Уплотнительное устройство
Изобретение относится к устройствам для уплотнения двух концентрично расположенных поверхностей. Уплотнительное устройство для герметизации двух концентрично расположенных поверхностей содержит, по меньшей мере, два диска, снабженных уплотнительными элементами, один из которых неподвижен, а другой установлен с возможностью осевого перемещения между двумя упорами, и упругий элемент. Устройство дополнительно содержит направляющую для размещения упоров и дисков, выполненную в виде втулки, закрепленной на одной из уплотняемых поверхностей быстросъемным фиксатором. Каждый диск выполнен разъемным в виде двух колец, между которыми размещен уплотнительный элемент. Смежные кольца снабжены ограничителями для взаимодействия с жестко закрепленными на направляющей упорами, а упругий элемент размещен между ограничителями. Изобретение упрощает монтаж-демонтаж и ремонт устройства, а также обеспечивает возможность регулирования предварительного натяга уплотнительного элемента и усилия упругого элемента. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к устройствам для уплотнения двух концентрично расположенных поверхностей и может применяться в области машиностроения, в частности, для уплотнения плунжеров и штоков объемных машин, например насосов, а также вращающихся валов.
Известно устройство, принятое за прототип, для уплотнения двух концентрично расположенных поверхностей, содержащее по крайней мере два диска, снабженных уплотнительными элементами, один из которых неподвижен, а другой установлен с возможностью осевого перемещения между двумя упорами, и упругий элемент, размещенный между дисками с возможностью взаимодействия с подвижным диском и упором (см. описание к патенту РФ №2005225, МПК F 15 B 15/22, 1993 г.).
К недостаткам известного устройства относятся его низкие функциональные возможности, заключающиеся в трудоемкости осуществления монтажа-демонтажа и ремонта. Кроме того, отсутствует возможность регулирования предварительного натяга уплотнительного элемента и усилия упругого элемента.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей за счет упрощения монтажа-демонтажа и ремонта устройства, а также обеспечение возможности регулирования предварительного натяга уплотнительного элемента и усилия упругого элемента.
Решение указанной задачи достигается тем, что уплотнительное устройство для герметизации двух концентрично расположенных поверхностей, содержащее, по меньшей мере, два диска, снабженных уплотнительными элементами, один из которых неподвижен, а другой установлен с возможностью осевого перемещения между двумя упорами, и упругий элемент, согласно предлагаемому техническому решению оно дополнительно содержит направляющую для размещения упоров и дисков, выполненную в виде втулки, закрепленной на одной из уплотняемых поверхностей быстросъемным фиксатором, при этом каждый диск выполнен разъемным в виде двух колец, между которыми установлен уплотнительный элемент, причем смежные кольца снабжены ограничителями для взаимодействия с жестко закрепленными на направляющей упорами, а упругий элемент размещен между ограничителями.
Уплотнительный элемент выполнен в виде U-образной манжеты.
Крайние упоры установлены с возможностью перемещения и фиксации вдоль направляющей.
Применение предлагаемого технического решения позволяет предварительно собирать из элементов двух- или трехсекционные уплотнительные устройства для цилиндра или плунжера, предварительно производить независимую регулировку натяга уплотнительных элементов и усилия упругого элемента, а затем устанавливать собранные на направляющей уплотнительные устройства по месту эксплуатации.
При выходе из строя уплотнительных элементов есть возможность использовать металлические составляющие устройства, заменив лишь изношенные резиновые уплотнительные элементы, повышая тем самым срок эксплуатации устройства. При износе уплотнительных элементов возможна компенсация износа за счет регулировки (сжатия упругих элементов между дисками).
Устройство для уплотнения двух концентрично расположенных поверхностей иллюстрируется чертежами, где:
на фиг.1 изображен общий вид устройства для уплотнения, например, цилиндра;
на фиг.2 - то же, для уплотнения, например, плунжера;
на фиг.3, 4 - двухсекционное уплотнение цилиндра и плунжера;
на фиг.5, 6 - двухманжетное уплотнительное устройство для цилиндра и плунжера;
на фиг.7 - трехманжетное уплотнительное устройство для плунжера.
Устройство для уплотнения, например, цилиндра (фиг.1) или поршня (фиг.2) содержит направляющую 1 (фиг.1 и 2), выполненную в виде втулки для размещения дисков (не указаны), каждый из дисков выполнен разъемным в виде двух колец 2, 3 и 4, 5, между которыми размещен уплотнительный элемент 6 и 7, при этом смежные кольца 3 и 4 снабжены ограничителями 8 и 9 для взаимодействия с упорами 10 и 11 соответственно. Кольца 2 и 3 установлены с возможностью ограниченного перемещения между упорами 12 и 10, а кольца 4 и 5 неподвижно между упорами 11 и 13. При этом смежные кольца 3 и 4 установлены с образованием камеры 14 переменного объема. Между ограничителями 8 и 9, в камере 14 переменного объема, установлен предварительно поджатый упругий элемент 15, например тарельчатая пружина.
Камера 14 переменного объема, например, через каналы, выполненные в направляющей 1 и штоке 16 (на фиг.1 не указаны) или в цилиндре 17 (на фиг.2 не указаны), обратный клапан 18, соединена с источником промывочной жидкости (условно не показан).
Направляющая 1 установлена на одной из уплотняемых поверхностей, например на штоке 16 (фиг.1), образуя, например, двухдисковый поршень (фиг.3), или в цилиндре 17 (фиг.2, 4), с образованием рабочей полости 19. При этом направляющая 1 закреплена при помощи быстросъемного фиксатора, например гайки 20 (фиг.1) или 21 (фиг.2).
Крайние упоры, один или оба (упоры 12 и 13 на фиг.1 и упор 13 на фиг.2), могут быть выполнены подвижными с возможностью перемещения и фиксации вдоль направляющей 1.
Направляющая 1 для уплотнения плунжера и обеспечения возможности регулировки натяга обоих уплотнительных элементов 6 и 7 (фиг.2) установлена с гарантированным зазором S1 между ее торцом и цилиндром 17 и с возможностью взаимодействия кольца 2 с цилиндром 17, при этом кольцо 2 установлено с гарантированным зазором S2 относительно упора 12, а упор 13 выполнен регулируемым.
Направляющая 1 (фиг.1) закреплена на штоке 16 быстросъемным фиксатором (гайкой) 20, а оба упора, 12 и 13, выполнены регулируемыми при установке устройства для уплотнения цилиндра (фиг.3).
Каждый уплотнительный элемент может быть выполнен в виде U-образной манжеты 22 и 23 (фиг.5 и 6), размещенных соответственно между упругими вставками 24, 25 и 26, 27, которые взаимодействуют с кольцами 2, 3 и 4, 5. Упругий элемент 15 размещен в камере переменного объема 15 между ограничителями 8 и 9.
Уплотнительное устройство, например, плунжера 16 (фиг.7) может быть снабжен тремя U-образными манжетами 23, 22 и 29. Манжета 29 установлена между упругими вставками 30 и 31, взаимодействующими с кольцами 32 и 33. Смежные кольца 2 и 33 установлены с образованием камеры 34 переменного объема и снабжены вставками 35 и 36, имеющими возможность взаимодействовать с упорами 37 и 38. В камере 34 между вставками 35 и 36 установлен предварительно поджатый упругий элемент 39, а камера 34 сообщена через каналы во втулке 1 и цилиндре (не указаны), обратный клапан 40 с источником промывочной жидкости (не указана).
Направляющая 1 (фиг.5) при установке устройства для уплотнения цилиндра 17 закреплена на штоке 16 с гарантированным зазором S3 между торцом направляющей 1 и гайкой 20 и с возможностью взаимодействия кольца 2 с гайкой 20, являющейся упором при регулировке натяга уплотнительного элемента (манжеты) 22. Крепление направляющей 1 к штоку 16 с другого конца осуществляется, например, гайкой 28, установленной со стороны привода (штоковой полости, не указан).
Направляющая 1 для уплотнения плунжера 16 и обеспечения возможности регулировки натяга обоих уплотнительных элементов (манжет) 22 и 23 (фиг.6) установлена с гарантированным зазором S1 между ее торцом и цилиндром 17, и с возможностью взаимодействия кольца 2 с цилиндром 17, при этом кольцо 2 установлено с гарантированным зазором S2 относительно упора 12, а упор 13 выполнен регулируемым.
Монтаж устройства для уплотнения осуществляют следующим образом.
