Меню Закрыть

Патент уплотнение

механическое уплотнение

Использование: в гидравлических и пневматических машинах с вращательным или возвратно — поступательным движением рабочих органов. Сущность изобретения: в устройстве на наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки. Бурты или расточки выполнены попарно. Каждая пара развернута относительно другой на угол 180/n, где n — число пар буртов или расточек. Уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

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.

Известно уплотнение вала или штока, содержащее притертые одно к другому и поджимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме.

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 их взаимного положения, что значительно усложняет уплотнение и приводит к его удорожанию.

Задачей изобретения является создание механического уплотнения, которое обеспечивало бы уменьшение зазоров между элементами устройства и валом или штоком или цилиндром машины с одновременной компенсацией износа трущихся поверхностей, в результате чего произошло бы снижение утечек среды и увеличен срок службы уплотнения, а также упрощены его изготовление и сборка.

Технический результат достигается тем, что в механическом уплотнении вала или штока или цилиндра машины, работающем под избыточным давлением, содержащем уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой в противоположных направлениях, на наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, а уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на буртах или в расточках.

Бурты или расточки в обойме выполнены попарно так, чтобы их оси располагались симметрично с двух сторон от оси обоймы, при этом плоскости, которые пройдут через оси парных буртов или расточек, должны быть развернуты одна относительно другой на угол, равный 180/n, где число n число пар расточек или буртов.

Для уменьшения времени притирки уплотнительных поверхностей, чтобы при этом не снижался их срок службы, трущиеся уплотнительные поверхности вала, штока или цилиндра и/или уплотнительных колец имеют покрытие из антрифрикционного и/или износостойкого материала и выполнены с увеличенной шероховатостью.

Такое выполнение механического уплотнения позволяет уменьшить утечки среды, повысить срок службы уплотнения и снизить его стоимость.

На фиг. 1 изображено механическое уплотнение вала или штока, расположенное в корпусе машины, продольный разрез; на фиг.2 сечение А-А на фиг;1; на фиг. 3 упругая обойма с двумя эксцентричными расточками; на фиг.4 вариант механического уплотнения плунжера скважинного штангового насоса, продольный разрез; на фиг.5 сечение Б-Б на фиг.4; на фиг.6 упругая обойма с двумя парами эксцентричных буртов; на фиг.7 участок поверхности цилиндрического кольца или вала, штока или цилиндра; на фиг.8 тот же участок после приработки.

Механическое уплотнение рассматривается в варианте уплотнения вала, штока или цилиндра (фиг.1-6). В сальниковой камере корпуса 21 машины установлено механическое уплотнение, которое содержит упругий элемент в виде обоймы 2 из эластомерного материала и уплотнительных колец 3 и 4. Упругая обойма 2 выполнена, например, и резины. На внутренней поверхности упругой обоймы 2 выполнены эксцентрично расположенные расточки 5 и 6, оси которых смещены относительно оси вала или штока на величину эксцентриситета е1 и е2 и расположены симметрично с двух сторон от оси вала или штока, т.е. развернуты на 180 о . Со стороны повышенного давления среды в упругой обойме 2 имеется опорный бурт 7. Уплотнительные кольца 3 и 4 установлены в эксцентричные расточки 5 и 6 с небольшим диаметральным и осевым натягом, которые обеспечиваются за счет соотношения диаметральных и осевых размеров металлической обоймы 8 и фланца 9. При установке уплотнения на вал или шток 10 уплотнительные кольца 3 и 4 ввиду их эксцентричного относительно оси вала или штока расположения касаются соответственно в точках а и б, т.е. с противоположных от оси вала или штока сторон, при этом за счет сжатия резиновой обоймы 2 каждое кольцо прижимается к валу или штоку с усилием F.

На фиг. 4, 5 и 6 приведен вариант механического уплотнения плунжера скважинного штангового насоса, в котором полый плунжер 11 размещен в цилиндре 12 и разделяет в насосе полость 13 высокого давления и полость 14 низкого давления. На цилиндрической поверхности плунжера 11 установлено механическое уплотнение, которое содержит упругую обойму 15 из эластомерного материала и набор уплотнительных колец 16, выполненных из жестких неэластомерных материалов. Кольца 16 взаимодействуют с обоймой 15 и внутренней поверхностью цилиндра 12. Упругая обойма 15 на наружной поверхности имеет ряд эксцентричных буртов 17-20, которые выполнены попарно, причем в каждой паре буртов их оси находятся симметрично с двух сторон от оси обоймы, т.е. развернуты на 180 о . В зависимости от количества уплотнительных колец каждая пара буртов развернута на определенный угол с тем, чтобы максимально перекрыть проход среды из полости высокого давления в полость с низким давлением. Так для уплотнения с одной парой колец лучшим вариантом является разворот колец на 180 о . Для двух пар (фиг.5 и 6) плоскости, в которых находятся оси эксцентричных буртов, развернуты на 90 о . Для трех пар этот угол равен 60 о , для четырех пар 45 о и т.д. Таким образом в общем случае угол разворота может быть определен из соотношения = 180/n, где n число пар буртов или расточек.

Упругая обойма 15 со стороны высокого давления имеет бурт 21, к которому с помощью переходника 22 прижимается комплект уплотнительных колец 16.

Уплотнительные концентричные кольца 16, установленные на эксцентричные бурты, касаются с поверхностью цилиндра 12 в выточках а, б, в и г (фиг.5), равномерно распределенные по окружности цилиндра. При большем количестве пар колец плунжер сможет работать с высоким перепадом давления. Так, например, при 20 кольцах насосы с аналогичным уплотнением плунжера длительно работают при перепаде давления до 10 МПа. При этом следует учесть, что по мере притирки трущихся поверхностей колец и вала, штока или цилиндра, эффективность работы уплотнения увеличивается, так как уплотнительный зазор стремится к нулю, а самоуплотнение из щелевого превращается в контактное.

