САЛЬНИКОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ

Предлагаемая полезная модель 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 в 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 вращающей 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 прижимают трущиеся поверхности сальника в радиальном направлении к подвижный 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 ферических 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, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся потеря герметичности и снижение надежности уплотнения в процессе эксплуатации, особенно при повышенных температурах, из-за того, что уплотнительные манжеты и кольца не позволяют регулировать прижатие трущихся поверхностей сальника к боковой стенке вала или штока. Кроме того, сальник устьевой сложен в конструктивном исполнении.
3
Известно металлическое уплотнительное кольцо, выполненное из трубы, свернутой в кольцо, концы которой герметично сварены между собой. Заключенный в трубу сердечник выполнен из отдельных блоков спрессованного порошка из фольги рассыпчатого графита, прокатанный до плотности 0,6-1,2 г/см. Блоки сердечника установлены в металлической трубе с натягом. Поверхность кольца, контактирующая с уплотнительными поверхностями, может быть покрыта политетрафторэтиленом или металлом, предел текучести которого ниже предела текучести материала трубы. На поверхности трубы, контактирующей с уплотнительными поверхностями, выполнены кольцевые канавки с остроконечными вершинами. Канавки по их острым вершинами перекрыты уплотнительным материалом, предел текучести которого ниже текучести материала трубы (описание изобретения к патенту РФ №2218495, F16J 15/30, 2003).
К причинам, препятствующем достижению заданного технического результата, относятся 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 прижатия уплотняемых поверхностей.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является сальниковое уплотнение, содержащее сальниковую камеру с набивкой, и расположенный в сальниковой камере дополнительный нажимной элемент, изготовленный из термочувствительного материала, меняющий свой объем при тепловом воздействии, при этом дополнительный нажимной элемент выполнен в виде капроновых гранул, стержней и т.п. элементов, или в виде эластичных ампул, заполненных легкорасширяющейся или легкокипящей жидкостью, или в виде биметаллической шайбы, или втулки, изготовленной из материалов, обладающих эффектом памяти, например из нитинола. При пропускании сальником горячей воды дополнительный нажимной элемент, нагреваясь, увеличивается в объеме, и набивка с большим усилием прижимается к упомянутому элементу (описание изобретения к патенту РФ №2155895, F16J 15/18, 2000).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся 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, совершающим 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 в условиях повышенных температур за счет регулирования силы прижатия трущихся поверхностей сальника к вращающейся боковой стенке вала или штока, совершающего возвратно-поступательное движение.
Поставленный технический результат достигается тем, что в сальниковом уплотнении, содержащем корпус с сальниковой камерой, в которой размещена мягкая набивка, охватывающая подвижный уплотняемый элемент и поджатая нажимным элементом, причем в сальниковой камере дополнительно расположен нажимной элемент, изменяющий свою форму при тепловом воздействии, при этом 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.
Выполнение в боковой стенке сальниковой камеры кольцевой полости позволяет использовать ее в качестве емкости для газа или жидкости, давление которых можно передавать на набивку, а от нее на уплотняемые поверхности подвижного уплотняемого элемента, что увеличивает силу прижатия набивки к этим поверхностям и способствует увеличению работоспособности и надежности при эксплуатации.
Подведение к кольцевой полости патрубка с вентилем, установленным снаружи сальникового уплотнения, позволяет при необходимости подавать через патрубок с вентилем в кольцевую полость под давлением воздух или воду, под действием которого дополнительный нажимной элемент деформируется, передавая радиальное усилие на набивку и прижимая ее к поверхности подвижного уплотняемого элемента. Это повышает герметичность сальникового уплотнения и способствует увеличению надежности и работоспособности в течении длительного периода времени без ремонта и замены набивки.
Выполнение дополнительного нажимного элемента в виде кольцевой эластичной мембраны, герметично закрывающей кольцевую полость, позволяет ее деформировать под действием давления и передавать это давление через набивку на подвижный уплотняемый элемент, что увеличивает герметичность сальникового уплотнения и повышает надежность его эксплуатации.