На направляющую 1 (фиг.3 и 4) последовательно устанавливают ограничители 8 и 9 с упругим элементом 14, потом размещают упоры 11 и 10, создавая предварительный натяг упругого элемента 14. Далее последовательно устанавливаются кольца 3 и 4, уплотнительные элементы 6 и 7, кольца 2 и 3. Диски уплотнительного устройства крепятся упорами 12 и 13. Предварительный натяг (при необходимости) уплотнительных элементов 6 и 7 создается упорами 12, 13 (фиг.3) и упором 13 (фиг.4).
Упругий элемент 15 двухдискового уплотнительного устройства устанавливают с предварительным осевым сжатием с усилием, равным примерно 50% рабочего усилия на кольцо 2. Затем собранные и отрегулированные устройства для уплотнения устанавливают на уплотняемых поверхностях, закрепляя направляющие 1 посредством быстросъемных фиксаторов 20 или 21.
Упругие элементы 15 и 29 трехдискового уплотнительного устройства (фиг.7) устанавливают с предварительным осевым сжатием с усилием, равным примерно 1/3 рабочего усилия на кольцо 32.
Демонтаж устройства для уплотнения осуществляют в обратном порядке.
Демонтаж устройства для уплотнения осуществляют в обратном порядке.
Первоначальное заполнение камер 14 и 34 осуществляют, например, путем предварительного перекачивания жидкости из источника промывочной жидкости.
При незначительном усилии предварительного натяжения переднего упругого элемента 29 перепад давления в переднем (первом) диске незначителен. При перекачивании абразивосодержащей жидкости передний диск при этом выполняет функцию защиты остальных уплотнительных элементов от воздействия абразива.
Уплотнительное устройство, например, в составе объемного насоса работает следующим образом.
Пусть шток 16 (см. фиг.1) находится в крайнем правом положении. Давление в рабочей полости 19 равно давлению всасывания, а шток 16 неподвижный. При монтаже двухдискового поршня упругий элемент 15 предварительно поджат усилием, составляющим примерно 1/2 часть силы рабочего давления на кольцо 2.
При перемещении штока 16 влево давление в полости 19 возрастает до рабочего. Под действием создавшегося перепада давления кольцо 2 перемещается вправо, сжимая тарельчатую пружину 15 и повышая давление в камере 14. При этом давление в камере 14 приблизительно равно половине рабочего давления. Таким образом, уплотнительные элементы 6 и 7 испытывают перепад давления, составляющий примерно 1/2 часть рабочего давления. Контактное давление в парах трения также составляет половину рабочего давления.
При обратном ходе штока 16 давление в полости 19 снижается до давления всасывания, а кольца 2 и 3 с уплотнительным элементом 6 под действием силы пружины 15 и перепада давления возвращаются в исходное положение.
При снижении давления в камере 14 ниже давления источника промывочной жидкости (из-за утечек) открывается клапан 18 и происходит заполнение камеры 14 жидкостью.
При подаче промывочной жидкости на уплотнительные элементы 6 и 7 со стороны штоковой полости или погружении цилиндропоршневой пары в рабочую жидкость подача жидкости в камеру 14 переменного объема через каналы и обратный клапан 18 не требуется.
Работа уплотнительного устройства штока (фиг.2) происходит аналогичным образом. Регулирование предварительного усилия поджатия уплотнительных элементов 6 и 7 осуществляется при помощи гаек 13 и 21.
В уплотнительном устройстве цилиндра (фиг.5) на базе серийных манжет предварительное поджатие манжет 22 и 23 осуществляется гайками 13 и 28.
В трехдисковом уплотнительном устройстве (фиг.7) плунжера (штока) 16 контактное давление в манжетах 22, 23 и 29 составляет примерно 1/3 часть рабочего давления.
1. Уплотнительное устройство для герметизации двух концентрично расположенных поверхностей, содержащее, по меньшей мере, два диска, снабженных уплотнительными элементами, один из которых неподвижен, а другой установлен с возможностью осевого перемещения между двумя упорами, и упругий элемент, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит направляющую для размещения упоров и дисков, выполненную в виде втулки, закрепленной на одной из уплотняемых поверхностей быстросъемным фиксатором, при этом каждый диск выполнен разъемным в виде двух колец, между которыми размещен уплотнительный элемент, причем смежные кольца снабжены ограничителями для взаимодействия с жестко закрепленными на направляющей упорами, а упругий элемент размещен между ограничителями.
2. Уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнительный элемент выполнен в виде U-образной манжеты.
3. Уплотнительное устройство по п.2, отличающееся тем, что крайние упоры установлены с возможностью перемещения и фиксации вдоль направляющей.
