RU2321788C2

RU2321788C2 - Seal for shaft, rod, or plunger

Info

Publication number: RU2321788C2
Application number: RU2006101142/06A
Authority: RU
Inventors: ревский Эдуард Ефимович Котл (RU); Эдуард Ефимович Котляревский; Альберт Фатхелович Каримов (RU); Альберт Фатхелович Каримов
Original assignee: Эдуард Ефимович Котляревский; Альберт Фатхелович Каримов
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2008-04-10
Also published as: RU2006101142A

Abstract

FIELD: sealing engineering.

SUBSTANCE: seal comprises sealing rings pressed to the surfaces to be sealed. The race is made of metallic or metallic ceramic or ceramic material. The sealing rings are split, made of the material of the race, and pressed to the shaft surfaces to be sealed by means of a bushing made of a flexible elastomeric material and interposed between the race and outer surface of the sealing rings. The same bushing made of a flexible elastomeric material is interposed between the part to be sealed, plunger or rod, and inner surface of the sealing split rings to press the ring to the race.

EFFECT: enhanced reliability.

5 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.

Известно уплотнение вала или штока (см. авторское свидетельство СССР №391315, МПК 6 F16J 15/26, опубл. в 1973 г.), содержащее притертые одно к другому и поджимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме.A shaft or stem seal is known (see USSR author's certificate No. 391315, IPC 6 F16J 15/26, published in 1973) containing eccentric rings made of antifriction material lapped against one another and pressed against the sealing surfaces of these elements in opposite directions, which are located in an elastic clip.

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 их взаимного положения, что значительно усложняет уплотнение и приводит к его удорожанию.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 their relative position, which greatly complicates the seal and leads to its cost increase.

Наиболее близким аналогом к предложенному является механическое уплотнение вала, или штока, или цилиндра машины (см. патент RU №2037077, МПК 6 F16J 15/26, опубл. 09.06.95 г.), содержащее уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой в противоположных направлениях. На наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, а уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах или в расточках. При этом бурты или расточки упругой обоймы выполнены попарно, а их оси расположены эксцентрично с двух сторон от оси упругой обоймы. Трущиеся поверхности уплотнительных колец, и/или вала, или штока, или цилиндра выполнены шероховатыми, и на них нанесено покрытие из антифрикционного и/или износостойкого материала.The closest analogue to the proposed one is a mechanical seal of the shaft, or rod, or cylinder of the machine (see patent RU No. 2037077, IPC 6 F16J 15/26, publ. 06/09/95), containing o-rings, ground to each other at the ends and pressed to the sealed surfaces with an elastic cage in opposite directions. Eccentrically located collars or respectively eccentrically located bores are made on the outer or inner surface of the elastic cage, and the o-rings are made with concentric cylindrical surfaces and are located on said collars or in bores. In this case, the collars or bores of the elastic cage are made in pairs, and their axes are eccentrically located on both sides of the axis of the elastic cage. The friction surfaces of the o-rings, and / or shaft, or rod, or cylinder are roughened and coated with antifriction and / or wear-resistant material.

По технической сущности и достигаемому результату упомянутое механическое уплотнение является более близким к заявляемому уплотнению, и оно может быть принято в качестве прототипа.According to the technical nature and the achieved result, said mechanical seal is closer to the claimed seal, and it can be adopted as a prototype.

Известное механическое уплотнение также не лишено недостатков, заключающихся и сложности конструктивного исполнения и трудоемкости его изготовления.The known mechanical seal is also not without drawbacks, consisting in the complexity of the design and the complexity of its manufacture.

Задачей настоящего изобретения является создание уплотнения, лишенного вышеперечисленных недостатков прототипа.The objective of the present invention is to provide a seal devoid of the above disadvantages of the prototype.

Поставленная задача решается описываемым уплотнением, включающим установленные с притертыми торцами друг к другу в обойме уплотнительные кольца, поджатые к уплотняемой поверхности.The problem is solved by the described seal, including installed with the ground ends to each other in the cage of the sealing ring, pressed against the sealing surface.

