МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ
MECHANICAL SEAL

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к механическим уплотнениям, предназначенным для установки на гидравлические и пневматические машины и устройства, рабочие органы которых совершают вращательное и/или возвратно-поступательное движение.
Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.
Известно уплотнение вращающегося вала (Г.В.Макаров. Уплотнительные устройства. Л., 1973, стр.81), содержащее корпус уплотнения, закрепленный на корпусе аппарата, и эластичные кольца крутого поперечного сечения, расположенные между корпусом уплотнения и вращающимся валом.
Недостатками описанного уплотнения являются недостаточные долговечность и герметичность, а также загрязнение среды аппарата продуктами ее термического разложения, образующимися в зоне трения эластичных колец о вращающийся вал.
Перечисленные недостатки обусловлены радиальным биением вала относительно неподвижного корпуса уплотнения вследствие конструктивных зазоров в подшипниках вала. При эксплуатации подшипники изнашиваются, что приводит к увеличению в них зазоров и, следовательно, к дополнительному увеличению радиального биения вала.
Известно уплотнение вала или штока, содержащее притертые одно к другому и прижимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме, см. а.с. СССР №391315. В таком уплотнении ввиду неопределенности углового смещения пар колец возможно повышенное перетекание среды, находящейся под более высоким давлением, в зону пониженного давления, что снижает герметичность и надежность уплотнения в целом. В случае применения уплотнения с несколькими парами эксцентричных колец возникает необходимость в фиксации взаимного положения, что значительно усложняет уплотнение.
Известно механическое уплотнение, содержащее уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой в противоположных направлениях, см. патент РФ №2037077. На наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки. Уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах или расточках. В случае уплотнения вала внутренний диаметр уплотнительного кольца превышает диаметр уплотняемой детали. В случае уплотнения внутренней цилиндрической поверхности наружный диаметр уплотнительного кольца меньше диаметра уплотняемой поверхности. Бурты или расточки упругой обоймы выполнены попарно, а их оси расположены эксцентрично с двух сторон от оси упругой обоймы, при этом плоскости, проходящие через оси парных буртов или расточек, развернуты одна относительно другой на угол 180/n, где n - число пар буртов или расточек. В данном уплотнении каждое уплотнительное кольцо лишь в одной точке касается уплотняемой поверхности и, таким образом, между рабочей поверхностью кольца и уплотняемой поверхностью имеется зазор, представляющий собой практически полное кольцо, и его величина максимальна со стороны, противоположной точке касания. Вследствие того, что расточки (бурты) имеют различные углы ориентации, между уплотняемой поверхностью и набором колец образуется сложная лабиринтная щель. Для обеспечения высокой степени герметичности необходимо использовать упругую обойму большой протяженности с соответственно большим набором уплотнительных колец. Трущиеся поверхности уплотнительных колец и/или вала, штока или цилиндра выполняются из износостойкого материала с шероховатой поверхностью, которая затем покрывается антифрикционным слоем, например из меди, бронзы, фторопласта и т.д.
Известно механическое уплотнение вала, или штока, или цилиндра машины, содержащее упругую обойму, на наружной или внутренней поверхностях которой выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, на буртах или расточках установлены уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые упругой обоймой к уплотняемым поверхностям, в котором каждое уплотнительное кольцо имеет участок в виде сектора, рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической с радиусом, равным радиусу уплотняемой поверхности, остальная часть кольца имеет форму, обуславливающую наличие щелевого зазора между кольцом и уплотняемой поверхностью, при этом соседние кольца развернуты относительно друг друга таким образом, что угол между их радиальными плоскостями, проходящими через середины секторов, составляет 360/n, где n - количество колец, см. патент РФ 2195592.
В процессе эксплуатации заявляемой конструкции уплотнительные кольца находятся в таком положении, что упомянутые сектора равномерно распределяются по окружности и каждое из них обеспечивает уплотнение значительного участка поверхности, а лабиринт узких щелевых зазоров позволяет создать большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Таким образом, при использовании меньшего количества колец, чем в прототипе, достигается высокая степень герметичности уплотнения.
Данному аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, в связи с чем данное известное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Причины, препятствующие получению технического результата, который обеспечивается изобретением, заключаются в том, что в известных механических уплотнениях функции уплотнения и опоры для вала совмещаются, т.е. часть уплотнения выполняет несвойственную ему функцию опоры, что приводит к быстрому износу деталей уплотнения при попадании механических примесей и увеличивает риск заклинивания.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения срока службы и надежности уплотнения путем разделения функций центровки уплотнения (создания опоры) и создания уплотнением необходимой компрессии.
Сущность заявляемого изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.
Механическое уплотнение, включающее элемент, создающий компрессию, характеризуется тем, что оно снабжено по меньшей мере одной опорой, размещенной со стороны создания давления и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения.
В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Кроме этого, заявленное решение имеет ряд признаков, характеризующих изобретение в частных случаях его выполнения, конкретных формах его материального воплощения либо особых условиях его использования, а именно:
- уплотнение может быть снабжено дополнительной опорой, размещенной с другой стороны от элемента, создающего компрессию, и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения;
- элемент, создающий компрессию, может быть разделен на несколько частей, при этом уплотнение может быть снабжено по меньшей мере одной дополнительной опорой, размещенной между частями элемента, создающего компрессию, и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения;
- длина направляющих составляет от 1/30 до 7,0 диаметров уплотняемого цилиндра, ширина - от 1/30 до 1/3 диаметра уплотняемого цилиндра, причем направляющие установлены с зазором от 0,01 до 0,30 мм на диаметр уплотняемого цилиндра.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленного изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию "новизна".
Отдельные отличительные признаки заявленного изобретения, такие как уплотнительные кольца, направляющие, известны из уровня техники, однако заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии данных отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат, который заключается в разделении функций центровки уплотнения и создания компрессии.
В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию "изобретательский уровень".
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено уплотнение плунжера насоса, содержащее две опоры, размещенные по разные стороны от элемента, создающего компрессию.
Механическое уплотнение включает элемент, создающий компрессию, выполненный в виде набора уплотнительных колец 1, установленных с зазором относительно внутренней поверхности уплотняемого цилиндра 2, и две аналогичным образом выполненные опоры, размещенные по разные стороны от уплотнительных колец 1 и выполненные в виде совокупности продольных направляющих 3 из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, при этом длина направляющих 3 составляет от 1/30 до 7,0 диаметров уплотняемого цилиндра 2, ширина - от 1/30 до 1/3 диаметра уплотняемого цилиндра 2, причем направляющие установлены с зазором от 0,01 до 0,30 мм на диаметр уплотняемого цилиндра 2.
Уплотнение работает следующим образом.
При движении плунжера опоры выполняют функцию центровки уплотнения. Направляющие 3 опор, контактируя с поверхностью уплотняемого цилиндра 2, воспринимают нагрузки и снимают нагрузки с уплотнительных колец 1 элемента, создающего компрессию.
Опоры не препятствуют проходу перекачиваемой среды между направляющими 3 к уплотнительным кольцам 1.
Направляющие 3 выполняют с формой, обеспечивающей снижение трения о поверхность уплотняемого цилиндра 2 и снижающей гидравлическое сопротивление.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в любом из пунктов формулы изобретения. Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом из простейших известных материалов с использованием известных технологий и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие условию «промышленная применимость».
Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает разделение функций центровки уплотнения и создания уплотнением необходимой компрессии, в результате чего повышается срок службы и надежность уплотнения.