RU162386U1 - Уплотнение пары цилиндр-поршень компрессора - Google Patents

Abstract

Устройство уплотнения пары цилиндр-поршень компрессора, состоящего из уплотнительных колец прямоугольного сечения, отличающееся тем, что уплотнительные кольца выполнены разрезными, из полиамида.

Description

Полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использована в конструкциях уплотнительных элементов газовых компрессоров, а именно в области пары цилиндр-поршень. Целью полезной модели является повышение герметичности и износостойкости уплотнения.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено большое количество технических решений, в том числе изобретений, предназначенных для уплотнения пары поршень-цилиндр.

Известно устройство, описанное в авторском свидетельстве «Сальниковое уплотнение» на изобретение СССР № SU 1401216 A1 МПК F16J 15/28, авторов И.И. Начовного, И.М. Кузяева, И.Г. Плошенко и В.Г. Скирко, содержащее уплотнительный элемент, состоящий из серии нажимных, уплотнительных разрезных колец. Кольца зафиксированы друг относительно друга штифтом и имеют осевой выступ на торцевой поверхности, при этом кольца имеют ступенчатый разрез, а верхние кольца имеют еще по два дополнительных штифта, размещенных по обе стороны от разреза вблизи концов колец и входящих в отверстия, расположенные по обе стороны от разреза в уплотнительном элементе.

Недостатком вышеуказанного технического решения является невозможность эксплуатации уплотнительных элементов в парах цилиндр-поршень на высоко оборотистом оборудовании, где постоянно действуют разнородно направленные нагрузки на уплотнительные кольца. Существенным недостатком является сложность изготовления.

Известно устройство «Уплотнение резьбового соединения», описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1537939 A1 МПК F16J 15/02, авторов В.А. Марутова, С.А. Павловского, содержащее корпус, крышку, диаметральную и торцевую проточки прямоугольного сечения, выполненные в ней и эластичное уплотнительное кольцо круглого сечения, установленное в торцевой проточке.

Недостатком вышеуказанного технического решения является круглая форма сечения уплотнительного кольца, не обеспечивающая плотного соприкосновения трущихся элементов, плохая стойкость к скручивающим моментам, возникающим при эксплуатации оборудования, вследствие чего снижается надежность эксплуатации самого уплотнительного кольца. Отсутствие разъединения в кольцевом уплотнении приведет к снижению продолжительности эксплуатации уплотнительного кольца при возникновении разнородных сжимающих и растягивающих нагрузках.

Известно устройство «Радиальное уплотнение», описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1590779 A1 МПК F16J 15/32 авторов Л.А. Соловьева и А.В. Курбатова, содержащее уплотнительное кольцо круглого сечения в виде прямоугольной трапеции, установленное в трапециевидной канавке, выполненное на одной из уплотняемых деталей, при этом с целью повышения надежности уплотнения, защитное кольцо установлено боковой стороной, перпендикулярно основанию, к наклонной стенке трапециевидной канавки, а большим основанием обращено к ответной уплотняемой детали.

Недостатком вышеописанного технического решения является форма самого уплотнения, не позволяющая активно противостоять возникающим в результате эксплуатации механическим воздействиям (боковым и скручивающим нагрузкам), вследствие чего снижается как надежность уплотнения, так и срок службы самого уплотнения.

Известно устройство уплотнительного кольца, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР «Уплотнение поршня» № SU 1695013 A1 МПК 5F16J 9/00 авторов И.К. Гаврилова и П.Ф. Ухватова. Уплотнение поршня содержит разрезное уплотнительное кольцо прямоугольного сечения из полимерного материала и промежуточный элемент - эспандер для выборки зазора между кольцом и дном кольцевой канавки на поршне, который размещен в цилиндре экструзионной машины.

Недостатком описанного технического решения является то, что в случае полного износа уплотнения существует вероятность разрушения всего механизма (цилиндр-поршень) вследствие попадания мелких частичек в случае частичного разрушения эспандера, что сделает непригодным к эксплуатации и цилиндр и поршень компрессора. Уплотнительный элемент пары цилиндр-поршень не должен в случае своего разрушения оказывать деградирующие воздействия на механизмы (цилиндр и поршень).

Известны уплотнения пары поршень-цилиндр, содержащие направляющие цилиндр и поршень, имеющие отдельные специальные канавки, в каждую из которых установлены с зазором подвижные разрезные упругие кольца, прижатые к поверхности направляющего цилиндра силами упругости кольца и давлением рабочего тела со стороны радиального зазора внутри канавок (см. Пульманов Н.В. Дизель-компрессор со свободно движущимися поршнями, И.: Машиностроение, 1959, с. 201, фиг. 97а). Разрезные упругие кольца уплотнения вызывают неравномерный износ поверхности направляющего цилиндра вдоль оси, образуя на ней различные формы овалов с разными радиусами кривизны, конусности и т.п., что приводит к образованию просветов в зонах замков (разрезов) и других участках уплотнительных колец и поверхности направляющего цилиндра, к снижению герметичности уплотнения и ухудшению технико-экономических показателей двигателя. При повышении параметров рабочего тела в известном уплотнении пары поршень-цилиндр снижаются прочность и работоспособность разрезных уплотнительных колец, существенно возрастает работа сил трения в паре поршень-цилиндр, что приводит к интенсивному и неравномерному износу трущихся поверхностей направляющего цилиндра и уплотнительных колец, изменениям их геометрических форм, износу и потере уплотнительных свойств колец.

