УПЛОТНЕНИЕ ПОДВИЖНОГО ВАЛА ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ)
SEAL OF MOVABLE SHAFT OF HYDRAULIC MACHINE (VERSIONS)

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в гидросистемах высоких давлений для уплотнения штоков гидроцилиндров, а также для уплотнения вращающихся валов механизмов.
Широко известны в качестве уплотнений для подвижных соединений манжеты по ГОСТ 6969-85, резиновые кольца круглого и прямоугольного сечения по ГОСТ 9833-90 и другие, содержащие упругий эластичный элемент.
Недостатком является низкая износостойкость, так как при перекачке жидкостей с механическими загрязнениями (песок, ил, глина и т.п.) ресурс работы обычных резиновых уплотнений невелик из-за недостаточной стойкости резины к износу, раздиру, значительного коэффициента трения резины о металл, особенно в режиме сухого и полусухого трения и невысокой механической прочности резины, в результате этого возникает необходимость частой их замены. Для их установки разбирают механизм, что ведет к потере рабочего времени.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является уплотнение штока, содержащее корпус с крышкой, в котором установлена эластичная оболочка. Эластичная оболочка заполняется жидкостью и представляет собой герметичную камеру (патент РФ, №2229646, МПК F16J 15/46). Эластичная оболочка выполнена с разъемным торцом с одной стороны, в которое устанавливается эластичное кольцо, эластичная пробка и металлическая обойма. Для обеспечения герметичности эластичной оболочки обойму закрепляют клеем к пробке и к торцу.
При подаче давления на крышку корпуса растет давление внутри оболочки, ее стенки деформируются и поджимаются к уплотняемым поверхностям штока и корпуса.
Недостатками прототипа является то, что давление, создаваемое на крышку корпуса, не регулируют в зависимости от давления перекачиваемой среды, а поддержание высокого давления в полости эластичной оболочки может вызвать ее разрыв. Для эффективной работы уплотнения при перекачке жидкости под высоким давлением усилие прижатия эластичной оболочки к валу должно быть выше, чем усилие прижатия при перекачке жидкости под невысоким давлением.
Целью изобретения является повышение надежности системы герметизации за счет регулирования усилия прижатия эластичной оболочки в зависимости от давления перекачиваемой жидкости.
Указанная цель достигается тем, что уплотнение подвижного вала гидравлической машины содержит корпус с крышкой, в котором установлена полая эластичная оболочка, выполненная с разъемом на одном торце для заполнения жидкостью и охватывающая вал. Оно снабжено цилиндром с установленным в нем дифференциальным поршнем, причем полость цилиндра под поршнем меньшей площади сообщена с полостью эластичной оболочки, а полость, образованная поршнем большей площадью, - с полостью цилиндра насоса, причем обе полости заполнены жидкостью. Применение дифференциального поршня позволяет установить давление в эластичной оболочке выше, чем давление перекачиваемой жидкости в цилиндре насоса. Также снабжено емкостью с поршнем со штоком, заполненной уплотнительной жидкостью, которая сообщена с полостью цилиндра под поршнем с меньшей площадью.
В разъем эластичной оболочки вставлен ниппель, сообщающийся с полостью, образованной поршнем с меньшей площадью, а в цилиндре в полости над поршнем с большей площадью выполнено отверстие, снабженное эластичной диафрагмой, поджимаемой обоймой и сообщающееся с полостью цилиндра насоса.
Во втором варианте изобретения уплотнение подвижного вала гидравлической машины содержит корпус с крышкой, внутри которого образована уплотнительная камера, заполненная жидкостью и охватывающая вращающийся вал. Уплотнение снабжено цилиндром с установленным в нем дифференциальным поршнем, причем полость цилиндра под поршнем с меньшей площадью сообщена с полостью уплотнительной камеры, а полость, образованная поршнем с большей площадью - с полостью цилиндра насоса, причем обе полости заполнены жидкостью. Также снабжено емкостью с поршнем со штоком, заполненной уплотнительной жидкостью, которая сообщена с полостью цилиндра под поршнем с меньшей площадью.
В цилиндре в полости над поршнем с большей площадью выполнено отверстие, снабженное эластичной диафрагмой, поджимаемой обоймой и сообщающееся с полостью цилиндра насоса, а герметичная камера имеет эластичные прокладки, установленные с ее торцов.
На фигуре 1 представлен общий вид предложенного устройства по первому варианту.
На фигуре 2 представлен общий вид предложенного устройства по второму варианту.
