УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
SEALING DEVICE

Изобретение относится к уплотнительной технике и может использоваться для герметичного соединения подвижных частей устройств, работающих в пищевой промышленности с жидкостями и газами как под высоким давлением, так и под вакуумом, при значительном диапазоне температур и с различной пропускной способностью.
При этом необходимо отметить следующее.
Особенностью технологического оборудования, перерабатывающего продовольственное сырье, являются высокие санитарные и гигиенические требования к его конструкции. Конструкция пищевого оборудования должна: обеспечивать возможность свободного доступа персонала для его ремонта, санитарной обработки и обслуживания; исключить возможность попадания в исходное сырье и готовую продукцию смазочных жидкостей, ржавчины или металлической пыли, возникающей от износа деталей; обеспечить надежное крепление сборочных единиц, узлов, деталей, исключающее возможность попадания в продукцию посторонних предметов.
Применяемые в зоне контакта с продуктами конструкционные материалы должны: быть коррозионно-стойкими; не образовывать примесей, загрязняющих продукцию или оказывающих влияние на ее вкус, запах и цвет; иметь гладкую поверхность, стойкую к воздействию моющих и дезинфицирующих растворов.
Известно уплотнительное устройство, описанное в пат. РФ №2248484, кл. F16J 15/18, з. 21.12.2001 г, оп. 20.03.2005 г.
Известное устройство содержит два блока уплотнительных колец, выполненных по сопрягаемым поверхностям в форме усеченного конуса. Уплотнительные кольца выполнены неразрезными из эластомерного материала, а между блоками уплотнительных колец установлена пружина с возможностью обеспечения равномерного поджатия. Основания внутренних конусных уплотнительных колец направлены в сторону высокого давления, а сами кольца установлены с возможностью перемещения для компенсации их износа.
Недостатком является то, что при использовании устройства в компрессорах в результате нагревания на стенках корпуса будут закоксовываться частицы, образованные в результате износа уплотнительных колец. Это приведет к тому, что изношенные материалы уплотнительного устройства невозможно будет удалить, так как диаметр выходного отверстия устройства окажется меньше диаметра уплотнительных элементов, которые необходимо заменить для нормальной работы устройства.
Известно уплотнительное устройство низких ступеней компрессора, описанное в пат. РФ №2529050, кл. F16J 15/18, з. 23.04.2013 г., оп. 27.09.2014 г. и выбранное в качестве прототипа.
Известное устройство содержит корпус, внутри которого образована сальниковая камера, в которой установлена пара уплотнительных колец конусообразной формы, поджимающие пружины, прижимное кольцо, муфта и два нажимных кольца, при этом каждое нажимное кольцо имеет прямую и воронкообразную сопрягаемые поверхности. Нажимные кольца расположены воронкообразными сопрягаемыми поверхностями друг к другу, и к их внешней поверхности прилегает внутренней поверхностью муфта, при этом к плоской сопрягаемой поверхности одного из нажимных колец вышеупомянутыми пружинами прижато прижимное кольцо, при этом уплотнительные кольца находятся между нажимными так, что их конические сопрягаемые поверхности расположены в сторону нажимных колец, при этом между уплотнительными кольцами расположено дроссельное кольцо.
При этом нажимные кольца выполнены из стекловолокна, уплотнительные кольца выполнены из прессованного асбестового шнура, пропитанного суспензией фторопласта с тальком, первое уплотнительное кольцо первого корпуса выполнено из графитофторопластового материала и выполняет функцию маслосъемного кольца, дроссельное кольцо выполнено из стекловолокна, муфта выполнена из маслостойкой резины, кольцо круглого сечения в канавке первого корпуса изготовлено из резины.
Недостатком такого устройства является использование разнородных материалов таких, как стекловолокно для дроссельного кольца, маслостойкая резина для муфты, графитопластовый материал для первого уплотнительного кольца, асбестовый шнур с пропиткой из суспензии фторопласта с тальком. Использование таких материалов в случае попадания частиц графита или асбеста в готовую продукцию грозит нарушением санитарных норм и правил. Выполнение уплотнительных колец из асбеста вообще не позволяет использовать прототип в пищевой промышленности
Кроме того, наличие резиновых деталей, подверженных воздействию фреона и прочих агрессивных жидкостей, понижает износостойкость данного уплотнительного устройства. Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности использования уплотнительного устройства в пищевой промышленности за счет повышения его износостойкости.