Новым является то, что обойма выполнена из металлического, или металлокерамического, или керамического материала, а уплотнительные кольца выполнены разрезными в виде двух полуколец, выполненных из аналогичного материала, что и обойма, и поджаты к уплотняемым поверхностям вала с помощью втулки из упругого эластомерного материала, установленной между обоймой и наружной поверхностью уплотнительных колец, или с помощью кольца из такого же материала, что и втулка из упругого эластомерного материала, установленного на выборках, выполненных между двумя соседними сопрягаемыми поверхностями уплотнительных колец, со стороны их наружных поверхностей, а в деталях возвратно-поступательного движения типа шток, плунжер аналогичная втулка из упругого эластомерного материала установлена между уплотняемой деталью - плунжером или штоком внутренней поверхностью уплотнительных разрезных колец для поджатия последних к обойме, при уплотнительных разрезных кольцах для поджатия последних к обойме, при этом во всех вышеупомянутых случаях зазор между полукольцами одного уплотнительного кольца перекрыт развернуто под углом, установленным последующими полукольцами другого уплотнительного кольца.New is that the cage is made of metal, or cermet, or ceramic material, and the sealing rings are split in the form of two half rings made of the same material as the cage, and are drawn to the shaft sealing surfaces using a sleeve made of an elastic elastomeric material, installed between the cage and the outer surface of the o-rings, or using a ring of the same material as the sleeve of an elastic elastomeric material mounted on samples made between two adjacent mating surfaces of the sealing rings, from the side of their outer surfaces, and in the details of the reciprocating motion such as a rod, plunger, a similar sleeve of elastic elastomeric material is installed between the sealing part - a plunger or rod, the inner surface of the sealing split rings to compress the latter to the clip, with sealing split rings to tighten the latter to the cage, in all of the above cases, the gap between the half rings of one sealing the rings are closed deployed at an angle set by subsequent half rings of another o-ring.

Представленные чертежи поясняют суть изобретения, где на фиг.1 изображено предлагаемое уплотнение, где видны уплотнительные разрезные кольца, поджатые эластомерной втулкой, установленной между уплотняющими кольцами и обоймой, в работе, в частичном разрезе.The presented drawings explain the essence of the invention, where Fig. 1 shows the proposed seal, where the sealing split rings are visible, pressed by an elastomeric sleeve installed between the sealing rings and the cage, in operation, in partial section.

На фиг.2 - одно из разрезных уплотнительных колец в виде двух полуколец, в частности разрезного кольца 4, вид сбоку.In Fig.2 - one of the split sealing rings in the form of two half rings, in particular a split ring 4, side view.

На фиг.3 - сечение по А-А, где виден зазор «а» разрезного кольца 4, а зазор «б», показанный штрихпунктирными линиями, разрезного кольца 3 перекрыт притертой поверхностью разрезного кольца 4, поджатого эластомерной втулкой, установленной между обоймой и уплотнительными разрезными кольцами.Figure 3 is a section along aa, where the gap “a” of the split ring 4 is visible, and the gap “b” shown by dash-dotted lines, the split ring 3 is overlapped by the ground surface of the split ring 4, pressed by an elastomeric sleeve installed between the cage and the sealing split rings.

На фиг.4 - то же, что на фиг.1, уплотнительные разрезные кольца поджаты эластомерными кольцами, размещенными в выборках сопрягаемых поверхностей уплотнительных колец, выполненных со стороны их наружных поверхностей.In Fig.4 - the same as in Fig.1, the split split rings are pressed by elastomeric rings located in the samples of the mating surfaces of the sealing rings made from the side of their outer surfaces.

На фиг.5 - уплотнение в рабочем положении, где видны уплотнительные разрезные кольца, поджатые к обойме упругой эластомерной втулкой, установленной между уплотняемой деталью - штоком или плунжером и уплотнительными разрезными кольцами.Figure 5 - seal in the working position, where the sealing split rings are visible, pressed against the cage by an elastic elastomeric sleeve installed between the sealing part - the rod or plunger and the sealing split rings.

Заявляемое уплотнение приведено в варианте уплотнения вала 1 (см. фиг.1 и 4) и содержит обойму 2 из металлического металлокерамического или керамического материала, внутри которой установлены уплотнительные разрезные кольца 3, 4 и 5 из такого же материала, что и обойма, выполненные в виде двух полуколец 6 и 7 (см. фиг.2) с притертыми торцами в сопрягаемых между собой поверхностях, внутри которых проходит уплотняемая деталь, в качестве которого могут быть вал 1 (см. фиг.1), шток или плунжер (см. фиг.5) гидравлических и пневматических машин. Количество уплотнительных разрезных колец может быть и более трех, но не менее двух, одинаковой конструкции, трущиеся уплотнительные поверхности вала, штока или плунжера и/или уплотнительных разрезных колец покрыты антифрикционным и/или износостойким материалом.The inventive seal is shown in the embodiment of the shaft seal 1 (see FIGS. 1 and 4) and contains a ferrule 2 of a metal cermet or ceramic material, inside of which there are installed split split rings 3, 4 and 5 of the same material as the ferrule made in in the form of two half rings 6 and 7 (see Fig. 2) with ground ends in mating surfaces, inside of which passes a sealed part, which can be a shaft 1 (see Fig. 1), a rod or plunger (see Fig. .5) hydraulic and pneumatic machines. The number of sealing split rings can be more than three, but not less than two, of the same design, the rubbing sealing surfaces of the shaft, stem or plunger and / or sealing split rings are coated with antifriction and / or wear-resistant material.

