УПЛОТНЕНИЕ МЕЖДУ ПОРШНЕМ И ЦИЛИНДРОМ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях, где необходимо уплотнение вязко-пластической среды, обладающей пожаро-взрывоопасными свойствами и находящейся под давлением до нескольких десятков атмосфер. Данная модель предназначена в основном для уплотнения возвратно-поступательно движущегося поршня относительно цилиндра и обеспечивает работоспособность при больших диаметрах уплотняемого соединения (несколько сотен миллиметров).
Известно уплотнение (п. РФ №2103575, опубл. 27.01.1998), содержащее установленную в канавке между уплотняющими поверхностями уплотнительную кольцевую прокладку, навитую из ленты, в виде наполнителя и армирующей основы волнообразной формы, охваченную с одного из торцов каркасным кольцом, закрывающим торец и кромки цилиндрических поверхностей уплотняющего элемента, и нажимной элемент. Каркасное кольцо выполнено с чередующимися концентрично расположенными ребрами и впадинами, наполнитель выполнен из термостойкого материала, канавка под прокладку выполнена расширяющейся со стороны нажимного элемента, при этом каркасное кольцо установлено со стороны расширения канавки.
Недостатками данного уплотнения является то, что данное уплотнение не может быть использовано для подвижных соединений, а так же то, что для поджатия данного уплотнения требуются дополнительные элементы, по габаритам превышающие сам уплотнительный элемент в несколько раз.
В качестве прототипа выбрано кольцо уплотнительное для подвижных и неподвижных соединений (п. РФ №2308626, опубл. 20.10.2007). Поперечное сечение уплотнительного кольца представляет собой два четырехугольника, симметрично расположенных относительно оси кольца, и образует полый усеченный конус, сечение стенки которого образовано четырьмя сторонами. Две из сторон параллельны друг другу и оси кольца, а одна из оставшихся сторон (третья сторона) расположена к первым двум под углом 0°<α<90° и вторая из оставшихся сторон (четвертая сторона) расположена к первым двум также под углом 0°<β<90°. При α=β сечение стенки усеченного конуса представляет собой параллелограмм. Сечение стенки конуса имеет остроугольные уплотнительные кромки, расположенные на концах большой диагонали сечения, и тупоугольные кромки, расположенные на концах малой диагонали сечения. Все кромки выполнены острыми, скругленными или с фасками. Уплотнительное кольцо выполнено из упругодеформируемого материала.
Недостатками данного технического решения является то, что в зазор между поршнем и уплотнительным кольцом со стороны уплотняемой среды, особенно при больших диаметрах устройств попадает уплотняемая среда, а это не допустимо, если уплотняемая среда является пожаро-взрывоопасной. Это может привести к взрыву или загоранию уплотняемой среды, так как при возвратно-поступательном движении реализуется трение со сдвигом.
Задачей заявляемой полезной модели является уплотнение вязко-пластической среды, обладающей пожаро-взрывоопасными свойствами и находящейся под давлением до нескольких десятков атмосфер.
Поставленная задача решается за счет того, что в уплотнении между поршнем и цилиндром, содержащем установленную в канавке между уплотняющими поверхностями уплотнительное кольцо, последнее выполнено из термостойкого, износостойкого материала и имеет два выступа, один из которых является фиксатором смещения из канавки, другой предотвращает попадание уплотняемой среды в зазор между одним из элементов соединения и уплотнительным кольцом, для чего канавка поршня выполнена соответствующей конфигурации, кроме того, введен дополнительный нажимной элемент, выполненный в виде кольца из резины и расположенный под уплотнительным кольцом в имеющейся для него канавке.
Конфигурация, состав и материалы уплотнения позволяют применять его в конструкциях с большими диаметрами возвратно-поступательных частей. За счет технического решения уплотнение имеет компактные габариты и позволяет разместить его в поршне возвратно-поступательных механизмов, не затрагивая других элементов конструкции. Уплотнительного кольцо специальной формы выполнено из пластичного термостойкого материала, обладающего низким коэффициентом трения. Нажимное кольцо выполнено из резины, что обеспечивает постоянное поджатие уплотнительного кольца к цилиндрической поверхности ответной детали в широком диапазоне рабочих температур.
На фиг.1 дано поперечное сечение уплотнения. Уплотнение закреплено на поршне 1 в кольцевых проточках. Оно состоит из уплотнительного кольца 2, выполненного из фторопласта Ф-4, и поджимного кольца 3, выполненного из резины ИРП1266. Поршень 1 с уплотнением устанавливается в цилиндр 4, являющийся составной частью емкости с уплотняющей средой. Размеры всех элементов уплотнения, а также поршня 1 и цилиндра 4 выполнены таким образом, что во всем диапазоне допусков уплотнительное кольцо 2 устанавливается в цилиндр 4 с натягом, а поджимное кольцо 3 постоянно прижимает уплотнительное кольцо 2 к цилиндру 4 в диапазоне температур от -50°С до +60°С.
Сборку уплотнения осуществляют в следующем порядке.
Во внутреннюю кольцевую проточку в поршне 1 устанавливают поджимное кольцо 3. Затем с помощью специальной оправки устанавливают на поршень 1 уплотнительное кольцо 2 таким образом, чтобы выступы на внутренней поверхности уплотнительного кольца 2 зашли в соответствующие пазы в поршне 1. Оправка с уплотнительным кольцом 2 предварительно нагревается до температуры 100°С. Затем поршень 1 с установленными кольцами 2 и 3 вставляется в цилиндр 4. Для обеспечения захода уплотнительного кольца 2 в цилиндр 4 на посадочной поверхности цилиндра выполнена фаска.
Данное уплотнение работает следующим образом.
Уплотнительное кольцо 2 за счет пластичности материала при установке принимает форму внутренней поверхности цилиндра 4. Поджимное кольцо 3 постоянно прижимает уплотнительное кольцо к внутренней поверхности цилиндра 4 при различных колебаниях температуры. Для предотвращения смещения уплотнительного кольца 2 с поршня 1 при возвратно-поступательном движении поршня 1 относительно цилиндра 2 служит фиксирующий выступ 5, который при сборке входит в проточку поршня 1. Для того чтобы уплотняемая среда не попадала в зазор между поршнем 1 и уплотнительным кольцом 2 на нем выполнен уплотнительный выступ 6, который плотно прилегает к поршню 1 за счет создаваемого давления в самой уплотняемой среде. Тем самым обеспечивается уплотнение вязко-пластической среды, обладающей пожаро-взрывоопасными свойствами и находящейся под давлением до нескольких десятков атмосфер.