RU2538197C1

RU2538197C1 - Cup-type seal

Info

Publication number: RU2538197C1
Application number: RU2014102894/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Левин; Артем Петрович Малахо; Виктор Васильевич Авдеев; Борис Васильевич СИМОНОВ; Виктор Александрович Антонов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "УНИХИМТЕК" (ЗАО "УНИХИМТЕК")
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2015-01-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: cup-type seal includes bushing with L-shaped cross-section, which is made from two parts located in alignment. Each of these bushing parts is formed by spiral wound of foil strip containing a layer of thermally expanded graphite with outspread carbonic bunch uniformly distributed through its width. The first part of bushing is designed with external surface containing cylindrical and conic sections, the second part of bushing located on external side of cylindrical section of the first part of bushing is designed cylindrical, and the mentioned first and second parts of bushing are fastened by the butt end common for its first and second parts, with safety washer with flanging along inner diameter and pre-pressed in axial direction.

EFFECT: improving tightness of movable joints under operation at high working temperatures.

4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к узлам уплотнения механизмов, может быть использовано в различных отраслях машиностроения для герметизации кольцевого зазора между корпусом и штоком (плунжером, поршнем) в гидравлических, пневматических и других устройствах, работающих в условиях возвратно-поступательного движения в процессе эксплуатации при высоких рабочих температурах (выше 200°C).The invention relates to mechanical engineering, in particular to the nodes of the sealing mechanisms, can be used in various industries for sealing the annular gap between the body and the rod (plunger, piston) in hydraulic, pneumatic and other devices operating in the conditions of reciprocating motion during operation at high operating temperatures (above 200 ° C).

Известно манжетное уплотнение, выполненное в виде втулки с Г-образным поперечным сечением (RU 2191307 C1, F16J 15/32, 2002), которое предназначено для герметизации кольцевого зазора в подвижных соединениях с возвратно-поступательным движением. Недостатком конструкции указанного манжетного уплотнения является то, что оно выполнено из пластичного материала, например фторопласта, теряющего прочность при повышении температуры, что приводит к сравнительно небольшому ресурсу, особенно при высоком давлении, ввиду относительной мягкости, снижения прочности при повышении температуры и текучести материала. Конструкция не предусматривает режим работы с высокой температурой и давлением.A lip seal is known in the form of a sleeve with a L-shaped cross section (RU 2191307 C1, F16J 15/32, 2002), which is designed to seal the annular gap in movable joints with reciprocating motion. A drawback of the design of said lip seal is that it is made of a plastic material, for example, fluoroplastic, which loses strength with increasing temperature, which leads to a relatively small resource, especially at high pressure, due to the relative softness, lower strength with increasing temperature and fluidity of the material. The design does not provide for operation with high temperature and pressure.

Задачей изобретения является обеспечение герметичности подвижных соединений в условиях эксплуатации при высоких рабочих температурах (выше 200°C), надежности, износостойкости, а также увеличение срока службы манжетного уплотнения.The objective of the invention is to ensure the tightness of the movable joints in operating conditions at high operating temperatures (above 200 ° C), reliability, wear resistance, as well as increasing the service life of the lip seal.

Технический результат достигается тем, что в манжетном уплотнении, содержащем втулку с Г-образным поперечным сечением, указанная втулка выполнена из двух соосно расположенных частей, каждая из которых сформирована посредством спиральной навивки полосы из фольги, содержащей слой терморасширенного графита с равномерно распределенным по его ширине по меньшей мере одним расправленным углеродным жгутом, при этом первая часть втулки выполнена с наружной поверхностью, содержащей цилиндрический и конический участки, вторая часть втулки, расположенная с внешней стороны цилиндрического участка первой части втулки, выполнена цилиндрической, указанная втулка скреплена по торцу, общему для ее первой и второй частей, защитной шайбой с отбортовкой по внутреннему диаметру и подпрессована в осевом направлении.The technical result is achieved in that in a lip seal containing a sleeve with an L-shaped cross section, said sleeve is made of two coaxially arranged parts, each of which is formed by spiral winding a strip of foil containing a layer of thermally expanded graphite with uniformly distributed along its width along at least one straightened carbon tow, while the first part of the sleeve is made with an outer surface containing cylindrical and conical sections, the second part of the sleeve laid on the outside of the cylindrical section of the first part of the sleeve, made cylindrical, the specified sleeve is fastened at the end, common to its first and second parts, a protective washer with a flange on the inner diameter and is pressed in the axial direction.

