Сальниковое уплотнение с металлическими уплотнительными кольцами Советский патент 1982 года по МПК F16J15/28 

(54) САЛЬНИКОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ УПЛОТНИТЕЛЬНЫМИ КОЛЬЦАМИ

1

Изобретение относится к уплотнительнОй технике и может быть испояьзовано при производстве и эксплуатации высокоскоростных поршневых компрессоров и насосов высокого давления.

Известно уплотнительное устройство, содержащее последовательно расположенные манжеты, отделенные камерами. Манжеты установлены в перегородки между камерами. В эти же перегородки вмонтированы дроссели с проходными сечениями, увеличивающимися по направлению потока жидкости. Жидкость, проходя через дросЬели, создает по другую сторону манжеты некоторое давление, в результате чего уменьшается давление, действующее на манжеты, и у/ченьшается износ манжет и плунжера 1 .

Однако в случае работы на газе требуется выполнять большие камеры и малые сечения дросселей, что существенно сказывается на габарите устройства и повьииает требования к чистоте газа; кроме того, при высоком и сверхвысоком давлении газа дросселирование его приводит к существенному увеличению температуры элементов и снижает надежность и работоспособность манжет.

Известно также металлическое уплотнительное кольцо, содержащее тонкостенный уплотнительный элемент. Тонкостенный уплотнительный элемент известных металлических уплотнений направлен в сторону высокого давления. Уплотнение происходит в результате давления рабочей среды С2.

Недостатком уплотнения является то, что контактная нагрузка на уплотнительных поверхностях создается давлением рабочей среды, что при высоком и сверхвысоком давлении создает очень высокие контактные рузки, исключающие как возможность 39 работы при безмасляном сжатии газов так и снижающие работоспособность и надежность уплотнительных элементов при работе на жидкой среде. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является сальниковое уплотнение с металлическими уплотиительными кольцами. Кольца собраны в пакет, который установлен меж ду сжимающими металлическими кольцами С 3 J. Однако для конструкций сальников без специальных мер характерно неравномерное распределение давления на кольцах и, как следствие, неравно мерный износ колец, что снижает надежность и работоспособность особенно при высоких и сверхвысоких да лений и температуре; кроме того, невозможность поддержания оптимального контактного давления на уплотн емых поверхностях при изменении дав ления рабочей среды, что особенно сказывается на- работоспособности пр высокой температуре среды. Цель изобретения - повышение надежности и работоспособности уплотнения при высоких давлении, температуре и скоростях работы компрессо ра. Указанная цель достигается тем, что каждое металлическое уплотнител ное кольцо снабжено ориентированным в сторону полости низкого давления упругим уплотнительным элементом и размещенным со стороны полости высо кого давления упругим металлическим кольцом, причем на металлическом уплотнительном кольце выполнены окна, перекрываемые упругим металлическим кольцом. На фиг. 1 изображен сальник, раз рез; на фиг. 2 - вариант выполнения уплотнительного кольца; на фиг.З разрез А-А кольца на фиг.2; на фиг.4 - второй вариант выполнения у лотнительного кольца; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг.; на фиг. 6 - тр тий вариант уплотнительного кольца с прорезями щитка; на фиг. 7 разр В-В на фиг.6. Сальник содержит корпус 1, в котором установлены делительные кольца 2, которые могут быть выполнены заодно с уплотнительным кольцом 3. Кольца 3 зажаты в корпусе 1 между делительными кольцами 2 с помощью резинового кольца . Уплотнительное кольцо 3 выполнено из металла, снабжено тонким упругим уплотнительным элементом 5 ориентированным в сторону низкого давления. Уплотнительный элемент 5 с натягом охватывает плунжер 6. При этом в теле кольца 3 выполнены окна 7 и перекрыты тонким упругим металлическим кольцом 8, которое установлено со стороны высокого давления. При некоторых вариантах выполнения уплотнительного кольца элемент 5 сливается с телом кольца. Уплотнительное кольцо обеспечивает работу с планируемым контактным давлением, определяемым перепадом давления на кольце. Планируемый режим работы обеспечивается расчетом. Уплотнение работает следующим образом. При повышений давления газа, например в камере сжатия компрессора контактное давление между уплотнительным элементом 5 и плунжером 6 уменьшается, и газ заполняет полость за первым уплотнительным кольцом 3. Теперь давление газа увеличивается перед вторым уплотиительным кольцом. При достижении некоторой величины давления газа уменьшается контактное давление уплотнительного кольца, и газ заполняет следующую полость и т.д. В итоге полное давление перед сальником делится в сальнике по количеству уплотнительных колец, работающих как клапаны. Каждое Уплотнительное кольцо работает на разность давлений до и после себя. Подбирая количество и упругость колец можно минимизировать утечки газа. При уменьшении давления в камере сжатия давление в сальнике сбрасывается через окна 7- Кольцо 8 не препятствует, так как установлено со стороны камеры сжатия, т.е. выполняет гЬункцию обратного клапана. Уплотнительное кольцо 3 при низком давлении (п период всасывания и в начальный период сжатия) контактирует с плунжером, обеспечивая достаточную герметичность камеры сжатия. При повышении давления происходит перераспределение давления между кольцами. Каждое кольцо 3 работает на оптимальном перепаде давления. При этом контактная нагрузка может быть сведена к нулевой при достаточной для работы устройства герметичности уплотнительного узла. В этом периоде работы уплотнение напоминает бесконтактые уплотнения, но большей эффективности ввиду уменьшенного зазора (. до нулевого ) между уплотнительными поверхностями.