В зависимости от количества уплотнительных разрезных колец каждое из них развернуто на определенный угол (см. фиг.3) так, чтобы максимально перекрыть зазор «а» между двумя полукольцами одного уплотнительного разрезного кольца другим уплотнительным разрезным кольцом, чтобы закрыть доступ среды из полости высокого давления в полость с низким давлением. Между наружной поверхностью уплотнительных разрезных колец 3, 4 и 5 и обоймой 2 установлена втулка 9 из упругоэластомерного материала, например из резины, для поджима уплотнительных разрезных колец к уплотняемой поверхности вала 1, тем самым и герметизации этих контактируемых поверхностей. Притертые торцы сопрягаемых между собой уплотнительных разрезных колец после сборки поджаты, в свою очередь, гайкой 10. Аналогичный эффект поджима уплотнительных разрезных колец к уплотняемой поверхности вала с одновременной герметизацией сопрягаемых поверхностей может быть достигнут кольцом 11 из эластомерного материала, установленного в кольцевых выборках 12, выполненных между двумя соседними сопрягаемыми поверхностями уплотнительных разрезных колец 3 и 4, 4 и 5 со стороны их наружных поверхностей (см. фиг.4).Depending on the number of split split rings, each of them is rotated at a certain angle (see FIG. 3) so as to cover the gap “a” between the two half rings of one split split ring with the other split split ring to close the medium from the high-pressure cavity into a cavity with low pressure. Between the outer surface of the split rings 3, 4 and 5 and the holder 2, a sleeve 9 of elastomeric material, such as rubber, is installed to compress the split rings to the sealing surface of the shaft 1, thereby sealing these contacted surfaces. The ground ends of the mating split rings mating to each other after assembly are pressed, in turn, by the nut 10. A similar effect of pressing the sealing split rings to the shaft surface to be sealed while sealing the mating surfaces can be achieved by the ring 11 of elastomeric material installed in the ring samples 12 made between two adjacent mating surfaces of the sealing split rings 3 and 4, 4 and 5 from the side of their outer surfaces (see figure 4).

Для поджатия уплотнительных разрезных колец 3, 4 и 5 к обойме 2, при герметизации возвратно-поступательно перемещаемых элементов типа штока или плунжера 8, упругая эластомерная втулка 13 установлена между уплотняемой поверхностью плунжера (см. фиг.5) и уплотнительными разрезными кольцами 3, 4 и 5. (Для простоты разрезные кольца обозначены теми же цифрами, что и для вала.)To tighten the split rings 3, 4 and 5 to the cage 2, when sealing reciprocating elements such as the rod or plunger 8, an elastic elastomeric sleeve 13 is installed between the sealing surface of the plunger (see figure 5) and the sealing split rings 3, 4 and 5. (For simplicity, split rings are marked with the same numbers as for the shaft.)

Работа уплотнения заключается в следующем.The operation of the seal is as follows.

Сначала в соответствии с диаметром уплотняемого вала изготавливают уплотнительные кольца 3, 4 и 5, после чего их разрезают пополам, т.е. на полукольца 6 и 7, как это изображено на фиг.2. Полукольца уплотнительного кольца 4 с притертой поверхностью располагают так, чтобы они перекрыли зазор «б» между полукольцами 6 и 7 кольца 3, при котором исключается доступ среды из полости высокого давления в полость с низким давлением, как это изображено на фиг.3, зазор «б» разрезного кольца 3, что изображено штрихпунктирной линией, перекрыт притертой поверхностью разрезного кольца 4.First, in accordance with the diameter of the shaft being sealed, O-rings 3, 4 and 5 are made, after which they are cut in half, i.e. on half rings 6 and 7, as shown in figure 2. The half rings of the sealing ring 4 with the ground surface are positioned so that they overlap the gap "b" between the half rings 6 and 7 of the ring 3, which excludes the access of the medium from the high-pressure cavity to the low-pressure cavity, as shown in figure 3, the gap " b "split ring 3, which is depicted by the dot-dash line, is overlapped by the ground surface of the split ring 4.

