RU2422708C1

RU2422708C1 - Mechanical packing

Info

Publication number: RU2422708C1
Application number: RU2010104390/06A
Authority: RU
Inventors: Петр Олегович Александров (RU); Петр Олегович Александров; Андрей Анатольевич Воскобойников (RU); Андрей Анатольевич Воскобойников
Original assignee: Поляцкий Игорь Викторович; Петр Олегович Александров; Андрей Анатольевич Воскобойников
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-06-27

Abstract

FIELD: machine building. ^ SUBSTANCE: mechanical packing consists of element creating compression made in form of set of packing rings arranged with gap relative to internal surface of packed cylinder and of two similarly made supports arranged on different sides from packing rings and corresponding to set of lengthwise guides out of wear resistant material with low friction coefficient. Two compressed rings are located on both sides from the set of packing rings and have diameter smaller, than diameter of the supports. Also, at least one of compressed rings travels relatively to another compressed ring. When a plunger moves, the supports centre the packing. Contacting surface of the packed cylinder, the guides of the supports receive loads and release loads from the packing rings of the element creating compression. ^ EFFECT: increased reliability of packing. ^ 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к механическим уплотнениям, предназначенным для установки на гидравлические и пневматические машины и устройства, рабочие органы которых совершают вращательное и/или возвратно-поступательное движение.The invention relates to a sealing technique, in particular to mechanical seals intended for installation on hydraulic and pneumatic machines and devices whose working bodies rotate and / or reciprocate.

Для оценки новизны и технического уровня изобретения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.To assess the novelty and technical level of the invention, we consider a number of technical means known to the applicant for a similar purpose, characterized by a combination of features similar to the invention, known from information that has become generally available before the priority date of the invention.

Известно уплотнение вала или штока, содержащее притертые одно к другому и прижимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме, см. а.с. СССР №391315. В таком уплотнении ввиду неопределенности углового смещения пар колец возможно повышенное перетекание среды, находящейся под более высоким давлением, в зону пониженного давления, что снижает герметичность и надежность уплотнения в целом. В случае применения уплотнения с несколькими парами эксцентричных колец возникает необходимость в фиксации взаимного положения, что значительно усложняет уплотнение.A shaft or stem seal is known, containing eccentric rings made of antifriction material which are located in an elastic cage and are pressed against one another and pressed against the sealing surfaces of these elements in opposite directions, see A.S. USSR No. 391315. In such a seal, due to the uncertainty of the angular displacement of the pair of rings, an increased flow of the medium under a higher pressure into the zone of reduced pressure is possible, which reduces the tightness and reliability of the seal as a whole. In the case of using a seal with several pairs of eccentric rings, it becomes necessary to fix the relative position, which greatly complicates the seal.

Известно механическое уплотнение, содержащее уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой в противоположных направлениях, см. патент РФ №2037077. На наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки. Уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах или расточках. В случае уплотнения вала внутренний диаметр уплотнительного кольца превышает диаметр уплотняемой детали. В случае уплотнения внутренней цилиндрической поверхности наружный диаметр уплотнительного кольца меньше диаметра уплотняемой поверхности. Бурты или расточки упругой обоймы выполнены попарно, а их оси расположены эксцентрично с двух сторон от оси упругой обоймы, при этом плоскости, проходящие через оси парных буртов или расточек, развернуты одна относительно другой на угол 180/n, где n - число пар буртов или расточек. В данном уплотнении каждое уплотнительное кольцо лишь в одной точке касается уплотняемой поверхности и, таким образом, между рабочей поверхностью кольца и уплотняемой поверхностью имеется зазор, представляющий собой практически полное кольцо, и его величина максимальна со стороны, противоположной точке касания. Вследствие того что расточки (бурты) имеют различные углы ориентации, между уплотняемой поверхностью и набором колец образуется сложная лабиринтная щель. Для обеспечения высокой степени герметичности необходимо использовать упругую обойму большой протяженности с соответственно большим набором уплотнительных колец. Трущиеся поверхности уплотнительных колец и/или вала, штока или цилиндра выполняются из износостойкого материала с шероховатой поверхностью, которая затем покрывается антифрикционным слоем, например из меди, бронзы, фторопласта и т.д.A mechanical seal is known that contains o-rings, rubbed against each other at the ends and pressed against the sealing surfaces by an elastic cage in opposite directions, see RF patent No. 2037077. Eccentrically located collars or, respectively, eccentrically located bores are made on the outer or inner surface of the elastic cage. O-rings are made with concentric cylindrical surfaces and are located on said collars or bores. In the case of a shaft seal, the inner diameter of the seal ring exceeds the diameter of the part to be sealed. In the case of sealing the inner cylindrical surface, the outer diameter of the sealing ring is less than the diameter of the sealing surface. The collars or bores of the elastic cage are made in pairs, and their axes are eccentrically on both sides of the axis of the elastic cage, while the planes passing through the axes of the pair of collars or bores are rotated one relative to the other at an angle of 180 / n, where n is the number of pairs of collars or boring. In this seal, each sealing ring touches the sealing surface only at one point and, thus, there is a gap between the working surface of the ring and the sealing surface, which is an almost complete ring, and its value is maximum from the side opposite the point of contact. Due to the fact that the bores (collars) have different orientation angles, a complex labyrinth gap is formed between the sealing surface and the set of rings. To ensure a high degree of tightness, it is necessary to use a long elastic sleeve with a correspondingly large set of o-rings. The friction surfaces of the sealing rings and / or shaft, rod or cylinder are made of a wear-resistant material with a rough surface, which is then coated with an antifriction layer, for example, copper, bronze, fluoroplastic, etc.

