RU168512U1

RU168512U1 - GASKET SEAL ELEMENT

Info

Publication number: RU168512U1
Application number: RU2016118875U
Authority: RU
Inventors: Владислав Иванович Самоделкин; Игорь Валерьевич Ворошилов; Андрей Викторович Морозов; Андрей Владимирович Мельник
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Тегас"
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2017-02-07

Abstract

Заявляемое техническое решение относится к уплотнительной технике и применяется в сальниках штоков поршневых компрессоров среднего и высокого давлений, работающих при больших перепадах давления со смазкой, с ограниченной смазкой и без смазки цилиндров и сальников. Уплотнительный элемент сальника штока содержит по меньшей мере одну камеру (1), в которой размещено уплотнительное кольцо (2), на первом торце которого выполнена первая расточка. При этом в первой расточке установлено первое опорное кольцо (3). Повышение прочности уплотнительного элемента сальника штока, что обеспечивает работоспособность его при высоких перепадах давления, достигается за счет того, что:- уплотнительное кольцо (2) выполнено неразрезным и занимает максимально возможную часть осевой высоты расточки в камере (1);- на втором торце уплотнительного кольца (2) выполнена вторая расточка, в которой установлено второе опорное кольцо (4).3 з.п. ф-лы, 2 ил.The claimed technical solution relates to sealing technology and is used in the seals of the piston compressors of medium and high pressure, operating at large pressure drops with lubricant, with limited lubrication and without lubrication of the cylinders and seals. The sealing element of the stem seal contains at least one chamber (1), in which a sealing ring (2) is placed, on the first end of which the first bore is made. In this case, the first support ring (3) is installed in the first bore. Increasing the strength of the sealing element of the stem seal, which ensures its operability at high pressure drops, is achieved due to the fact that: - the sealing ring (2) is continuous and occupies the maximum possible part of the axial height of the bore in the chamber (1); - at the second end of the sealing rings (2), a second bore is made, in which a second support ring (4) is installed. f-ly, 2 ill.

Description

Область техники.The field of technology.

Заявляемое техническое решение относится к уплотнительной технике и, в частности к сальникам штоков поршневых компрессоров высокого давления, работающих со смазкой, с ограниченной смазкой и без смазки цилиндров и сальников.The claimed technical solution relates to a sealing technique and, in particular, to the oil seals of the rods of piston high pressure compressors working with grease, with limited grease and without greasing the cylinders and seals.

Уровень техники.The level of technology.

Известно, например, уплотнительное устройство высокого давления компрессора (патент РФ на полезную модель №143449, МПК F16J 15/00, 2014, [1]). Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог [1] содержит по крайней мере одну сальниковую камеру, содержащую уплотнительные кольца и опорное кольцо. При этом опорное кольцо прилегает к одному из уплотнительных колец.It is known, for example, a high-pressure compressor sealing device (RF patent for utility model No. 143449, IPC F16J 15/00, 2014, [1]). As in the claimed technical solution, the specified analogue [1] contains at least one stuffing box containing o-rings and a support ring. In this case, the support ring abuts one of the sealing rings.

У аналога [1] в сальниковой камере установлено два уплотнительных кольца. Каждое кольцо выполнено разрезным и стянуто браслетной пружиной.The analogue [1] has two o-rings in the stuffing box. Each ring is made split and pulled together by a bracelet spring.

Также известен сальник с плоскими уплотнительными элементами (интернет-ресурс http://enqineerinqsystems.ru/trudi-mezhdunarodnoy-nauchno-tehnichekoykonferencii-po-kompressorostroyeniyu/analiz-raboti-shtoka.php.15.01.2016, 15:33, [2]). Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог [2] содержит камеры с уплотнительными элементами. В торцевых расточках уплотнительных элементов установлены опорные кольца с диаметральным зазором относительно уплотнительных элементов и штока.An oil seal with flat sealing elements is also known (Internet resource http://enqineerinqsystems.ru/trudi-mezhdunarodnoy-nauchno-tehnichekoykonferencii-po-kompressorostroyeniyu/analiz-raboti-shtoka.php.01.15.2016, 15:33, [2] ) As in the claimed technical solution, the specified analogue [2] contains chambers with sealing elements. Support rings with a diametrical clearance relative to the sealing elements and the rod are installed in the end bores of the sealing elements.