Уплотнение устанавливают в корпус машины или цилиндра, пропустив уплотняемую деталь - вал 1, как это изображено на фиг.1 и 4, через уплотнительные кольца 3, 4 и 5. Благодаря наличию поджимающей втулки 9 полукольца 6 и 7 каждого уплотнительного разрезного кольца постоянно плотно обхватывают уплотняемый вал (см. фиг.3), обеспечивая тем самым высокую герметичность.The seal is installed in the casing of the machine or cylinder, passing the sealing part — shaft 1, as shown in FIGS. 1 and 4, through the sealing rings 3, 4 and 5. Due to the presence of the compression sleeve 9, the half rings 6 and 7 of each sealing split ring are constantly tightly wrapped around sealed shaft (see figure 3), thereby ensuring high tightness.

Аналогичный повышенный эффект герметизации достигается при размещении кольца 11 из эластомерного материала в кольцевых выборках 12 соседних и сопрягаемых между собой уплотнительных разрезных колец 3, 4 и 4 и 5 (см. фиг.4) для поджима их к валу.A similar enhanced sealing effect is achieved by placing the ring 11 of elastomeric material in the ring samples 12 of adjacent and mating split rings 3, 4 and 4 and 5 (see FIG. 4) for pressing them to the shaft.

В случае использования заявляемого уплотнения в возвратно-поступательно перемещаемых элементах типа плунжер 8 или шток пластомерную втулку 13 надевают на плунжер до упора о торец 14 его большой ступени 15. Затем на нее устанавливают разрезные кольца 3, 4 и 5 с притертыми торцами, аналогично расположив, как в случае установки их на валу (фиг.1), максимально перекрыв зазор «а» одного разрезного кольца другим разрезным кольцом, после чего их поджимают гайкой 16. Сопрягаемые поверхности обоймы 2 и разрезных колец выполняют притертыми, и они находятся в постоянно прижатом состоянии за счет упругой эластомерной втулки 13. Размеры зазора в работающем уплотнении постепенно уменьшаются за счет приработки трущихся поверхностей вала или обоймы. При этом происходит автоматическое прижатие трущихся поверхностей втулками 9 или кольцами 10 из эластомерного материала. Таким образом достигается повышенная герметичность уплотнения с одновременным увеличением срока его службы.If the inventive seal is used in reciprocating elements of the type plunger 8 or rod, the plastomeric sleeve 13 is put on the plunger until it stops against the end face 14 of its large stage 15. Then, split rings 3, 4 and 5 with ground ends are installed on it, similarly positioned, as in the case of installing them on the shaft (Fig. 1), maximally covering the gap “a” of one split ring with another split ring, after which they are pressed with a nut 16. The mating surfaces of the cage 2 and the split rings are ground, and they are in a constantly pressed state due to the elastic elastomeric sleeve 13. The dimensions of the gap in the working seal are gradually reduced due to running-in of the rubbing surfaces of the shaft or cage. This automatically presses the rubbing surfaces with bushings 9 or rings 10 of elastomeric material. Thus, increased sealing tightness is achieved with a simultaneous increase in its service life.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого к защите охранным документом уплотнения заключается в упрощении конструкции, в снижении трудоемкости изготовления и повышении герметизации при минимально малых количествах уплотнительных колец.The technical and economic advantage of the seal proposed for protection by a security document is to simplify the design, reduce the complexity of manufacturing and increase sealing with minimally small quantities of o-rings.

На дату подачи заявки заявляемое уплотнение изготовлено и испытано в стендовых условиях, результаты положительные.On the filing date of the application, the claimed seal is made and tested in bench conditions, the results are positive.

Claims

A seal for a shaft, rod or plunger of hydraulic or pneumatic machines, including sealing rings mounted to the ends of each other in the cage, pressed against the sealing surface, characterized in that the casing is made of a metal, or cermet, or ceramic material, and the sealing rings are made split in the form of two half rings made of the same material as the cage, and drawn to the sealing surfaces of the shaft using a sleeve of elastic elastomeric material, mounted between the cage and the outer surface of the o-rings, or using a ring of the same material as the sleeve of an elastic elastomeric material mounted on samples made between two adjacent mating surfaces of the o-rings, from the side of their outer surfaces, and in details translational movement of the rod, plunger type similar sleeve of elastic elastomeric material is installed between the sealed part - the plunger and the inner surface of the sealing split rings for urging the latter to the holder, wherein in all embodiments, the gap between the half-rings of the sealing ring is blocked deployed at an angle established by subsequent semicircles other sealing ring.