Уплотнение подвижного вала гидравлической машины на фигуре 1 (первый вариант) содержит цилиндр 1, корпус 2 с крышкой 3, в котором установлена без зазоров эластичная оболочка 4, плотно прилегаемая к валу 11, с ниппелем 5 на одном торце, в последствии заполненная рабочей жидкостью 6. К ниппелю оболочки с помощью трубок присоединен цилиндр 7 с дифференциальным поршнем 8. Причем в верхней части цилиндра установлена резиновая диафрагма 9, поджимаемая обоймой 10. Кроме этого рядом располагается емкость 12 с уплотнительной жидкостью, содержащая поршень 13, шток 14 с резьбой и штурвалом 15 на конце, в верхней крышке 16 емкости имеется резьбовое отверстие. Емкость с помощью трубок и штуцеров сообщена с нижней камерой цилиндра с дифференциальным поршнем.
Устройство работает следующим образом.
Эластичная оболочка 4, установленная в корпусе 2 с крышкой 3, заполняется рабочей жидкостью 6 через цилиндр 7, вставляется дифференциальный поршень 8, затем сверху поршня заливается рабочая жидкость и устанавливают резиновую диафрагму 9, затягивая ее обоймой 10. При подаче давления в гидросистеме, давление нагнетания действует на верхнюю рабочую камеру цилиндра 7, перемещается поршень 8, в свою очередь, в нижней рабочей камере, а следовательно, и в эластичной оболочке создается давление, большее чем давление нагнетания. При этом стенки оболочки 4, деформируясь, с усилием поджимаются к уплотняемым поверхностям корпуса 2 и вала 11. Таким образом, создается контакт по всей поверхности вала 11, обеспечивая постоянное давление в каждой ее точке, что приводит к минимальному износу вала 11 и исключению разрыва стенок оболочки. Дополнительно установлена емкость 12 с поршнем 13, штоком 14 с резьбой и штурвалом 15 на его конце, предназначенная для доливания уплотнительной жидкости в нижнюю камеру цилиндра 7, при возможной ее утечке в процессе эксплуатации. Доливание происходит при вращении штурвала 15, который с помощью резьбового соединения на крышке 16 перемещает шток 14 с поршнем 13 вниз, тем самым нагнетая жидкость. За счет резьбового соединения исключается перемещение поршня 13 в обратную сторону.
В том случае, где невозможно установить эластичную оболочку, или создаются трудности в ее изготовлении, рассмотрен второй вариант аналогичного уплотнения подвижного вала гидравлической машины на фигуре 2 (второй вариант), который содержит цилиндр 1, корпус 2 с крышкой 3, между которыми установлена эластичная прокладка 4, а также эластичная прокладка 16, поджатая кольцом 17, плотно прилегаемые к валу 14, предотвращающие вытекание уплотнительной жидкости. К уплотнительной камере 15 с помощью трубок и штуцеров присоединен цилиндр 5 с дифференциальным поршнем 6. Причем в верхней части цилиндра установлена резиновая диафрагма 7, поджимаемая обоймой 8. Кроме этого рядом располагается емкость 9 с уплотнительной жидкостью, содержащая поршень 10, шток 11 с резьбой и штурвалом 12 на конце, в верхней крышке 13 емкости имеется резьбовое отверстие. Емкость с помощью трубок и штуцеров сообщена с нижней камерой цилиндра с дифференциальным поршнем. Устройство работает следующим образом.
Заполняется уплотнительной жидкостью цилиндр 5, вставляется дифференциальный поршень 6, затем сверху поршня заливается та же жидкость и устанавливают резиновую диафрагму J, затягивая ее обоймой 8. При подаче давления в гидросистеме, давление нагнетания действует на верхнюю рабочую камеру цилиндра 5, перемещается поршень 6, в свою очередь, в нижней рабочей камере, а следовательно, и в уплотнительной камере 15 создается давление, большее чем давление нагнетания. При этом жидкость с большим давлением как бы запирает выход перекачиваемой жидкости. Дополнительно установлена емкость 9 с поршнем 10, штоком 11 с резьбой и штурвалом 12 на его конце, предназначенная для доливания уплотнительной жидкости, в нижнюю камеру цилиндра 5, при возможной ее утечке в процессе эксплуатации. Доливание происходит при вращении штурвала 12, который с помощью резьбового соединения на крышке 13 перемещает шток 11 с поршнем 10 вниз, тем самым нагнетая жидкость. За счет резьбового соединения исключается перемещение поршня 10 в обратную сторону.
Положительный эффект при использовании предлагаемого изобретения достигается за счет регулирования усилия прижатия эластичной оболочки в зависимости от давления перекачиваемой жидкости, а также возможность перекачивания ядовитых и агрессивных жидкостей, предотвращая попадания их в окружающую среду.