У аналога [2] уплотнительные элементы содержат разрезные замыкающее кольцо и уплотняющее кольцо. Каждое из колец охватывается по окружности браслетной пружиной, производящей предварительное уплотнение между кольцом сальника и штоком.At the analogue [2], the sealing elements comprise a split closing ring and a sealing ring. Each of the rings is surrounded by a bracelet spring, making a preliminary seal between the packing ring and the stem.

Указанный аналог [2] является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемому техническому решению. Поэтому он принят в качестве прототипа.The specified analogue [2] is the set of essential features the closest analogue of the same purpose to the claimed technical solution. Therefore, it is adopted as a prototype.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении заявляемого технического решения, является быстрый износ и разрушение уплотнительных элементов сальника штока при больших перепадах давления. Известно, что перепады давления по камерам сальников неодинаковы. Наибольший перепад давлений обычно возникает в камере, расположенной первой от уплотняемой полости цилиндра. Во второй и следующих камерах он значительно меньше, а изменение давления за время цикла в этих камерах последовательно уменьшается, приближаясь в последних камерах к постоянному, мало изменяющемуся за время цикла. У ступеней высокого давления значительный перепад давления происходит не только в первой, но и в последней камере (Френкель М.И. Поршневые компрессоры. Теория, конструкция и основы проектирования. Ленинград, «Машиностроение», 1969 г., стр. 414, [3]).A technical problem, the solution of which is ensured by the implementation of the proposed technical solution, is the rapid wear and tear of the sealing elements of the stem seal with large pressure drops. It is known that the pressure drops across the chambers of the seals are not the same. The greatest pressure drop usually occurs in the chamber located first from the cylinder cavity being sealed. In the second and next chambers, it is much smaller, and the pressure change during the cycle in these chambers gradually decreases, approaching in the last chambers a constant that varies little during the cycle. At high pressure stages, a significant pressure drop occurs not only in the first, but also in the last chamber (Frenkel M.I. Piston compressors. Theory, design and design basics. Leningrad, "Mechanical Engineering", 1969, p. 414, [3 ]).

При больших перепадах давления разрезные кольца аналогов [1] и [2] быстро изнашиваются. При прямом ходе поршня газ из рабочей полости цилиндра проникает в торцевые зазоры между уплотнительным кольцом и стенками камеры, а также через кольцевой зазор между уплотнительным кольцом и штоком, и заполняет камеры сальника. При этом в камере, расположенной первой от уплотняемой полости цилиндра, давление газа приближается к давлению газа в рабочей полости цилиндра. При обратном ходе поршня, происходит обратный переход газа из камеры сальника в полость цилиндра, что приводит к перекладке (вибрации) уплотнительных элементов сальника. При таких условиях происходит деформация и износ частей колец. Разрезные кольца не выдерживают нагрузки от перепада давления. Это препятствует решению технической проблемы.At large pressure drops, split rings of analogues [1] and [2] wear out quickly. With a direct stroke of the piston, gas from the working cavity of the cylinder penetrates into the end gaps between the sealing ring and the chamber walls, as well as through the annular gap between the sealing ring and the rod, and fills the stuffing box. In this case, in the chamber located first from the cylinder cavity being sealed, the gas pressure approaches the gas pressure in the working cavity of the cylinder. During the reverse stroke of the piston, the gas undergoes a reverse transition from the stuffing box to the cylinder cavity, which leads to the transfer (vibration) of the stuffing box sealing elements. Under such conditions, deformation and wear of parts of the rings occur. Split rings do not withstand pressure drop. This prevents the solution of a technical problem.

Раскрытие сущности заявляемого технического решения.Disclosure of the essence of the claimed technical solution.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является повышение прочности уплотнительного элемента сальника штока, что обеспечивает работоспособность его при высоких перепадах давления.The technical result provided by the claimed technical solution is to increase the strength of the sealing element of the stem seal, which ensures its operability at high pressure drops.

Сущность заявленного технического решения состоит в том, что уплотнительный элемент сальника штока содержит по меньшей мере одну камеру, в которой размещено уплотнительное кольцо, на первом торце которого выполнена первая расточка. При этом в первой расточке установлено первое опорное кольцо. Отличается тем, чтоThe essence of the claimed technical solution lies in the fact that the sealing element of the stem seal contains at least one chamber in which the sealing ring is placed, at the first end of which the first bore is made. In this case, the first support ring is installed in the first bore. Characterized in that

- уплотнительное кольцо выполнено неразрезным и занимает максимально возможную часть осевой высоты расточки в камере;- the sealing ring is continuous and occupies the maximum possible part of the axial height of the bore in the chamber;

- на втором торце уплотнительного кольца выполнена вторая расточка, в которой установлено второе опорное кольцо.- at the second end of the sealing ring a second bore is made in which a second support ring is installed.

Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата «повышение прочности уплотнительного элемента сальника штока, что обеспечивает работоспособность его при высоких перепадах давления».The above essence is a combination of essential features of the claimed technical solution, ensuring the achievement of the claimed technical result "increasing the strength of the sealing element of the stem seal, which ensures its operability at high pressure drops."

В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.In special cases, it is permissible to carry out the technical solution as follows.

Первое и второе опорные кольца преимущественно выполнены неразрезными.The first and second support rings are preferably continuous.

На внутренней поверхности уплотнительного кольца желательно выполнена канавка.A groove is preferably made on the inner surface of the o-ring.

Уплотнительное кольцо предпочтительно выполнено из самосмазывающегося материала.The seal ring is preferably made of a self-lubricating material.

Авторами заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.The authors of the claimed technical solution made a prototype of this solution, the tests of which confirmed the achievement of the technical result.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

На фигуре 1 показан чертеж уплотнительного элемента сальника штока, на фиг. 2 - выполнение уплотнительного кольца.FIG. 1 shows a drawing of the sealing element of the stem seal, FIG. 2 - the implementation of the sealing ring.

Осуществление технического решения.Implementation of a technical solution.

В зависимости от перепада давления на сальник заявляемый уплотнительный элемент (фиг. 1) в разном количестве применяют со стороны входа газа в сальник. Такое размещение определяется тем, что на первые уплотнительные элементы, если рассматривать по ходу движения газа, действуют более высокие перепады давления, чем на последующие уплотнительные элементы. Кроме того, заявляемый уплотнительный элемент устанавливают в числе последних элементов сальника в том случае, когда на выходе из сальника остается высокий перепад давления. Это присуще, например, циркуляционным компрессорам. Остальные уплотнительные элементы сальника применяют исходя из традиционных конструкций.Depending on the pressure drop across the gland, the inventive sealing element (Fig. 1) is used in varying amounts from the gas inlet side of the gland. This arrangement is determined by the fact that the first sealing elements, when viewed along the gas, are subject to higher pressure drops than subsequent sealing elements. In addition, the inventive sealing element is installed among the last elements of the gland in the case when a high pressure drop remains at the outlet of the gland. This is inherent, for example, to circulation compressors. The rest of the packing gland elements are used based on traditional designs.

Уплотнительный элемент сальника штока содержит по крайней мере одну камеру (1), в которой размещено уплотнительное кольцо (2), первое опорное кольцо (3) и второе опорное кольцо (4).The sealing element of the stem seal contains at least one chamber (1) in which the sealing ring (2), the first support ring (3) and the second support ring (4) are placed.

Уплотнительное кольцо (2) выполнено неразрезным и занимает максимально возможную часть осевой высоты расточки в камере (1). За счет того, что уплотнительное кольцо (2) выполнено неразрезным повышается прочность уплотнительного элемента сальника и обеспечивается его работоспособность при больших перепадах давления. Осевая высота неразрезного кольца достаточна для того, чтобы выдержать большой перепад давления, например, до 20-25 МПа. Уплотнительное кольцо (2) выполнено из самосмазывающегося материала и установлено с минимально - допустимым зазором по отношению к штоку.The sealing ring (2) is continuous and occupies the maximum possible part of the axial height of the bore in the chamber (1). Due to the fact that the sealing ring (2) is continuous, the strength of the sealing element of the gland is increased and its operability is ensured under large pressure drops. The axial height of the continuous ring is sufficient to withstand a large pressure drop, for example, up to 20-25 MPa. O-ring (2) is made of self-lubricating material and installed with a minimum - allowable clearance with respect to the stem.

На внутренней поверхности неразрезного уплотнительного кольца (2) выполнена канавка (5). В компрессорах со смазкой цилиндров и сальников штоков в канавке (5) накапливается масло. В компрессорах без смазки цилиндров и сальников штоков в канавке (5) собираются продукты износа деталей сальника. Кроме того, канавка (5), как элемент лабиринтного уплотнения, увеличивает герметичность сальника.A groove (5) is made on the inner surface of the continuous seal ring (2). In compressors lubricated with cylinders and rod seals, oil accumulates in the groove (5). Compressors without lubrication of cylinders and stem seals in the groove (5) collect wear products of the stuffing box components. In addition, the groove (5), as an element of the labyrinth seal, increases the seal tightness.