Преимущества выполнения манжетных уплотнений из терморасширенного графита (ТРГ) заключаются в том, что теплопроводность ТРГ 100-150 Вт/м·К значительно выше теплопроводности политетрафторэтилена, которая не превышает 2,4 Вт/м·К, что обеспечивает эффективный отвод тепла из зоны трения и позволяет эксплуатировать силовые цилиндры без перегрева в широком диапазоне температур (до 650°C на воздухе, до 3000°C - в инертной атмосфере). ТРГ обладает низким коэффициентом трения по стали: <0,12 по сухой поверхности и <0,03 при наличии жидкостной пленки. Это свойство практически исключает износ манжетных уплотнений и увеличивает ресурс деталей. При этом ТРГ обладает низкой коррозийной активностью. Манжетные уплотнения из ТРГ практически непроницаемы для жидкостей и газов и являются универсальными, так как обладают высокой химической стойкостью практически ко всем средам за исключением сильных окислителей. Чтобы в процессе эксплуатации манжетных уплотнений при больших давлениях рабочей среды избежать «вымывания» эластичного материала манжетного уплотнения - терморасширенного графита, манжетное уплотнение формируют из фольги, содержащей слой терморасширенного графита с равномерно распределенным по его ширине по меньшей мере одним расправленным углеродным жгутом, посредством ее спиральной навивки с последующей подпрессовкой в осевом направлении.The advantages of thermally expanded graphite (ТРГ) lip seals are that the thermal conductivity of the ТРГ 100-150 W / m · K is significantly higher than the thermal conductivity of polytetrafluoroethylene, which does not exceed 2.4 W / m · K, which ensures efficient heat removal from the friction zone and allows you to operate the power cylinders without overheating in a wide temperature range (up to 650 ° C in air, up to 3000 ° C in an inert atmosphere). TWG has a low coefficient of friction for steel: <0.12 on a dry surface and <0.03 in the presence of a liquid film. This property virtually eliminates wear on lip seals and increases component life. In this case, the TWG has a low corrosion activity. TPG lip seals are practically impervious to liquids and gases and are universal, as they have high chemical resistance to almost all media except strong oxidizing agents. In order to avoid “washing out” of the elastic material of the lip seal — thermally expanded graphite — during the operation of the lip seals at high pressures of the working medium, the lip seal is formed of a foil containing a layer of thermally expanded graphite with at least one straightened carbon bundle uniformly distributed across its width by means of its spiral winding followed by prepress in the axial direction.

Чтобы получить из описанной выше армированной графитовой фольги манжетное уплотнение с Г-образным поперечным сечением, втулку выполняют из двух соосно расположенных частей - сначала формируют первую часть втулки с наружной поверхностью, содержащей цилиндрический и конический участки, посредством спиральной навивки полосы переменной (увеличивающейся) ширины из указанной выше армированной графитовой фольги, после чего с внешней стороны цилиндрического участка первой части втулки формируют вторую цилиндрическую часть втулки посредством спиральной навивки полосы постоянной ширины из указанной выше армированной графитовой фольги. Затем на торец втулки, общий для ее первой и второй частей, накладывают защитную шайбу, отбортованную по внутреннему диаметру, и подпрессовывают в осевом направлении: защитная шайба впрессовывается в торец втулки, скрепляя указанные первую и вторую части втулки, при этом осуществляется подпрессовка первой и второй частей втулки в осевом направлении, в результате чего слои спирально навитых полос армированной графитовой фольги сжимаются, а равномерно распределенные по ширине фольги волокна по меньшей мере одного расправленного углеродного жгута образуют гофры в направлении оси втулки, препятствующие «вымыванию» терморасширенного графита.In order to obtain a lip seal with an L-shaped cross section from the reinforced graphite foil described above, the sleeve is made of two coaxially arranged parts — first, the first part of the sleeve is formed with an outer surface containing cylindrical and conical sections by spiral winding a strip of variable (increasing) width from of the above reinforced graphite foil, after which the second cylindrical part of the sleeve is formed from the outer side of the cylindrical portion of the first part of the sleeve th spiral winding of strips of constant width the above-reinforced graphite foil. Then, on the end face of the sleeve, common to its first and second parts, put a protective washer, flanged by the inner diameter, and press in the axial direction: the protective washer is pressed into the end of the sleeve, fastening the specified first and second parts of the sleeve, while the first and second are pressed parts of the sleeve in the axial direction, as a result of which the layers of spirally wound strips of reinforced graphite foil are compressed, and the fibers of at least one expanded carbon are uniformly distributed over the width of the foil corrugations form corrugations in the direction of the axis of the sleeve, preventing the "washing out" of thermally expanded graphite.

