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.
Известно уплотнительное устройство, содержащее корпус, в котором выполнена камера, имеющая форму цилиндра с переходом в форму эллипсоида. В камеру размещена уплотнительная набивка и шток. Набивка представляет собой спираль из фторопласта, между витками которой расположена пластинчатая набивка, обеспечивающая герметичность в период эксплуатации (описание изобретения к патенту РФ №2282084, F16J 15/18, 2006).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится износ трущихся поверхностей пластинчатой набивки о стенки штока, особенно в условиях повышенной температуры, что приводит к потере герметичности и снижению надежности уплотнений.
Известен сальник устьевой, содержащий тройник, нажимную 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, 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 между ними для эксплуатационного блока уплотнения, соединенного с тройником посредством сферических болтов через сферические гайки, взаимодействующие через отверстия с верхним нажимным кольцом. Тарельчатые пружины блока уплотнения выполнены с различными упругими свойствами, а в зазорах между тарельчатыми пружинами установлены уплотнительные кольца (описание изобретения к патенту РФ №2293895, F16J 15/18, 2007).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится потеря герметичности и снижение надежности уплотнения в процессе эксплуатации, особенно при повышенных температурах из-за того, что уплотнительные манжеты и кольца не позволяют регулировать силу прижатия трущихся поверхностей сальника с боковой стенкой 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 расширенного графита, прокатанного до плотности 0,6-1,2 г/см. Блоки сердечника установлены в металлической трубе с натягом. Поверхности кольца, контактирующие с уплотнительными поверхностями, могут быть покрыта политетрафторэтиленом или металлом, предел текучести которого ниже предела текучести материала трубы. На поверхностях трубы, контактирующей с уплотнительными поверхностями, выполнены кольцевые канавки с остроконечными вершинами, при этом вершины кольцевых канавок расположены либо по дуге поперечного сечения трубы, либо на ее хорде. 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, 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.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является, сальниковое уплотнение, преимущественно для запорной арматуры трубопроводов для горячей воды и парового конденсата, содержащее корпус с сальниковой камерой, в которой размещена мягкая или сыпучая набивка, охватывающая подвижный уплотняемый элемент и поджатая нажимным элементом, при этом в сальниковой камере дополнительно расположен нажимной элемент, выполненный из термочувствительного материала и изменяющий свою форму при тепловом воздействии, причем дополнительный нажимной элемент выполнен в виде эластичной ампулы, заполненной легкорасширяющейся или легкокипящей жидкостью.
При пропускании сальником горячей воды дополнительный нажимной элемент, нагреваясь, увеличивается в объеме, и набивка с большим усилием прижимается к упомянутому элементу (описание к изобретению к патенту РФ №2155895, F16J 15/18, 2000).
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, совершающим возвратно-поступательные осевые движения, так как дополнительный нажимной элемент не позволяет регулировать силу прижатия поверхности сальника к валу или штоку.
Техническим результатом предлагаемой конструкции сальникового уплотнения является повышение надежности эксплуатации, особенно 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 сальниковое уплотнение, содержащее корпус с сальниковой камерой, в которой размещена мягкая набивка, охватывающая подвижной уплотнитняемый элемент и поджатая нажимным элементом, причем в сальниковой камере дополнительно расположен нажимной элемент, изменяющий свою форму при тепловом воздействии, при этом в корпусе дополнительно герметично установлены трубка, снабженная накидной гайкой на ее конце, находящемся внутри корпуса, и патрубком на конце трубки, находящемся снаружи корпуса, и трубка с ниппелем, снабженная резьбой с дополнительным нажимным элементом, выполненным в виде кольцевой резиновой камеры, при этом трубки соединены между собой посредством накидной гайки.
Выполнение дополнительного нажимного элемента в виде кольцевой резиновой камеры позволяет при эксплуатации при повышенных температурах воздуху, находящемуся в ней, расширяться, создавая дополнительное равномерное давление в набивке, которая прижимается равномерно по всему периметру к уплотняемой поверхности вращающего вала или штока, совершающего возвратно-поступательное движение, что способствует повышению герметичности в период эксплуатации, тем самым повышая надежность.
Снабжение кольцевой резиновой камеры герметичного установленной в ней трубкой с ниппелем позволяет подавать по этой трубке дополнительный объем воздуха внутрь камеры, а ниппель герметично удерживать этот воздух при повышенных давлениях внутри этой камеры, что приводит к повышению давления внутри кольцевой резиновой камеры и повышает тем самым надежность сальникового уплотнения.
Дополнительное герметичное закрепление трубки внутри корпуса позволяет по этой трубке подавать дополнительный объем воздуха внутрь кольцевой резиновой камеры, которая, расширяясь от этого дополнительного объема воздуха, увеличивает давление в сальниковой набивке, что способствует ее прижиманию к уплотняемой поверхности вращающегося вала или штока, совершающего возвратно-поступательное движение, и повышает тем самым надежность работы сальникового уплотнения.
Снабжение трубки, закрепленной в корпусе, патрубком, находящимся снаружи корпуса, позволяет присоединить к этому патрубку шланг от воздушного насоса или компрессора для подачи дополнительного объема воздуха внутрь кольцевой резиновой камеры, что позволяет увеличивать давление внутри камеры и силу прижатия трущихся поверхностей набивки к уплотняемым поверхностям вала или штока, что повышает надежность сальникового уплотнения.
