RU2781089C1

RU2781089C1 - Cylinder-piston seal

Info

Publication number: RU2781089C1
Application number: RU2022106364A
Authority: RU
Inventors: Роман Эдуардович Кобыльский; Сергей Сергеевич Бусаров
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2022-10-05

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering, in particular to sealing mechanisms for sealing the annular gap between the cylinder and the piston. The cylinder-piston seal consists of a piston (1), on which seating washers (2) with a set of lip seals (3) and expanders (4), as well as a washer (5) with an accumulation chamber (6) are put on. In the upper part of the piston (1) there is a reverse lip seal (7). The whole set is pulled together with a washer (8) and installed with an interference fit in the cylinder (9).

EFFECT: reduction of peak loads acting on the cylinder-piston seal.

1 cl, 1 dwg

Description

Заявленное техническое решение относится к области уплотнительной техники, в частности к узлам уплотнения механизмов для герметизации кольцевого зазора между цилиндром и поршнем в устройствах, работающих в условиях возвратно-поступательного движения, преимущественно, для поршневых компрессоров без смазки проточной части цилиндра. The claimed technical solution relates to the field of sealing technology, in particular to the sealing units of mechanisms for sealing the annular gap between the cylinder and the piston in devices operating in reciprocating motion, mainly for reciprocating compressors without lubrication of the flow path of the cylinder.

Технической задачей заявленного изобретения является снижение пиковых нагрузок, действующих на цилиндропоршневое уплотнение, тем самым уменьшить его износ и увеличить ресурс работы, не уменьшая производительность компрессорного агрегата.The technical objective of the claimed invention is to reduce the peak loads acting on the cylinder-piston seal, thereby reducing its wear and increasing the service life without reducing the performance of the compressor unit.

Известен «Поршень для холодильно-газовой машины» [Основы теории уплотнений и создание поршневых компрессоров без смазки: диссертация доктора технических наук: 05.04.03. - Санкт-Петербург, 2001. - 50-51 с.: ил. Захаренко, Валентин Петрович], который содержит стержень и установленные на нем уплотнительные и проставочные кольца, стянутые гайкой, размещенной в зоне головки поршня, законтренной шайбой. Стержень имеет радиальные и осевой каналы и на нем со стороны, противоположной головке, установлены манжета и втулка с калиброванными отверстиями.Known for "A piston for a refrigeration gas machine" [Fundamentals of the theory of seals and the creation of reciprocating compressors without lubrication: thesis of a doctor of technical sciences: 05.04.03. - St. Petersburg, 2001. - 50-51 p.: ill. Zakharenko, Valentin Petrovich], which contains a rod and sealing and spacer rings installed on it, tightened with a nut located in the area of the piston head, locked with a washer. The rod has radial and axial channels, and on the side opposite to the head, a cuff and a bushing with calibrated holes are installed.

Данное техническое решение имеет следующий недостаток. Наличие радиальных и осевых каналов, приводит к утечкам рабочей среды, тем самым, уменьшает производительность компрессорного агрегата. This technical solution has the following disadvantage. The presence of radial and axial channels leads to leakage of the working medium, thereby reducing the performance of the compressor unit.

Наиболее близким техническим устройством того же назначения является «Поршень» [Основы теории уплотнений и создание поршневых компрессоров без смазки: диссертация доктора технических наук: 05.04.03. - Санкт-Петербург, 2001. - 220-221 с.: ил. Захаренко, Валентин Петрович], [Захаренко А.В. О расчете нагрузок в многокольцевом поршневомThe closest technical device for the same purpose is the "Piston" [Fundamentals of the theory of seals and the creation of reciprocating compressors without lubrication: thesis of a doctor of technical sciences: 05.04.03. - St. Petersburg, 2001. - 220-221 p.: ill. Zakharenko, Valentin Petrovich], [Zakharenko A.V. On the calculation of loads in a multi-ring piston

уплотнении компрессоров без смазки высокого давления / Захаренко А.В., Захаренко В.П. // Холод: Техника и технологии, вестник МАХ № 2, 2012. стр. 29-32], который содержит корпус, на котором со стороны подачи давления установлена дросселирующая втулка, за которой выполнена аккумулирующая камера, ограниченная манжетным уплотнением. Объем аккумулирующей камеры выполнен большим, чем объем газа, который перетекает через дросселирующую втулку в течение одного рабочего цикла. При малых диаметрах и высоких давлениях аккумулирующую камеру выполняют в корпусе в виде заглушенных каналов, чтобы не снизить прочность самого поршня и не увеличились его габариты.sealing compressors without high-pressure lubrication / Zakharenko A.V., Zakharenko V.P. // Kholod: Technique and technology, Bulletin of MAX No. 2, 2012. pp. 29-32], which contains a housing on which a throttling sleeve is installed on the pressure supply side, behind which an accumulating chamber is made, limited by a lip seal. The volume of the accumulating chamber is made larger than the volume of gas that flows through the throttling sleeve during one working cycle. At small diameters and high pressures, the accumulating chamber is made in the body in the form of plugged channels so as not to reduce the strength of the piston itself and not increase its dimensions.

Данное техническое решение имеет следующий недостаток. Объем газа находящийся в зазоре между дроссельной втулкой и стенкой цилиндра, и в аккумулирующем объеме является мертвым объемом (мертвым пространством), соответственно, в процессе обратного расширения данный газ расширяется и мешает новой порции газа поступать в рабочую камеру при всасывании, что в значительной мере уменьшает производительность компрессорного агрегата.This technical solution has the following disadvantage. The volume of gas located in the gap between the throttle sleeve and the cylinder wall, and in the accumulating volume, is a dead volume (dead space), respectively, in the process of reverse expansion, this gas expands and prevents a new portion of gas from entering the working chamber during suction, which greatly reduces performance of the compressor unit.

