Уплотнительная манжета Советский патент 1981 года по МПК F16J15/52 

(54) УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ МАНЖЕТА

1

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно компрессорному, и может быть использовано для уплотнения полостей высокого и сверхвысокого давлений газов и жидкостей в условиях возвратно-поступательного или вращательного движения сопрягаемых деталей, в том числе с большими скоростями и удельными давлениями.

Известны конструкции уплотнений 1, имеющие уплотняющий поясок не по прямой линии охватываемого периметра, а по волнистой, что увеличивает площадь контактной поверхности, но исключает компенсацию износа в процессе уплотнения. Такое уплотнение является очень жестким и поэтому очень чувствительным к перекосу осей сопрягаемых поверхностей.

Известные конструкции уплотнений обусловливают работу контактирующих поверхностей вала и уплотнения в области высоких удельных давлений без обеспечения необходимых для таких условий трения скольжения смазочных слоев, что приводит к интенсивному изнашиванию деталей.

Известна также уплотнительная манжета 2 ,в которой уплотнительный элемент

образован внешними и внутренними цилиндрическими деталями, связанными мембранной перемычкой с кольцевыми гофрами. Ввиду жесткости конструкции его изготавливают из эластичных материалов и поэтому 5 он не пригоден для уплотнения высоких и сверхвысоких давлений.

Целью изобретения является повышение надежности работьь

Указанная цель достигается тем, что на внутреннем цилиндрическом элементе и 0 мембранной перемычке вьшолнены чередующиеся пазы, открытые на торцовых и цилиндрической поверхностях, причем мембрана выполнена конической с направлением верщнны образующего конуса в сторону уплотняемой среды.

5

С целью расширения диапазона применения на внешнем цилиндрическом элементе выполнены пазы; с целью увеличения срока службы пазы на цилиндрических поверхностях выполнены под углом к образующей; с целью обеспечения гидродинамического режима трения скоЛьжения в уплотняемом сопряжении каждый паз выполнен с наклоном относительно смежной с ним плоскости осевого сечения; для уменьшения жесткости конструкции без уменьшения при этом до недопустимо малых величин толщины уплотняющей кромки пазы выполнены с изменяющейся по длине паза площадью сечения, обеспечивающей изменение периметра уплотнения и компенсацию износа; для предохранения конусной сильфонной части уплотнения от неравномерных и чрезмерных деформаций при сверхвысоких давлениях уплотняемой среды в пазах размещены усиливающие вставки, соответствующие размеру и форме впадины; для обеспечения работы уплотнения в узлах без жидкой смазки упомянутые выше вставки выполнены из твердых или упругих материалов, обладающих смазывающими свойствами, обеспечивающих одновременное граничное трение скольжения. На фиг. 1 представлен вариант конструкции уплотнительной манжеты; на фиг. 2 - вид в плане фиг. 1; на фиг. 3 - конструкция манжеты с ребрами и пазами рабочей части, расположенными под углом к образующей (к радиусу); на фиг. 4 - вид в плане фиг. 3; на фиг. 5 - конструкция манжеты с пазами на внешнем цилиндрическом эле.менте при наклоне каждого паза относительно смежной с ним плоскости осевого сечения; на фиг. 6 - вид в плане фиг. Б; на фиг. 7 - вид по стрелке А фиг. 6; на фиг. 8 - вид по стрелке В фиг. 6; на фиг. 9 - вариант конструкции манжеты с изменяющейся вдоль образующей конуса щириной паза; на фиг. 10-вид в плане фиг. 9; на фиг. 11 -вариант монтажа уплотнительной манжеты в узел уплотнения. Уплотнительная манжета состоит из внешнего 1 и внутреннего 2 цилиндрических уплотнительных элементов, связанных мембранной перемычкой 3 с кольцевыми гофрами. Перемычка 3 выполнена конической с напргйлением вершины образующего конуса в сторону уплотняемой среды. На внутреннем цилиндрическом элементе 2 выполиены чередующиеся пазы 5 и 6, открытые на торцовых и цилиндрических поверхностях. В уплотнительной манжете, изображенной На фиг. 3 и 4, пазы расположены под углом а к радиусу или по касательной к образующей уплотняемой поверхности, что позволяет обеспечить на достаточно больших скоростях гидродинамический режим трения скольжения в уплотняемом сопряжеНИИ (исключить .металлический контакт деталей) за счет гидродинамического нагнетания смазочной жидкости в зону трения при вращательном движении. Пазы при необходимости могут быть прямолинейными, криволинейными и с изменяющимся по длине сечением. Кольцевой гофр 4 позволяет при меньщем радиальном габарите мембранной части уплотнения увеличить осевую деформацию этого участка уплотнения, а значит увеличить и компенсацию износа за счет осевой деформации. В уплотнительной манжете, изображенной на фиг. 5-8, пазы 5 и 6 выполнены и на внешнем цилиндрическом элементе 1. Здесь уплотнительная манжета имеет винтовое или под углом относительно смежной с ним плоскости осевого сечения расположение пазов 5 и 6, что обеспечивает более длительный периодический контакт рабочих поверхностей сопряжения со смазкой, уменьшая теплообраз ование в зоне трения и улучщая теплоотвод; делает возожным при таком расположении пазов и впадин обеспечить гидродинамический режим трения скольжения в уплотняемом сопряжении. На фиг. 9 и 10 представлен вариант манжеты с уменьшенной жесткостью за счет изменяющейся по длине паза площади сечения. Это дает возможность использовать конструкцию уплотнения и на очень малых давлениях, не уменьшая при этом до недопустимо малых величин толщину уплотняющей кромки уплотнения. Уплотняющая кромка в этом случае может иметь любую необходимую толщину за счет .того, что паз в конусной части уплотнения выходит на очень тонкий радиальный разрез, обеспечивающий изменение периметра уплотнения и компенсацию износа. Для уплотнения высоких и сверхвысоких давлений заявляемая конструкция элемен уплотнения может собираться в пакеты. Вариант монтажа заявляемой манжеты в узле уплотнения представлен на фиг. И. Для уменьшения деформаций и предохранения от разрушения конусной с пазами части уплотнения при высоких давлениях в пазы со стороны низкого давления вставляют вставки, соответствующие размерам и форме паза и препятствующие чрезмерной деформации. Эти -вставки могут быть выполнены из твердых самосмазывающихся материалов (типа сухой смазки) и обеспечивать одновременно граничное трение скольжения в конструкциях узлов, где отсутствует жидкая смазка. Манжета может быть выполнена как из металлов для высоких и сверхвысоких давлений, так и из пластиков для средних и низких давлений, Работает манжета следующим образом. Под действием давления уплотняемой среды перемычка 3 перемещается в пределах упругих деформаций вдоль, оси, увлекая за собой внутренний элемент 2 и обеспечивая его деформацию в радиальном направлении. При этом перемычка 3 под действием уплотняемого давления и вследствие своей деформации совершает радиальные перемещения, уменьшая охватывающий периметр детали в зоне уплотняемого сопряжения. Имеющие при этом место незначительные изменения формы контактирующей поверхности

