МАНЖЕТА РАЗРЕЗНАЯ ПОДЖИМНАЯ ВОЙНОВА
VOINOV'S PRESS SPLIT SEAL

Изобретение относится в основном к области машино- и приборостроения, в частности к соединениям, где необходимо обеспечивать надежную герметизацию подвижных сопряжений, а также к нефтегазовой техники/промышленности и к иным отраслям, обеспечивая препятствие как к возможному проникновению различных сред (пыли, грязи, воды, абразива и пр.) в подвижные сопряжения деталей или в объект (коробка передач, картер двигателя и др.), так и препятствуя выходу из сопряжений или объектов в окружающую среду смазки, газов и иных сред.
Достигнутый на сегодняшний день уровень техники в плане создания манжет/уплотнений, колец разного типа не удовлетворяет требованиям надежности работы механических систем с позиций износостойкости, быстрой ремонтопригодности, возможности неоднократного оперативного восстановления герметизации за минимальный период времени без остановки объекта.
Имеется достаточно большое количество аналогов по манжетным уплотнениям и кольцам, включая разрезные, в частности следующие.
Кл. МПК F16J 15/56, патент №2441180. - УПЛОТНЕНИЕ ЦИЛИНДРОПЛУНЖЕРНОЙ ПАРЫ RU, опубл. 27.01.2012. В разъемном корпусе установлены уплотнительные элементы с образованием между собой технологического зазора. Уплотнительный элемент выполнен в виде диафрагмы с наружной резьбой и кольцевой проточкой, в которую введен внутренний ответный выступ упругой обоймы, охватывающей разрезные уплотнительные кольца. Конструкция сложная, не дающая возможности безразборного восстановления при износе.
УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО, кл. F16J 15/32 (2006.01), патент №2296258 RU, опубл. 27.03.2007. Кольцо выполнено упругим и разрезным, причем поверхности разреза соединены под острым углом в теле кольца. Устройство не может эффективно работать при износе и образовании течи, которую важно быстро и многократно устранять.
ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ, кл. F16J 15/34, патент №2445535 RU, опубл. 20.03.2012. Это уплотнение содержит уплотнительные кольца, герметизированные эластичными прокладками относительно корпуса и вала и поджатые друг к другу пружиной. Уплотнительные кольца выполнены с цилиндрическими выступами, образующими лабиринт, охватывающий их трущиеся поверхности, на которые нанесен слой износостойкого и термостойкого материала. Уплотнительное кольцо, герметизированное относительно вала, непосредственно сопряжено с пружиной. Конструкция является сложной, практически неремонтопригодной одной в период непосредственной эксплуатации.
Разрезные уплотнения компании A.W.Chesterton Company не являются столь же эффективными, так как не позволяют без участия человека восстанавливать герметизацию многократно, в частности по торцовому уплотнению 442.
Не составляют конкуренцию заявленной манжете и отечественные манжеты: ГОСТ 9833-73 (18829-73) - Резиновые кольца уплотнительные круглого сечения; ГОСТ 6969-54 (ТУ 38-1051725-86) - Манжеты резиновые уплотнительные для гидравлических устройств (воротниковые); ГОСТ 6678-72 - Манжеты резиновые уплотнительные для пневматических устройств; ГОСТ 14896-84 - Манжеты уплотнительные резиновые для гидравлических устройств; ГОСТ 8752-79 - Манжеты резиновые армированные для валов; ГОСТ 22704-77 - Уплотнение шевронное резинотканевое и др., так как все они разового применения и при появлении износа не могут внутри системы, где они установлены, быть восстановлены, а тем более многократно.
Не решают задачи многоразового восстановления герметизации и разрезные камерного типа блоки уплотнений по патентам на изобретения №2295083 и №2334145 63/58x31.000.СБ - разработки ООО «НПП «Технонефть-Проект».
Наиболее близкой к заявляемой манжете разрезной поджимной относится изобретение кл. МПК F16J 15/28, F16J 9/00, патент №2023921 - РАЗРЕЗНОЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО RU, опубл. 30.11.1994. Кольцо имеет выступы в виде стержней, одними концами соединенными с внутренней поверхностью кольца, отличающееся тем, что другие концы выступов также соединены с внутренней поверхностью с образованием выпуклостей, ориентированных внутрь кольца. Однако здесь нет возможности эффективного быстрого и многократного устранения течи среды в течение длительного периода работы, а потому и нет высокой надежности функционирования.
Недостатком этого технического решения является и то, что уплотнение конструктивно изготавливать достаточно сложно, не обеспечивается возможность использования быстрых многократных ручных, полу- или автоматических уплотнений соединения по мере его износа непосредственно в период работы.
