МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ
MECHANICAL PACKING

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к механическим уплотнениям, предназначенным для установки на гидравлические и пневматические машины и устройства, рабочие органы которых совершают вращательное и/или возвратно-поступательное движение.
Для оценки новизны и технического уровня изобретения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.
Известно уплотнение вала или штока, содержащее притертые одно к другому и прижимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме, см. а.с. СССР №391315. В таком уплотнении ввиду неопределенности углового смещения пар колец возможно повышенное перетекание среды, находящейся под более высоким давлением, в зону пониженного давления, что снижает герметичность и надежность уплотнения в целом. В случае применения уплотнения с несколькими парами эксцентричных колец возникает необходимость в фиксации взаимного положения, что значительно усложняет уплотнение.
Известно механическое уплотнение, содержащее уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой в противоположных направлениях, см. патент РФ №2037077. На наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки. Уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах или расточках. В случае уплотнения вала внутренний диаметр уплотнительного кольца превышает диаметр уплотняемой детали. В случае уплотнения внутренней цилиндрической поверхности наружный диаметр уплотнительного кольца меньше диаметра уплотняемой поверхности. Бурты или расточки упругой обоймы выполнены попарно, а их оси расположены эксцентрично с двух сторон от оси упругой обоймы, при этом плоскости, проходящие через оси парных буртов или расточек, развернуты одна относительно другой на угол 180/n, где n - число пар буртов или расточек. В данном уплотнении каждое уплотнительное кольцо лишь в одной точке касается уплотняемой поверхности и, таким образом, между рабочей поверхностью кольца и уплотняемой поверхностью имеется зазор, представляющий собой практически полное кольцо, и его величина максимальна со стороны, противоположной точке касания. Вследствие того что расточки (бурты) имеют различные углы ориентации, между уплотняемой поверхностью и набором колец образуется сложная лабиринтная щель. Для обеспечения высокой степени герметичности необходимо использовать упругую обойму большой протяженности с соответственно большим набором уплотнительных колец. Трущиеся поверхности уплотнительных колец и/или вала, штока или цилиндра выполняются из износостойкого материала с шероховатой поверхностью, которая затем покрывается антифрикционным слоем, например из меди, бронзы, фторопласта и т.д.
Известно механическое уплотнение вала, или штока, или цилиндра машины, содержащее упругую обойму, на наружной или внутренней поверхностях которой выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, на буртах или расточках установлены уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые упругой обоймой к уплотняемым поверхностям, в котором каждое уплотнительное кольцо имеет участок в виде сектора, рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической с радиусом, равным радиусу уплотняемой поверхности, остальная часть кольца имеет форму, обуславливающую наличие щелевого зазора между кольцом и уплотняемой поверхностью, при этом соседние кольца развернуты относительно друг друга таким образом, что угол между их радиальными плоскостями, проходящими через середины секторов, составляет 360/n, где n - количество колец, см. патент РФ 2195592.
В процессе эксплуатации данной конструкции уплотнительные кольца находятся в таком положении, что упомянутые сектора равномерно распределяются по окружности и каждое из них обеспечивает уплотнение значительного участка поверхности, а лабиринт узких щелевых зазоров позволяет создать большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Таким образом, при использовании меньшего количества колец достигается высокая степень герметичности уплотнения.
Известно механическое уплотнение, включающее элемент, создающий компрессию, выполненный в виде набора уплотнительных колец, установленных с зазором относительно внутренней поверхности уплотняемого цилиндра, и две аналогичным образом выполненные опоры, размещенные по разные стороны от уплотнительных колец и выполненные в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, которое характеризуется тем, что оно снабжено по меньшей мере одной опорой, размещенной со стороны создания давления и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, см. патент РФ №2360166. Это уплотнение может быть снабжено дополнительной опорой, размещенной с другой стороны от элемента, создающего компрессию, и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. Элемент, создающий компрессию, может быть разделен на несколько частей, при этом уплотнение может быть снабжено по меньшей мере одной дополнительной опорой, размещенной между частями элемента, создающего компрессию, и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. Длина направляющих в этом уплотнении составляет от 1/30 до 7,0 диаметров уплотняемого цилиндра, ширина - от 1/30 до 1/3 диаметра уплотняемого цилиндра, причем направляющие установлены с зазором от 0,01 до 0,30 мм на диаметр уплотняемого цилиндра.