С целью ускорения процесса притирки, а также снижения сил трения, трущиеся поверхности уплотнительных колец 3, 4, 16 и/или вала, штока 10 или цилиндра 12 выполняются из износостойкого материала с шероховатой поверхностью, которая затем покрывается антифрикционным слоем 23, например из меди, бронзы, хрома, фторопласта и т.п. (фиг.7). Шероховатая поверхность с необходимыми размерами впадин 24 и выступов 25 может быть выполнена различными способами, например в виде резьбы, рифлением, дробе- и пескоструйной обработкой. Антифрикционное покрытие 23 может быть нанесено с помощью гальваники, натиранием, а также в виде композиционных покрытий, состоящих из клея или смолы, смешанных с мелкими частичками графита, дисульфида молибдена, фторопласта и других аналогичных материалов.

Механическое уплотнение работает следующим образом.

При установке механического уплотнения в корпус машины или в цилиндр уплотнительные кольца прижимаются к уплотняемой поверхности вала, штока или цилиндра в тех местах, где ширина кольца максимальна вместе с обоймой. В местах прижатия колец щелевой зазор равен нулю. С противоположной от точки касания стороны щелевой зазор максимальный. Однако ввиду того, что расточки и бурты в обойме выполнены эксцентричными и кольца по торцам плотно прижаты друг к другу и соответствующим образом попарно развернуты относительно одно другого между уплотняемой поверхностью и набором колец образуется сложная лабиринтная щель и, следовательно, большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Гидравлическое сопротивление в зазоре уплотнения возрастает также ввиду того, что поток жидкости, проходя через зазор, многократно меняет свое направление. Размеры зазора в работающем уплотнении постепенно уменьшаются за счет приработки трущихся поверхностей колец и уплотняемой поверхности вала, штока или цилиндра, при этом происходит автоматическое прижатие трущихся поверхностей, и, следовательно, компенсация износа за счет эластомерной упругой обоймы. Еще больший эффект достигается в случае применения шероховатых поверхностей с мягким покрытием в качестве трущихся поверхностей уплотнения. В начальный период трущиеся поверхности быстро прирабатываются (фиг.8), мягкий слой частично снашивается, при этом герметичность соединения улучшается и одновременно увеличивается несущая способность пары трения за счет того, что в работу вступают участки износостойкого материала. Таким образом достигается повышенная герметичность уплотнения с одновременным увеличением срока его службы. Кроме того, стоимость изготовления уплотнения снижается по сравнению с уплотнением с эксцентричными кольцами, так как изготовление концентричных колец не требует специальной оснастки. Сборка колец также упрощается и не требуется фиксация их взаимного расположения, так как они устанавливаются на бурты или в расточки упругой обоймы.

Изобретение может применяться в насосах, компрессорах, мешалках, в запорной арматуре, в гидро- и пневмоустройствах и других машинах и аппаратах, работающих под избыточным давлением.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ вала, или штока, или цилиндра машины, содержащее уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой в противоположных направлениях, отличающееся тем, что на наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, а уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах или в расточках.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что 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.

3. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что трущиеся поверхности уплотнительных колец и/или вала, или штока, или цилиндра выполнены шероховатыми и на них нанесено покрытие из антифрикционного и/или износостойкого материала.

Патент уплотнение

Патент РФ на полезную модель № 73427 «Манжета для уплотнения обратного клапана системы закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин»

Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «Стромнефтемаш»; Авторы: Соболев Алексей Станиславович, Трушин Станислав Николаевич, Кукушкин Николай Михайлович, Доронин Вячеслав Вячеславович; Международная патентная классификация: F16J 15/10 (2006.01); Дата подачи заявки: 24.01.2008; Дата публикации сведений о выдаче патента (выдача патента): 20.05.2008.

Полезная модель относится к нефте- и газодобывающей отрасли промышленности, а конкретно к манжете для уплотнения обратного клапана системы закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин.

Смотрите так же:  Залог оставления имущества у залогодателя

Известны клапаны с резиновым уплотнением, выполненным в виде круглой шайбы из листовой резины, закрепленной механически, или выполненным в виде резинового кольца, заведенного в паз типа «ласточкин хвост» (Орлов П.И., Основы конструирования, Справочно-методическое пособие, Москва, Машиностроение, 1988, книга 1, стр.521, рис. 750, изображения II, V и VI).

Уплотнительные элементы известных конструкций клапанов не могут быть использованы в системах закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин, поскольку такие уплотнительные элементы успевают износиться и прекратить выполнять свою функцию до завершения цикла цементирования одной нефтяной скважины. Это обусловлено значительным абразивным воздействием перекачиваемого раствора на уплотнительный элемент, а также высокими давлениями в системе.

В конструкциях, показанных на изображениях II и V уплотнительные элементы установлены таким образом, что создают своего рода преграду потоку раствора при его прохождении через клапан. Это приводит к быстрому удалению выступающей части уплотнительного элемента за счет абразивного воздействия и прекращению выполнения клапаном его функции.

В конструкции, показанной на изображении V возможен выход из строя клапана из-за вырывания уплотнения из паза за счет динамического воздействия на уплотнение раствора, протекающего через клапан под большим давлением, возникающим периодически.

Последнего недостатка частично лишена конструкция, показанная на изображении VI, поскольку уплотняющая поверхность уплотнения и поверхность детали, на которой уплотняющий элемент установлен, лежат в одно плоскости. В этом случае поток раствора плавно обтекает уплотнение, что уменьшает степень абразивного воздействия на уплотнение. Однако в этой известной конструкции абразивному воздействию подвергается внешний край уплотнения, имеющий в сечении прямой угол. Износ уплотнения в этой зоне также приводит к выходу клапана из строя, поскольку в результате абразивного воздействия может быть полностью удалена уплотняющая зона уплотнения в цикле цементирования одной скважины.