Вышеизложенные особенности и преимущества изобретения будут понятны из последующего описания предпочтительного примера осуществления манжетного уплотнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых для представления одинаковых элементов используются одинаковые позиции.The foregoing features and advantages of the invention will be apparent from the following description of a preferred embodiment of a lip seal with reference to the accompanying drawings, in which like numbers are used to represent like elements.

На фиг.1 изображено манжетное уплотнение, содержащее втулку, выполненную из двух соосно расположенных частей, скрепленных по торцу защитной шайбой с отбортовкой, в соответствии с настоящим изобретением;Figure 1 shows a lip seal containing a sleeve made of two coaxially arranged parts, fastened at the end with a protective washer with a flange, in accordance with the present invention;

На фиг.2 изображена втулка манжетного уплотнения, в соответствии с настоящим изобретением;Figure 2 shows the sleeve of the lip seal, in accordance with the present invention;

На фиг.3 изображен выносной элемент А фиг.1, отображающий в увеличенном масштабе чередующиеся слои терморасширенного графита и армирующего расправленного углеродного жгута, образующего гофры после подпрессовки в осевом направлении;Figure 3 shows the extension element A of figure 1, showing on an enlarged scale alternating layers of thermally expanded graphite and a reinforcing expanded carbon bundle forming corrugations after pressing in the axial direction;

На фиг.4 - схема манжетного уплотнения, размещенного в силовом цилиндре, в соответствии с настоящим изобретением.Figure 4 - diagram of the lip seal placed in the power cylinder, in accordance with the present invention.

Манжетное уплотнение содержит втулку 1 с Г-образным поперечным сечением, выполненную из двух соосно расположенных частей 2 и 3, которые скреплены по торцу 4 защитной шайбой 5 с отбортовкой 6 по внутреннему диаметру.The lip seal contains a sleeve 1 with a L-shaped cross section made of two coaxially arranged parts 2 and 3, which are fastened at the end 4 by a protective washer 5 with a flange 6 according to the inner diameter.

Для выполнения каждой из частей 2 и 3 втулки 1 манжетного уплотнения использована армированная графитовая фольга, содержащая слой 7 терморасширенного графита и армирующие элементы 8, выполненные в виде по меньшей мере одного расправленного (так называемого площеного) углеродного жгута, волокна которого равномерно распределены по ширине слоя 7 терморасширенного графита. Расправленный (площеный) углеродный жгут - жгут из непрерывных углеродных волокон, которые расправлены до плоского состояния и расположены в плоскости, по существу, параллельно друг другу. При этом расправленные углеродные жгуты могут быть ориентированы как вдоль фольги, так и поперек, а также в любом заданном направлении. Армирующие элементы 8 в виде по меньшей мере одного расправленного углеродного жгута придают армированной графитовой фольге дополнительную механическую прочность, стойкость к вибрационным нагрузкам, при этом образуя достаточно тонкий армирующий слой, обеспечивают армированной графитовой фольге гибкость.To perform each of the parts 2 and 3 of the sleeve 1 of the lip seal, reinforced graphite foil is used, containing a layer 7 of thermally expanded graphite and reinforcing elements 8 made in the form of at least one expanded (so-called flat) carbon bundle, the fibers of which are uniformly distributed over the width of the layer 7 thermally expanded graphite. Flattened (flattened) carbon tow - a bundle of continuous carbon fibers that are flattened and located in a plane essentially parallel to each other. In this case, the expanded carbon bundles can be oriented both along the foil and across, as well as in any given direction. The reinforcing elements 8 in the form of at least one expanded carbon tow provide reinforced graphite foil additional mechanical strength, resistance to vibration loads, while forming a sufficiently thin reinforcing layer, provide flexibility to the reinforced graphite foil.