Герметичное прикрепление эластичной кольцевой мембраны из эластичного материала к кольцевой полости позволяет при повышении температуры и увеличении объема газа или жидкости, находящихся в этой полости, создавать давление, которое деформирует эту мембрану из эластичного материала, создавая радиальное усилие на набивку, а от нее на боковые поверхности подвижного уплотняемого элемента, что позволяет увеличить срок службы сальникового уплотнения за счет повышения надежности его эксплуатации, в том числе при повышенных температурах.
Таким образом, выполнение дополнительного нажимного элемента в виде кольцевой эластичной мембраны из эластичного материала, ее герметичное прикрепление к кольцевой полости, выполненной в боковой стенке сальниковой камеры, и подведение к кольцевой полости патрубка с вентилем, установленным снаружи сальникового уплотнения, позволяет регулировать силу прижатия набивки к поверхности подвижного уплотняемого элемента, а также изменять эту силу с изменением температуры, что повышает надежность эксплуатации, в том числе в условиях изменяющей температуры, и увеличивает работоспособность сальникового уплотнения на длительный период без остановки на ремонт и замены набивки.
На чертеже представлена схема предлагаемой конструкции сальникового уплотнения.
Сальниковое уплотнение установлено на крышке 1 аппарата 2 и состоит из корпуса 3 сальниковой камеры, в котором размещена мягкая набивка 4. Внутри корпуса 3 осесимметрично с сальниковой камерой установлен подвижный уплотняемый элемент 5 (вал или шток). Сверху над корпусом 3 сальниковой камеры становлен нажимной элемент в виде крышки 6, соединенной с корпусом 3 сальниковой камеры фланцами. 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. К кольцевой полости 7 подведен патрубок 9 с вентилем 10, установленным снаружи сальникового уплотнения.
Сборка сальникового уплотнения осуществляется следующим образом.
Подвижный уплотняемый элемент 5 устанавливают в крышке 1 аппарата 2 и корпусе 3 сальниковой камеры. В корпусе 3 сальниковой камеры размещают мягкую набивку 4. Сверху на корпусе 3 сальниковой камеры устанавливают крышку 6 и фланец этой крышки 6 соединяют с фланцем корпуса 3 с помощью болтов и гаек, прижимая набивку 4 к поверхности подвижного уплотняемого элемента 5. Затем при открытом вентиле 10 по патрубку 9 внутрь кольцевой полости 7 подают воздух или воду, полностью заполняя ее, и закрывают вентиль 10.
Работа сальникового уплотнения осуществляется следующим образом.
При закрытом вентиле 10 включают привод, который передает движение на подвижный уплотняемый элемент 5 (вращает вал или совершает возвратно-поступательное движение шток). В случае повышения температуры обрабатываемой среды в корпусе аппарата 2 происходит нагревание его крышки 1 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 и 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, прижимая набивку 4 к его поверхности, 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 воду. Избыточный объем воздуха или воды в кольцевой полости 7 создает дополнительное давление на кольцевую эластичную мембрану 8, которая, деформируясь в сторону подвижного уплотняемого элемента 5, прижимает набивку 4 к поверхности этого элемента, что также увеличивает срок службы сальникового уплотнения без ремонта и замены набивки 1 и повышает надежность его эксплуатации.
Нельзя не подчеркнуть, что в отличие от известных конструкций сальниковых уплотнений, описанных в аналогах и прототипе, в предлагаемой конструкции сальникового уплотнения на поверхность подвижного уплотняемого элемента 5 передается от набивки 4 не осевое, а радиальное давление, что в большей степени способствует его надежной эксплуатации.
Таким образом, выполнение в боковой стенке корпуса сальниковой камеры кольцевой полости 7, к которой подведен патрубок 9 с вентилем 10, установленный снаружи сальникового уплотнения, а также выполнение дополнительного нажимного элемента в виде кольцевой эластичной мембраны 8, герметично закрывающей кольцевую полость, позволяет повысить надежность эксплуатации сальникового уплотнения при длительной эксплуатации в условиях повышенных температур за счет регулирования силы притяжения трущихся поверхностей мягкой набивки 4 к поверхности подвижного уплотняемого элемента 5.