Данному аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, в связи с чем данное известное техническое решение выбрано в качестве прототипа изобретения.
В прототипе решается задача повышения срока службы и надежности уплотнения путем разделения функций центровки уплотнения (создания опоры) и создания уплотнением необходимой компрессии, в результате чего повышается срок службы и надежность уплотнения. Однако недостатком данной конструкции является то, что при сжатии нагрузка от сжатия набора уплотнительных колец передается на опоры, вызывая некоторое смещение их оси, что приводит к нарушению параллельности расположения опор относительно уплотняемой поверхности, повышенному трению и преждевременному износу опор.
Задачей изобретения является устранение передачи нагрузки от набора уплотнительных колец на опоры, улучшение условий их работы и повышение срока службы.
Сущность изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.
Механическое уплотнение, включающее элемент, создающий компрессию, выполненный в виде набора уплотнительных колец, установленных с зазором относительно внутренней поверхности уплотняемого цилиндра, и две аналогичным образом выполненные опоры, размещенные по разные стороны от уплотнительных колец и выполненные в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, которое характеризуется тем, что оно снабжено двумя поджимными кольцами, размещенными с двух сторон от набора уплотнительных колец и выполненными с диаметром меньшим, чем диаметр опор, при этом по меньшей мере одно из поджимных колец выполнено с возможностью перемещения относительно другого поджимного кольца.
В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение достигаемого изобретением технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Кроме этого, изобретение имеет ряд признаков, характеризующих изобретение в частных случаях его выполнения, конкретных формах его материального воплощения либо особых условиях его использования, а именно:
- по меньшей мере одно из поджимных колец образует с центральной втулкой набора уплотнительных колец резьбовую пару.
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в том, что нагрузка от набора уплотнительных колец не передается на опоры и не вызывает смещения их оси.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено механическое уплотнение плунжера насоса, содержащее две опоры, размещенные по разные стороны от элемента, создающего компрессию, и два поджимных кольца, одно из которых выполнено с возможностью перемещения.
Механическое уплотнение, включающее элемент, создающий компрессию, выполненный в виде набора уплотнительных колец 1, установленных с зазором относительно внутренней поверхности уплотняемого цилиндра 2, и две аналогичным образом выполненные опоры, размещенные по разные стороны от уплотнительных колец и выполненные в виде совокупности продольных направляющих 3 из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. Длина направляющих 3 составляет от 1/30 до 7,0 диаметров уплотняемого цилиндра 2, ширина - от 1/30 до 1/3 диаметра уплотняемого цилиндра 2, причем направляющие установлены с зазором от 0,01 до 0,30 мм на диаметр уплотняемого цилиндра 2. Уплотнение снабжено двумя поджимными кольцами 4, размещенными с двух сторон от набора уплотнительных колец 1. Поджимные кольца выполнены с диаметром меньшим, чем диаметр опор. По меньшей мере одно из поджимных колец 4 выполнено с возможностью перемещения относительно другого поджимного кольца.
Уплотнение работает следующим образом.
При движении плунжера опоры выполняют функцию центровки уплотнения. Направляющие 3 опор, контактируя с поверхностью уплотняемого цилиндра 2, воспринимают нагрузки и снимают нагрузки с уплотнительных колец 1 элемента, создающего компрессию. При этом нагрузка от набора уплотнительных колец не передается на опоры, не нарушая параллельности их продольной оси относительно уплотняемой поверхности, что существенно улучшает условия их работы.
Опоры не препятствуют проходу перекачиваемой среды между направляющими 3 к уплотнительным кольцам 1. Направляющие 3 выполняют с формой, обеспечивающей снижение трения о поверхность уплотняемого цилиндра 2 и снижающей гидравлическое сопротивление.
Предложенное механическое уплотнение может быть изготовлено промышленным способом из простейших известных материалов с использованием известных технологий и технических средств.