Таким образом, дополнительное снабжение сальникового уплотнения герметично установленными в корпусе трубкой, снабженной накидной гайкой на ее конце, находящемся внутри корпуса, и патрубком на конце трубки, находящемся снаружи корпуса, и трубкой с ниппелем, снабженной резьбой на свободном конце и герметично соединенной с дополнительным нажимным элементом, выполненным в виде кольцевой резиновой камеры, и соединение трубки и патрубка между собой посредством накидной гайки позволяет удерживать это дополнительное давление длительный период работы, что повышает надежность эксплуатации в условиях повышенных температур и регулировать силу прижатия сальника к трущимся уплотняемым поверхностям.
На фигуре представлен общий вид в продольном разрезе предлагаемого сальникового уплотнения, на фигуре 2 - вид А в увеличенном масштабе на трубку с ниппелем, имеющую резьбу на свободном конце, герметично соединенную с накидной гайкой на дополнительно установленной трубке в корпусе.
Оно состоит из корпуса 1 с резьбой на его верхнем конце, сальниковой камеры 2, мягкой набивки 3, в которой находится дополнительный нажимной элемент, выполненный в виде кольцевой резиновой камеры 4. Камера 4 снабжена герметично закрепляемой в ней трубкой 5 с ниппелем 6 и имеет на свободном конце резьбу 7. В месте установки трубки 5 в камеру 4 для прочности она усилена приклеенной к ним резиновой накладкой 8. В корпусе 1 сделано отверстие, в котором герметично установлена трубка 9 с накидной гайкой 10 на конце этой трубки 9. Для герметичности между накидной гайкой 10 и концом трубки 9 установлена кольцевая прокладка 11. На внешнем конце трубки 9 находится патрубок 12. Корпус 1 имеет сквозное отверстие, в котором находится уплотняемый элемент 13 (вал или шток), герметичность боковой поверхности которого необходимо обеспечить. В верхней части набивки 3 установлен нажимной элемент в виде втулки 14, а на резьбу верхнего конца корпуса 1 навинчена зажимная гайка 15
Сборка и работа сальникового уплотнения происходит следующим образом
Сальниковую камеру 2 заполняют наполовину мягкой набивкой 3. Затем в нее устанавливают кольцевую резиновую камеру 4 с герметично закрепленной в ней трубкой 5 с ниппелем 6. С помощью накидной гайки 10 и резьбы 7 герметично свинчивают вместе трубку 5 кольцевой резиновой камеры 4 с трубкой 9, установленной в отверстии корпуса 1. Далее полностью заполняют мягкой набивкой 3 сальниковую камеру 2. Сверху на мягкую набивку 3 устанавливают втулку 15 и, навинчивая зажимную гайку 15 на резьбу верхнего конца корпуса 1, прижимают мягкую набивку 3 к поверхности уплотняемого элемента 13.
Затем присоединяют к патрубку 12 шланг воздушного насоса или компрессора и закачивают по трубке 9 через трубку 5 и ниппель 6 воздух в кольцевую резиновую камеру 4. Кольцевая резиновая камера 4, расширяясь в объеме, создает повышенное давление, которое равномерно передается на набивку 4, прижимая ее внутреннюю поверхность к поверхности уплотняемого элемента 13.
По мере износа внутренней поверхности набивки 3 ее герметизирующая способность смежной с ней поверхности уплотняемого элемента 13 сжимается. Для нейтрализации этого эффекта снижения работоспособности набивки 3 в процессе эксплуатации периодически дополнительно подкачивают воздух в кольцевую резиновую камеру 4 вышеописанным методом. Кроме того, при работе с горячими средами (газовыми или жидкими) внутри корпуса 1, сальниковая камера 2 с набивкой 3 и воздухом в кольцевой резиновой камере 4 нагреваются, воздух увеличивается в объеме, создавая в кольцевой резиновой камере повышенное давление, которое равномерно передается на набивку 4, прижимая ее внутреннюю поверхность к поверхности уплотняемого элемента 13.
Таким образом, выполнение дополнительного нажимного элемента, изменяющего свою форму при тепловом воздействии, в виде кольцевой резиновой камеры 4 с герметичного закрепленной в ней трубкой 5 и ниппелем 6 и имеющей резьбу 7 на свободном конце, а также дополнительная установка в отверстии корпуса 1 трубки 9 с накидной гайкой 10 на конце этой трубки 9, внутри корпуса 1, и патрубком 12,
находящемся на другом конце этой трубки 9, находящемся снаружи корпуса 1, позволяет повысить надежность эксплуатации сальникового уплотнения при постепенном износе трущихся поверхностей набивки 3 за счет регулирования силы прижатия этих поверхностей к поверхности уплотняемого элемента 13 путем дополнительной периодической подачи воздуха внутрь кольцевой резиновой камеры 4.
Кроме того, дополнительный эффект самоуплотнения, возникающий при работе с горячими жидкостями или газами внутри корпуса 1 и связанный с расширением воздуха в кольцевой резиновой камере 4, увеличением ее объема и силы прижатия поверхностей набивки 3 к поверхности уплотняемого элемента 13, также увеличивает надежность эксплуатации в условиях повышенных температур.