Уплотнительное кольцо
Изобретение относится к уплотнительному кольцу (1) для уплотнения штока поршня, содержащему удерживающее кольцо (2), имеющее круговой внутренний диаметр (М1) и центральную ось (M). Уплотнительное кольцо также содержит несколько уплотнительных сегментов (3), установленных на удерживающем кольце (2) с возможностью перемещения в радиальном направлении к центральной оси (М). Каждый уплотнительный сегмент (3) имеет уплотнительную поверхность (3а), обращенную к центральной оси (М) и проходящую криволинейно в окружном направлении (U) относительно центральной оси (М), и две боковые направляющие поверхности (3b), параллельные друг другу. Поверхность (3а) на обоих концах заканчивается на соответствующих направляющих поверхностях (3b) уплотнительного сегмента. Удерживающее кольцо (2) содержит несколько направляющих сегментов (2а), расположенных на расстоянии друг от друга в окружном направлении (U). Каждые два направляющих сегмента (2а), расположенные друг за другом в окружном направлении (U), имеют обращенные друг к другу параллельные направляющие поверхности (2b, 2с), которые расположены на расстоянии друг от друга и выполнены так, что уплотнительный сегмент (3) направляется посредством своих направляющих поверхностей (3b) по двум боковым направляющим поверхностям (2b, 2с) и устанавливается с возможностью перемещения в радиальном направлении (R), при этом направляющие сегменты (2а) и уплотнительные сегменты (3) следуют друг за другом в окружном направлении (U). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 21 ил.
Изобретение относится к уплотнительному кольцу согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Уровень техники
В ЕР 2060833А1 описано комбинированное кольцевое уплотнительное устройство для уплотнения штока поршня, содержащее уплотнительное кольцо и стопорное кольцо. Недостаток этого устройства заключается в том, что после определенной степени износа уплотнительных сегментов между ними и штоком поршня образуется зазор, что значительно ухудшает уплотняющее действие устройства. Таким образом, недостатком указанного известного устройства является значительное ухудшение уплотняющего действия по достижении определенной степени износа.
Сущность изобретения
Целью изобретения является создание усовершенствованного уплотнительного кольца для уплотнения штока поршня.
Эта цель достигается тем, что предложено уплотнительное кольцо, отличительные признаки которого указаны в п. 1 формулы изобретения. Пункты 2-14 формулы относятся к предпочтительным вариантам выполнения уплотнительных колец. В частности, цель изобретения достигается посредством уплотнительного кольца, содержащего удерживающее кольцо, имеющее круговой внутренний диаметр и центральную ось и содержащее несколько уплотнительных сегментов, установленных в удерживающем кольце с возможностью смещения в радиальном направлении относительно центральной оси. Каждый уплотнительный сегмент имеет уплотнительную поверхность, центрированную относительно центральной оси и проходящую криволинейно в окружном направлении относительно этой оси, и две боковые направляющие поверхности, параллельные друг другу. Уплотнительная поверхность с обеих сторон заканчивается на соответствующих направляющих поверхностях уплотнительного сегмента. Удерживающее кольцо содержит несколько направляющих сегментов, расположенных на расстоянии друг от друга в окружном направлении. Каждые два направляющих сегмента, расположенные друг за другом в окружном направлении, имеют обращенные друг к другу и параллельные друг другу направляющие поверхности, расположенные на расстоянии друг от друга и выполненные так, что уплотнительный сегмент направляется посредством своих направляющих поверхностей по двум боковым направляющим поверхностям и установлен с возможностью смещения в радиальном направлении, при этом направляющие и уплотнительные сегменты следуют друг за другом в окружном направлении. Удерживающее кольцо выполнено цельным и проходит по окружности на 360°.
Преимущество уплотнительного кольца согласно изобретению заключается в том, что его уплотняющее действие не изменяется даже с увеличением износа. В отличие от предлагаемого уплотнительного кольца, уплотняющее действие известного уплотнительного кольца в принципе изменяется по достижении определенной степени износа, в результате чего это кольцо образует уплотнение с зазором без трения, что приводит к соответствующему увеличению утечки. В случае уплотнительного кольца согласно изобретению, его поперечное сечение области утечки, и следовательно, и его уплотняющее действие не изменяются даже при увеличении износа и на всем участке износа. Таким образом, уплотнительное кольцо согласно изобретению гарантирует надежное уплотнение, которое не изменяется длительное время, что, с одной стороны, обеспечивает надежное уплотняющее действие и, с другой стороны, уменьшает затраты на обслуживание.