Поставленная задача решается тем, что в уплотнительном устройстве, устанавливаемом на полом валу компрессора и включающем в себя снабженный съемной крышкой и элементами для ее крепления корпус, в котором установлена пара уплотнительных колец круглого сечения, уплотнительный элемент с конусной поверхностью, сопрягаемой с конусной поверхностью нажимного элемента, прижимная пружина и прижимное кольцо, поджимающее ее с одной стороны к корпусу, согласно изобретению крышка выполнена в виде стакана, для крепления ее к корпусу к ней приварены ушки с отверстиями, а к цилиндрическому выступу на корпусе приварены резьбовые элементы под них для соединения их между собой с помощью гаек, уплотнительный элемент с конусной поверхностью представляет собой жестко посаженный на полом валу металлический тонкостенный цилиндр с конусно-цилиндрическим расширением со стороны крепления крышки корпуса с выполненной в цилиндрической части этого расширения внутренней канавкой, в которой размещено первое уплотнительное кольцо круглого сечения, упирающееся в резьбовую втулку, ввернутую в полый вал и имеющую за конусно-цилиндрическим расширением соразмерный с ним выступ, за которым на нее надето прижимное кольцо, выполненное в виде втулки с цилиндрическим выступом, прилегающим к выступу резьбовой втулки и поджимающим конец прижимной пружины, другой конец которой поджат к крышке корпуса второй втулкой с цилиндрическим выступом, прилегающим к внутренней стороне крышки и соразмерным с ней, при этом с другой стороны уплотнительного металлического цилиндра между его наружной поверхностью и внутренней поверхностью корпуса от его конца и до приваренных ушек расположены две подвижные направляющие втулки, между которыми расположена подвижная манжета, к нижнему краю крышки прилегает нажимной элемент с конусной поверхностью в виде втулки с конусно-цилиндрическим расширением на ее конце со стороны крышки, сопрягаемой внутренней конической частью поверхности этого расширения с поверхностью конусного расширения уплотнительного металлического цилиндра, и имеющей в начале цилиндрической части этого расширения канавку под второе уплотнительное кольцо круглого сечения между этой втулкой и нижним краем крышки, при этом подвижные детали выполнены из более мягкого коррозионно-стойкого материала, а неподвижные - из более твердого коррозионно-стойкого металла.
Выполнение уплотнения в виде неподвижного уплотнителя с конусной поверхностью в виде металлического тонкостенного цилиндра с конусно-цилиндрическим расширением со стороны крепления крышки корпуса, упирающимся через уплотнительное кольцо во внутренней канавке в резьбовую втулку, ввернутую в полый вал и плотно прижимающую зажатую между двумя втулками с цилиндрическим выступом пружину к крышке, в совокупности с подвижным нажимным элементом с конусной поверхностью, зажатым между подвижными корпусом и крышкой, к которой конусный уплотнитель упирается уплотнительным кольцом, подвижным корпусом и неподвижным валом, между которыми установлена подвижная манжета, которая вместе с зажимающими ее подвижными направляющими при выполнении контактирующих в процессе работы деталей из металлов разной твердости обеспечивает в процессе работы их притирание друг к другу и повышает износостойкость всего уплотнительного устройства в целом, давая возможность использовать его в пищевой промышленности.
Технический результат - повышение износостойкости устройства за счет обеспечения притираемости деталей в процессе работы.