Техническая проблема, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в разработке манжеты для обратного клапана, пригодной для использования в системе закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин и имеющей повышенный срок службы.

Эта техническая проблема решена манжетой для уплотнения обратного клапана системы закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин, выполненной из резины в форме диска с отверстием и выступами по периметру с противоположных сторон. С одной стороны диска выступ формирует внутреннюю полость в форме усеченного конуса с меньшим основанием со стороны диска. От вершины этого выступа выполнено с боку диска скругление с сопряжением с боковой конической поверхностью, сужающейся в направлении выступа со второй стороны диска. Ширина выступа на первой стороне у его основания меньше ширины выступа на второй стороне также у его основания.

Благодаря описанной форме манжета плавно обтекается цементным раствором, двигающимся в направлении от выступа на первой стороне к выступу на второй стороне диска. Выполнение выступов на второй стороне диска более широкими позволяет манжете в периферийной зоне упруго деформироваться под динамическим воздействием потока, что уменьшает степень абразивного воздействия на поверхность второго выступа, сопрягаемую с наружной боковой поверхностью.

Полостью внутри выступа на первой стороне манжета опирается на запирающую деталь клапана, а в полости с другой стороны располагается тарелка, посредством которой манжета надежно закрепляется на запирающей детали.

Выступ на второй стороне диска может быть выполнен в сечении скругленным у вершины, что обеспечить его обтекание рабочим телом без заметных турбулентностей.

Как правило, манжета изготавливается из резины, относящейся к группе резин средней твердости.

Возможность осуществления полезной модели иллюстрируется конкретным примером.

На чертеже показана манжета для уплотнения обратного клапана системы закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин в разрезе.

Манжета выполнена в форме диска 1 с отверстием 2 и выступами 3 и 4 по периметру с противоположных сторон. С одной (первой) стороны 5 диска 1 выступ 3 формирует внутреннюю полость 6 в форме усеченного конуса с меньшим основанием со стороны диска 1. От вершины 7 этого выступа выполнено с боку диска 1 скругление 8 с сопряжением с боковой конической поверхностью 9, сужающейся в направлении выступа 4 с другой (второй) стороны 10 диска 1. У основания ширина выступа 3 меньше ширины выступа 4. Выступ 4 выполнен в сечении скругленным у вершины 11.

Манжета изготавливается по традиционной технологии для резинотехнических изделий из невулканизованной резиновой смеси с использованием прессформы. Предпочтительно использовать резины средней твердости. Например, может быть использована невулканизованная резиновая смесь марки ИРП-1293 (ТУ 38 305152-04). Могут быть использованы также резины повышенной твердости.

1. Манжета для уплотнения обратного клапана системы закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин, выполненная из резины в форме диска с отверстием и выступами по периметру с противоположных сторон, с одной стороны диска выступ формирует внутреннюю полость в форме усеченного конуса с меньшим основанием со стороны диска, а от вершины выступа выполнено с боку диска скругление с сопряжением с боковой конической поверхностью, сужающейся в направлении выступа со второй стороны диска, при этом ширина выступа на первой стороне у его основания меньше ширины выступа на второй стороне также у его основания.

2. Манжета по п.1, отличающаяся тем, что выступ на второй стороне диска выполнен в сечении скругленным у вершины.

3. Манжета по п.1, отличающаяся тем, что она изготовлена из резины средней твердости.

Техническая проблема, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в разработке манжеты для обратного клапана, пригодной для использования в системе закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин и имеющей повышенный срок службы. Манжета выполнена в форме диска 1 с отверстием 2 и выступами 3 и 4 по периметру с противоположных сторон. С одной (первой) стороны 5 диска 1 выступ 3 формирует внутреннюю полость 6 в форме усеченного конуса с меньшим основанием со стороны диска 1. От вершины 7 этого выступа выполнено с боку диска 1 скругление 8 с сопряжением с боковой конической поверхностью 9, сужающейся в направлении выступа 4 с другой (второй) стороны 10 диска 1. У основания ширина выступа 3 меньше ширины выступа 4. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

уплотнение (варианты)

Изобретение относится к уплотнительной технике, к уплотнительным спирально-навитым уплотнениям с использованием термостойких материалов, таких как, например, графлекс. Уплотнение в виде набора профильных колец. Каждое из колец выполнено из термостойкого уплотнительного изделия с внедренным в его объем и монолитно связанным с ним армирующим проницаемым изделием, в котором поровое пространство заполнено уплотнительным изделием. Изобретение позволяет расширить и улучшить технические характеристики уплотнения, а именно прочностные, упругие характеристики, очищающие способности, способности препятствовать выносу материала элементного уплотнительного изделия из зоны трения, увеличение ресурса работы, триботехнической и эрозионной износостойкости, обеспечение самоуплотнения от рабочего давления и снижения сил трения. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Рисунки к патенту РФ 2269049

Изобретение относится к уплотнительной технике, к уплотнительным спирально-навитым уплотнениям с использованием термостойких материалов, таких как, например, графлекс.

Известны контактные уплотнения в виде кольцевых элементов различных форм в сечении: круглой, прямоугольной, U, V-образной, выполненные из эластичных (резина, полиуретан) изделий (см. Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник. Под ред. Голубева А.И. и Кондакова Л.А., М.: Машиностроение, 1994, с.15, рис.1.6, 157, 160).

Недостатком конструкции является необходимость применения эластичных материалов, которые обладают ограниченной прочностью, термостойкостью (80. 150°С), что не позволяет использовать их при высоких температурах и рабочих давлениях.