Известно механическое уплотнение вала, или штока, или цилиндра машины, содержащее упругую обойму, на наружной или внутренней поверхностях которой выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, на буртах или расточках установлены уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые упругой обоймой к уплотняемым поверхностям, в котором каждое уплотнительное кольцо имеет участок в виде сектора, рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической с радиусом, равным радиусу уплотняемой поверхности, остальная часть кольца имеет форму, обуславливающую наличие щелевого зазора между кольцом и уплотняемой поверхностью, при этом соседние кольца развернуты относительно друг друга таким образом, что угол между их радиальными плоскостями, проходящими через середины секторов, составляет 360/n, где n - количество колец, см. патент РФ 2195592.A mechanical seal of a shaft, or rod, or cylinder of a machine is known, containing an elastic cage, on the outer or inner surfaces of which eccentrically arranged collars or, respectively, eccentrically located bores are made, sealing rings are installed on the collars or bores, rubbed against each other at the ends and pressed by an elastic cage to sealing surfaces, in which each sealing ring has a sector in the form of a sector, the working surface of which is cylindrical with a radius equal to rad jesus of the sealing surface, the rest of the ring has a shape that causes a gap between the ring and the sealing surface, with adjacent rings rotated relative to each other so that the angle between their radial planes passing through the midpoints of the sectors is 360 / n, where n - the number of rings, see RF patent 2195592.

В процессе эксплуатации данной конструкции уплотнительные кольца находятся в таком положении, что упомянутые сектора равномерно распределяются по окружности и каждое из них обеспечивает уплотнение значительного участка поверхности, а лабиринт узких щелевых зазоров позволяет создать большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Таким образом, при использовании меньшего количества колец достигается высокая степень герметичности уплотнения.During the operation of this design, the sealing rings are in such a position that the mentioned sectors are evenly distributed around the circumference and each of them provides a seal on a significant area of the surface, and the labyrinth of narrow slotted gaps allows you to create a large hydraulic resistance to the fluid flow from the high-pressure cavity to the low-pressure cavity. Thus, when using fewer rings, a high degree of seal tightness is achieved.

