УПЛОТНЕНИЕ ПОРШНЯ
PISTON SEAL

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в уплотнениях поршней пневмоцилиндров, пневмопружин и поршневых машин, работающих при высоких перепадах давлений.
Известно уплотнение для подвижных соединений (а.с. СССР №1751559, М.кл. F16J 15/16), содержащее уплотняемые детали, образующие между собой полость и запирающий участок в виде кольцевого зазора, и размещенную в них уплотняющую фазу из смеси наполнителя со смачивающей его жидкостью.
К основным недостаткам данного уплотнения относится то, что оно предназначено для работы только при низких частотах колебаний подвижных соединений.
Известно также уплотнение поршня (а.с. СССР №1737192, М.кл. F16J 9/18), содержащее установленные в канавке поршня неразрезное поршневое кольцо и экспандер.
К основным недостаткам устройства относится то, что поршневое кольцо расширяется и прижимается к цилиндру под действием давления экспандера, которое при работе является постоянным и не зависит от давления в полостях пневмоцилиндра. Вследствие этого при незначительных давлениях в полостях пневмоцилиндра поршневое кольцо создает за счет прижима повышенное трение при движениях поршня, а при высоком давлении в надпоршневой полости часть рабочего тела под высоким давлением проникает в штоковую полость пневмоцилиндра, снижая эффективность работы уплотнения. При использовании данного устройства, например, в пневмопружине будет происходить постоянное аккумулирование энергии сжатого газа в штоковой полости, что приводит к уменьшению динамического хода пневмопружины.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы уплотнения за счет создания управляемой силы прижатия к цилиндру.
Поставленная задача достигается тем, что уплотнение поршня, содержащее установленные в канавке поршня поршневое кольцо и экспандер, согласно изобретению поршень имеет на боковой поверхности набор кольцевых канавок, в одних канавках размещено поршневое кольцо, в других - эластичное поршневое кольцо и экспандер в виде жидкой фазы, выемку в своей центральной части, в которой размещены камера для жидкости, сообщающаяся каналами с кольцевыми канавками с эластичным поршневым кольцом и экспандером в виде жидкой фазы, эластичный цилиндрический стакан, контактирующий с одной стороны с камерой для жидкости, с другой стороны - с газовой средой надпоршневой полости, втулку, фиксирующую эластичный цилиндрический стакан внутри выемки и имеющую на боковой поверхности набор сквозных отверстий, элемент крепления с центральным отверстием, а также дополнительный клапан со стороны штока поршня для зарядки камеры для жидкости, причем на боковой поверхности поршня размещены хотя бы одна кольцевая канавка с поршневым кольцом и хотя бы одна кольцевая канавка с эластичным поршневым кольцом и экспандером в виде жидкой фазы.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлено предложенное уплотнение поршня. На чертеже поршень имеет три канавки с поршневыми кольцами и две канавки с эластичными поршневыми кольцами и экспандером в виде жидкой фазы.
Уплотнение поршня содержит эластичное поршневое кольцо 1, экспандер 2 в виде жидкой фазы. Поршень 3 размещен в цилиндре 4, имеющем верхнюю крышку 5 и нижнюю крышку 6, служащую направляющей для штока 7, в которой помещен уплотняющий элемент 8 штока 7. Поршень 3 имеет выемку 9 в своей центральной части и образует в цилиндре 4 надпоршневую полость 10 и штоковую полость 11. Внутри выемки 9 расположены эластичный цилиндрический стакан 12, втулка 13, имеющая на боковой поверхности сквозные отверстия 14, камера 15 для жидкости, сообщающаяся с помощью каналов 16 с канавками 17, в которых размещены эластичное поршневое кольцо 1 и экспандер 2 в виде жидкой фазы, элемент крепления 18 с центральным отверстием, фиксирующим эластичный цилиндрический стакан 12 и втулка 13 в выемке 9. Поршень 3 также со стороны штока 7 имеет дополнительный клапан 17 для зарядки рабочей жидкостью камеры 15 для жидкости, а на своей боковой поверхности - набор кольцевых канавок с уплотняющими кольцами 20. На верхней крышке 2 расположен клапан 19 для зарядки газом под давлением. Для крепления устройства с подрессоренной и неподрессоренной массами конкретного механизма верхняя крышка 5 и шток 7 имеют проушины.
Уплотнение поршня работает следующим образом.
После сборки устройства и заправки камеры 15 рабочей жидкостью и цилиндра 4 газом под давлением шток 7 под действием давления сжатого газа на поршень 3 выталкивается с определенным усилием наружу через направляющую нижнюю крышку 6, чем обеспечивается функционирование в конкретном механизме. При повышенных давлениях газа в надпоршневой полости 10 и выемке 9 газ проникает через сквозные отверстия 14 втулки 13 и усиливает давление на стенки эластичного цилиндрического стакана 12. За счет этого повышается давление жидкости в камере 15, каналах 16, повышается давление экспандера 2 в виде жидкой фазы и он прижимает эластичное поршневое кольцо 1 к стенкам цилиндра 4, что препятствует проникновению газа под высоким давлением из надпоршневой полости 10 в штоковую полость 11 и сохраняет первоначальную массу газа в полости 10. Чем выше давление в надпоршневой полости 10, тем выше давление экспандера 2 в виде жидкой фазы на поршневое кольцо 1. При низких давлениях газа в надпоршневой полости 10 уплотнение поршня 3 обеспечивается за счет уплотняющих колец 20, эластичное поршневое кольцо 1 при этом создает слабое уплотнение в связи с низким давлением экспандера 2 в виде жидкой фазы. При высоких давлениях основной уплотняющий эффект обеспечивается за счет эластичного поршневого кольца 1 и экспандера 2 в виде жидкой фазы.
Таким образом, при высоких нагрузках на эластичное поршневое кольцо действуют повышенные силы, препятствующие проникновению газа высокого давления из надпоршневой полости в штоковую полость, причем значение этих сил зависит от величины давления газа в надпоршневой полости. Это ведет к повышению эффективности работы уплотнения за счет создания управляемой силы прижатия к цилиндру.