Первая часть 2 втулки 1 сформирована посредством спиральной навивки полосы переменной (увеличивающейся) ширины из описанной выше гибкой армированной графитовой фольги с образованием наружной поверхности, содержащей цилиндрический 9 и конический 10 участки. Зауженная часть первой части 2 втулки 1, ограниченная коническим участком 10, образует уплотнительный элемент 11 (губку) манжетного уплотнения, внутренний диаметр которого меньше диаметра уплотняемого штока (поршня, плунжера) силового цилиндра.The first part 2 of the sleeve 1 is formed by spiral winding a strip of variable (increasing) width from the above-described flexible reinforced graphite foil with the formation of an outer surface containing a cylindrical 9 and conical 10 sections. The narrowed part of the first part 2 of the sleeve 1, limited by the conical section 10, forms a sealing element 11 (sponge) of the lip seal, the inner diameter of which is less than the diameter of the sealed rod (piston, plunger) of the power cylinder.

С внешней стороны цилиндрического участка 9 первой части 2 втулки 1 сформирована вторая часть 3 втулки 1, выполненная цилиндрической посредством спиральной навивки полосы постоянной ширины из армированной графитовой фольги.On the outside of the cylindrical section 9 of the first part 2 of the sleeve 1, the second part 3 of the sleeve 1 is formed, made cylindrical by spiral winding a strip of constant width of reinforced graphite foil.

Первая 2 и вторая 3 части втулки 1 для их надежного соединения и для повышения механической прочности манжетного уплотнения скреплены по торцу 4 втулки 1, общему для первой 2 и второй 3 частей, посредством защитной шайбы 5 с отбортовкой 6 по внутреннему диаметру. Для этого защитную шайбу 5 накладывают на торец 4 втулки 1, центрируя ее посредством отбортовки во втулке 1, и подпрессовывают в осевом направлении, в результате чего защитная шайба 5 впрессовывается в торец 4 втулки 1, скрепляя указанные первую 2 и вторую 3 части втулки 1, и осуществляется подпрессовка первой 2 и второй 3 частей втулки 1 в осевом направлении, в результате чего слои спирально навитых полос армированной графитовой фольги сжимаются, а равномерно распределенные по ширине фольги волокна по меньшей мере одного расправленного углеродного жгута образуют гофры в направлении оси втулки, препятствующие «вымыванию» терморасширенного графита.The first 2 and second 3 parts of the sleeve 1 for their reliable connection and to increase the mechanical strength of the lip seal are fastened to the end 4 of the sleeve 1, common to the first 2 and second 3 parts, by means of a protective washer 5 with a flange 6 on the inner diameter. To do this, the protective washer 5 is applied to the end 4 of the sleeve 1, centering it by flanging in the sleeve 1, and pressed in the axial direction, as a result of which the protective washer 5 is pressed into the end 4 of the sleeve 1, fastening the first 2 and second 3 parts of the sleeve 1, and the first 2 and second 3 parts of sleeve 1 are pressed in the axial direction, as a result of which the layers of spirally wound strips of reinforced graphite foil are compressed, and the fibers of at least one expanded carbon are uniformly distributed over the width of the foil corrugations form corrugations in the direction of the axis of the sleeve, preventing the "washing out" of thermally expanded graphite.

При сборке уплотнительного узла силового цилиндра манжетное уплотнение, выполненное описанным выше образом, монтируют на штоке 12 (плунжере, поршне) силового цилиндра, который вместе с манжетным уплотнением размещают в корпусе 13 силового цилиндра. При этом уплотнительный элемент 11 первой части 2 втулки 1 манжетного уплотнения поджимается к цилиндрической поверхности штока 12 (плунжера, поршня) силового цилиндра, а наружная цилиндрическая поверхность второй части 3 втулки 1 манжетного уплотнения поджимается к внутренней поверхности корпуса 13 силового цилиндра, тем самым обеспечивая герметичность кольцевого зазора между корпусом и штоком (плунжером, поршнем).When assembling the sealing unit of the power cylinder, the lip seal, made as described above, is mounted on the rod 12 (plunger, piston) of the power cylinder, which together with the lip seal is placed in the housing 13 of the power cylinder. At the same time, the sealing element 11 of the first part 2 of the sleeve 1 of the lip seal is pressed against the cylindrical surface of the rod 12 (plunger, piston) of the power cylinder, and the outer cylindrical surface of the second part 3 of the sleeve 1 of the lip seal is pressed to the inner surface of the housing 13 of the power cylinder, thereby ensuring tightness annular gap between the body and the rod (plunger, piston).