Данное уплотнение более всех других известных конструкций уплотнений приемлемо для высокоскоростных компрессоров сверхвысокого давления ввиду используемого материала и изменения характера работы от контактного до бесконтактного в зависимости от величины давления уплотняемой среды.

Расположение ряда уплотнительных колец на некотором расстоянии друг от друга и с уплотнительным элементом в сторону низкого давления позволяет распределить полное давление запираемой среды между кольцами в соответствии с их уплотняющей способностью. Снабжение кольца уплотнительным элементом, ориентированным в сторону низкого давления, обеспечивает нормируемость потребного контактного давления сопрягаемых поверхностей в зоне уплотнения, что обуславливает минимум перетечки при планируемом перепаде давления на одном уплотнитепьном кольце. Последователь ная постановка уплотнительных колец контактное давление, котррых с плунжером при увеличении давления газа снижается, т.е, работающих в режиме следящего клапана, обеспечивает высокую надежность и работоспособность в условиях высокоскоростной циклической работы при незначительных утеках,

Ввиду изложенного, в сальнике соз даны такие условия работы, которые минимизируют износ контактных поверхностей, чем обеспечивается минимум утечек, надежность и высокая длительная работоспособность уплотнения.

Выворачивание уплотнительного элемента при разрежении в камере cxtaтия предотвращается свободным прохождением газа через окна, которые перекрыты упругим металлическим кольцом, выполняющим функции обратного клапана,

Технико-экономическая эффективность изобретения состоит в повышении надежности и работоспособности уплотнения при высоких давлениях, температуре и скоростях работы компрессора.

Формула изобретения

Сальниковое уплотнение с металлическими уплотнительными кольцами, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и работоспособности уплотнения при высоко давлении, температуре и скоростях работы компрессора, каждое уплотнительное кольцо снабжено ориентированным в сторону полости низкого давления упругим уплотнительным элементом и размещенным со стороны полости высокого давления упругим металлическим кольцом, причем на уплотнительном кольце выполнены окна, перекрываемые упругим металлическим кольцом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР fP 268813. кл, F 16 L 53/00, 1968,

2,Патент Великобритании И 116t80, кл, F 2 В, 1969.

3,Авторское свидетельство СССР № 46А06, кл, F 16 J 15/28, 1935 (прототип),

А-А

W J

8

Фиг.: