Профильный уплотнительный элемент
Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения подвижных и неподвижных соединений. Профильный уплотнительный элемент выполнен с армирующим элементом в виде полого торового кольца из проволоки, залитого уплотнительным материалом, например эластомером. Армирующий элемент выполнен объемно-проницаемым и упругим. В качестве материала проволок может быть использован высокопрочный материал, например сталь, антифрикционный материал, например медь, высокотеплопроводный материал, например из алюминиевого сплава. В армирующем элементе использованы жгуты проволок из различных материалов: высокопрочного, антифрикционного, высокотеплопроводного. Армирующий элемент выполнен из двух симметричных частей, например С-образного профиля. Армирующий элемент выполнен минимум с одним радиальным разрезом под углом к образующей тора. Изобретение повышает надежность уплотнения устройства. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к арматуростроению и машиностроению, к уплотнениям подвижных и неподвижных соединений.
Известно кольцо круглого или профильного сечения для уплотнения подвижных или неподвижных соединений, выполненное из эластичного материала (см. Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник под ред. А. Голубева и Л. Кондакова, 2 изд. - М.: Машиностроение, 1994 г., с.148).
Недостатком конструкции является подверженность к выдавливанию в зазор сопряжения "поршень-цилиндр" эластичного материала уплотнения.
Известно выполнение комбинированного уплотнения (см. Уплотнения и уплотнительная техника, с.47, 148, 149), состоящего из кольца профильного сечения с защитными кольцами из жесткого и антифрикционного материала, например фторопласта.
Однако при работе в условии большого перепада гидростатического давления рабочей среды эластичный материал уплотнения может затекать под защитные кольца и повреждаться. Выполнение уплотнительного кольца из эластичного материала повышенной твердости, прочности снижает его податливость и не обеспечивает уплотнение поверхностей при низких перепадах давления и при износе рабочей поверхности.
Известно уплотнительное кольцо, содержащее торовое кольцо, выполненное из цилиндрической пружины (бус из шариков, дисков), залитое эластичным материалом, например резиной (см. патент России 2130141, F 16 J 15/00, БИ №13, 1999 г.).
Недостатком данной конструкции является выдавливание в зазор сопряжения "поршень-цилиндр" эластичного материала уплотнения, т.к. каркас из упругой пружины недостаточно плотный и жесткий для удержания массы эластичного материала. В процессе работы при больших давлениях рабочей среды возникают значительные усилия трения, что наряду с загрязнением рабочей жидкости интенсифицирует процесс износа рабочей поверхности уплотнительного элемента. Материал пружин (обычно сталь) не обладает достаточными антифрикционными и теплопроводными характеристиками и не обеспечивает интенсивного отвода тепла из зоны трения, что приводит к ее быстрому износу.
Задача изобретения - повышение долговечности уплотнительного элемента.
Поставленная задача решается тем, что в профильном уплотнительном элементе из эластичного материала, выполненном за одно целое с армирующим элементом в виде кольца, в качестве армирующего элемента использовано кольцо из жесткого объемного проницаемого материала, например проволоки, выполненного по профилю кольца и обладающего адгезией по отношению к эластичному материалу.
На фиг.1 показан первый вариант, а на фиг.2 - второй вариант профильного уплотнительного элемента.
1 вариант. Профильный уплотнительный элемент из эластичного материала 1 выполнен за одно целое с армирующим элементом 2 в виде кольца из жесткого объемного проницаемого материала, например проволоки. Армирующий элемент 2 выполнен по профилю кольца из материала, обладающего адгезией по отношению к эластичному материалу 1. Армирующий элемент 2 выполнен минимум с одним радиальным разрезом 3 под углом к образующей 4 тора кольца. Уплотнительный элемент получен путем пропитки под давлением эластичным материалом 1 жесткого армирующего элемента 2. В качестве материала армирующего элемента 2 может быть использован высокопрочный материал, например сталь, антифрикционный материал (медьсодержащие сплавы), высокотеплопроводный материал, например из алюминиевого сплава. В качестве армирующего материала может быть использован жгут из проволок, выполненных из различных материалов: высокопрочного, антифрикционного, высокотеплопроводного. Количество разрезов 3 может быть несколько. 5 - уплотнительная канавка подвижного элемента 6, 7 - уплотняемая поверхность, например зеркало цилиндра.
2 вариант. Профильный уплотнительный элемент из эластичного материала 1 выполнен за одно целое с армирующим элементом 2 из жесткого объемного проницаемого материала (проволочного), полым изнутри, с полостью 3, из двух симметричных относительно диаметральной плоскости частей 4, 5, например С-образного профиля. Части 4, 5 армирующего элемента 2 могут быть выполнены с, минимум по одному, радиальными разрезами 6, 7 под углом к образующей 8 тора кольца для каждой части и со смещением в разных плоскостях. Полость 3 внутри армирующего элемента 2 (частей 4, 5) заполнена эластичным материалом 1, 9 - уплотнительная канавка подвижного элемента 10, 11 - уплотняемая поверхность, например зеркало цилиндра.
Работа устройства.
1 вариант.