Таким образом, описанное выше манжетное уплотнение за счет выполнения описанным выше образом, обеспечивает герметичность кольцевого зазора в подвижных соединениях с возвратно-поступательным движением в гидравлических, пневматических и других устройствах, работающих в условиях возвратно-поступательного движения в процессе эксплуатации в широком температурном диапазоне применения (до 650°C на воздухе, до 3000°C - в инертной атмосфере), обеспечивает надежность уплотнения при значительных колебаниях температуры и давления в уплотняемом узле.Thus, the lip seal described above, by performing the method described above, ensures tightness of the annular gap in movable joints with reciprocating motion in hydraulic, pneumatic and other devices operating under reciprocating motion during operation over a wide temperature range of application ( up to 650 ° C in air, up to 3000 ° C in an inert atmosphere), provides reliable sealing with significant fluctuations in temperature and pressure in the sealing assembly e.

При этом описанное выше манжетное уплотнение, содержащее втулку с Г-образным поперечным сечением, за счет выполнения указанной втулки из двух соосно расположенных частей, каждая из которых сформирована посредством спиральной навивки полосы из фольги, содержащей слой терморасширенного графита с равномерно распределенным по его ширине по меньшей мере одним расправленным углеродным жгутом, где первая часть втулки выполнена с наружной поверхностью, содержащей цилиндрический и конический участки, вторая часть втулки, расположенная с внешней стороны цилиндрического участка первой части втулки, выполнена цилиндрической, и указанная втулка скреплена по торцу, общему для ее первой и второй частей, защитной шайбой с отбортовкой по внутреннему диаметру и подпрессована в осевом направлении, имеет широкий температурный диапазон применения (до 650°C на воздухе, до 3000°C - в инертной атмосфере), а также благодаря стойкости к «вымыванию» ТРГ, армированного расправленным углеродным жгутом, позволяет повысить герметичность подвижных соединений в условиях эксплуатации при высоких рабочих температурах (выше 200°C), надежность, износостойкость и эрозионную стойкость, а также увеличить срок службы манжетного уплотнения.At the same time, the lip seal described above, containing a sleeve with an L-shaped cross section, due to the execution of the specified sleeve from two coaxially arranged parts, each of which is formed by spiral winding of a strip of foil containing a layer of thermally expanded graphite with uniformly distributed along its width at least at least one straightened carbon tow, where the first part of the sleeve is made with an outer surface containing cylindrical and conical sections, the second part of the sleeve located with the outer the side of the cylindrical section of the first part of the sleeve, made cylindrical, and the specified sleeve is fastened at the end common to its first and second parts, a protective washer with a flange on the inner diameter and pressed in the axial direction, has a wide temperature range of application (up to 650 ° C air, up to 3000 ° C - in an inert atmosphere), and also due to the resistance to “washing out” of the TEG reinforced with a straightened carbon harness, it allows to increase the tightness of movable joints under operating conditions at high work their temperatures (above 200 ° C), reliability, durability and erosion resistance, and also to increase the service life of the lip seal.

Описанные выше примеры осуществления следует во всех аспектах рассматривать лишь как иллюстративные и не обуславливающие никаких ограничений. Следовательно, могут быть использованы другие примеры осуществления настоящего изобретения и примеры внедрения, которые не выходят за пределы описанных здесь существенных признаков.The embodiments described above should in all aspects be considered only as illustrative and not limiting. Therefore, other embodiments of the present invention and implementation examples that do not go beyond the essential features described herein may be used.

Claims

A lip seal containing a sleeve with an L-shaped cross section made of two coaxially arranged parts, each of which is formed by spiral winding a strip of foil containing a layer of thermally expanded graphite with at least one straightened carbon bundle uniformly distributed across its width, while the first part of the sleeve is made with the outer surface containing the cylindrical and conical sections, the second part of the sleeve located on the outside of the cylindrical section of the first part sleeve is cylindrical and said sleeve is fastened at its end, it is common to the first and second portions, side plate flanged to the inside diameter and pre-molded in the axial direction.