Известны комбинированные контактные уплотнения в виде кольцевых элементов различных форм в сечении: прямоугольной, U, V-образной, выполненные из мало или неэластичных (пластмассы: полиамид, фторопласт и др.) изделий (см. Уплотнения и уплотнительная техника. с.160, рис.4.21, с.161), в которых применены силовые разжимные элементы в виде ленточной U-образной пружины с разрезами, которые разжимают уплотнительные губки кольца, обеспечивая их первоначальный поджим к поверхности уплотнения.

Данные уплотнения обладают более высокой термостойкостью (до 240°С — фторопласты, далее идет резкое снижение прочностных характеристик, по справочнику указывают 280-300°С, но при этой температуре фторопласты не могут работать длительное время).

Недостатком уплотнений является трудность изготовления разжимных элементов, ограниченность применения при больших размерах (трудно обеспечить упругий поджим неупругих материалов) и ограниченная термостойкость. Кольцевой элемент должен быть относительно тонким в сечении, иначе он будет обладать малой радиальной податливостью, это приводит к быстрому его износу в сложных условиях эксплуатации и при средах, содержащих абразивные загрязнения.

Известно выполнение комбинированного уплотнения в виде кольцевого элемента соединенного из сегментов с соединением шип-паз, которое поджимается упругим эластичным элементом (см. патент RU 2173422, F 16 J, 15/16, оп. Б.И. №25, 2001). Данное уплотнения снимает недостатки в части повышения износостойкости, но обладает низкой термостойкостью и сложное в изготовлении.

Известно уплотнение в виде спирально-навитой прокладки в виде цилиндрического кольца из ленточного уплотнительного, волокнистого терморасширенного графита — графлекса (см. патент JP 63-23423, F 16 J 15/22, 1988).

Это термостойкое изделие (до 600°С). Недостатком таких уплотнительных элементов является их невысокие прочностные и упругие характеристики, эрозионная и триботехническая (от трения) износостойкости, невозможность самоуплотнения от рабочего давления из-за низкой эластичности и упругости в направлении поверхности уплотнения, что свойственно уплотнениям из эластичных материалов. Для сальников необходимо создание первоначального давлений сжатия, примерно в 2 раза превышающих наибольшее рабочее давление среды для обеспечения герметичности соединения (коэффициент передачи бокового давления примерно равен 0,5), что приводит к значительному возрастанию сил трения, в десятки раз по сравнению с манжетными, шевронными уплотнениями (см. Уплотнения. с.338).

Техническим результатом изобретения является расширение и улучшение технических характеристик уплотнения, а именно прочностных, упругих характеристик, очищающей способности, способности препятствовать выносу материала элементного уплотнительного изделия из зоны трения, увеличение ресурса работы, триботехнической и эрозионной износостойкости, обеспечение самоуплотнения от рабочего давления и снижению сил трения.

Технический результат достигается тем, что уплотнение в виде монолитного профильного кольца V, U, Х-образной формы в сечении из уплотнительного изделия выполнено в виде нескольких подобных профильных колец, расположенных параллельно и связанных друг с другом, из термостойкого уплотнительного изделия с внедренным в его объем и монолитно связанным с ним армирующим проницаемым изделием, эквидистантно расположенным от одной из его параллельных поверхностей, в котором поровое пространство заполнено уплотнительным изделием, причем показатели прочности, твердости, износостойкости и эрозионной стойкости армирующего проницаемого изделия более высокие, чем у термостойкого уплотнительного изделия, кроме этого:

— в качестве термостойкого уплотнительного изделия использованы графитовое, базальтовое волокно, «графлекс», базальтовая ткань, ткань из углеродистого волокна,

— армирующее проницаемое изделие выполнено из непроницаемой ленты с перфорационными отверстиями разного диаметра и разнообразной формы,

— армирующее проницаемое изделие выполнено из высокопрочных и термостойких металлических и неметаллических нитей, волокон, войлока, стержней, сетки, ткани, например, из стекловолокна, базальтового волокна, углеродного волокна,

— армирующее проницаемое изделие выполнено из металлической проволоки, из проволочной сетки,

— армирующее проницаемое изделие выполнено с упруго-демпфирующими свойствами, объемно-проницаемым, из «металлорезины»,

— толщина термостойкого уплотнительного изделия выполнена равной толщине армирующего проницаемого изделия внедренного в него,

Смотрите так же:  Одаряемый должен заплатить налог

— толщина термостойкого уплотнительного изделия больше толщины армирующего проницаемого изделия внедренного в него,

— профильные кольца образованы из профилированной ленты с плотной спиральной навивкой, причем профилированная лента состоит из ленточного термостойкого уплотнительного изделия с внедренным в него и эквидистантно расположенным от его параллельных поверхностей армирующим проницаемым изделием,

— разные профильные кольца из термостойкого уплотнительного изделия монолитно связаны друг с другом с образованием взаимно проникающих связей между ними.

Сущность изобретения заключается в применении нескольких уплотнительных колец из термостойкого уплотнительного изделия с армирующим изделием.

На фиг.1, 2, 3 показаны нормальные сечений уплотнительных изделий, на фиг.4, 5, 6 — формы уплотнений в уплотнительном узле, на фиг.7 — форма уплотнения в свободном состоянии до установки в уплотнительный узел.

Уплотнение в виде монолитного профильного кольца V, U, Х-образной формы в сечении выполнено в виде нескольких подобных профильных колец (ПК) 1, 2, 3, 4, 5, 6, расположенных параллельно и связанные друг с другом (фиг.1, 2, 3, 4), которые могут быть с опорными кольцами 7 (фиг.7), на фиг 1, 2, 3 не показаны. ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 изготовлены из термостойкого уплотнительного изделия (ТУИ) 8 с внедренным в его объем и монолитно связанным с ним армирующим проницаемым изделием (АПИ) 9, эквидистантно расположенным от одной из его параллельных поверхностей 10, 11, в котором поровое пространство заполнено ТУИ 8, причем показатели прочности, твердости, износостойкости, эрозионной стойкости АПИ 9 более высокие, чем у ТУИ 8.

