Уплотнительное устройство высокого давления для поворотных соединений Советский патент 1992 года по МПК F16J15/16 

сл С

Сущность изобретения: осевой канал стержня переходит в радиальное отверстие в средней части трубчатого корпуса. Втулка, взаимодействующая с корпусами, установлена на стержне с возможностью относительного вращения. Наружная поверхность втулки выполнена ступенчатой с образованием двух симметричных гильзовых выступов по торцам. Между выступами во втулке выполнено радиальное отверстие. На каждом выступе установлено резиновое кольцо и стаканообразная втулка из деформируемого материала, пропитанного смазкой, контактирующая донной перемычкой со стержнем и поджатая к уплотнительному кольцу. Все радиальные отверстия сообщены между собой. 1 ил.

Изобретение относится к уплотнитель- ной технике для высоких давлений и может быть использовано в конструкциях поворотных устройств технологических установок высокого давления (400 М Па) для резки материалов струей воды. Эти устройства обеспечивают передачу жидкости под давлением к перемещающемуся соплу, т.е. обеспечивают координатное перемещение сопла в процессе резания с минимальными потерями на трение.

Известна конструкция устройства (см. А.С. СССР № 1513272, кл. F16 J 15/28,1986), обеспечивающая подачу жидкой рабочей среды к вращающимся деталям. Она состоит из трубчатого корпуса с радиальным отверстием в средней части, из расположенного в нем с возможностью вращения стержня с осевым каналом и радиальным отверстием в средней части, и втулку, взаимодействующую со стержнем

через промежуточный элемент и выполненную с радиальным отверстием.

Это уплотнительное устройство обладает хорошими эксплуатационными характеристиками при его использовании при низких давлениях. Однако, уплотнения давлений свыше 1,0. МПа оно не обеспечивает.

Известна также конструкция уплотни- тельного устройства высокого давления для поворотного (вращающегося) соединения (см. патент Швеции № 158814. 47 f 23. 1953 г.), состоящая из трубчатого корпуса с нажимной втулкой, гильзовой втулки и уплотняемого поворотного стержня, работающего за счет использования явления существенного падения давления в малом (несколько мкм) зазоре. При этом достижение требуемого зазора обеспечивается под действием давления уплотняемой среды на гильзовую втулку, которая на утоVJ VJ

СЛ

о

ю

со

ненном участке обжимается вокруг уплотняемого стержня.

Однако, работоспособность этой системы при высоких давлениях обеспечивается при использовании уплотняемых сред со значительной вязкостью. При применении в качестве рабочей среды воды требумое уплотнение не обеспечивается.

Целью предполагаемого изобретения является резкое сокращение утечек маловязких жидкостей, преимущественно воды, в уплотнительных устройствах высокого давления для поворотных соединений,

Поставленная цель достигается тем, что в известной конструкции устройства, содержащего трубчатый корпус с радиальным отверстием в средней части, стержень с осевым каналом, переходящим в радиальное отверстие в средней части, втулку, вза- имодействующую с корпусом и установленную на стержне с возможностью относительного вращения и нажимную втулку, наружная поверхность втулки выполнена ступенчатой с образованием двух симметричных гильзовых выступов по торцам, а в средней части втулки выполнено радиальное отверстие. На каждом гильзовом выступе установлено резиновое уплот- нительное кольцо и стаканообразная втулка из деформируемого материала, пропитанного высокоадгезионной смазкой, контактирующая донной перемычкой со стержнем и поджатая к уплотнительному кольцу. При этом все радиальные отверстия сообщаются между собой.

Необходимость введения указанных отличий обусловлена следующим.

Гильзовая втулка с двумя симметричными гильзовыми выступами применена для создания градиента давлений на длине этих выступов, чем достигается снижение уровня давления у торцов гильзы и невысокий уровень сил трения между стержнем и гильзовой втулкой.

Стаканообразная втулка из деформируемой среды со смазкой, взаимодействующая донной перемычкой с уплотняемым стержнем, применена для практического устранения утечек маловязких жидкостей (воды).

При этом стаканообразная втулка взаимодействует торцом со стороны открытой части с резиновым уплотнительным кольцом и под действием рабочего давления воды кольцо сжимает деформируемую среду и, в итоге, прижимает ее к поверхности уплотняемого стержня под давлением, несколько меньшим рабочего (из-за потерь на деформацию и трение). При этом из стака- нообразной втулки происходит постоянное

выдавливание высокоадгезионной смазочной среды, снижающей силы трения.

