УПЛОТНЕНИЕ ПОРШНЯ С ПОВЫШЕННЫМ РЕСУРСОМ РАБОТЫ

Полезная модель относится к уплотнениям и может найти применение в поршневых объёмных машинах с высоким давлением.
Известно «Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания» [патент RU № 2381375, опубл. 10.06.2009], содержащее цилиндр, поршень, верхнее компрессионное кольцо и нижнее компрессионное кольцо, установленные в одной верхней поршневой канавке, причем верхний торец верхнего кольца выполнен под острым углом к своему нижнему торцу так, что верхнее кольцо обращено большей вертикальной стороной к оси цилиндра.
Известно «Уплотнение поршня криогенной газовой машины», содержащее непосредственно манжету, которая имеет цилиндрическую опорную часть, воротник и лепестковые язычки, экспандер и проставочное кольцо, размещенные в канавке поршня. На торцевой поверхности канавки выполнена проточка, уступ которой скруглен радиусом ближайшее по технической сущности и принятое за прототип [АС №666341, опубл. 05.06.1979 г.].
Основными недостатками аналога и прототипа является не контролируемый ресурс работы манжет и сложность конструкции манжеты. Использование манжет выше предназначенного срока эксплуатации манжет может привести к неожиданной поломке и выходу из строя всего агрегата.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции манжеты и повышение ресурса манжеты с оповещением (сигнализацией) о достижении предельного уровня её износа.
Поставленная задача решена за счёт того, что в поршневом компрессоре, содержащем уплотнение поршень-цилиндр, в поршне выполнена канавка, в которой размещено уплотнение, состоящее из опорного кольца и манжеты, имеющей металлический упругий сердечник, соединённый с опорным кольцом. Причём к опорному кольцу и цилиндру подключены выводы источника низкого напряжения.
На Фиг.1 представлено уплотнение поршня в разрезе в момент начала работы.
На Фиг.2 представлено уплотнение поршня в разрезе в момент необходимости замены манжеты, когда произошло истирание цилиндрической опорной части манжеты и металлический сердечник оголяется.
Уплотнение поршня, установленное между поршнем 1 и цилиндром 2, состоит из манжеты 3, имеющей металлический сердечник 4, соединённый с опорным металлическим кольцом 5 имеющим плотный контакт с поршнем 1, проставочного кольца 6, установленных в кольцевую канавку 7 поршня 1, при этом уплотнение поршня закреплено прижимной пластиной 8 с помощью винтов 9 к поршню 1 (см. Фиг. 1). Манжета 3 выполнена из самосмазывающегося материала, например фторопласта. Наружная поверхность манжеты 3, контактирующая с поверхностью цилиндра 2, выполнена цилиндрической для обеспечения герметичности. К поршню 1 и цилиндру 2 подключены выводы присоединяемые к источнику низкого напряжения 10 для контроля уровня износа манжеты 3 на основании показаний амперметра 11.
Уплотнение работает следующим образом.
Собранное уплотнение поршня установлено в цилиндр 2. При работе поршневой машины, когда давление в компрессоре мало, манжета 3 поджата к поверхности цилиндра 2 за счёт упругих свойств сердечника 4. При движении поршня 1 и увеличении давления в рабочей камере со стороны прижимной пластины 8, газ давит на манжету со стороны паза образованного проставочным кольцом 6 и внутренней поверхностью манжеты 3. Манжета 3 сильнее прижимается к поверхности цилиндра 2 за счёт давления газа, обеспечивая надёжное уплотнение. Чем больше давление газа в поршневой машине, тем сильнее манжета 3 прижимается к поверхности цилиндра 2, поэтому наилучшая герметичность обеспечивается при высоких давлениях газа. Опорное кольцо 5 плотно насажено на поршень 1 и служит для создания надёжного электрического контакта между сердечником 4 и поршнем 1. Поршень 1 и цилиндр 2 подсоединены к источнику низкого напряжения 10, однако ток по цепи не протекает, поскольку имеется разрыв электрической цепи за счёт изнашиваемого слоя манжеты - Δ, что фиксируется амперметром 11 (I=0) (Фиг.1.)
Когда весь слой манжеты - Δ будет изношен, происходит замыкание сердечника 4 и цилиндра 2, электрическая цепь образованная цилиндром 2, сердечником 4, опорным кольцом 5 и поршнем 1 становится замкнутой и начинает течь ток, фиксируемый амперметром 11 (I>0).
Другими словами первоначально цепь разомкнута за счёт изолирующего слоя цилиндрической части манжеты. При истирании цилиндрической опорной части манжеты сердечник оголяется, замыкается электрическая цепь и показания прибора, фиксирующего прохождение тока сигнализирует о исчерпании ресурса манжеты и соответственно необходимости её замены.
Технико-экономическая эффективность заключается в получении более надёжного уплотнения с моментом точного определения допустимого износа манжеты, что в итоге позволит полностью использовать ресурс манжет без предварительной её замены, а также упростить конструкцию, поскольку сборная конструкция манжеты с упругим сердечником исключает применение дополнительного элемента - экспандера.