На первом и втором торцах неразрезного кольца (2) выполнены соответственно первая и вторая расточки.At the first and second ends of the continuous ring (2), the first and second bores are respectively made.

Первое и второе опорные кольца (3, 4) выполнены неразрезными и установлены в расточках уплотнительного кольца (2). Опорные кольца (3, 4) выполняют роль противоэкструзионных колец. Каждое опорное кольцо (3, 4) установлено с минимальным зазором по наружному диаметру и с гарантированным зазором между внутренним диаметром кольца и штоком. При этом размер зазора между внутренним диаметром каждого опорного кольца (3, 4) и штоком больше зазора между диаметром расточки и наружным диаметром каждого опорного кольца (3, 4).The first and second support rings (3, 4) are continuous and installed in the bores of the sealing ring (2). Support rings (3, 4) act as extrusion rings. Each support ring (3, 4) is installed with a minimum clearance along the outer diameter and with a guaranteed clearance between the inside diameter of the ring and the stem. The size of the gap between the inner diameter of each supporting ring (3, 4) and the rod is larger than the gap between the diameter of the bore and the outer diameter of each supporting ring (3, 4).

Опорные кольца (3, 4) выполнены из материала, более прочного, чем материал уплотнительного кольца (2). Опорные кольца (3, 4) могут быть выполнены, например, из текстолита Ш. В компрессорах со смазкой и с ограниченной смазкой опорные кольца выполняют, например, из бронзы.The support rings (3, 4) are made of a material stronger than the material of the o-ring (2). The support rings (3, 4) can be made, for example, of textolite S. In compressors with grease and with limited lubrication, the support rings are made, for example, of bronze.

Примеры конкретного выполнения.Examples of specific performance.

Пример 1. Камера (1) выполнена из нержавеющей стали или бронзы.Example 1. The chamber (1) is made of stainless steel or bronze.

Пример 2. Осевая высота уплотнительного кольца (2) зависит от усилия, вызванного перепадом давления на уплотнительный элемент. Например, при диаметре штока 32 мм, осевая высота уплотнительного кольца (2) составляет 18 мм.Example 2. The axial height of the sealing ring (2) depends on the force caused by the pressure drop across the sealing element. For example, with a stem diameter of 32 mm, the axial height of the o-ring (2) is 18 mm.

Пример 3. Уплотнительное кольцо (2) выполнено из материала на основе фторлона - 4, например, флубона - 20 или флубона ДМ-2.Example 3. The sealing ring (2) is made of fluorone-4-based material, for example, flubon-20 or DM-2 flubon.

Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.The implementation of the proposed technical solution is not limited to the above examples.

Описание работы.Work description.

В поршневом компрессоре часть газа, сжатого в полости цилиндра со стороны коленчатого вала, в виде утечки стремится преодолеть сопротивление сальника, проходя через его проточную часть. В камере (1) сальника газ протекает через торцевые зазоры между уплотнительным кольцом (2) и стенками камеры (1), а также через кольцевой зазор между уплотнительным кольцом (2) и штоком. Наибольшее давление газа наблюдается в камере (1), расположенной первой от полости сжатия. По мере удаления камеры (1) от полости сжатия давление газа в ней снижается. Иногда значительный перепад давления приходится на последнюю камеру, что характерно для циркуляционных компрессоров.In a reciprocating compressor, part of the gas compressed in the cylinder cavity from the side of the crankshaft, in the form of a leak, seeks to overcome the resistance of the stuffing box, passing through its flow part. In the seal chamber (1), gas flows through the end gaps between the seal ring (2) and the walls of the chamber (1), as well as through the annular gap between the seal ring (2) and the stem. The highest gas pressure is observed in the chamber (1), located first from the compression cavity. As the chamber (1) moves away from the compression cavity, the gas pressure in it decreases. Sometimes a significant pressure drop falls on the last chamber, which is typical for circulation compressors.

В период расширения газа из мертвого пространства и всасывания в полость цилиндра, давление в ней может быть меньше, чем давление в первых камерах сальника. В этом случае может наблюдаться подсос газа из сальника в полость цилиндра, что сопровождается перекладкой (вибрацией) уплотнительных колец. Таким образом резко меняется направление перепада давления.During the period of gas expansion from the dead space and suction into the cylinder cavity, the pressure in it may be less than the pressure in the first chambers of the stuffing box. In this case, gas leakage from the stuffing box into the cylinder cavity may be observed, which is accompanied by a shift (vibration) of the sealing rings. Thus, the direction of the pressure drop changes dramatically.