Согласно особенно выгодной конфигурации, в удерживающем кольце установлены на расстоянии друг от друга с возможностью смещения в направлении центральной оси четыре уплотнительных сегмента. Согласно еще одной возможной конфигурации, уплотнительное кольцо согласно изобретению содержит по меньшей мере пять уплотнительных сегментов, предпочтительно шесть или восемь уплотнительных сегментов.
Согласно одной выгодной конфигурации, все уплотнительные сегменты имеют одинаковую ширину в окружном направлении.
Согласно другому возможному варианту выполнения, по меньшей мере два уплотнительных сегмента, расположенных друг за другом в окружном направлении, смещены друг от друга в осевом направлении или в направлении центральной оси. Указанное смещение предпочтительно по меньшей мере равно высоте уплотнительного сегмента в осевом направлении, в результате два уплотнительных сегмента, расположенных друг за другом в окружном направлении, можно выполнить такой ширины, чтобы они перекрывали друг друга в окружном направлении.
Согласно еще одной выгодной конфигурации, по меньшей мере один уплотнительный сегмент, а предпочтительно все они, соединены с приводом, например, с пьезоэлектрическим приводом, для изменения их положения в радиальном направлении относительно центральной оси. Согласно одной выгодной конфигурации, предусмотрен датчик, позволяющий определять положение лицевой стороны уплотнительного сегмента, обращенной к штоку поршня, для определения, например, ширины зазора между поверхностью штока и лицевой стороной уплотнительного сегмента. Согласно еще одному варианту выполнения, предусмотрено устройство управления с разомкнутым и замкнутым контуром, позволяющее изменять положение на основе измеренных датчиком значений и с помощью приводов таким образом, что уплотнительные сегменты занимают заданное положение, при котором лицевая сторона соответствующего уплотнительного сегмента расположена, например, на заданном расстоянии от поверхности штока поршня, так что можно регулировать ширину зазора между штоком и уплотнительным сегментом. Преимущество данного варианта выполнения заключается, например, в том, что уплотнительные сегменты имеют чрезвычайно низкую степень износа, поскольку лицевая сторона уплотнительного сегмента не касается штока поршня или касается его в незначительной степени, результатом чего является отсутствие износа или небольшой износ лицевой стороны уплотнительного сегмента.
Краткое описание чертежей
Чертежи поясняют типичные варианты осуществления изобретения. На чертежах:
Фиг. 1 изображает уплотнительное устройство в продольном разрезе;
Фиг. 2 изображает первый вариант выполнения уплотнительного кольца;
Фиг. 3 изображает вид сверху второго варианта выполнения уплотнительного кольца;
Фиг. 4 изображает разрез по линии А-А на фиг. 3;
Фиг. 5 изображает вид сверху уплотнительного сегмента;
Фиг.6 изображает вид сбоку уплотнительного сегмента согласно фиг. 5;
Фиг. 7 изображает разрез по линии В-В уплотнительного сегмента согласно фиг. 5;
Фиг. 8 изображает вид сверху еще одного уплотнительного сегмента;
Фиг. 9 изображает вид сверху третьего варианта выполнения уплотнительного кольца;
Фиг. 10 изображает разрез фиг. 9 по линии С-С;
Фиг. 11 изображает разрез фиг. 8 по линии D-D;
Фиг. 12 изображает вид сверху четвертого варианта выполнения уплотнительного кольца;
Фиг. 13 изображает разрез фиг. 12 по линии Е-Е;
Фиг. 14 изображает вид сверху накрывающего кольца;
Фиг. 15 изображает разрез по линии F-F накрывающего кольца согласно фиг. 14;
Фиг. 16 изображает пятый вариант выполнения уплотнительного кольца;
Фиг. 17 изображает разрез шестого варианта выполнения уплотнительного кольца;
Фиг. 18 изображает вид сверху фрагмента направляющего кольца и
Фиг. 19 изображает продольный разрез уплотнительного устройства с уплотнительными сегментами, установленными с возможностью перемещения.
На чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми цифровыми позициями.
Варианты осуществления изобретения
На фиг. 1 изображен продольный разрез уплотнительного устройства 10 для уплотнения совершающего колебательное движение в осевом направлении 4а штока 4 поршня компрессора. Уплотнительное устройство 10 предпочтительно содержит несколько уплотнительных камер 11, расположенных последовательно в осевом направлении 4а и имеющих каждая первую и вторую боковые стенки 11а, 11b. В каждой камере 11 расположено уплотнительное кольцо 1. Давление газа в уплотнительной камере 11 уменьшается посредством уплотнительного кольца 1 от более высокого давления Р1 до более низкого давления Р2. Это понижение давления происходит, в частности, над уплотнительным зазором 43, образованным между лицевой стороной 3а уплотнительного сегмента 3 и поверхностью 4а штока 4 поршня. Согласно показанному на фиг. 2 варианту выполнения, уплотнительное кольцо 1 содержит удерживающее кольцо 2, проходящее по дуге 360° и имеющее круговой внутренний диаметр М1 и центральную ось М, и несколько уплотнительных сегментов 3, установленных в удерживающем кольце 2 с возможностью смещения в радиальном направлении к центральной оси М. Удерживающее кольцо 2 выполнено цельным и проходит без стыка по дуге окружности 360°. На фиг. 1 видно, что внутренний диаметр М1 больше наружного диаметра штока 4 поршня, так что между удерживающим кольцом 2 и штоком 4 образован зазор 2f. Благодаря высокому давлению Р1, имеющему место с наружной стороны 3c уплотнительного сегмента, уплотнительный сегмент 3, установленный с возможностью смещения в направлении к центральной оси М, давит своей лицевой стороной 3а на наружную поверхность 4а штока 4 с контактной силой 3m. В результате движения штока 4 происходит износ лицевой стороны 3а уплотнительного сегмента 3а. Действие контактной силы 3m и тот факт, что уплотнительный сегмент 3 установлен с возможностью смещения к центральной оси М, приводят к тому, что уплотнительный зазор 43 при необходимости остается плотно закрытым до тех пор, пока не будет изношен почти весь уплотнительный сегмент 3. Таким образом, уплотнительное кольцо 3 согласно изобретению обеспечивает надежное постоянное уплотняющее действие в течение длительного времени до полного износа уплотнительного сегмента 3. Преимущество уплотнительного сегмента 3 состоит в том, что не происходит неравномерного удаления материала с его лицевой поверхности в окружном направлении U, или имеет место лишь минимальная неравномерность удаления материала, так что поперечное сечение области утечки уплотнительного зазора 43 и, следовательно, его уплотняющее действие не изменяется или изменяется минимально по всему участку износа уплотнительного сегмента. Преимущество уплотнительного кольца 1 заключается также в том, что уплотнительный сегмент 3 не подвергается упругой и/или пластической деформации или подвергается лишь в минимальной степени, в результате чего поперечное сечение области утечки уплотнительного зазора 43 и его уплотняющее действие по всему участку износа уплотнительного сегмента 3 не изменяется или изменяется минимально. Таким образом, уплотнительное кольцо 1 согласно изобретению создает надежное уплотнение в течение длительного времени.
Для установки уплотнительного кольца 1 может быть целесообразным наличие пружины, такой как трубчатая пружина 6, которая охватывает в окружном направлении U все уплотнительные сегменты 3.
На фиг. 1 также показано оптимальное накрывающее кольцо 5, которое служит для улучшения уплотнения, создаваемого уплотнительным кольцом 1, однако накрывающее кольцо 5 может отсутствовать.
Далее описаны различные варианты выполнения кольца 1.