Уплотнительный элемент устанавливают в канавку 5 подвижного элемента 6. Это обеспечивается наличием наклонных разрезов 3 жесткого армирующего элемента 2. Эластичный материал 1 (связка) деформируется и наружный размер уплотнительного элемента увеличивается. После установки уплотнительный элемент принимает исходную форму. Рабочий натяг уплотнительного элемента обеспечивается за счет деформации эластичного материала 1 и деформации в области упругости армирующего элемента 2 в зоне контакта с поверхностью канавки 5 и уплотняемой поверхностью 7. Следует отметить, что примененный армирующий элемент 2 из проволочного проницаемого материала позволяет это сделать, т.к. он обладает определенной упругостью в сплетенном состоянии, даже если выполнен из малоупругих материалов (малоуглеродистая отожженная сталь, латунь, алюминий). В результате в зоне трения создаются достаточно высокие контактные напряжения для обеспечения герметизации. Износ такого уплотнительного элемента складывается из износа эластичного материала 1 и износа материала армирующего элемента 2. Применение прочных и антифрикционных материалов армирующего элемента 2 позволяет увеличить долговечность уплотнительного элемента в целом, т.к. армирующий элемент 2 механически удерживает массу эластичного материала 1 от разрушения, а сам изнашивается очень медленно. Промыв высоконапорной струей такого уплотнения затруднителен, т.к. необходимо разрушение прочного каркаса армирующего элемента 2. Именно высокая механическая прочность уплотнительного элемента в зоне трения обеспечивает повышение его долговечности. Достаточно массивный каркас армирующего элемента 2 обеспечивает интенсивный отвод тепла из зоны трения, перераспределение его по всему объему уплотнительного элемента и передачу его подвижному элементу 6. Этот эффект может быть значительно усилен применением высокотеплопроводных материалов в армирующем элементе 2, например алюминия, бронзы (хорошие антифрикционные характеристики). Отвод тепла из зоны трения позволяет снизить износ уплотнительного элемента из-за перегрева эластичного материала в зоне трения и его разрушения в силу снижения технических характеристик (твердость, прочность, износостойкость и др.). Данная конструкция уплотнительного элемента позволяет применять жгут из нескольких проволок при плетении и формообразовании армирующего элемента, состоящих из износостойкого, прочного (сталь), антифрикционного (бронза, медь, латунь, фторопласт), высокотеплопроводного материалов (алюминийсодержащие сплавы, медьсодержащие сплавы). Применение медьсодержащих сплавов позволяет обеспечить хорошие прочностные, антифрикционные, износостойкие и высокотеплопроводные характеристики.
2 вариант.
Уплотнительный элемент устанавливают в канавку 9 подвижного элемента 10. Это обеспечивается наличием наклонных разрезов 6, 7 частей 4, 5 жесткого армирующего элемента 2. Эластичный материал 1 (связка) деформируется, и наружный размер уплотнительного элемента увеличивается. После установки уплотнительный элемент принимает исходную форму. Рабочий натяг уплотнительного элемента обеспечивается за счет деформации эластичного материала 1 и деформации в области упругости частей 4, 5 армирующего элемента 2 в зоне контакта с поверхностью канавки 9 и уплотняемой поверхностью 11. Следует отметить, что примененный армирующий элемент 2 из проволочных проницаемых материалов позволяют это сделать, т.к. они обладают определенной упругостью в сплетенном и спрессованном состоянии, даже если выполнены из малоупругих материалов (малоуглеродистая отожженная сталь, латунь, алюминий). Упругая податливость частей 4, 5 С-образного профиля армирующего элемента 2 еще выше, чем монолитного (вариант 1), этому способствует наличие эластичного материала 1 внутри полости 3 армирующего элемента 2 и С-образный профиль частей 4, 5 (концевые части С-образного профиля расположены консольно), причем плоскость симметрии частей С-образного профиля всегда расположена перпендикулярно уплотняемой поверхности 11 и поверхности дна канавки 9, данная конструкция обладает значительной упругой податливостью в радиальном направлении. В результате в зоне трения создаются достаточно высокие контактные напряжения для обеспечения герметизации. Смещение разрезов 6, 7 в различные плоскости обеспечивает эластичную радиальную податливость и стойкость к промывам рабочей жидкости (исключается вероятность промыва по разрезам 6, 7, если бы они были в одной плоскости). Данный вариант уплотнительного элемента обеспечивает хорошую работоспособность при больших диаметрах сопрягаемых изделий и при значительном износе. По мере износа упруго сжатые С-образные части 4, 5 разжимаются и поддерживают достаточный для уплотнения уровень контактных давлений в зоне трения. Данное техническое решение возможно применить для уплотнительных элементов всевозможных форм профилей (не только круглого), при этом армирующий элемент изготавливают полым, в котором внутренняя поверхность полости выполнена подобно наружной поверхности. Уплотнительный элемент можно использовать для подвижных и неподвижных соединений. Уплотнительный элемент обладает высокой жесткостью в направлении действия рабочего давления в уплотняемой зоне и не подвержен текучести уплотняемого материала, который заключен и механически (в некоторых случаях и химически) удерживается каркасом проницаемого армирующего элемента. Данная конструкция уплотнительного элемента обеспечивает значительное увеличение его долговечности.
Данный уплотнительный элемент может быть использован в пневматических, гидравлических устройствах, работающих при больших давлениях в условии интенсивного абразивного и механического износов, в машиностроении.
Формула изобретения
1. Профильный уплотнительный элемент, выполненный с армирующим элементом в виде полого торового кольца из проволоки, залитого уплотнительным материалом, например, эластомером, отличающийся тем, что армирующий элемент выполнен объемно-проницаемым и упругим.
2. Профильный уплотнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала проволок использован высокопрочный материал, например, сталь.
3. Профильный уплотнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала проволок использован антифрикционный материал, например, медь.
4. Профильный уплотнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала проволок использован высокотеплопроводный материал, например, из алюминиевого сплава.
5. Профильный уплотнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что в армирующем элементе использованы жгуты проволок из различных материалов: высокопрочного, антифрикционного, высокотеплопроводного.
6. Профильный уплотнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что армирующий элемент выполнен из двух симметричных частей, например, С-образного профиля.
7. Профильный уплотнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что армирующий элемент выполнен минимум с одним радиальным разрезом под углом к образующей тора.