ТУИ 8 может быть выполнено из термостойкого графитового, базальтового волокна, терморасширенного графита — «графлекса», базальтовой ткани, ткани из углеродистого волокна, а также и из наполненных фторопластов (стекловолокном, углеродным волокном, коксом, графитом и др.), полиимида (рабочая температура 300°С).

АПИ 9 может быть выполнен из непроницаемой ленты с перфорационными отверстиями разного диаметра и разнообразной формы, из высокопрочных и термостойких металлических и неметаллических нитей, волокон, войлока, стержней, сетки, ткани, например, из стекловолокна, базальтового волокна, углеродного волокна, из металлической проволоки (в виде простого изделия из проволоки изогнутого с разнообразным рисунком, зигзагообразно, спирально, из отрезков проволоки прямых и деформированных определенным образом и т.д.), в виде сетки. АПИ 9 может быть выполнен с упругодемпфирующими свойствами (из проволоки, волокон, нитей, стержней с упругими, пружинными свойствами), «металлорезины». АПИ 9 может быть в виде плоской структуры (сетки) или объемно-проницаемым — из нескольких сеток, наложенных друг на друга, скрепленных или не скрепленных друг с другом, войлока, «металлорезины». Особенность «металлорезины» в том, что она может быть выполнена из цельного куска проволоки, что создает монолитность конструкции, причем при использовании неупругих материалов «металлорезина» обладает упругими свойствами. Это обеспечивается специальной технологией ее изготовления из проволоки.

ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 могут быть образованы из профилированной ленты с плотной спиральной навивкой, причем профилированная лента состоит из ленточного ТУИ 8 с внедренным в нее и эквидистантно расположенным от одной из ее поверхностей 10, 11 (вдоль ширины, фиг.1, 2, 3) ленточным АПИ 9. Все ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 связаны после наложения друг с другом. Прочность связи ТУИ 8 с АПИ 9 очень высока, ТУИ 8 находится в очень уплотненном состоянии и практически не обладает упругими свойствами, которые обеспечиваются только свойствами АПИ 9. ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 друг с другом в уплотнении могут иметь подвижность по поверхностям контакта (не связаны монолитно и жестко) в виде набора ПК, а могут быть монолитно связаны с образованием взаимно проникающих связей (путем совместного прессования) по ТУИ 8, прочность которых может быть ниже, чем прочность связи АПИ 9 с ТУИ 8, т.е. сохраняется небольшая внутренняя подвижность ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6. Соединение ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 может быть и путем склеивания высокотемпературными клеями, герметиками, например, на основе керметов. ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 могут быть получены и из листового ТУИ 8 с внедренным АПИ 9, путем вырубки и формообразования из него ПК. ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 могут быть получены путем совместного прессования ТУИ 8 и АПИ 9 из не ленточного и не листового изделия (из волокон, порошка, отрезков, кусков армирующего изделия), что позволяет создавать ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 любой формы и с любыми свойствами.

АПИ 9 может быть выполнено из материала с коэффициентом теплопроводности более высоким, чем ТУИ 8.

АПИ 9 может быть выполнено из материала с коэффициентом температурного расширения, близким к коэффициенту температурного расширения ТУИ 8.

Выполнение уплотнения из нескольких ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 из ТУИ 8 (фиг.1, 2, 3) с внедренным в него АПИ 9, в котором ТУИ 8 импрегнировано (внедрено) в свободное поровое пространство АПИ 9 обеспечивает монолитность связи их друг с другом за счет волокнистой структуры ТУИ 8 и пористой структуры АПИ 9. Полученные из ТУИ 8 с внедреннннным АПИ 9 ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 более прочные, пластичные (легко деформируются), обладают большой упругой податливостью (зависит от упругих свойств АПИ 9), чем без АПИ 9, из-за наличия в своей структуре внедренного металлического или неметаллического каркаса АПИ 9.

Это позволяет в широких пределах регулировать прочностные и упругие характеристики ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 (применение сеток различного размера ячеек из разных, в том числе и упругих материалов, проволок разных диаметров), антифрикционные и эррозионно-стойкие свойства (применение проволок из антифрикционных, износостойких и эррозионно-стойких сплавов, с антифрикционными покрытиями). Выполнение АПИ 9 объемно-проницаемым и с упругодемпфирующими свойствами из «металлорезины», войлока, позволяет значительно усилить упругие характеристики, причем этими характеристиками можно управлять при изготовлении «металлорезины», войлока, сеток.

Выполнение толщины ТУИ 8, равной АПИ 9 (фиг.1), обеспечивает максимальные прочностные данные (твердость, жесткость, упругость, антифрикционные свойства, износостойкость, эрозионную стойкость). Выполнение ТУИ 8 и АПИ 9 разной толщины (фиг.2, 3) позволяет изменять в широких пределах механические характеристики, герметизирующую способность ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6, антифрикционные свойства, износостойкость, свойства скрепления друг с другом ПК. АПИ 9 хорошо выполняет роль чистильщика штока, цилиндра и др., т.к. выполнен из прочного и твердого материала,