Известно механическое уплотнение, включающее элемент, создающий компрессию, выполненный в виде набора уплотнительных колец, установленных с зазором относительно внутренней поверхности уплотняемого цилиндра, и две аналогичным образом выполненные опоры, размещенные по разные стороны от уплотнительных колец и выполненные в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, которое характеризуется тем, что оно снабжено по меньшей мере одной опорой, размещенной со стороны создания давления и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, см. патент РФ №2360166. Это уплотнение может быть снабжено дополнительной опорой, размещенной с другой стороны от элемента, создающего компрессию, и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. Элемент, создающий компрессию, может быть разделен на несколько частей, при этом уплотнение может быть снабжено по меньшей мере одной дополнительной опорой, размещенной между частями элемента, создающего компрессию, и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. Длина направляющих в этом уплотнении составляет от 1/30 до 7,0 диаметров уплотняемого цилиндра, ширина - от 1/30 до 1/3 диаметра уплотняемого цилиндра, причем направляющие установлены с зазором от 0,01 до 0,30 мм на диаметр уплотняемого цилиндра.A mechanical seal is known that includes a compression element made in the form of a set of o-rings installed with a gap relative to the inner surface of the cylinder being sealed and two similarly made supports placed on opposite sides of the o-rings and made in the form of a set of longitudinal guides of wear-resistant material with a low coefficient of friction, which is characterized in that it is provided with at least one support placed on the pressure side made and made in the form of a combination of longitudinal guides of wear-resistant material with a low coefficient of friction, see RF patent No. 2360166. This seal can be provided with an additional support located on the other side of the compression element and made in the form of a combination of longitudinal guides made of wear-resistant material with a low coefficient of friction. The compression element can be divided into several parts, while the seal can be provided with at least one additional support placed between the parts of the compression element and made in the form of a set of longitudinal guides made of wear-resistant material with a low coefficient of friction. The length of the guides in this seal is from 1/30 to 7.0 diameters of the cylinder being sealed, the width is from 1/30 to 1/3 of the diameter of the cylinder being sealed, and the guides are installed with a gap of 0.01 to 0.30 mm per diameter of the cylinder being sealed .

Данному аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, в связи с чем данное известное техническое решение выбрано в качестве прототипа изобретения.This analogue is inherent in the set of features closest to the set of essential features of the invention, and therefore this known technical solution is selected as a prototype of the invention.

В прототипе решается задача повышения срока службы и надежности уплотнения путем разделения функций центровки уплотнения (создания опоры) и создания уплотнением необходимой компрессии, в результате чего повышается срок службы и надежность уплотнения. Однако недостатком данной конструкции является то, что при сжатии нагрузка от сжатия набора уплотнительных колец передается на опоры, вызывая некоторое смещение их оси, что приводит к нарушению параллельности расположения опор относительно уплотняемой поверхности, повышенному трению и преждевременному износу опор.The prototype solves the problem of increasing the life and reliability of the seal by separating the centering functions of the seal (creating support) and creating the necessary compression by the seal, which increases the service life and reliability of the seal. However, the disadvantage of this design is that during compression, the compression load of the set of o-rings is transferred to the bearings, causing some displacement of their axis, which leads to a violation of the parallelism of the bearings relative to the sealing surface, increased friction and premature wear of the bearings.

Задачей изобретения является устранение передачи нагрузки от набора уплотнительных колец на опоры, улучшение условий их работы и повышение срока службы.The objective of the invention is to eliminate the transfer of load from a set of o-rings to the bearings, improving their working conditions and increasing the service life.

Сущность изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.The invention as a technical solution is expressed in the following set of essential features, sufficient to achieve the above technical result provided by the invention.

Механическое уплотнение, включающее элемент, создающий компрессию, выполненный в виде набора уплотнительных колец, установленных с зазором относительно внутренней поверхности уплотняемого цилиндра, и две аналогичным образом выполненные опоры, размещенные по разные стороны от уплотнительных колец и выполненные в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, которое характеризуется тем, что оно снабжено двумя поджимными кольцами, размещенными с двух сторон от набора уплотнительных колец и выполненными с диаметром меньшим, чем диаметр опор, при этом по меньшей мере одно из поджимных колец выполнено с возможностью перемещения относительно другого поджимного кольца.A mechanical seal including a compression element made in the form of a set of sealing rings installed with a gap relative to the inner surface of the cylinder being sealed, and two similarly made supports placed on opposite sides of the sealing rings and made in the form of a set of longitudinal guides of wear-resistant material with low coefficient of friction, which is characterized by the fact that it is equipped with two clamping rings placed on both sides of the seal set 's rings and made with a diameter smaller than the diameter of the poles, wherein at least one of the biasing ring is movable relative to the other biasing ring.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение достигаемого изобретением технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.This is a combination of essential features that ensures the achievement of the technical result achieved by the invention in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Кроме этого, изобретение имеет ряд признаков, характеризующих изобретение в частных случаях его выполнения, конкретных формах его материального воплощения либо особых условиях его использования, а именно:In addition, the invention has a number of features characterizing the invention in particular cases of its implementation, specific forms of its material embodiment or special conditions for its use, namely:

- по меньшей мере одно из поджимных колец образует с центральной втулкой набора уплотнительных колец резьбовую пару.- at least one of the compression rings forms a threaded pair with the central sleeve of the set of o-rings.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в том, что нагрузка от набора уплотнительных колец не передается на опоры и не вызывает смещения их оси.The technical result achieved by using the invention is that the load from the set of o-rings is not transferred to the supports and does not cause displacement of their axis.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено механическое уплотнение плунжера насоса, содержащее две опоры, размещенные по разные стороны от элемента, создающего компрессию, и два поджимных кольца, одно из которых выполнено с возможностью перемещения.The invention is illustrated by the drawing, which shows the mechanical seal of the pump plunger, containing two bearings located on opposite sides of the element that creates the compression, and two clamping rings, one of which is made with the possibility of movement.