ликвидируются в процессе приработки уплотнения.

При необходимости иметь предварительный натяг манжету обрабатывают в сдеформированиом состоянии на тот диаметр, который необходим с учетом натяга. Пазы манжеты взаимодействуют с жидкой смазкой соответственно как лопасти и полости лопастного насоса. С учетом требуемого гидродинамического эффекта выбирают форму и размеры пазов и впадин, а также их расположение вдоль радиуса.

Управляя жесткостью перемычки 3, можно регулировать контактные давления на трущихся поверхностях и поддерживать их в пределах допустимых норм даже при самых высоких уплотняемых давлениях. Манжета ввиду возможности самоустанавливаться по уплотняемой поверхности за счет имеющейся упругости способна уплотнять не только цилиндрические, но и плоские поверхности, поверхности других форм, в том числе и поверхности с большими отклонениями от формы.

Манжетапозволяет повысить надежность работы уплотняемого узла за счет обеспечения в условиях любых уплотняемых давлений допустимых величин контактных давлений на трущихся поверхностях уплотняемых деталей, улучшения режима смазки, в том числе путем организации гидродинамического режима трения скольжения, за счет уменьшения теплообразования в контактной зоне и улучшения теплоотвода из зоны трения с помошью гофрированной контактной поверхности.

Манжета способна в значительных размерах компенсировать износ по уплотняемому периметру и таким образом увеличить долговечность работы узла уплотнения.

Формула изобретения 1. Уплотнительная манжета, состояш,ая из внешнего и внутреннего цилиндрических

уплотнительных элементов, связанных мембранной перемычкой с кольцевыми гофрами, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы, на внутреннем цилиндрическом элементе и мембранной перемычке выполнены чередующиеся пазы, открытые на торцовых и цилиндрической поверхностях, причем мембрана выполнена конической с направлением вершины образующего конуса в сторону уплотняемой среды.

O 2. Манжета по пп. 1, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона применения, на внешнем цилиндрическом элементе выполнены пазы.

5 пазы на цилиндрических поверхностях выполнены под углом к образующей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 1. Патент США № 3449021, кл. 308-3,5, опублик. 1969.

бидА

(Рог. 7

Вид В

fi

Фиг.8