Уплотнительное устройство для поршня

 

Использование: в поршневых насосах. Сущность изобретения: на сердечнике с опорным буртом установлена уплотнительная манжета. Разрезные кольца и втулка размещены в проточке, выполненной на части манжеты, между торцовыми поверхностями манжеты и бурта. На внутренней цилиндрической поверхности колец выполнены проточки, в к-рые установлена втулка с образованием с внутренней поверхностью колец общей цилиндрической поверхности. Втулка выполнена из пластически деформируемого материала с механическими свойствами , удовлетворяющими заданному соотношению 1 з.п, ф-лы. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s F 16 J 15/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

0=K

К АВТОPСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4914909/29 (22) 14.01.91 (46) 15.04,93, Бюл. ¹ 14 (71) B.З,Шаяхметов и А.К.Казанцев (72) Производственное объединение

"Уралмаш" (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1601442, кл, F 16 J 15/32, 1989. (54) УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ПОРШНЯ (57) Использование: в поршневых насосах.

Сущность изобретения: на.сердечнике с. Предлагаемое техническое решение относится к гидромашиностроению, в частности к..уплотнительным устройствам поршневых насосов одностороннего и двухстороннего действия.

Целью изобретения является увеличение ресурса поршня за счет обеспечения постоянства зазора между разрезными кольцами и рабочей поверхностью цилиндровой втулки.

Толщина втулки выбирается такой, чтобы при расчетном гидростатическом давлении жидкости на манжету, напряжение в радиальном сечении втулки (в окружном направлении) достигало предела текучести материала.:

Для обеспечения условий пластического деформирования втулки и снижения контактного давления на поверхности контакта разрезных колец и цилиндровой втулки, толщина втулки должна приниматься иэ соотношения, определяемого теорией расчета тонкостенных цилиндров:,, Я2„„1809218 А1 опорным буртом установлена уплотнительная манжета. Разрезные кольца и втулка размещены в проточке, выполненной на части манжеты, между торцовыми поверхностями манжеты и бурта. На внутренней цилиндрической поверхности колец выполнены проточки, в к-рые установлена втулка с образованием с внутренней поверхностью колец общей цилиндрической поверхности.

Втулка выполнена из пластически деформируемого материала с механическими свойствами, удовлетворяющими заданному соотношению 1 з.п. ф-лы. 6 ил. где D — диаметр поршня (цилиндровой втулки); сг — предел текучести материала втулки уплотнительного устройства;

Р— гидростатическое давление жидкости на манжету поршня (давление нагнетания);

К вЂ” поправочный коэффициент, учитывающий влияние формы раздвижных колец и сил трения по их торцевым поверхностям на формирование контактногодавления между кольцами и рабочей поверхностью цилиндровой втулки.

Величина поправочного коэффициента

К определяется эмпирическим путем на основе экспериментальной обработки поршня. Причем по своему физическому смыслу величина коэффициента К меньше единицы.

Втулка, работающая в пластической зоне напряжений, получает остаточную деформацию между рабочей поверхностью цилиндровой втулки и раздвижными кольцами, определяемую соотношением:

1809218

h, « — — const, о, D (2) где Š— модуль упругости материала.

В соответствии с формулой 2 отношение — характеризует одно из основных треОу

Е бований к выбору материала для втулки уплотнительного устройства. Чем ниже величина этого соотношения, тем будет меньше уплотняемый зазор Ьд = const и, соответственно, будет повышаться ресурс манжеты поршня за счет снижения объема манжеты, выдавливаемой в уплотняемый зазор, В других источниках информации не обнару>кено технических решений, порочащих критерий существенного отличия предлагаемого технического решения.

На фиг.1 и 2 показаны сечения и проекция по оси цилиндро-поршневой пары; на фиг,3 †проекции и сечения разрезных колец, Уплотнительное устрейство для поршня с радиальным авторасширением содержит; сердечник с опорным буртом 1; резиновую манжету 2; разрезное упругое кольцо 3, прилегающее к манжете и имеющее V-образные разрезы, обращенные в сторону манжеты; 30 раздвижное упругое кольцо 4, прилегающее к торцовой поверхности цилиндрического пояска сердечника, втулку 5, обладающую определенными геометрическими параметрами и свойствами материала при растяжении и ус- 35 тановленную в проточке 6; цилиндровую втулку 7, контактирующую по рабочей (внутренней) поверхности с манжетой 2 и раздвижными кольцами 3 и 4 в такте нагнетания (при воздействии. сжимающей жидкости на ман- 40 жету поршня).