Уплотнительное кольцо 1 для уплотнения штока 4 поршня, представленное на фиг. 2, содержит удерживающее кольцо 2, имеющее круговой внутренний диаметр М1 и центральную ось М, и четыре уплотнительных сегмента 3, установленных в удерживающем кольце с возможностью смещения в радиальном направлении R относительно центральной оси М. Каждый уплотнительный сегмент 3 имеет уплотнительную поверхность 3а, центрированную относительно центральной оси М, проходящую криволинейно в окружном направлении U относительно центральной оси М и согласованную с поверхностью штока 4 поршня. Каждый уплотнительный сегмент 3 имеет две боковые направляющие поверхности 3b, параллельные друг другу. Уплотнительная поверхность 3а с каждой стороны оканчивается на соответствующей направляющей поверхности 3b уплотнительного сегмента 3. Удерживающее кольцо 2 содержит опорное кольцо 2k и несколько направляющих сегментов 2а, расположенных на расстоянии друг от друга в окружном направлении U. Направляющие сегменты 2а выступают в направлении центральной оси М над опорным кольцом 2k. Каждые два следующих друг за другом в окружном направлении U направляющих сегмента 2а имеют обращенные друг к другу и параллельные друг другу направляющие поверхности 2b, 2с, расположенные на расстоянии друг от друга и выполненные так, что каждый уплотнительный сегмент 3 направляется своими направляющими поверхностями 3b по двум боковым направляющим поверхностям 2b, 2с соответствующих направляющих сегментов 2а и установлен с возможностью смещения в радиальном направлении R, при этом направляющие сегменты 2а и уплотнительные сегменты 3 расположены последовательно в окружном направлении U.
В направлении к центральной оси М направляющие сегменты 2а оканчиваются вершиной 2g. Согласно одной выгодной конфигурации, которая представлена на фиг. 2, вершина 2g доходит в направлении к центральной оси М до конца внутреннего диаметра М1. Согласно еще одной возможной конфигурации, представленной на фиг. 18, вершина 2g направляющего сегмента 2a расположена на расстоянии D1 в радиальном направлении R, составляющем до 0,4 мм, предпочтительно до 0,2 мм, от внутреннего диаметра М1.
Согласно одной выгодной конфигурации, уплотнительное кольцо 1 содержит, как показано на фиг. 2, четыре уплотнительных сегмента 3 и четыре направляющих сегмента 2а, причем боковые направляющие поверхности 2b, 2с каждого направляющего сегмента 2а расположены под углом 90°.
Согласно одной выгодной конфигурации, в уплотнительном кольце 1, как показано на фиг. 2, каждые два уплотнительных сегмента 3, расположенные друг против друга относительно центральной оси М, имеют одинаковую ширину 31 в окружном направлении U, а соседние друг с другом в окружном направлении U уплотнительные сегменты 3 имеют разную ширину 31 в окружном направлении U. Таким образом, уплотнительное кольцо 1, представленное на фиг. 2, имеет два узких уплотнительных сегмента 3е и два широких уплотнительных сегмента 3d.
Следующий вариант выполнения показан на фиг. 3 на виде сверху и на фиг.4 в разрезе по линии А-А. Четыре направляющих сегмента 2а, выступающие в направлении центральной оси М над опорным кольцом 2k, расположены вдоль него, причем расположенные друг за другом в окружном направлении U направляющие сегменты 2а смещены друг от друга на 90°. Каждый направляющий сегмент 2а имеет две боковые направляющие поверхности 2b, 2с, которые сходятся под углом 90° к вершине 2g. Противолежащие направляющие поверхности 2b, 2с каждых двух направляющих сегментов 2а, расположенных друг за другом в окружном направлении U, параллельны друг другу и между ними установлен с возможностью смещения в радиальном направлении R уплотнительный сегмент 3, показанный на фиг. 5. Уплотнительный сегмент 3 имеет две параллельные направляющие поверхности 3b, уплотнительную поверхность 3а и наружную сторону 3c. Уплотнительный сегмент 3 изображен на фиг. 6 на виде сбоку и на фиг. 7 в разрезе по линии В-В. Уплотнительный сегмент 3, представленный на фиг. 5, .6 и .7, содержит радиальный соединительный проход 3f, канавку 3g сброса давления и выемку 3h под пружину. Уплотнительный сегмент 3 имеет ширину 3k в осевом направлении. Все четыре уплотнительных сегмента 3, используемых для удерживающего кольца 2, имеют одинаковую ширину в окружном направлении U, так что все они выполнены одинаковыми.