Недостатком описанного технического решения является то, что при повышенных скоростях возвратно-поступательного движения поршня осевая подвижность колец вызывает износ и изменение геометрической формы канавок на поршне для уплотнительных колец, что способствует повышению вибрации колец и дальнейшей потере герметичности и прочности такого уплотнительного соединения, возрастанию потерь смазочного масла, что в свою очередь приводит к снижению работоспособности и снижению долговечности уплотнения пары поршень-цилиндр двигателя.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР «Уплотнение пары поршень-цилиндр двигателя внутреннего сгорания» №1820111 МПК F16J 9/00 авторов В.Г. Передерия, В.И. Кравченко, Н.Т. Жердицкого, И.А. Кособокова и В.В. Кравченко, которое и выбрано в качестве прототипа.

Направляющий цилиндр выполнен из чугуна, уплотнительные кольца - из стали, прямоугольного сечения (или L-образного), неразрезные и установлены в канавке в количестве не менее трех с чередующимися диаметральными зазорами, образованными первым и последующими нечетными кольцами с поверхностью направляющего цилиндра, с поверхностью жаростойкой вставки, последующие четные кольца установлены с нулевым зазором или натягом с поверхностью жаростойкой вставки и с зазором с поверхностью направляющего цилиндра, причем уплотнительные кольца установлены вдоль оси поршня с образованием неподвижного соединения между торцевыми поверхностями жаростойкой вставки и жаровой накладки поршня.

Недостатком прототипа является то, что при работе механизма стальные уплотнительные кольца подвергались износу по радиальной толщине, что приводило к их разрушению и попаданию в клапана механизма, тем самым выводили поршни и цилиндры из строя, что резко снижало надежность эксплуатации и повышало стоимость ремонтных работ, так как сильный износ трущихся поверхностей приводил к аварийным остановкам.

Технической задачей предлагаемого устройства уплотнения пары цилиндр-поршень компрессора является повышение герметичности соединений и надежности эксплуатации трущихся элементов компрессора, вследствие уменьшения износа поршневой группы, в том числе в случае полного износа уплотняющего кольца или его разрушения.

Решаемая техническая задача в устройстве уплотнения пары цилиндр-поршень компрессора, состоящего из уплотнительных колец прямоугольного сечения, достигается тем, что уплотнительные кольца выполнены разрезными, из полиамида.

На фиг. 1а-с представлен общий вид устройства уплотнения пары цилиндр-поршень компрессора - его конкретная реализация, с прямоугольным сечением и разрезом.

Устройство, изображенное на фиг.1а-с, представляет собой кольцевой радиальный элемент (уплотнительное кольцо), прямоугольного сечения (радиус кольца, длина и ширина сечения выбирается исходя из габаритов паза для уплотнения пары цилиндр-поршень, для каждого конкретного компрессора), с разрезом (например, прямоугольным). Габариты разреза сопоставимы с размерами сечения кольцевого элемента, и не превосходят их (как по высоте, так и по ширине). Уплотнительное кольцо изготовлено из полиамида.

Рассмотрим устройство уплотнения пары цилиндр-поршень компрессора в действии:

Уплотнительные кольца монтируются на пару цилиндр - поршень компрессора, в специально предусмотренные конструкцией пазы. Прямоугольное сечение и гибкость кольца из полиамида позволяет с высокой степенью надежности уплотнить соединение и предотвратить пропуск газа в корпус компрессора. При работе компрессора происходит герметизация рабочей зоны цилиндра и поршня. Полиамидные уплотнительные кольца обеспечивают низкий коэффициент трения о стенки цилиндра (коэффициент трения полиамида по стали 0,2-0,3 (ГОСТ 11 629-75) по сравнению со стальными уплотнителями (коэффициент трения стали по стали составляет 0,8 (ГОСТ 23.214-83)), препятствуя коррозионному износу трущихся поверхностей, продлевая срок эксплуатации оборудования (как компрессора в целом, так и его отдельных трущихся элементов).

Использование разрезных уплотнительных колец прямоугольного сечения, выполненных из полиамида позволяет создать надежное уплотнение, предотвращающее пропуск газа в корпус компрессора. Предлагаемый материал в устройстве уплотнения пары цилиндр-поршень компрессора эластичный и выдерживает высокие температуры (до 187°C), сохраняя свои физические свойства. Прямоугольная форма сечения уплотнительного кольца позволяет хорошо противостоять скручивающим, фронтальным и поперечным силовым нагрузкам (вследствие геометрических ребер жесткости). Разрез на кольце позволяет вследствие наличия температурных расширений обеспечивать достаточную герметизацию пространства цилиндра компрессора. Относительная эластичность материала уплотнительного кольца позволяет избежать серьезных повреждений цилиндра и поршня компрессора в случае полного разрушения самого кольцевого уплотнения, так как его разрушение не приводит к образованию жестких осколков.

Проведенные практические испытания (эксплуатация на производственной площадке) показали эффективность предлагаемого технического решения, так например, наработка колец составляет 15000 часов, против 5000 часов у прототипа, износ по толщине при стандартных условиях эксплуатации колец составило 7-10% от нового, в то время как эксплуатация уплотнителей из стали по прототипу приводило к полному износу поршневой группы. При этом следует отметить, что выявлено уменьшение расхода масла до 60%, что позволяет сэкономить на ремонте и техническом обслуживании компрессоров немецкого производства.

Claims (1)

1. Устройство уплотнения пары цилиндр-поршень компрессора, состоящего из уплотнительных колец прямоугольного сечения, отличающееся тем, что уплотнительные кольца выполнены разрезными, из полиамида.

   

Images