Работает уплотнительное устройство следующим образом, После установки поршня в новую или частично изношенную цилиндровую втулку формируется исходный 45 (монтажный зазор N между рабочей поверхностью втулки 7 и разреэными кольцами 3 и 4. На первом этапе деформирования манжеты 2 нарастание напряжения сжатия в поверхностном слое манжеты происходит 50 более интенсивно, чем внутри манжеты, Поверхностный силовой поток воздействия на

V-образные вырезы разрезного кольца 3 разжимает его и перекрывает зазор Ь до . момента, когда напряжение резины дости- 55 гает критической величины и начинается выдавливание манжеты в этот зазор, По мере выравнивания напряжения сжатия по всему объему манжеты 2 будет происходить деформация (расширение) втулки 5, которая будет разжимать разрезное кольцо 4 и на конечном этапе процесса деформирования определит величину контактного давления разреэных колец 3 и 4 на уплотняемую поверхность, Если исходный зазор h оказался больше величины g, определяемой по формуле (2), т,е, Лм> Ьу, то втулка получит остаточную деформацию, т,е. увеличение диаметра на величину 2 (- g). После разгрузки поршня (в такте всасывания) между разрезными кольцами и рабочей поверхностью цилиндровой втулки сформируется зазор Ь, который будет сохраняться в течение полного срока службы поршня, т.к, по мере износа рабочей поверхности втулки и разрезных колец будет происходить дальнейшее пластическое деформирование втулкИ устройства, компенсирующее увеличение зазора свыше критической величины

g = const, Все последующие циклы нагружения поршня (в.такте нагнетания) будет происходить при величине уплотняемого зазора Ь .

Описанным выше условиям работы кольца наиболее полно отвечают материалы, обладающие низким пределом текучести о и относительно большой величиной площадки текучести. Величина площадки текучести. определяемая как относительное удлинение при растяжении, определяет возможную величину износа пары трения, которая может быть скомпенси рова на остаточной деформацией втулки.

Например: для армо-железа с о = 120

МПа и E = 0,2 10 МПа имеем (й 0,12 10 — 06 10 з

0 2-10в

Как следует иэ формулы (2), это соотношение обеспечивает для поршня диаметром

О = 200 мм величину уплотняемого зазора

Ь», которая не будет превышать 0,06 мм, т.е, 6y < 0,06. Поскольку у армо-железа предел выносливости при растяжении (т-1р на базе

No = 10 . циклов нагружения практически

7 совпадает с пределом текучести, то следуЮт также ожидать достаточно высокий ресурс пластически деформируемого кольца, который можно рассчитать по формуле:

Т

60 и я где n — число ходов поршня в мин.

При N = 120 ходов/мин. ресурс поршня по критерию усталостной прочности пластически деформируемой втулки составит:

1809218

1 ° 107

Т 80 120 1390 ч.

Принимая во внимание сложность учета факторов, влияющих на выбор толщины втулки, при определении поправочного коэффициента К следует полагаться на экспериментальные данные деформирования уплотнительного устройства поршня, получаемые на специальном стенде, Качественная сторона технико-экономических преимуществ предложенного технического решения заключается в том, что результат изменения конструкции раздвиж. ных колец и втулки, а также требований к деформационным и прочностным свойствам материала втулки, достигается постоянство контактного давления и уплотняемого зазора в паре трения поршень-втулка, 3а счет этого достигается дальнейшее повыше- 20 ние ресурса пары трения по критерию герметичности поршня, 2 з 4 5 6 7

Формула изобретения

1, Уплотнительное устройство для поршня, содержащее сердечник поршня с опорным буртом, установленную на нем уплотнительную манжету, разрезные кольца и втулку, размещенные в проточке, выполненной на части манжеты, между торцовыми поверхностями манжеты и опорного бурта, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что на внутренней цилиндрической поверхности колец выполнены проточки, в которые установлена втулка с образованием с внутренней поверхностью колец общей цилиндрической поверхности, при этом втулка выполнена из пластически деформируемого материала.

2, Устройство по и 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что втулка выполнена из материала с механическими свойствами, удовлетворяющими соотношению — " 1 ° 10

Е где с — предел текучести;

Š— модуль упругости, 1809218 фиг. ф

Составитель 8. Шаяхметов

Техред M,Моргентал . . Корректор -Л. Пилипенко

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Заказ 1276 Тираж .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобратениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/Ь