Заявляемое устройство обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение крышки в виде стакана, наличие на ней ушек с отверстиями для крепления ее к корпусу, наличие на цилиндрическом выступе на корпусе резьбовых элементов под них для соединения их между собой с помощью гаек, выполнение уплотнительного элемента с конусной поверхностью в виде жестко посаженного на полом валу металлического тонкостенного цилиндра с конусно-цилиндрическим расширением со стороны крепления крышки корпуса, выполнение в цилиндрической части этого расширения внутренней канавки под первое уплотнительное кольцо круглого сечения, наличие ввернутой в полый вал резьбовой втулки для упора в нее уплотнительного кольца, наличие на втулке соразмерного с конусно-цилиндрическими расширением выступа, за которым на нее надето прижимное кольцо в виде втулки с цилиндрическим выступом, прилегающим к выступу резьбовой втулки и поджимающим один конец прижимной пружины, другой конец которой поджат к крышке корпуса второй втулкой с цилиндрическим выступом, прилегающим к внутренней стороне крышки и соразмерным с ней, наличие с другой стороны уплотнительного металлического цилиндра между его наружной поверхностью и внутренней поверхностью корпуса от его конца и до приваренных ушек двух подвижных направляющих втулок, расположение между последними подвижной манжеты, прилегание к нижнему краю крышки нажимного элемента с конусной поверхностью в виде втулки с конусно-цилиндрическим расширением на ее конце со стороны крышки, сопрягаемой внутренней конической частью поверхности этого расширения с поверхностью конусного расширения уплотнительного металлического цилиндра, наличие в начале цилиндрической части этого расширения канавки под второе уплотнительное кольцо круглого сечения между этой втулкой и нижним краем крышки, выполнение подвижных деталей из более мягкого коррозионно-стойкого материала, а неподвижных - из более твердого коррозионно-стойкого металла, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, которые обеспечивали бы в совокупности достижение заявленного результата, поэтому заявитель считает, что заявляемое уплотнительное устройство соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое уплотнительное устройство может использоваться для герметичного соединения подвижных частей устройств, работающих в пищевой промышленности с жидкостями и газами, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены:
на фиг.1 - чертеж устройства в разрезе;
на фиг. 2 - общий вид устройства в изометрии с частичным разрезом;
на фиг. 3 - возможное использование уплотнительного устройства в режиме нагнетания и возврата;
на фиг. 4 - возможное использование уплотнительного устройства в реверсивном режиме.
Уплотнительное устройство (фиг. 1, 2) устанавливается на полом валу 1 в компрессоре и включает в себя корпус 2, снабженный съемной крышкой 3 в форме стакана, которая крепится к корпусу 2 с помощью приваренных к цилиндрическому выступу 4 корпуса 2, резьбовых элементов 5, которые проходят сквозь отверстия 6 ушек 7, приваренных к стакану 3, и скрепляют корпус 2 к крышке 3 с помощью гаек 8. Уплотнительный элемент с конусной поверхностью представляет собой жестко посаженный на полом валу 1 металлический тонкостенный цилиндр 9 с конусно-цилиндрическим расширением 10 со стороны крепления крышки 4 с выполненной в цилиндрической части этого расширения 10 внутренней канавкой 11, в которой размещено первое уплотнительное кольцо 12 круглого сечения. Кольцо 12 упирается в резьбовую втулку 13, ввернутую в полый вал 1 и имеющую за конусно-цилиндрическим расширением 10 соразмерный с ним выступ 14. За выступом 14 на нее надето прижимное кольцо 15, выполненное в виде втулки с цилиндрическим выступом 16, прилегающим к выступу 14 резьбовой втулки 13 и поджимающим конец прижимной пружины 17. Другой конец пружины 17 поджат к крышке 3 корпуса 2 второй втулкой 18 с цилиндрическим выступом 19, прилегающим к внутренней стороне крышки 3 и соразмерным с ней.
При этом с другой стороны уплотнительного металлического цилиндра 9 между его наружной поверхностью и внутренней поверхностью корпуса 2 от его конца и до приваренных резьбовых элементов 5 расположены две подвижные направляющие втулки 20 и 21, между которыми расположена подвижная манжета 22. К нижнему краю крышки 3 прилегает нажимной элемент 23 с конусной поверхностью в виде втулки с конусно-цилиндрическим расширением 24 на ее конце со стороны крышки 3. Втулка 23 сопрягается внутренней конической частью поверхности этого расширения 24 с поверхностью конусного расширения 10 уплотнительного металлического цилиндра 9 и имеет в начале цилиндрической части этого расширения канавку 25 под второе уплотнительное кольцо 26 круглого сечения между этой втулкой 23 и нижним краем крышки 3.
Все подвижные детали уплотнительного устройства выполнены из более мягкого коррозионно-стойкого материала, а неподвижные - из более твердого коррозионно-стойкого металла.
Сборка устройства осуществляется следующим образом.
Перед сборкой все детали следует смазать маслом, все трущиеся детали и рабочие поверхности тщательно продуть и протереть салфеткой. Далее на жестко посаженный на валу 1 цилиндрический уплотнитель 9 насаживаются манжета 22 с зажимающими ее направляющими 20 и 21, и нажимной элемент 23 с конусной поверхностью, на который одевается корпус 2.