Механическое уплотнение, включающее элемент, создающий компрессию, выполненный в виде набора уплотнительных колец 1, установленных с зазором относительно внутренней поверхности уплотняемого цилиндра 2, и две аналогичным образом выполненные опоры, размещенные по разные стороны от уплотнительных колец и выполненные в виде совокупности продольных направляющих 3 из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. Длина направляющих 3 составляет от 1/30 до 7,0 диаметров уплотняемого цилиндра 2, ширина - от 1/30 до 1/3 диаметра уплотняемого цилиндра 2, причем направляющие установлены с зазором от 0,01 до 0,30 мм на диаметр уплотняемого цилиндра 2. Уплотнение снабжено двумя поджимными кольцами 4, размещенными с двух сторон от набора уплотнительных колец 1. Поджимные кольца выполнены с диаметром меньшим, чем диаметр опор. По меньшей мере одно из поджимных колец 4 выполнено с возможностью перемещения относительно другого поджимного кольца.A mechanical seal, including a compression element, made in the form of a set of sealing rings 1, installed with a gap relative to the inner surface of the cylinder 2 being sealed, and two similarly made supports placed on opposite sides of the sealing rings and made in the form of a set of longitudinal guides 3 of wear-resistant material with a low coefficient of friction. The length of the guides 3 is from 1/30 to 7.0 diameters of the sealed cylinder 2, the width is from 1/30 to 1/3 of the diameter of the sealed cylinder 2, and the guides are installed with a gap of 0.01 to 0.30 mm per diameter of the sealed cylinder 2. The seal is equipped with two compression rings 4 located on both sides of the set of sealing rings 1. The compression rings are made with a diameter smaller than the diameter of the supports. At least one of the pinch rings 4 is arranged to move relative to the other pinch ring.

Уплотнение работает следующим образом.Sealing works as follows.

При движении плунжера опоры выполняют функцию центровки уплотнения. Направляющие 3 опор, контактируя с поверхностью уплотняемого цилиндра 2, воспринимают нагрузки и снимают нагрузки с уплотнительных колец 1 элемента, создающего компрессию. При этом нагрузка от набора уплотнительных колец не передается на опоры, не нарушая параллельности их продольной оси относительно уплотняемой поверхности, что существенно улучшает условия их работы.When the plunger moves, the supports perform the centering function of the seal. The guides 3 of the bearings, in contact with the surface of the cylinder 2 being sealed, perceive the loads and remove the load from the sealing rings 1 of the compression element. In this case, the load from the set of o-rings is not transferred to the supports without violating the parallelism of their longitudinal axis relative to the sealing surface, which significantly improves their working conditions.

Опоры не препятствуют проходу перекачиваемой среды между направляющими 3 к уплотнительным кольцам 1. Направляющие 3 выполняют с формой, обеспечивающей снижение трения о поверхность уплотняемого цилиндра 2 и снижающей гидравлическое сопротивление.The supports do not impede the passage of the pumped medium between the guides 3 to the sealing rings 1. The guides 3 are made with a form that reduces friction against the surface of the cylinder 2 being sealed and reduces hydraulic resistance.

Предложенное механическое уплотнение может быть изготовлено промышленным способом из простейших известных материалов с использованием известных технологий и технических средств.The proposed mechanical seal can be manufactured industrially from the simplest known materials using known technologies and technical means.

Claims

1. A mechanical seal comprising a compression element made in the form of a set of o-rings installed with a gap relative to the inner surface of the cylinder being sealed, and two similarly made supports placed on opposite sides of the o-rings and made in the form of a combination of wear-resistant longitudinal guides material with a low coefficient of friction, characterized in that it is equipped with two compression rings located on both sides of the set of o-rings made with a diameter smaller than the diameter of poles, wherein at least one of the biasing ring is movable relative to the other biasing ring.

2. The seal according to claim 1, characterized in that at least one of the compression rings forms a threaded pair with the central sleeve of the set of sealing rings.