Согласно одной выгодной конфигурации, представленной на фиг. 4, направляющий сегмент 2а имеет выемку 2о, в которой может быть расположена изображенная на фиг. 1 трубчатая пружина 6, которая в одном возможном варианте выполнения охватывает уплотнительные сегменты 3.
Следующий вариант выполнения показан на фиг. 9 на виде сверху и на фиг. 10 в разрезе по линии С-С. Четыре направляющих сегмента 2а, выступающих в направлении центральной оси М над опорным кольцом 2k, расположены вдоль опорного кольца 2k и каждые два направляющих сегмента 2а, следующие один за другим в окружном направлении U, смещены друг от друга на 45° или 135°. Каждый направляющий сегмент 2а имеет две боковые направляющие поверхности 2b, 2с, которые сходятся под углом 90° к вершине 2g. Противолежащие направляющие поверхности 2b, 2с двух направляющих сегментов 2а, следующих друг за другом в окружном направлении U, параллельны друг другу и между ними расположен широкий уплотнительный сегмент 3d или узкий уплотнительный сегмент 3е, показанный на фиг. 8.
На фиг. 7 уплотнительный сегмент 3 показан в разрезе по линии D-D. Уплотнительный сегмент 3 содержит проходящий радиально соединительный проход 3f, канавку 3g сброса давления и выемку 3h под пружину.
Следующий вариант выполнения представлен на фиг. 12 на виде сверху и на фиг. 13 в разрезе по линии Е-Е. Восемь направляющих сегментов 2а, выступающих в направлении центральной оси М над опорным кольцом 2k, расположены вдоль опорного кольца 2k и каждые два направляющих сегмента 2а, следующих один за другим в окружном направлении U, смещены друг от друга на 45°. Каждый направляющий сегмент 2а имеет две боковые направляющие поверхности 2b, 2с, которые сходятся под углом 45° к вершине 2g. Противолежащие направляющие поверхности 2b, 2с двух направляющих сегментов 2а, следующих один за другим в окружном направлении U, параллельны друг другу и расположены на расстоянии D2 друг от друга, а между ними расположен уплотнительный сегмент 3. В удерживающем кольце 2, показанном на фиг. 12, все уплотнительные сегменты 3 выполнены предпочтительно одинаковыми.
Уплотнительное кольцо 1 согласно изобретению содержит по меньшей мере четыре уплотнительных сегмента 3, расположенных на расстоянии друг от друга в окружном направлении U, предпочтительно четыре, шесть или восемь уплотнительных сегментов 3 и, соответственно, четыре, шесть или восемь направляющих сегментов 2а, расположенных в окружном направлении U между уплотнительными сегментами 3. Все уплотнительные сегменты 3 имеют одинаковую ширину 3I в окружном направлении U, и все направляющие сегменты 2а имеют одинаковую ширину в этом направлении. Уплотнительное кольцо 1 может содержать нечетное количество, а именно, по меньшей мере пять уплотнительных сегментов 3 и такое же количество направляющих сегментов 2а, расположенных в окружном направлении U между уплотнительными сегментами 3. Угол между боковыми направляющими поверхностями 2b, 2с каждого направляющего сегмента 2а, зависит от общего количества уплотнительных сегментов 3 или соответствующего ему общего количества направляющих сегментов 2а. В зависимости от общего количества сегментов, указанный угол меньше или равен 90°. В случае четырех уплотнительных сегментов 3 или направляющих сегментов 2а угол равен 90°. В случае пяти уплотнительных сегментов 3 или направляющих сегментов 2а угол составляет 72°. В случае шести уплотнительных сегментов 3 или направляющих сегментов 2а этот угол равен 60°, а при наличии восьми уплотнительных сегментов 3 или направляющих сегментов он равен 45°. Таким образом, указанный угол уменьшается с увеличением количества уплотнительных сегментов 3 или направляющих сегментов 2а.