Стаканообразная втулка препятствует утечкам жидкости и через расточку в корпусе, Кроме того, под давлением деформируемой среды гильзовые выступы обжимают уплотняемый стержень, уменьшая уплотняемый зазор и повышая тем самым градиент давления.

0В итоге при высоких давлениях обеспечивается резкое сокращение утечек воды и незначительные потери на трение в поворотных соединениях.

Сущность предлагаемой конструкции

5 устройства иллюстрируется чертежом, представленным на фиг. 1.

В трубчатом корпусе 1 с радиальным отверстием 2 расположена гильзовая втулка 3 с симметричными тонкостенными высту0 пами 4, взаимодействующая с возможностью относительного вращения со стержнем 5 с осевым каналом и с радиальным отверстием 6.

В гильзовой втулке в средней части пре5 дусмотрено радиальное отверстие 7 и кольцевые проточки 8.

На тонкостенных выступах расположены резиновое уплотнительное кольцо 9 и стаканообразная втулка 10 из деформируе0 мой среды,содержащей смазку, взаимодействующая донной перемычкой с уплотняемым стержнем на участке 11.

Силовое замыкание устройства осуществляется гайками 12 через нажимную втул5 ку 13 и прокладку 14.

Корпус 1 и стержень 5 изготавливаются из нержавеющих сталей (например - ЭП 817), гильзовая втулка 3 - из бериллиевой бронзы, прокладки 13 - из латуни или из

0 бериллиевой бронзы, стаканообразные втулки 10 - из деформируемой среды, пропитанной смазкой (например - из асбестовой или асбестографитовой намотки, пропитанной консервационной смазкой).

5 Устройство работает следующим образом. Маловязкая жидкость (вода) под высоким давлением (200 - 400 МПа) через отверстие 2 в корпусе 1 и через отверстие 7 и кольцевые проточки 8 в гильзовой втулке

0 3 и через радиальное отверстие 6 в стержне. 5 попадает в осевой канал этого стержня, через который направляется к соплу или к следующему поворотному устройству. При этом под давлением практически постоянно

5 происходит поворот стержня 5 относительно корпуса (и гильзовой втулки 3) в одну или в другую сторону.

На длине симметричных тонкостенных выступов 4 гильзы 3 происходит некоторое падение давления в малом зазоре, однако

возникающий градиент давлений не обеспечивает требуемого уплотнения.

Резкое сокращение утечек маловязкой жидкости обеспечивается стаканообразной втулкой 10, Под действием давления жидкости на резиновое уплотнительное кольцо 9 оно воздействует на эту втулку из деформируемой среды, сжимая ее и прижимая на участке 11 к поверхности уплотняемого стержня 5. При этом из-за потерь давления на деформацию и трение в зоне контакта 11 создается давление, меньше рабочего давления в устройстве. Это давление и необходимо как дополнение к градиенту давления, создаваемого на длине тонкостенного выступа 4 гильзовой втулки 3. При этом из стаканообразной втулки происходит постоянное выдавливание высокоадгезионной смазочной среды. В итоге обеспечивается практическое устранение утечек (микроутечки сохраняются) маловязких жидкостей и минимально возможные потери на трение при про во роте.

Металлическая прокладка 14 предотвращает выдавливание деформируемой среды в зазор уплотняемого соединения.

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция устройства обеспечивает

значительное повышение эксплуатационных характеристик за счет резкого сокращения утечек маловязких жидкостей (воды) и за счет минимальных потерь на трение при

провороте при высоких давлениях. Формула изобретения Уплотнительное устройство высокого давления для поворотных соединений, содержащее трубчатый корпус с радиальным

отверстием в средней части, стержень с осевым каналом, переходящим в радиаяьное отверстие в средней части, втулку, взаимодействующую с корпусами, установленную на стержне с возможностью относительного

вращения, и нажимную втулку, отличающееся тем, что, наружная поверхность втулки выполнена ступенчатой с образованием двух симметричных гильзовых выступов по торцам, а между ними во втулке

выполнено радиальное отверстие, причем на каждом гильзовом выступе установлено резиновое уплотнительное кольцо и стэка- нообразная втулка из деформируемого материала, пропитанного смазкой,

контактирующая донной перемычкой со стержнем и поджатая к уплотнительному кольцу, при этом все радиальные отверстия сообщены между собой.

14