САЛЬНИКОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для уплотнения валов, штоков, запорной, арматуры, люков, фланцевых соединений и реакторов, в том числе при работе в условиях повышенных температур, и может найти применение в химической, нефтехимической, машиностроительной, энергетической, атомной, судостроительной и других отраслях промышленности.
Известны сальниковые уплотнения с мягкой набивкой, герметизирующие зазоры между подвижными и неподвижными элементами запорных устройств, содержащие сальниковую камеру с расположенным над ней нажимным элементом (втулкой), воздействующим на набивку от усилия накидной гайки (см. справочник «Детали машин» (расчет и конструирование), том 2, под редакцией Н.С. Ачеркана. - М.: Машиностроение, стр. 246. 1968 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится то, что нажимной элемент с накидной гайкой не обеспечивает надежной эксплуатации сальникового уплотнения в условиях повышенных температур, так как не позволяет автоматически регулировать силу прижатия трущихся поверхностей сальника к вращающимся боковой стенке вала или штока, совершающего возвратно-поступательные движения, так как осевые усилия нажимного элемента на мягкую набивку передают их в основном в том же направлении и не передаются на трущиеся поверхности сальника в радиальном направлении к подвижной поверхности вала или штока.
Известен сальник устьевой, содержащий тройник, камерную крышку, кольцевые выточки, выполненные в тройнике, в которых размещены вкладыши и блоки уплотнения. В выточке тройника размещены тарельчатые пружины с разрезными уплотнительными манжетами между ними для резервного блока уплотнения, соединенного с тройником посредством сферических болтов, проходящих через отверстия, выполненные в буртике тройника, и резьбовых втулок с наружными кольцевыми канавками, взаимодействующими через пазы с промежуточным нажимным кольцом. На последнем установлены тарельчатые пружины с разрезными уплотнительными манжетами, и выполненные с различными упругими свойствами, а в зазорах межу тарельчатыми пружинами установлены уплотнительные кольца (описание изобретения к патенту РФ №2293895, F16J 15/18, 2007).
К причинам, препятствующем достижению заданного технического результата, относится потеря герметичности и снижение надежности при эксплуатации, особенно в условиях повышенных температур из-за изнашивания материала, покрывающего кольцо, и уплотнительного материала, перекрывающего кольцевые канавки с остроконечными вершинами в зонах их контакта с уплотнительными поверхностями, так как материал кольца и уплотнительный материал не позволяют регулировать силу их прижатия к уплотняемым поверхностям.
Известным техническим решением, принятым за прототип является сальниковое уплотнение, содержащее корпус с сальниковой камерой, в которой размещена мягкая набивка, охватывающая подвижный уплотняемый элемент и поджатая нажимным элементом, при этом в сальниковой камере дополнительно расположен нажимной элемент, изменяющий свою форму при тепловом воздействии, в боковой стенке сальниковой камеры выполнена кольцевая полость, к которой подведен патрубок с вентилем, установленным снаружи сальникового уплотнения, при этом кольцевая полость герметично закрыта дополнительным нажимным элементом, представляющим собой кольцевую эластичную мембрану (описание полезной модели к патенту РФ №167796, F16J 15/18, 2017).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится потеря герметичности и снижение надежности при эксплуатации в условиях повышенных температур из-за изнашивания трущихся поверхностей сальника в зоне их контакта с вращающимся валом или штоком совершающем возвратно-поступательные осевые движение, так как дополнительный нажимной элемент не позволяет регулировать силу прижатия поверхностей сальника к валу или штоку.
Техническим результатом предлагаемой конструкции сальникового уплотнения является повышение надежности эксплуатации.
Поставленный технический результат достигается тем, что в сальниковом уплотнении, содержащем корпус с сальниковой камерой, в которой размещена мягкая набивка, охватывающая подвижной уплотняемый элемент и поджатая нажимным элементом, при этом в сальниковой камере дополнительно расположен нажимной элемент, изменяющий свою форму при тепловом воздействии, а в боковой стенке сальниковой камеры выполнена кольцевая полость, к которой подведен патрубок с вентилем установленным снаружи сальниковой камеры, при этом кольцевая полость герметично закрыта дополнительным нажимным элементом, представляющая собой кольцевую эластичную мембрану, при этом между кольцевой эластичной мембраной и мягкой набивкой дополнительно установлена гильза из упругого материала с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру кольцевой эластичной мембраны и высотой равной высоте мягкой набивки, причем гильза имеет сквозную вертикальную прорезь, один из краев которой отогнут внутрь.
Установка гильзы, выполненной из упругого материала, между кольцевой эластичной мембраной и сыпучей набивкой, позволяет снизить напряжение идущие от эластичной мембраны и равномерно передавать их в радиальном направлении, что увеличивает срок службы и повышает надежность эксплуатации.
Выполнение гильзы со сквозной вертикальной прорезью, один из краев которой отогнут внутрь, позволяет при повышении давления не стыковать торцы гильзы друг с другом, а закручиваться одному внутри другого, что обеспечивает надежную эксплуатацию сальникового уплотнения длительное время.