На фиг. 14 показан вид сверху варианта выполнения накрывающего кольца 5, а на фиг. 15 показан его разрез по линии F-F. Накрывающее кольцо 5 включает первую и вторую половины 5а, 5b и имеет выемку 5 с для размещения штифта 21 и выемку 5d для размещения трубчатой пружины 6. Удерживающее кольцо 2, как показано на фиг. 3, может иметь штифт 2I, выступающий в направлении центральной оси М, а накрывающее кольцо 5 расположено сбоку на уплотнительном кольце 1 так, что штифт 21 входит в выемку 5 с и накрывающее кольцо 5 принимает определенное положение относительно уплотнительного кольца 1.
Согласно следующей выгодной конфигурации, по меньшей мере два уплотнительных сегмента 3 расположены в уплотнительном кольце 1 так, что соседние в окружном направлении U уплотнительные сегменты 3 расположены со смещением 2h в направлении центральной оси М. Два варианта такого расположения показаны на фиг. 16 в перспективе и на фиг. 17 в разрезе. На фиг. 16 опорное кольцо 2k образует направляющую поверхность 2m, на которой оба широких уплотнительных сегмента 3d установлены с возможностью смещения в радиальном направлении R. Удерживающее кольцо 2 имеет расположенную между двумя направляющими сегментами 2а опорную часть 2i с направляющей поверхностью 2n, причем высота опорной части 2i соответствует смещению 2h. Узкий уплотнительный сегмент 3е установлен с возможностью смещения в радиальном направлении R на направляющей поверхности 2n, так что узкие и широкие уплотнительные сегменты 3е, 3d расположены со смещением 2h в направлении центральной оси М. Особенно выгодное расположение со смещением 2h показано на фиг. 17, изображающей в разрезе опорное кольцо 2k с направляющей поверхностью 2m и опорную часть 2i с направляющей поверхностью 2n, причем направляющие поверхности 2m, 2n расположены со смещением 2h в направлении центральной оси М. В представленном варианте выполнения смещение 2h равно осевой ширине 3k широкого уплотнительного сегмента 3d. Уплотнительные сегменты 3d, 3е установлены с возможностью смещения в радиальном направлении R. Узкий уплотнительный сегмент 3е имеет ширину 3I в окружном направлении U, которая больше ширины направляющей поверхности 2n, в результате чего оба уплотнительных сегмента 3d, 3е имеют слева и справа место 3n перекрытия, где части обоих уплотнительных сегментов 3d, 3е расположены поверх друг друга в направлении центральной оси М. Такое место 3n перекрытия улучшает уплотнение в осевом направлении М. Согласно одной выгодной конфигурации, по меньшей мере два уплотнительных сегмента 3 расположены друг за другом в окружном направлении U, частично перекрывая друг друга. Высота смещения 2h по меньшей мере равна осевой ширине 3k уплотнительного сегмента 3, однако смещение 2h может быть больше или меньше осевой ширины 3k.
На фиг. 19 изображен продольный разрез уплотнительного устройства 10 с уплотнительными сегментами 3, положение которых можно изменять. Удерживающее кольцо 2 имеет L-образную форму, а между уплотнительным сегментом 3 и удерживающим кольцом 2 в радиальном направлении расположено приводное средство 12, например, пьезоэлектрический кристалл, для перемещения уплотнительного сегмента 3 в радиальном направлении R с целью регулировки ширины уплотнительного зазора 43, образованного между лицевой стороной 3а уплотнительного сегмента 3 и поверхностью 4а штока 4 поршня. Приводное средство 12 соединено с приводным устройством 12b электрическими линиями 12а. Согласно одной выгодной конфигурации, имеется датчик 12с, расположенный, например, в уплотнительном сегменте 3 и соединенный с возможностью передачи сигналов с приводным устройством 12b, например, посредством линии 12d, так что образуется контур управления для регулировки расстояния между уплотнительной поверхностью 3а и поверхностью 4а штока 4 поршня. Это расстояние регулируют так, что уплотнительная поверхность 3а едва соприкасается или совсем не соприкасается с поверхностью 4а штока. В одной выгодной конфигурации приводное средство 12 предусмотрено для каждого уплотнительного сегмента 3 уплотнительного кольца 1, так что каждый уплотнительный сегмент 3 может смещаться индивидуально в радиальном направлении R. В одной выгодной конфигурации датчик 12с предусмотрен тоже для каждого уплотнительного сегмента 3, чтобы изменять ширину зазора 43 индивидуально для каждого сегмента 3.