При установке уплотнения в канавку корпуса (фиг.4, 5, 6) U, Y, X-образные части уплотнения сжимаются от первоначального состояния (фиг.7) и создают усилие предварительного натяга с канавкой корпуса и с подвижным элементом — штоком, цилиндром и др., что обеспечивает герметичность соединения при низких давлениях рабочей среды. При увеличении рабочего давления на внутреннюю поверхность U, V, X-образную поверхность уплотнения действует рабочее давление среды и контактные давления в зоне герметизации (со штоком, цилиндром и с корпусом) увеличиваются, при снижении рабочего давления они снижаются автоматически. Коэффициент трения подвижного соединения с таким уплотнением во много раз (10. 50) ниже, чем в уплотнении с сальником, которые сейчас применяются при высоких температурах эксплуатации — 400. 600°С. Применение АПИ 9 из более высокотеплопроводных материалов, чем ТУИ 8 решает и другую важную задачу отвода тепла из зоны трения, что не маловажно при высоких температурах эксплуатации. Это позволяет перераспределять и отводить тепло от зоны трения уплотнения, что повышает его долговечность и уменьшает его разрушение от перегрева. Выполнение АПИ 9 из материала с коэффициентом температурного расширения (КТР), близким к коэффициенту температурного расширения ТУИ 8, обеспечивает синхронность деформации ТУИ 8 и АПИ 9 при резких перепадах температур, что повышает надежность работы уплотнения и предотвращает его разрушение из-за разных по величине удлинений АПИ, 9 ТУИ 8 при больших размерах изделий. Следует отметить, что влияние разности КТР материалов АПИ 9 и ТУИ 8 в данной конструкции уплотнения не существенны, т.к. деформация пористых АПИ 9 значительно ниже монолитных изделий за счет внутренней микроподвижности узлов решетки АПИ 9. Применение АПИ 9 из прочных и твердых материалов обеспечивает значительное увеличение износостойкости и эрозионной стойкости уплотнения по сравнению с его изготовлением из чистого ТУИ 8 без АПИ 9.

Таким образом, в уплотнении, за счет использования его особой конструкции и применения различных по исходным свойствам ТУИ 8, АПИ 9 расширяются и улучшаются технические характеристики ПК 1, 2, 3, 4, 5, 6 и уплотнения в целом: прочностные, упругие, очищающие способности, способность препятствования выносу изделия ТУИ 8 из зоны трения, триботехнической и эрозионной износостойкости.

Уплотнение может быть использовано в трубопроводной арматуре, насосах, которые работают при высокой температуре в энергетической, нефтяной, газовой и химической арматуре.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Уплотнение в виде набора профильных колец, отличающееся тем, что каждое из колец выполнено из термостойкого уплотнительного изделия с внедренным в его объем и монолитно связанным с ним армирующим проницаемым изделием.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что в качестве термостойкого уплотнительного изделия применено волокно или лента.

3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что армирующее проницаемое изделие выполнено в виде непроницаемого элемента с перфорационными отверстиями.

4. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что армирующее проницаемое изделие выполнено из высокопрочных и термостойких металлических и/или неметаллических нитей.

5. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что армирующее проницаемое изделие выполнено с упруго-демпфирующими свойствами, например, из «металлорезины».

6. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что армирующее проницаемое изделие выполнено из материала с коэффициентом теплопроводности более высоким, чем у материала термостойкого уплотнительного изделия.

7. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что толщина термостойкого уплотнительного изделия выполнена равной или большей, чем толщина армирующего проницаемого изделия.

8. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что в каждом профильном кольце армирующее проницаемое изделие расположено эквидистантно от одной из его параллельных поверхностей, например вдоль ширины.

9. Уплотнение в виде набора профильных колец, отличающееся тем, что профильные кольца образованы из профилированной ленты с плотной спиральной навивкой, причем в профилированную ленту термостойкого уплотнительного изделия внедрено армирующее проницаемое изделие.

10. Уплотнение по п.9, отличающееся тем, что армирующее проницаемое изделие выполнено из непроницаемой ленты с перфорационными отверстиями.

11. Уплотнение по п.9, отличающееся тем, что армирующее проницаемое изделие выполнено из высокопрочных и термостойких металлических и/или неметаллических нитей.

12. Уплотнение по п.9, отличающееся тем, что армирующее проницаемое изделие выполнено с упруго-демпфирующими свойствами, например, из «металлорезины».

13. Уплотнение по п.9, отличающееся тем, что армирующее проницаемое изделие выполнено из материала с коэффициентом теплопроводности более высоким, чем у материала термостойкого уплотнительного изделия.

14. Уплотнение по п.9, отличающееся тем, что толщина термостойкого уплотнительного изделия выполнена равной или большей, чем толщина армирующего проницаемого изделия.

15. Уплотнение по п.9, отличающееся тем, что показатели прочности, твердости, износостойкости, эрозионной стойкости армирующего проницаемого изделия более высокие, чем у термостойкого уплотнительного изделия.

16. Уплотнение по п.9, отличающееся тем, что в каждом профильном кольце армирующее проницаемое изделие расположено эквидистантно от одной из его параллельных поверхностей, например вдоль ширины.

уплотнение штока гидроцилиндра

Изобретение относится к уплотнениям штоков гидроцилиндров. Уплотнение штока гидроцилиндра содержит размещенные в канавке штоковой втулки гидроцилиндра поджимное резиновое кольцо и расположенное внутри его пластмассовое кольцо пилообразного профиля, вершина зуба которого находится под равнодействующей упругих сил от поджимного кольца. Передняя грань зуба, обращенная к штоковой полости гидроцилиндра, имеет угол наклона к штоку 45°-90°, а задняя грань зуба выполнена прямой линией с меньшим, чем передняя, углом наклона к штоку. Задняя грань зуба выполнена с нулевым углом наклона к штоку и сопряжена с задним торцом кольца дугой с радиусом, равным 0,4-0,8 от расстояния между вершиной зуба и задним торцом кольца. Изобретение повышает надежность уплотнения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Смотрите так же:  Бланк заявление на прописку новорожденного бланк

Рисунки к патенту РФ 2331810

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в гидроцилиндрах (ГЦ), плунжерных насосах, гидромультипликаторах, гидромолотах и гидроамортизаторах.