При работе сальника уплотнительное кольцо (2) испытывает радиальную нагрузку, вызванную разностью давлений между давлением на нагруженную поверхность кольца (2) и давлением в зазоре между кольцом (2) и штоком. Также на уплотнительное кольцо (2) действует осевая нагрузка, связанная с разностью давлений, действующих на торцевые поверхности кольца (2).When the gland is operating, the o-ring (2) experiences a radial load caused by the pressure difference between the pressure on the loaded surface of the ring (2) and the pressure in the gap between the ring (2) and the stem. Also, the o-ring (2) is subjected to axial load associated with the pressure difference acting on the end surfaces of the ring (2).

Благодаря тому, что уплотнительное кольцо (2) не имеет радиальных разрезов, сила, действующая по радиусу, от кольца (2) на шток не передается.Due to the fact that the sealing ring (2) does not have radial cuts, the force acting along the radius is not transmitted from the ring (2) to the stem.

Поскольку на обеих торцевых плоскостях уплотнительного кольца (2) размещены опорные кольца (3, 4) экструзия уплотнительного кольца (2) в зазор между камерой (1) и штоком не происходит. При этом уплотняющие качества сальникового уплотнения сохраняются.Since the support rings (3, 4) are located on both end planes of the sealing ring (2), there is no extrusion of the sealing ring (2) into the gap between the chamber (1) and the rod. At the same time, the sealing qualities of the packing are preserved.

Промышленная применимость.Industrial applicability.

Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на любом промышленном предприятии и найдет широкое применение в уплотнительной технике при герметизации цилиндра компрессора.The claimed technical solution is implemented using industrially produced devices and materials, can be manufactured at any industrial enterprise and will be widely used in sealing technology for sealing the compressor cylinder.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.INFORMATION SOURCES.

1. Уплотнительное устройство высокого давления компрессора [текст]: пат. 143449 Рос. Федерация: МПК F16J 15/00/ Ворошилов И.В.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Краснодарский Компрессорный завод». - №2013138325/06; заявл. 19.08.2013; опубл. 20.07.2014, Бюл. №20.1. Compressor high pressure sealing device [text]: US Pat. 143449 Ros. Federation: IPC F16J 15/00 / Voroshilov I.V .; Applicant and patent holder Krasnodar Compressor Plant Limited Liability Company. - No. 2013138325/06; declared 08/19/2013; publ. 07/20/2014, Bull. No. 20.

2. Исследование работы уплотнений штока поршневого компрессора [интернет-ресурс]/ http://enaineeringsystems.ru/trudi-mezhdunarodnoy-nauchno-tehnicheskoy-konferencii-po-kompressorostroyeniyu/analiz-raboti-shtoka.php, 15.01.2016, 15:33.2. Research on the operation of piston compressor rod seals [online resource] / http://enaineeringsystems.ru/trudi-mezhdunarodnoy-nauchno-tehnicheskoy-konferencii-po-kompressorostroyeniyu/analiz-raboti-shtoka.php, 01/15/2016, 15: 33.

3. Френкель M.И. Поршневые компрессоры. Теория, конструкция и основы проектирования [Текст]/М.И. Френкель; 3-е изд. Ленинград, «Машиностроение», 1969 г. - 744 стр. +3 вкладки. Табл. 78. Илл. 470.3. Frenkel M.I. Piston compressors. Theory, design and design basics [Text] / M.I. Frenkel; 3rd ed. Leningrad, "Engineering", 1969 - 744 p. +3 tabs. Tab. 78. Fig. 470.

Claims

1. The sealing element of the stem seal, containing at least one chamber in which there is a sealing ring, on the first end of which is made the first bore, while the first support ring is installed in the first bore, characterized in that

- the sealing ring is continuous and occupies the maximum possible part of the axial height of the bore in the chamber;

- at the second end of the sealing ring a second bore is made in which a second support ring is installed.

2. An element according to claim 1, characterized in that the first and second support rings are continuous.

3. The element according to claim 1, characterized in that a groove is made on the inner surface of the sealing ring.

4. The element according to claim 1, characterized in that the o-ring is made of self-lubricating material.