Уплотнительный сегмент 3 согласно изобретению используется в уплотнительном устройстве 10 для уплотнения штока 4 поршня, совершающего движение в осевом направлении 4b, в компрессоре. Уплотнительное устройство 10 содержит по меньшей мере одну уплотнительную камеру 11, которая ограничена в осевом направлении 4b первой и второй боковыми стенками 11а, 11b и в которой расположено по меньшей мере одно уплотнительное кольцо 1. Уплотнительное устройство обычно содержит несколько расположенных на расстоянии друг от друга уплотнительных камер 11, в каждой из которых расположено уплотнительное кольцо 1. Может также оказаться выгодным, чтобы для каждого уплотнительного кольца 1 было предусмотрено накрывающее кольцо 5, расположенное в осевом направлении непосредственно рядом с уплотнительным кольцом 1.
При расположении вершины 2g, как показано на фиг. 18, на небольшом расстоянии D1, составляющем предпочтительно от одной до нескольких десятых мм, от внутреннего диаметра М1, два уплотнительных сегмента 3, расположенных один за другим в окружном направлении U, могут контактировать между собой в области между внутренним диаметром M1 и вершиной 2g, так что уплотнительные сегменты 3 при необходимости немного деформируются в месте контакта. В результате в области вершины 2g уплотнительные сегменты создают особенно хорошее уплотнение в осевом направлении. В другом выгодном варианте выполнения вершина 2g доходит до конца внутреннего диаметра М1, то есть расстояние D1 равно нулю. Преимущество этой конфигурации заключается также в том, что уплотнительные сегменты 3 могут соприкасаться между собой в радиальном направлении R после вершины 3g, то есть, в области зазора 2f. В результате такого контакта зазор 2f в этом месте особенно хорошо уплотняется в осевом направлении 4b. Как видно на фиг. 2, в этом месте уплотнительный сегмент 3 может иметь сравнительно узкие концевые кромки 3n, которые могут упруго или пластически деформироваться под действием сравнительно небольшого усилия, в результате чего область зазора 2f, находящаяся непосредственно перед вершиной 3g, уплотняется уплотнительным элементом 3, который в этой области предпочтительно деформируется упруго или пластически. В итоге зазор 2f герметично закрыт в области непосредственно перед вершиной 2g, хотя сама вершина 2g не имеет уплотнительного сегмента 3 и всегда находится на небольшом расстоянии от поверхности 4а штока 4 поршня.
В представленных вариантах выполнения направляющие поверхности 3b уплотнительного сегмента и боковые направляющие поверхности 2b, 2с всегда изображены плоскими. Однако эти поверхности могут иметь множество других форм, которые позволяет устанавливать уплотнительный сегмент 3 в удерживающем кольце 2 с возможностью смещения в радиальном направлении R. На фиг. 20 и 21 в качестве примера показаны две возможные формы соответствующих направляющих поверхностей направляющего сегмента 2а и уплотнительного сегмента 3. Преимущество таких форм заключается в том, что уплотнительный сегмент 3 направляется только при движении в радиальном направлении R, а движение в направлении центральной оси М невозможно.