Задачей заявленного изобретения является снижение пиковых нагрузок действующих на цилиндропоршневое уплотнение, тем самым, уменьшить его износ и увеличить ресурс работы, не уменьшая производительность компрессорного агрегата.The objective of the claimed invention is to reduce the peak loads acting on the cylinder-piston seal, thereby reducing its wear and increasing the service life without reducing the performance of the compressor unit.

Предложенная конструкция поясняется чертежом, где на:The proposed design is illustrated by the drawing, where:

Фиг. 1 показано цилиндропоршневое уплотнение в сборе, стянутое шайбой.Fig. 1 shows a complete cylinder-piston seal tightened with a washer.

Предложено цилиндропоршневое уплотнение, которое состоит из поршня 1, на который надеты посадочные шайбы 2 с комплектом манжетных уплотнений 3 и экспандерами 4, а также, шайба 5 с аккумулирующей камерой 6. В верхней части поршня 1 расположено обратное манжетное уплотнение 7, весь комплект стягивается шайбой 8 и устанавливается с натягом в цилиндр 9.A cylinder-piston seal is proposed, which consists of a piston 1, on which seating washers 2 are put on with a set of lip seals 3 and expanders 4, as well as a washer 5 with an accumulating chamber 6. In the upper part of the piston 1 there is a reverse lip seal 7, the entire set is pulled together by a washer 8 and is installed with an interference fit in the cylinder 9.

Цилиндропоршневое уплотнение работает следующим образом: в процессе сжатия и нагнетания (когда нагрузка действующая на цилиндропоршневое уплотнение имеет пиковое значение), газ под давлением (P) попадает в зазор между обратной манжетой 7 и зеркалом цилиндра 9, вследствие чего дросселируется и расширяется в аккумулирующей камере 6, давление газа перед комплектом манжетных уплотнений 3 снижается, до давления (P₁). The cylinder-piston seal works as follows: in the process of compression and injection (when the load acting on the cylinder-piston seal has a peak value), gas under pressure (P) enters the gap between the reverse cuff 7 and the cylinder mirror 9, as a result of which it is throttled and expands in the accumulation chamber 6 , the gas pressure in front of the lip seal set 3 is reduced to pressure (P ₁ ).

В процессе обратного расширения и всасывания, сжатый газ, находящийся в объеме аккумулирующей камеры 6 разожмет манжетное уплотнение 7, камера 6 будет изолирована и не будет являться дополнительным мертвым объёмом. Это, по сравнению с прототипом увеличит производительность.In the process of reverse expansion and suction, the compressed gas in the volume of the accumulating chamber 6 will open the lip seal 7, the chamber 6 will be isolated and will not be an additional dead volume. This, in comparison with the prototype, will increase productivity.

Нагрузка на поверхности трения цилиндропоршневого уплотнения работающего без смазки рассчитывается по следующей формуле [Поршневые компрессоры: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Холодильные и компрессорные машины и установки» / Б.С. Фотин, И. Б. Пирумов, И. К. Прилуцкий, П. И. Пластинин. – Л. Машиностроение. Ленинград. отд-ние, 1987. – 227 с.]:The load on the friction surface of the piston-cylinder seal operating without lubrication is calculated by the following formula [Reciprocating compressors: Proc. manual for university students studying in the specialty "Refrigerating and compressor machines and installations" / B.S. Fotin, I. B. Pirumov, I. K. Prilutsky, P. I. Plastinin. - L. Engineering. Leningrad. department, 1987. - 227 p.]:

где

- давление до манжетного уплотнения, Па;

- давление после манжетного уплотнения, Па.where

- pressure up to the lip seal, Pa;

- pressure after the lip seal, Pa.

где k - экспериментально определяемый коэффициент, учитывающий свойства материала, его шероховатость, характер контактирования между цилиндром и уплотнением и режимы работы ступени компрессора (для фторопластовых композиций k=2,5-3); h - высота уплотнения, мм.where k is an experimentally determined coefficient that takes into account the properties of the material, its roughness, the nature of the contact between the cylinder and the seal, and the operating modes of the compressor stage (for fluoroplastic compositions k=2.5-3); h - sealing height, mm.

Из формулы 1 видно, что уменьшая давление газа до давления

перед комплектом манжетных уплотнений 3 по сравнению с давлением газа перед поршнем 1 мы значительно уменьшает нагрузку, действующую на манжетное уплотнение, тем самым увеличивает ее ресурс работы. From formula 1 it can be seen that by reducing the gas pressure to the pressure

in front of the set of lip seals 3, compared to the gas pressure in front of piston 1, we significantly reduce the load acting on the lip seal, thereby increasing its service life.

Предложенное цилиндропоршневое уплотнение позволяет снизить пиковые нагрузки, действующие на него, тем самым, уменьшает его износ и увеличивает ресурс работы, не уменьшая производительность компрессорного агрегата. The proposed cylinder-piston seal makes it possible to reduce the peak loads acting on it, thereby reducing its wear and increasing the service life without reducing the performance of the compressor unit.

Claims

Cylinder-piston seal, consisting of a piston, on which landing washers with a set of lip seals and expanders are put on, as well as washers with an accumulating chamber, characterized in that a reverse lip seal is located in the upper part of the piston, the entire set is pulled together by a washer and installed with an interference fit in the cylinder.