Известно уплотнение штока ГЦ, содержащее поджимное резиновое кольцо круглого или прямоугольного сечения и размещенный внутри его скользящий по штоку элемент прямоугольного профиля из пластмассы (см. справочник Л.А.Кондакова, А.И.Голубева, В.Б.Овандера и др. «Уплотнения и уплотнительная техника». М: Машиностроение, 1986 г., стр.171, рис.4.19г). По сравнению с традиционными резиновыми кольцами и манжетами такое уплотнение имеет многократно увеличенный ресурс работы при высоких давлениях масла, малые силы трения и работоспособно при высоких скоростях скольжения.

Основным недостатком такого уплотнения является низкая герметичность при движении штока, связанная с симметричным эпюром контактного давления, создаваемым поджимным кольцом, и, соответственно, неспособностью эффективно соскребать масло со штока при его выходе наружу из ГЦ и пропускать назад в штоковую полость пленку масла, увлекаемую штоком при его обратном ходе.

Известно принятое за прототип уплотнение штока ГЦ, содержащее размещенные в канавке штоковой втулки ГЦ поджимное резиновое кольцо круглого или прямоугольного сечения и расположенное внутри его пластмассовое кольцо пилообразного профиля, вершина зуба которого находится под равнодействующей упругих сил от поджимного кольца, причем передняя грань зуба, обращенная к штоковой полости ГЦ, имеет угол наклона к штоку 45÷90°, а задняя грань зуба выполнена прямой линией с меньшим, чем передняя, углом 1÷10° наклона к штоку (см. рис.4.19е, стр.171 вышеуказанного справочника).

Преимуществом такого уплотнения является повышенная герметичность, определяемая наличием насосного эффекта, т.е. способностью нагнетать масляную пленку, вынесенную штоком за уплотнение, назад в штоковую полость ГЦ при обратном ходе штока (см. стр.159 вышеуказанного справочника).

Этот эффект обеспечивается неравенством углов наклона граней зуба к штоку, приводящих к несимметричной форме эпюра контактных давлений, создаваемых упругими силами поджимного кольца.

Недостатки прототипа состоят в следующем:

— герметичность уплотнения резко ухудшается с ростов давления масла, т.к. насосный эффект исчезает из-за поворота сечения пластмассового кольца вокруг вершины зуба под действием давления и вступления в контакт со штоком кромки заднего торца кольца, соскребающей масляную пленку со штока при его обратном ходе;

— недостаточной надежности из-за ухудшения герметичности при изменении начальных углов наклона граней зуба вблизи его вершины от ее смятия, износа и поворота под давлением масла;

— большой чувствительности к микродефектам поверхности штока, определяемой малой шириной контакта остроконечного зуба;

— снижении герметичности при высокой частоте пульсации давления масла, характерной для ГЦ вибраторов и гидромолотов, из-за вибрации пластмассового кольца при поворотах его сечения;

— больших габаритах сечения уплотнения, вызванных необходимостью обеспечения достаточно высокого сопротивления повороту сечения пластмассового кольца и наличия у него перед передней гранью зуба вспомогательного выступа, большая длина которого определена центральным расположением равнодействующей упругих сил в поджимном кольце круглого или прямоугольного сечения.

Цель изобретения — устранение недостатков прототипа, т.е. повышение надежности и герметичности при высоких давлениях масла, снижение чувствительности к микродефектам поверхности штока и частоте пульсаций давления масла, уменьшение габаритов профиля сечения уплотнения.

Поставленная цель достигается тем, что в уплотнении штока ГЦ, содержащем размещенные в канавке штоковой втулки ГЦ подземное резиновое кольцо и расположенное внутри его пластмассовое кольцо пилообразного профиля, вершина зуба которого находится под равнодействующей упругих сил от поджимного кольца, причем передняя грань зуба, обращенная к штоковой полости ГЦ, имеет угол наклона к штоку 45÷90°, а задняя грань зуба выполнена прямой линией с меньшим, чем передняя, углом наклона к штоку, согласно изобретению задняя грань зуба выполнена с нулевым углом наклона к штоку и сопряжена с задним торцом кольца дугой с радиусом, равным 0,4÷0,6 от расстояния между вершиной зуба и задним торцем кольца, поджимное резиновое кольцо выполнено трапецеидальной формы сечения с большим основанием трапеции на переднем торце, обращенном к штоковой полости, пластмассовое кольцо на заднем торце снабжено фланцевой частью.

Заявленная конструкция уплотнения обладает повышенной герметичностью и надежностью при высоких давлениях масла благодаря тому, что предложенная форма зуба пластмассового кольца имеет многократно увеличенную ширину контакта со штоком и плавно скругленный с оптимальным радиусом переход между внутренней цилиндрической и плоской торцовой поверхностями кольца. При этом достигается рациональное распределение контактного давления на скользящей поверхности кольца и увеличенный насосный эффект, препятствующий утечке при движении штока. Одновременно исключаются поворот и вибрация сечения кольца под действием давления масла, смятие вершины зуба и ее быстрый износ, а также соскребание масла со штока кромкой заднего торца пластмассового кольца. Широкая контактная поверхность уплотнения улучшает перекрытие микродефектов на поверхности штока, снижая чувствительность уплотнения к их величине. Высокая устойчивость нового профиля пластмассового кольца к повороту сечения, достигнутая за счет развитий опорной поверхности по штоку, позволяет уменьшить его радиальную высоту, а применение поджимного кольца трапецеидальной формы со сдвинутой к переднему торцу равнодействующей упругих сил дает возможность сократить длину вспомогательного опорного выступа на пластмассовом кольце и, соответственно, осевую протяженность уплотнения. Наличие фланцевой части на заднем торце пластмассового кольца над радиусом округления дополнительно снижает радиальный размер уплотнения.

