RU2382918C1

RU2382918C1 - Piston seal

Info

Publication number: RU2382918C1
Application number: RU2008127621/06A
Authority: RU
Inventors: Рустам Нуриманович Хамитов (RU); Рустам Нуриманович Хамитов; Геннадий Сергеевич Аверьянов (RU); Геннадий Сергеевич Аверьянов
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2010-02-27
Also published as: RU2008127621A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to sealing engineering and can be used in pistons seal of pneumatic rams, pneumatic springs and reciprocators, operating at high pressure differences. Piston seal contains flexible piston ring, expander in the form of liquid phase. Piston is located in cylinder, allowing top and bottom covers. Piston allows notch in its central part and forms in cylinder over-piston and stocked cavities. Inside the notch there are located elastic cylindrical sleeve, bushing, allowing on side surface through openings, chamber for liquid, communicating by means of channel to grooves, in which there are located flexible piston ring and expander in the form of liquid phase. It is installed raker with central opening fixing flexible cylindrical sleeve and bushing in notch. Piston allows also on its side surface set of annular grooves with packing discs.

EFFECT: invention increases efficiency of seal operation ensured by creation of controlled application force of it to cylinder.

1 dwg

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в уплотнениях поршней пневмоцилиндров, пневмопружин и поршневых машин, работающих при высоких перепадах давлений.The invention relates to a sealing technique and can be used in piston seals for pneumatic cylinders, pneumatic springs and piston machines operating at high pressure drops.

Известно уплотнение для подвижных соединений (а.с. СССР №1751559, М.кл. F16J 15/16), содержащее уплотняемые детали, образующие между собой полость и запирающий участок в виде кольцевого зазора, и размещенную в них уплотняющую фазу из смеси наполнителя со смачивающей его жидкостью.A seal is known for movable joints (USSR AS No. 1751559, Mcl F16J 15/16), containing sealing parts that form a cavity between themselves and a locking portion in the form of an annular gap, and a sealing phase made of a filler mixture wetting it with liquid.

К основным недостаткам данного уплотнения относится то, что оно предназначено для работы только при низких частотах колебаний подвижных соединений.The main disadvantages of this seal include the fact that it is designed to operate only at low vibration frequencies of movable joints.

Известно также уплотнение поршня (а.с. СССР №1737192, М.кл. F16J 9/18), содержащее установленные в канавке поршня неразрезное поршневое кольцо и экспандер.It is also known that the piston seal (USSR AS No. 1737192, Mcl F16J 9/18) contains a continuous piston ring and an expander installed in the piston groove.

К основным недостаткам устройства относится то, что поршневое кольцо расширяется и прижимается к цилиндру под действием давления экспандера, которое при работе является постоянным и не зависит от давления в полостях пневмоцилиндра. Вследствие этого при незначительных давлениях в полостях пневмоцилиндра поршневое кольцо создает за счет прижима повышенное трение при движениях поршня, а при высоком давлении в надпоршневой полости часть рабочего тела под высоким давлением проникает в штоковую полость пневмоцилиндра, снижая эффективность работы уплотнения. При использовании данного устройства, например, в пневмопружине будет происходить постоянное аккумулирование энергии сжатого газа в штоковой полости, что приводит к уменьшению динамического хода пневмопружины.The main disadvantages of the device include the fact that the piston ring expands and is pressed against the cylinder under the influence of expander pressure, which is constant during operation and does not depend on the pressure in the cavities of the pneumatic cylinder. As a result, at insignificant pressures in the cavities of the pneumatic cylinder, the piston ring creates increased friction due to pressure during piston movements, and at high pressure in the nadporshnevoy part of the working fluid penetrates the rod cavity of the pneumatic cylinder under high pressure, reducing the efficiency of the seal. When using this device, for example, in a pneumatic spring, a constant accumulation of energy of compressed gas in the rod cavity will occur, which will lead to a decrease in the dynamic stroke of the pneumatic spring.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы уплотнения за счет создания управляемой силы прижатия к цилиндру.The objective of the invention is to increase the efficiency of the seal by creating a controlled compressive force to the cylinder.