1. Уплотнительное кольцо (1) для уплотнения штока (4) поршня, содержащее цельное удерживающее кольцо (2), проходящее по дуге 360° и имеющее круговой внутренний диаметр (М1) и центральную ось (М), при этом уплотнительное кольцо содержит несколько уплотнительных сегментов (3), установленных в удерживающем кольце (2) с возможностью смещения в радиальном направлении относительно центральной оси (М), причем каждый уплотнительный сегмент (3) имеет уплотнительную поверхность (3а), центрированную относительно центральной оси (М) и проходящую криволинейно в окружном направлении (U) относительно этой оси (М), и две боковые направляющие поверхности (3b), параллельные друг другу; уплотнительная поверхность (3а) с обеих сторон оканчивается на соответствующих направляющих поверхностях (3b); удерживающее кольцо (2) содержит несколько направляющих сегментов (2а), расположенных на расстоянии друг от друга в окружном направлении (U); каждые два направляющих сегмента (2а), которые расположены друг за другом в окружном направлении (U), имеют обращенные друг к другу, параллельные направляющие поверхности (2b, 2с), расположенные на расстоянии друг от друга и выполненные так, что уплотнительный сегмент (3) направляется посредством своих направляющих поверхностей (3b) по двум боковым направляющим поверхностям (2b, 2с) и установлен с возможностью смещения в радиальном направлении (R), а направляющие сегменты (2а) и уплотнительные сегменты (3) следуют друг за другом в окружном направлении (U).
2. Уплотнительное кольцо по п. 1, отличающееся тем, что направляющие сегменты (2а) оканчиваются в направлении к центральной оси (М) вершиной (2g).
3. Уплотнительное кольцо по п. 2, отличающееся тем, что вершина (2g) в направлении к центральной оси (М) доходит до конца внутреннего диаметра (М1).
4. Уплотнительное кольцо по п. 2, отличающееся тем, что вершина (2)g расположена на расстоянии до 0,4 мм, предпочтительно до 0,2 мм, в радиальном направлении (R) от внутреннего диаметра (М1).
5. Уплотнительное кольцо по п. 1, отличающееся тем, что боковые направляющие поверхности (2b, 2с) каждого направляющего сегмента (2а) расположены под углом, максимальное значение которого составляет 90°.
6. Уплотнительное кольцо по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит четное количество, но не менее четырех, уплотнительных сегментов (3) и такое же количество направляющих сегментов (2а), расположенных в окружном направлении (U) между уплотнительными сегментами (3).
7. Уплотнительное кольцо по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит нечетное количество, но не менее пяти, уплотнительных сегментов (3) и такое же количество направляющих сегментов (2а), расположенных в окружном направлении (U) между уплотнительными сегментами (3).
8. Уплотнительное кольцо по п. 6, отличающееся тем, что все уплотнительные сегменты (3) имеют одинаковую ширину в окружном направлении (U) и все направляющие сегменты (2а) имеют одинаковую ширину в окружном направлении (U).
9. Уплотнительное кольцо по п. 6, отличающееся тем, что каждые два уплотнительных сегмента (3), противолежащие друг другу относительно центральной оси (М), имеют одинаковую ширину в окружном направлении (U), а уплотнительные сегменты (3), расположенные друг за другом в окружном направлении (U), имеют разную ширину в окружном направлении (U).
10. Уплотнительное кольцо по п. 1, отличающееся тем, что уплотнительные сегменты (3), расположенные друг за другом в окружном направлении (U), установлены со смещением (2h) в направлении центральной оси (М).
11. Уплотнительное кольцо по п. 10, отличающееся тем, что высота смещения (2h) по меньшей мере равна осевой ширине (3k) уплотнительного сегмента (3).
12. Уплотнительное кольцо по п. 10, отличающееся тем, что по меньшей мере один из уплотнительных сегментов (3) частично накрывает уплотнительный сегмент (3), расположенный рядом с ним в окружном направлении (U).
13. Уплотнительное кольцо по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одно приводное устройство (12), выполненное и расположенное так, что оно определяет положение по меньшей мере одного уплотнительного сегмента (3) в радиальном направлении (R).
14. Уплотнительное кольцо по п. 13, отличающееся тем, что каждый уплотнительный сегмент (3) имеет приводное устройство (12), определяющее положение каждого уплотнительного сегмента (3) по отдельности.
15. Уплотнительное устройство (10) для уплотнения движущегося в осевом направлении (4b) штока (4) поршня компрессора, содержащее по меньшей мере одну уплотнительную камеру (11), которая ограничена в осевом направлении (4b) первой и второй боковыми стенками (11а, 11b) и в которой расположено по меньшей мере одно уплотнительное кольцо (1) по п.1.