Далее к цилиндрическому уплотнителю 9 через уплотнительное кольцо 12 прижимается резьбовая втулка 13, на которую вставляется прижимное кольцо 15 с выступом 16, на который упирается пружина 17, упирающаяся с противоположной стороны на правую опорную втулку 18, на которую вставляется крышка корпуса 2, на нажимной элемент 23 с частично конусной поверхностью через уплотнительное кольцо 26.
И в заключение, к ушкам 7 корпуса 2 прикрепляется крышка 3 с помощью крепежных резьбовых элементов 5 и гаек 8.
При этом цилиндрический уплотнитель 9, корпус 2 и крышка 3 корпуса изготавливаются из металла AISI 430 (40X13), тогда как нажимной элемент 23 с конусной поверхностью и направляющие 20 и 21 могут быть изготовлены как из более мягкого металла (рекомендуемый - бронза), так и из пластика (капролон, фторопласт). Таким образом, подвижные детали в узле являются самопритирающимися о более твердые неподвижные детали, что повышает общую износостойкость конструкции. Кроме того, минимальное количество резиновых деталей повышает устойчивость к воздействию на уплотнитель агрессивных сред, а использование безопасных материалов позволяет использовать данное уплотнительное устройство в пищевой промышленности.
Уплотнительное устройство работает следующим образом: жестко посаженный на неподвижном валу 1 тонкостенный цилиндрический уплотнитель 9 с коническим расширением 10 упирается уплотнительным кольцом 12 о выступ 14 резьбовой втулки 13, прижимающей пружину 17, зажатую между двумя опорными втулками 15 и 18. Все вышеперечисленные элементы являются также неподвижными, в том числе, и металлический цилиндрический уплотнитель 9, притирающейся о подвижный нажимной элемент 23, зажатый между подвижными корпусом 2 и крышкой 3, к которой нажимной элемент 23 упирается уплотнительным кольцом 12. Между подвижным корпусом 2 и неподвижным валом 1 установлена подвижная манжета 22, которая вместе с зажимающими ее подвижными направляющими 20 и 21 притирается о неподвижный вал 1.
Таким образом, нажимная пружина 17 возвратно-поступательным движением компенсирует избыточное давление, предотвращая износ деталей. Кроме того, в процессе эксплуатации нажимной элемент 23, направляющие и опорные втулки 20, 21 и 15 и 18, изготавливаемые из более мягкого материала, чем материал крышки 3, корпуса 2 и цилиндрического уплотнителя 9, притираются друг к другу, что позволяет деталям не терять своих рабочих качеств, благодаря самопритирке.
Уплотнительное устройство может работать как в режимах нагнетании и возврата, так и в реверсивном режиме, когда нагнетание и возврат может одновременно осуществлять через одно уплотнительное устройство.
Режимы нагнетания и возврата представлены на фиг. 3 в виде примера применения двух устройств уплотнения для герметизации рабочего узла подвижного барабана-испарителя 27 в чешуйчатых льдогенераторах. Жидкий фреон из терморегулирующего вентиля поступает через нагнетательный вентиль 28 в первое уплотнительное устройство 29, работающее в нагнетательном режиме, через который затем поступает в подвижный барабан-испаритель 27, где, испарившись, через второе уплотнительное устройство 30, работающее в режиме возврата, и возвратный вентиль 31 в виде пара поступает в компрессор для дальнейшего сжатия.
Аналогичным образом на фиг. 4 показана работа уплотнительного устройства в реверсивном режиме. Жидкий фреон из терморегулирующего вентиля (не показан) через нагнетательный вентиль 32 поступает в трубку 33 с внешним диаметром, значительно меньшим внутреннего диаметра подвижного полого вала 34, проходящую через уплотнительное устройство 29 в барабан-испаритель 27 и доходящую до центральной области его внутреннего объема, куда через трубку 33 поступает жидкий фреон и, испарившись, поступает обратно в уплотнительное устройство 29 через пространство между трубкой 33 и полым валом 34. Через уплотнительное устройство 29 испарившийся фреон поступает в возвратный вентиль 35, приваренный к крышке 3 устройства уплотнения 29 с боковой стороны, откуда затем поступает в компрессор. Таким же образом заявляемое уплотнительное устройство может работать в прочих устройствах, где требуется герметизация подвижных частей устройств, работающих с жидкостями и газами.
В сравнении с прототипом заявляемое уплотнительное устройство обладает более высокой износостойкостью и может использоваться в пищевой промышленности.