Поставленная задача достигается тем, что уплотнение поршня, содержащее установленные в канавке поршня поршневое кольцо и экспандер, согласно изобретению поршень имеет на боковой поверхности набор кольцевых канавок, в одних канавках размещено поршневое кольцо, в других - эластичное поршневое кольцо и экспандер в виде жидкой фазы, выемку в своей центральной части, в которой размещены камера для жидкости, сообщающаяся каналами с кольцевыми канавками с эластичным поршневым кольцом и экспандером в виде жидкой фазы, эластичный цилиндрический стакан, контактирующий с одной стороны с камерой для жидкости, с другой стороны - с газовой средой надпоршневой полости, втулку, фиксирующую эластичный цилиндрический стакан внутри выемки и имеющую на боковой поверхности набор сквозных отверстий, элемент крепления с центральным отверстием, а также дополнительный клапан со стороны штока поршня для зарядки камеры для жидкости, причем на боковой поверхности поршня размещены хотя бы одна кольцевая канавка с поршневым кольцом и хотя бы одна кольцевая канавка с эластичным поршневым кольцом и экспандером в виде жидкой фазы.The task is achieved in that the piston seal containing the piston ring and the expander installed in the piston groove, according to the invention, the piston has a set of annular grooves on the side surface, a piston ring is placed in some grooves, an elastic piston ring and expander in the form of a liquid phase in others, a recess in its central part, in which there is a fluid chamber communicating with channels with annular grooves with an elastic piston ring and an expander in the form of a liquid phase, cylindrical elastic a glass in contact with the fluid chamber on the one hand, and with a gaseous medium of the over-piston cavity on the other hand, a sleeve fixing an elastic cylindrical glass inside the recess and having a set of through holes on the side surface, a fastening element with a central hole, and an additional valve on the side the piston rod for charging the fluid chamber, and at least one annular groove with a piston ring and at least one annular groove with an elastic piston ring are located on the side surface of the piston an expander in the liquid phase.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлено предложенное уплотнение поршня. На чертеже поршень имеет три канавки с поршневыми кольцами и две канавки с эластичными поршневыми кольцами и экспандером в виде жидкой фазы.The invention is illustrated in the drawing, which presents the proposed piston seal. In the drawing, the piston has three grooves with piston rings and two grooves with elastic piston rings and an expander in the form of a liquid phase.

Уплотнение поршня содержит эластичное поршневое кольцо 1, экспандер 2 в виде жидкой фазы. Поршень 3 размещен в цилиндре 4, имеющем верхнюю крышку 5 и нижнюю крышку 6, служащую направляющей для штока 7, в которой помещен уплотняющий элемент 8 штока 7. Поршень 3 имеет выемку 9 в своей центральной части и образует в цилиндре 4 надпоршневую полость 10 и штоковую полость 11. Внутри выемки 9 расположены эластичный цилиндрический стакан 12, втулка 13, имеющая на боковой поверхности сквозные отверстия 14, камера 15 для жидкости, сообщающаяся с помощью каналов 16 с канавками 17, в которых размещены эластичное поршневое кольцо 1 и экспандер 2 в виде жидкой фазы, элемент крепления 18 с центральным отверстием, фиксирующим эластичный цилиндрический стакан 12 и втулка 13 в выемке 9. Поршень 3 также со стороны штока 7 имеет дополнительный клапан 17 для зарядки рабочей жидкостью камеры 15 для жидкости, а на своей боковой поверхности - набор кольцевых канавок с уплотняющими кольцами 20. На верхней крышке 2 расположен клапан 19 для зарядки газом под давлением. Для крепления устройства с подрессоренной и неподрессоренной массами конкретного механизма верхняя крышка 5 и шток 7 имеют проушины.The piston seal contains an elastic piston ring 1, expander 2 in the form of a liquid phase. The piston 3 is placed in the cylinder 4, having an upper cover 5 and a lower cover 6 serving as a guide for the rod 7, in which the sealing element 8 of the rod 7 is placed. The piston 3 has a recess 9 in its central part and forms an over-piston cavity 10 and a rod cavity 11. Inside the recess 9 there is an elastic cylindrical cup 12, a sleeve 13 having through holes 14 on the side surface, a fluid chamber 15 communicating via channels 16 with grooves 17 in which the elastic piston ring 1 and expander 2 are placed in the form of a liquid phases, a fastening element 18 with a central hole fixing the elastic cylindrical cup 12 and the sleeve 13 in the recess 9. The piston 3 also has an additional valve 17 on the side of the rod 17 for charging the fluid chamber 15 with the working fluid, and a set of annular grooves on its side surface with sealing rings 20. On the top cover 2 is a valve 19 for charging with gas under pressure. For mounting the device with sprung and unsprung masses of a particular mechanism, the top cover 5 and the rod 7 have eyes.

