УПЛОТНЕНИЕ ПОРШНЯ ДЛЯ СТУПЕНЕЙ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к уплотнениям и может найти применение в поршневых объемных машинах с высоким давлением.
Известно «Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания» [патент RU №2381375, опубл. 10.06.2009], содержащее цилиндр, поршень, верхнее компрессионное кольцо и нижнее компрессионное кольцо, установленные в одной верхней поршневой канавке, причем верхний торец верхнего кольца выполнен под острым углом к своему нижнему торцу так, что верхнее кольцо обращено большей вертикальной стороной к оси цилиндра. Угол наклона верхнего торца верхнего кольца по отношению к своему нижнему торцу составляет 15-25°.
Известно «Уплотнение поршня криогенной газовой машины», содержащее непосредственно манжету, которая имеет цилиндрическую опорную часть, воротник и лепестковые язычки, экспандер и проставочное кольцо, размещенные в канавке поршня. На торцевой поверхности канавки выполнена проточка, уступ которой скруглен радиусом ближайшее по технической сущности и принятое за прототип [АС №666341, опубл. 05.06.1979 г.].
Основными недостатками аналога и прототипа является недостаточно эффективное уплотнение между цилиндром и поршнем, что приводит к потере производительности компрессора.
Задачей полезной модели является повышение производительности компрессора за счет надежного уплотнения в соединении поршень - цилиндр для снижения утечек сжимаемого газа и увеличения производительности компрессора.
Поставленная задача решена за счет того, что в поршневом компрессоре, содержащем уплотнение поршень-цилиндр, в поршне выполнена канавка, в которой размещено уплотнение, состоящее из сплошного клиновидного кольца из упругого материала, например резины, трапециевидного поперечного сечения, установленного на проставочное кольцо и размещенного в пазу, образуемым наклонной поверхностью кромки манжеты и поверхностью проставочного кольца, при этом клиновидное кольцо прижимает манжету к поверхности цилиндра.
На Фиг. 1 представлено уплотнение поршня в разрезе.
На Фиг. 2 представлено клиновидное кольцо в разрезе.
На Фиг. 3 представлена манжета в разрезе.
Уплотнение поршня, состоящее из манжеты 1, в которую установлено проставочпое кольцо 2 с размещенным на нем клиновидным кольцом 3, установленых в кольцевую канавку поршня 4 диаметром D1 (см. Фиг. 3), которая выполнена на боковой поверхности поршня 4 с торца и имеет прямоугольное сечение, при этом уплотнение поршня закреплено прижимной пластиной 5 с помощью винтов 6 к поршню 4 (см. Фиг. 1). Манжета 1 выполнена из самосмазывающегося материала, например фторопласта, причем поверхность манжеты 1, контактирующая с поверхностью цилиндра 7, выполнена цилиндрической, а наружный диаметр манжеты 1 (D2), больше диаметра цилиндра (Dц) - D2=Dц+0,2…0,4 мм (см. Фиг. 1,3) [Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Том 2. Основы проектирования. Конструкции. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: КолоС, 2008. - 711 с., стр. 350], что обеспечивает эффективность работы поршневою уплотнения, причем толщина манжеты 1 у основания меньше толщины на кромке, т.е. Н1<Н, а внутренняя наклонная поверхность кромки манжеты выполнена под углом α к оси цилиндра 7. Проставочпое кольцо 2 круглой формы выполнено из стали и имеет проточку прямоугольного сечения диаметром D3 для установки клиновидного кольца 3 (см.Фиг. 3), причем на проставочном кольце 2 выполнен бурт диаметром D4=Dц-2*Δ., предназначенный для удержания клиновидного кольца 3 в пазу, образуемом наклонной поверхностью кромки манжеты 1 и поверхностью проставочного кольца 2, предназначенного для расположения в нем клиновидного кольца 3. Клиновидное кольцо 3 выполнено сплошным из упругого материала, например резины, трапециевидного поперечного сечения, угол при вершине клиновидного кольца 3 равен углу α (см. Фиг. 2). Внутренний диаметр клиновидного кольца равен диаметру D3.
Поставочное кольцо 2, поршень 4 и прижимная пластина 5 имеют меньший размер по сравнению с диаметром цилиндра (D4=Dц-2*Δ) и имеют зазор Д=(0,003…0,008) Dц [Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Том 2. Основы проектирования. Конструкции. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: КолоС, 2008. - 711 с., стр. 289], предназначенный, для прохождения воздуха в паз, образуемый наклонной поверхностью кромки манжеты 1 и поверхностью проставочного кольца 2, что обеспечивает минимальный возможный мертвый объем между указанными деталями и цилиндром 4, а также собираемость изделия.
Уплотнение работает следующим образом.
Собранное уплотнение поршня установлено в цилиндр 7. В первоначальный момент времени, когда давление в поршневой машине близко к атмосферному давлению манжета 1 поджата к поверхности цилиндра 7 клиновидным кольцом 3, установленным в клиновидный паз, образованный наклонной поверхностью манжеты 1 и поверхностью проставочного кольца 2. При движении поршня 4 и увеличении давления в рабочей камере со стороны прижимной пластины 5, газ давит па клиновидное кольцо 3, загоняя его дальше в клиновидный паз. Манжета 1 сильнее прижимается клиновидным кольцом 3 к поверхности цилиндра 7, обеспечивая надежное уплотнение. Чем больше давление газа в поршневой машине, тем сильнее манжета 1 прижимается к поверхности цилиндра 7, поэтому наилучшая герметичность обеспечивается при высоких давлениях газа. Причем экспериментально установлено, что эффективное уплотнение достигается за счет угла при вершине клиновидного кольца 3 в пределах: 15-30° см. (Фиг. 2.)
Технико-экономическая эффективность заключается в получении более надежного уплотнения в соединении поршень - цилиндр, что в итоге позволит снизить утечки сжимаемого газа и увеличить производительность компрессора.