Выполнение гильзы диаметром, равным внутреннему диаметру кольцевой эластичной мембраны, позволяет при любом давлении в кольцевой полости передавать его через боковую стенку кольцевой эластичной мембраны равномерно на всю боковую поверхность гильзы из упругого материала, что обеспечивает высокую герметизацию боковой поверхности подвижного уплотняемого элемента в радиальном направлении, и способствует повышению надежности эксплуатации.
Выполнение гильзы высотой равной высоте мягкой набивки обеспечивает равномерное распределение давления в кольцевой полости, через боковую поверхность эластичной набивки и прижимать сальниковую набивку к боковой поверхности подвижного уплотняемого элемента с одинаковым давлением по всей его высоте, что обеспечивает увеличение работоспособности в течение длительного времени, что приводит к повышению надежности эксплуатации.
На фиг. 1 представлен общий вид в разрезе сальникового уплотнения; на фиг. 2 - вид сверху по сечению А-А; на фиг. 3 - аксонометрический вид гильзы.
Оно состоит из корпуса 1, аппарата с крышкой 2, на которой закреплен корпус 3 сальниковой камеры, в которой размещена мягкая или сыпучая набивка 4. Осесимметрично внутри корпуса с сальниковой камерой установлен подвижной элемент 5 (вал или шток). Сверху над корпусом 3 сальниковой камеры установлен нажимной элемент в виде крышки 6, соединенной фланцем с фланцем корпуса 3 сальниковой камеры. Внутри корпуса 3 сальниковой камеры в боковой стенке выполнена кольцевая полость 7, к которой герметично прикреплена кольцевая эластичная мембрана 8, например из резины или полимера, выполняющая роль дополнительного нажимного элемента. Кроме того, кольцевая полость 7 снабжена патрубком 9 с вентилем 10, установленным снаружи сальникового уплотнения. Между кольцевой эластичной мембраной 8 и мягкой или сыпучей набивкой 4 установлена гильза 11, выполненная из упругого материала.
Сборка сальникового уплотнения осуществляется следующим образом.
Подвижной уплотняемый элемент 5 устанавливают в корпус 1 аппарата и корпус 3 сальниковой камеры. В корпусе 3 сальниковой камеры размещают мягкую или сыпучую набивку 4 и гильзу 11, выполненную из упругого материала. Сверху на корпусе 3 сальниковой камеры устанавливают крышку 6 и с фланцем этой крышки соединяют с фланцем корпуса 3 с помощью болтов и гаек, прижимая набивку 4 к поверхности подвижного уплотняемого элемента 5. Затем при открытии вентиля 10 по патрубку 9 внутрь кольцевой полости 7 подают воздух или воду, полностью заполняя ее и закрывая вентиль 9.
Работа сальникового уплотнения осуществляется следующим образом.
При закрытом вентиле 10 включают привод, который передает движение на подвижной уплотняемый элемент 5 (вращает вал и совершает возвратно-поступательное движение шток). В случае повышения температуры обрабатываемой среды в корпусе 1 аппарата происходит нагревание крышки 2 и корпуса 3 сальниковой камеры, а также набивки 4, которая истирается о поверхность подвижного уплотняемого элемента и постепенно теряет свои рабочие свойства, связанные с герметизацией этой поверхности. Однако при нагревании воздуха или воды, находящейся в кольцевой полости 7 они расширяются, передают давление на кольцевую эластичную мембрану 8. Так как мембрана 8 выполнена из эластичного материала, то она под давлением воздуха или воды изгибается в сторону подвижного уплотняемого элемента 5, попадая на гильзу 11, прижимая набивку 4 к поверхности подвижного уплотняемого элемента 5, что увеличивает надежность эксплуатации в условиях повышенной температуры.
При длительной эксплуатации происходит износ поверхности набивки 4, прижимающейся к поверхности подвижного уплотняемого элемента 5. В этом случае соединяют патрубок 9 с компрессором или насосом и дополнительно закачивают в кольцевую полость 7 при открытом вентиле 10 воздух или насос. Избыточный объем воздуха или насоса в кольцевой полости 7 создает дополнительное давление на кольцевую эластичную мембрану 8, которая, деформируясь в сторону подвижного уплотняемого элемента 5, попадает на гильзу 11 и уже равномерно передает давление на набивку 4 к поверхности уплотняемого элемента 5, что также увеличивает срок службы сальникового уплотнения без ремонта и замены набивки и повышает надежность его эксплуатации.
Таким образом, гильза 11 диаметром, равным внутреннему диаметру кольцевой эластичной мембраны 8, позволяет при любом давлении в кольцевой полости 7 передавать его через боковую стенку кольцевой эластичной мембраны 8 равномерно на всю боковую поверхность гильзы 11 из упругого материала, что обеспечивает высокую герметизацию боковой поверхности подвижного уплотняемого элемента 5 в радиальном направлении, и способствует повышению надежности. Высота гильзы 11, равная высоте сальниковой набивки, обеспечивает равномерное распределение давления в кольцевой полости 7, через боковую поверхность эластичной набивки и прижимает сальниковую набивку к боковой поверхности подвижного уплотняемого элемента с одинаковым давлением по всей его высоте, что обеспечивает надежность в течение длительного времени.