Цель заявленного изобретения - создание надежной в работе разрезной поджимной манжеты (типа кольца) многоразового использования с возможностью оперативного выполнения неоднократных поджатий для сохранения герметичности.
Задачи, решаемые при реализации поставленной цели: обеспечение быстрого устранения периодически появляющейся разгерметизации зоны контакта в месте монтажа разрезной поджимной манжеты, которая вызвана в основном ее износом от сил трения о подвижную поверхность детали (вала, цапфы и др.), что достигается с помощью нескольких вариантов конструктивного исполнения, наиболее удобных для применения в конкретных условиях эксплуатации со стороны обслуживающего технику персонала.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении долговременной и надежной работы разрезной поджимной манжеты с возможностью многократного восстановления в эксплуатации ее основной герметизирующей функции как эффективного уплотнителя.
Технический результат достигается тем, что полностью поперек фасонно разрезанная поджимная манжета выполнена в виде разрезанного кольца, соединяющиеся концы которого срезаны как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, это позволяет за счет конструктивного исполнения делать многократные быстрые корректировки величин ее строго концентричного поджатия к подвижным перемещающимся и/или и вращающимся цилиндрическим деталям, обеспечивая тем самым практически мгновенную и полную герметизацию узла без его разборки. Данные преимущества предложенной манжеты позволяют найти для нее весьма широкое применение на практике.
Сущность изобретения раскрывается на следующих чертежах.
Фиг.1. Основной вид размещения половины разрезной поджимной манжеты на валу/цапфе (выполнено в 3D-компьютерной графической программе);
Фиг.2. Вид манжеты разрезной поджимной, установленной па муляже цилиндрического вала;
Фиг.3. Вид физической модели манжеты разрезной поджимной, вручную изготовленной, со специально для лучшего обзора смещенными в вертикальной плоскости ее концами;
Фиг.4. Вид разрезанной частично изношенной поджимной манжеты в несколько сжатом положении за счет воздействия кругового усилия от охватывающей ее снаружи резинки (надета для демонстрации), чтобы обеспечивать плотный прижим манжеты к подвижному валу (на чертеже вал не показан).
Конструктивное исполнение заявленного изобретения следующее.
На фиг.1 в корпус 1 с конусовидным отверстием 2 вставлено коническое по наружной поверхности с разрезом 3, идущим поперек, кольцо 4, которое может либо иметь гладкую наклонную поверхность 5 сопряжения с конусным отверстием 2 корпуса 1, либо иметь, например, нарезанную по окружности мелкомодульную резьбу 6, которая соединяется с такой же резьбой, нарезанной по окружности на конусной поверхности отверстия 2 корпуса 1. При этом разрез 3 перед сборкой заполняется любым герметизирующим материалом (гелем с высокой адгезией к деталям сопряжения, пластичной набивкой-вставкой и др.). На вал 7 надета в виде кольца разрезная поджимная манжета 8, которая своей внутренней поверхностью плотно охватывает вал 7. Наружную поверхность манжеты 8 также плотно охватывает внутренняя цилиндрическая поверхность отверстия конического разрезного кольца 4. Замковое сопряжение фасонно разрезанной манжеты 8 имеет, в частности, два конца 9 и 10, а также два других конца 11 и 12, которые также, как и предыдущие, направлены по окружности, согласованы, образуя в сборе плотный совместный замок. При этом края всех концов не соприкасаются по окружности с торцовыми поверхностями сделанного фасонного поперечного разреза манжеты 8, что обеспечивает концам свободу для периодического поджатия манжеты 8 к валу 7. Поэтому в конструкции замка разрезанной манжеты 8 предусмотрены в местах расположения этих концов 9-12 свободные для них пространства 13-16, образовавшиеся в результате сделанных фасонных пропилов.
В случае, когда иметь поперечный разрез 3 в кольце 4 нежелательно, тогда само кольцо выполнено цельным, но его внутренняя поверхность выполнена в виде конуса, сужающегося в сторону, противоположную обжимаемой снаружи манжете 8 по отношению к герметизируемому корпусу 1.
На фиг.2 обозначен муляж вала 7 с охватывающей его разрезной поджимной манжетой 8. Показаны также два свободных пространства 14 и 15 для движения в них при износе манжеты соответствующих частей замка.
На фиг.3 показана разрезная поджимная манжета 8 с разведенными в вертикальной плоскости концами, один из которых обеспечивает в сборе свободное пространство 16.
На фиг.4 изображена разрезная манжета 8 в частично сжатом состоянии из-за кольцевой резинки 17, которая имитирует поджатие манжеты к валу 7 из-за ее некоторого износа, что одновременно частично уменьшает зазор как разреза 3 кольца 4, так и размеры свободных пространств 13-16.