На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого уплотнения с поджимным кольцом круглого сечения. На фиг.2 — вариант уплотнения с поджимным кольцом трапецеидального сечения. На фиг.3 — вариант уплотнения с пластмассовым кольцом, имеющим фланцевую часть.

Уплотнение штока 1 содержит размещенное в канавке 2 высотой h штоковой втулки 3 ГЦ поджимное резиновое кольцо 4 и пластмассовое кольцо 5 пилообразного профиля высотой S и шириной L, с вершиной зуба 6 под равнодействующей 7 упругих сил поджимного кольца. Передняя грань 8 зуба 6, обращенная к штоковой полости 9 ГЦ, имеет угол наклона к штоку =45÷90°, а задняя грань 10 выполнена прямой линией с нулевым наклоном к штоку и сопряжена с задним торцом 11 кольца дугой 12 с радиусом R=0,4÷0,6 от расстояния l между вершиной зуба 6 и задним торцем 11 кольца 5. Центр радиуса R удален от грани 10 и торца 11 на длину R этого радиуса. Перед передней гранью зуба расположен упорный выступ 13. Поджимное резиновое кольцо 4 может быть выполнено трапецеидальной формы, фиг.2, с больший основанием 14 трапеции на переднем торце, обращенном к итоговой полости 5. Пластмассовое кольцо 5 может снабжаться на заднем торце 11 фланцевой частью 15, фиг.3. В этом случае высота S пластмассового кольца 5 над зубом 6 может быть меньше радиуса R, что необходимо для снижения радиального размера h всего уплотнения. Пунктиром показан профиль поджимных резиновых колец до монтажа и обжатия в посадочной канавке. Треугольный эпюр 16 контактных давлений РК на задней грани 10 зуба 6 в контакте со штоком 1 создается действием упругих сил от поджимного кольца 4 круглого или трапецеидального сечения. Под действием давления Р масла в штоковой полости пластмассовое кольцо деформируется так, что дуга 12 прогибается до положения 17, а эпюр контактного давления приобретает форму линии 18.

Уплотнение работает следующим образом. При неподвижном штоке и низком давлении Р масла в штоковой полости герметичный контакт зуба пластмассового кольца со штоком создается силами упругости поджимного резинового кольца. При этом эпюр 16 контактного давления пластмассового кольца на шток имеет примерно треугольный вид, с вершиной около передней грани зуба под равнодействующей упругих сил поджимного кольца. Необходимая для герметичности величина контактного давления достигается предусмотренным в конструкции сжатием поджимного кольца в посадочном месте. Развитая вдоль штока контактная поверхность грани 10 обеспечивает надежное перекрытие микродефектов поверхности штока. С ростом давления масла в штоковой полости оно через резиновое кольцо дополнительно поджимает пластмассовое кольцо к штоку, автоматически повышая контактное давление по штоку согласно линии 18 эпюра, что исключает утечки масла. При этом поворот сечения пластмассового кольца отсутствует, т.к. без опоры на шток находится только его малая скругленная часть 12, которая из-за одинаковой осевой и радиальной протяженности равномерно деформируется до кривой 17.

При прямом ходе штока наружу из ГЦ масляная пленка увлекается им под зуб уплотнения со стороны резко нарастающего контактного давления, поэтому она хорошо соскребается зубом 6 и ее толщина минимальна. При обратном ходе штока эта пленка возвращается в штоковую полость без образования подтеков и капель на выходном конце штока до тех пор, пока давление масла не вызовет такой деформации пластмассового кольца, что его скругленная часть 16 начнет соскребать масляную пленку, препятствуя ее возврату в штоковую полость. Оптимальное соотношение между начальным радиусом скругления перехода к торцу 11 и расстоянием l от вершины зуба до торца 11 обеспечивает наилучшее сочетание насосного эффекта и устойчивости профиля пластмассового кольца.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого уплотнения по сравнению с базовым объектом, за который принят прототип, заключается в следующем:

— увеличении примерно в 1,5 раза максимального давления масла, при котором сохраняется практически полная герметичность уплотнения при движущемся штоке;

— повышении надежности работы;

— снижении чувствительности к микродефектам поверхности штока;

— обеспечении работы при высокой частоте пульсации давления масла, характерной для гидромолотов и вибраторов;

— повышении компактности профиля сечения по линейным размерам L и h более чем в 1,5 раза и соответственно по площади сечения более 2-х раз, что в свою очередь ведет к более чем 2-кратному снижению расхода материалов для элементов уплотнения и облегчению монтажа в неразъемные посадочные канавки, а также уменьшает габариты и вес ГЦ.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Уплотнение штока гидроцилиндра, содержащее размещенные в канавке штоковой втулки гидроцилиндра поджимное резиновое кольцо и расположенное внутри его пластмассовое кольцо пилообразного профиля, вершина зуба которого находится под равнодействующей упругих сил от поджимного кольца, причем передняя грань зуба, обращенная к штоковой полости гидроцилиндра, имеет угол наклона к штоку 45-90°, а задняя грань зуба выполнена прямой линией с меньшим, чем передняя углом наклона к штоку, отличающееся тем, что задняя грань зуба выполнена с нулевым углом наклона к штоку и сопряжена с задним торцом кольца дугой с радиусом, равным 0,4-0,8 от расстояния между вершиной зуба и задним торцом кольца.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что поджимное резиновое кольцо выполнено трапецеидальной формы сечения с большим основанием трапеции на переднем торце, обращенным к штоковой полости.

3. Уплотнение по п.1 или 2, отличающееся тем, что пластмассовое кольцо на заднем торце снабжено фланцевой частью.