Уплотнение поршня работает следующим образом.The piston seal operates as follows.

После сборки устройства и заправки камеры 15 рабочей жидкостью и цилиндра 4 газом под давлением шток 7 под действием давления сжатого газа на поршень 3 выталкивается с определенным усилием наружу через направляющую нижнюю крышку 6, чем обеспечивается функционирование в конкретном механизме. При повышенных давлениях газа в надпоршневой полости 10 и выемке 9 газ проникает через сквозные отверстия 14 втулки 13 и усиливает давление на стенки эластичного цилиндрического стакана 12. За счет этого повышается давление жидкости в камере 15, каналах 16, повышается давление экспандера 2 в виде жидкой фазы и он прижимает эластичное поршневое кольцо 1 к стенкам цилиндра 4, что препятствует проникновению газа под высоким давлением из надпоршневой полости 10 в штоковую полость 11 и сохраняет первоначальную массу газа в полости 10. Чем выше давление в надпоршневой полости 10, тем выше давление экспандера 2 в виде жидкой фазы на поршневое кольцо 1. При низких давлениях газа в надпоршневой полости 10 уплотнение поршня 3 обеспечивается за счет уплотняющих колец 20, эластичное поршневое кольцо 1 при этом создает слабое уплотнение в связи с низким давлением экспандера 2 в виде жидкой фазы. При высоких давлениях основной уплотняющий эффект обеспечивается за счет эластичного поршневого кольца 1 и экспандера 2 в виде жидкой фазы.After assembling the device and filling the chamber 15 with the working fluid and the cylinder 4 with gas under pressure, the rod 7 is pushed out with a certain force outward through the guide lower cover 6 under the action of the compressed gas pressure, which ensures functioning in a particular mechanism. At increased gas pressures in the supra-piston cavity 10 and the recess 9, gas penetrates through the through holes 14 of the sleeve 13 and increases the pressure on the walls of the elastic cylindrical glass 12. Due to this, the pressure of the liquid in the chamber 15, channels 16 increases, the pressure of the expander 2 in the form of a liquid phase increases and it presses the elastic piston ring 1 against the walls of the cylinder 4, which prevents the penetration of gas under high pressure from the supra-piston cavity 10 into the rod cavity 11 and preserves the initial gas mass in the cavity 10. The higher the pressure in the over-piston cavity 10, the higher the pressure of the expander 2 in the form of a liquid phase on the piston ring 1. At low gas pressures in the supra-piston cavity 10, the piston 3 is sealed by the sealing rings 20, while the elastic piston ring 1 creates a weak seal due to low pressure expander 2 in the form of a liquid phase. At high pressures, the main sealing effect is ensured by the elastic piston ring 1 and expander 2 in the form of a liquid phase.

Таким образом, при высоких нагрузках на эластичное поршневое кольцо действуют повышенные силы, препятствующие проникновению газа высокого давления из надпоршневой полости в штоковую полость, причем значение этих сил зависит от величины давления газа в надпоршневой полости. Это ведет к повышению эффективности работы уплотнения за счет создания управляемой силы прижатия к цилиндру.Thus, at high loads, increased forces act on the elastic piston ring, preventing the penetration of high pressure gas from the supra-piston cavity into the rod cavity, and the value of these forces depends on the gas pressure in the supra-piston cavity. This leads to an increase in the efficiency of the seal due to the creation of a controlled pressing force against the cylinder.

Claims

A piston seal containing a piston ring and an expander installed in the piston groove, characterized in that the piston has a set of annular grooves on the side surface, a piston ring is placed in some grooves, an elastic piston ring and an expander in the form of a liquid phase in others, a recess in its central the part in which the fluid chamber is located, communicating with channels with annular grooves with an elastic piston ring and an expander in the form of a liquid phase, an elastic cylindrical cup contacting on one side with a fluid chamber, on the other hand, with a gas medium of the over-piston cavity, a sleeve fixing an elastic cylindrical cup inside the recess and having a set of through holes on the side surface, a fastening element with a central hole, and also an additional valve on the piston rod side for charging the fluid chamber moreover, at least one annular groove with a piston ring and at least one annular groove with an elastic piston ring and an expander in the form of a liquid phase are located on the side surface of the piston.