Работа предложенной манжеты описана в нескольких вариантах.
Во-первых, ситуация, когда манжета 8 выполнена из достаточно плотного, целого и упругого материала (не пустотелая), обычно менее твердого, чем подвижные вал/цапфа. Со временем работы внутренняя поверхность манжеты износится, что приведет к разгерметизации сопряжения (это можно установить по началу истечения смазки или газа, или иной среды). Далее возможны следующие варианты быстрого восстановления герметичности. Если разрезное коническое кольцо 4 имело гладкие наклонные поверхности, то легким постукиванием по нему заставляем его чуть вдвинуться в отверстие 2 корпуса 1. При этом зазор разреза 3 конического кольца 4 немного сожмется, уменьшив свой внутренний диаметр и ширину первоначального разреза 3, что сразу же приведет к более плотному поджатию разрезной поджимной манжеты 8 к валу 7. Одновременно уменьшатся и свободные пространства 13-16. Примечание: позиция 16 на фиг.1 не видна, так как скрыта манжетой, прижатой к валу 7, но показана на фиг.3. Эту операцию можно производить быстро и многократно. Второй вариант связан с аналогичным поджатием разрезной манжеты 8 к валу 7, но путем небольшого ввинчивания по мелкомодульной (с малым шагом) резьбе 6 конического кольца 4 в отверстие с резьбой корпуса 1. Это позволяет проводить минимально необходимую для обеспечения герметизации подтяжку манжеты 8 к валу 7. Продвижение разрезанного конического кольца 4 внутрь отверстия 2 можно осуществлять и иными стандартными способами (по направляющим, по шпоночным пазам и др.). Описанные процессы подрегулирования периодического поджатия манжеты 8 к валу 7 являются ручными. Если же подвижное разрезное коническое кольцо 4 снабдить любым стандартным приводом, который по мере необходимости при частичной разгерметизации сразу же проталкивал бы его глубже в отверстие 2 корпуса 1 (или вворачивал его в корпус 1), то по команде оператора работа по герметизации выполнялась бы быстро в полуавтоматическом режиме и в нужное время.
Во-вторых, поэтапное многократное поджатие манжеты 8 к валу 7 может осуществляться и в полностью автоматическом режиме. В этом случае разрезная поджимная манжета 8 должна быть выполнена пустотелой, например заподлицо клапаном 18, к которому подходит под давлением рабочий агент (сжатый газ, масло или иная среда), способный несколько увеличить размер манжеты, что немедленно восстановит герметичность системы. Эту операцию автоматика может выполнять многие десятки раз (контролируя величину необходимого давления в пустотелой манжете) до тех пор, пока полностью не выберутся сделанные при изготовлении манжеты зазоры в виде свободных пространств 13-16. Так как часть пустотелой манжеты 8, соприкасающаяся с валом 1, будет постепенно изнашиваться, то для обеспечения ее долговременной надежной работы целесообразно либо, как минимум, несколько увеличить толщину фасонной внутренней стенки манжеты, соприкасающейся с валом, либо изготовить ее более толстой и износостойкой особенно в местах подвижного контакта. Положим, что допустимый износ манжеты по ее диаметру с учетом ее прочности равен 5 мм, а начало заметной небольшой разгерметизации происходит при зазоре в зоне контакта в 0,1 мм, тогда количество поджатий, гарантирующих эффективность разработанного уплотнения в эксплуатации, составит около 50 раз. При этом размеры свободных пространств 13-16 между фасонными концами разрезанной манжеты 8 во всех описанных вариантах конструкции должны быть в пределах хотя бы в 5…6 мм, что обеспечивает без разборки и остановки работы сопряжения быструю и надежную герметичность за счет возможности поэтапного поджатия манжеты 8 к валу 7 без какого-либо изменения у манжеты ее концентрической формы отверстия.
Наконец, для варианта с использованием неразрезного кольца 4 поджатие разрезной манжеты 8 осуществляется любым внешним усилием, приложенным к ней, например штоком пневмо- или гидроцилиндра непосредственно или через упругую тарельчатого типа стандартную пружину.
Таким образом, из приведенного описания конструкции кольцевого типа разрезной поджимной манжеты и вариантов ее работы в эксплуатации следует, что создано практически универсальное уплотнение, которое может успешно и многократно функционировать в ручном, полу- и в автоматическом режиме, гарантированно и быстро устраняя малейшие разгерметизации системы на самых ранних стадиях их появления. При этом конструкция технологически исполнима во всех изложенных вариантах и имеет большое прикладное значение для самой различной техники, которая может эксплуатироваться на земле, под водой и в космосе.