ТС I ) Оо

Допустимый перепад давлений в уплотняющей среде 4, состоящей из твердой фазы 12 и жидкой фазы 13 со свойствами неньютоновской жидкости, всегда больше, чем в . такой же среде, но со свойствами ньютоновской жидкости. Использование в уплотняющей среде 4 в качестве жидкой фазы неньютоновской жидкости, модуль сдвига которой увеличивается с давлением, позволяет еще больше увеличить допустимый перепад давлений на уплотняющую среду 4, без возникновения протечек в уплотнении, поскольку с увеличением давления возрастает величина тс и, следовательно, давление Р среды 11. Кроме сформулированного выше условия обеспечения герметизации посредством описанного уплотнения, долж- но быть соблюдено и второе необходимое условие: давление уплотняющей среды 4, как изотропного тестообразного материала- на уплотняемую поверхность, должно быть всегда выше давления уплотняемой рабо- чей жидкости в уплотняемой полости 2.

Упругие кольца 6 предотвращают выдавливание твердых частиц уплотняющей среды 4 в область низкого давления. В качестве материала длля упругих колец может быть использована бронза, графит, а при давлениях до 120 МПа - плексиглас, гети- накс и т.п.

Уплотняемые поверхности, соответственно внутренняя поверхность цилиндра 2

и цилиндрическая поверхность выступа 7 крышки 3, а также поверхности упругих колец 5, соприкасающиеся с уплотняемыми поверхностями, должны быть обработаны таким образом, . чтобы их средняя шероховатость составляла 0,5-1,0 характерного размера частиц. Соотношение площадей поперечного сечения уплотняющей среды 4 и поршня 5 составляет 0.80...0,95. При этом обеспечиваются хорошие герметизирующие свойства уплотнения при толщине уп- лотнительного слоя 1-3 мм.

Цилиндрический выступ 7 крышки 3, проточка 8 в поршне 5 обеспечивают правильную сборку конструкции уплотнения, Формула изобретения Уплотнение для подвижных соединений, содержащее уплотняемые детали, образующие между собой уплотняемую полость и запирающий участок в виде кольцевого зазора, и размещенную в них уплотняющую фазу из смеси мелкозернистого твердого наполнителя со смачивающей его жидкостью, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности уплотнения путем снижения силы трения, в качестве смачивающей жидкости использована неньютоновская жидкость с модулем сдвига, не уменьшающимся при увеличении давления уплотняемой среды.

Изобретение относится к уплотнитель- ной технике и может быть использовано для герметизации соединений элементов оборудования, работающего при высоких температурах и давлениях рабочей среды. Целью изобретения является повышение надежности уплотнения путем снижения силы трения. Под действием нагрузки на цилиндр 1 давление рабочей жидкости в уплотняемом полости 2 возрастает. Уплотняющая среда 4, размещенная в кольцевом зазоре, образованном цилиндром 1, поршнем 5 и крышкой 3, представляющая собой пасту из мелкозернистого наполнителя и смачивающей его неньютоновской жидкости, препятствует утечке рабочей жидкости из уплотняемой полости 2 через зазор между уплотняемыми деталями. Неньютоновские свойства жидкости при увеличении давления уплотняемой среды в полости 2 усиливают запирающие свойства уплотняющей среды 4 и препятствуют утечкам в уплотнении. 2 ил. СО с vj СЛ сл СЛ ю

/ uw- /-Ч/7 - : .:

13

Редактор Т.Лошкарева

Составитель Е.Ефимов Техред М.Моргентал

Фиг. 2

Корректор С.Черни