RU2405994C2

RU2405994C2 - Seal of movable shaft of hydraulic machine (versions)

Info

Publication number: RU2405994C2
Application number: RU2008149330/06A
Authority: RU
Inventors: Артур Рамильевич Фахриев (RU); Артур Рамильевич Фахриев; Байрак Закиевич Султанов (RU); Байрак Закиевич Султанов
Original assignee: Артур Рамильевич Фахриев; Байрак Закиевич Султанов
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-12-10
Also published as: RU2008149330A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: device comprises shell of elastic material with hole at one end, where nipple is inserted, at the same time shell is installed in case with provision of contact along its full surface. Besides to nipple of chamber with the help of tubes and nozzles, a cylinder is fixed with differential piston, lower working chamber of which communicates with internal cavity of elastic shell, where fluid is supplied with pressure higher than discharge pressure as a result of difference in diametres of upper and lower end of differential piston, and upper working chamber communicates with discharge line.

EFFECT: invention increases reliability of hydraulic machine shaft seal.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в гидросистемах высоких давлений для уплотнения штоков гидроцилиндров, а также для уплотнения вращающихся валов механизмов.The invention relates to mechanical engineering and can be used in high pressure hydraulic systems for sealing hydraulic cylinder rods, as well as for sealing rotating shafts of mechanisms.

Широко известны в качестве уплотнений для подвижных соединений манжеты по ГОСТ 6969-85, резиновые кольца круглого и прямоугольного сечения по ГОСТ 9833-90 и другие, содержащие упругий эластичный элемент.Widely known as seals for movable couplings according to GOST 6969-85, rubber rings of circular and rectangular cross-section according to GOST 9833-90 and others containing an elastic elastic element.

Недостатком является низкая износостойкость, так как при перекачке жидкостей с механическими загрязнениями (песок, ил, глина и т.п.) ресурс работы обычных резиновых уплотнений невелик из-за недостаточной стойкости резины к износу, раздиру, значительного коэффициента трения резины о металл, особенно в режиме сухого и полусухого трения и невысокой механической прочности резины, в результате этого возникает необходимость частой их замены. Для их установки разбирают механизм, что ведет к потере рабочего времени.The disadvantage is low wear resistance, since when pumping liquids with mechanical impurities (sand, silt, clay, etc.), the service life of conventional rubber seals is small due to the insufficient resistance of rubber to wear, tearing, a significant coefficient of friction of rubber on metal, especially in the mode of dry and semi-dry friction and low mechanical strength of rubber, as a result of this there is a need for frequent replacement. To install them, they disassemble the mechanism, which leads to the loss of working time.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является уплотнение штока, содержащее корпус с крышкой, в котором установлена эластичная оболочка. Эластичная оболочка заполняется жидкостью и представляет собой герметичную камеру (патент РФ, №2229646, МПК F16J 15/46). Эластичная оболочка выполнена с разъемным торцом с одной стороны, в которое устанавливается эластичное кольцо, эластичная пробка и металлическая обойма. Для обеспечения герметичности эластичной оболочки обойму закрепляют клеем к пробке и к торцу.The closest technical solution (prototype) is a rod seal containing a housing with a cover in which an elastic shell is installed. The elastic shell is filled with liquid and is a sealed chamber (RF patent, No. 2229646, IPC F16J 15/46). The elastic shell is made with a split end on one side into which an elastic ring, an elastic tube and a metal clip are installed. To ensure the tightness of the elastic shell, the clip is fixed with glue to the cork and to the end.

При подаче давления на крышку корпуса растет давление внутри оболочки, ее стенки деформируются и поджимаются к уплотняемым поверхностям штока и корпуса.When pressure is applied to the housing cover, the pressure inside the housing increases, its walls are deformed and are pressed against the sealing surfaces of the stem and the housing.

Недостатками прототипа является то, что давление, создаваемое на крышку корпуса, не регулируют в зависимости от давления перекачиваемой среды, а поддержание высокого давления в полости эластичной оболочки может вызвать ее разрыв. Для эффективной работы уплотнения при перекачке жидкости под высоким давлением усилие прижатия эластичной оболочки к валу должно быть выше, чем усилие прижатия при перекачке жидкости под невысоким давлением.The disadvantages of the prototype is that the pressure generated on the housing cover is not regulated depending on the pressure of the pumped medium, and maintaining high pressure in the cavity of the elastic shell can cause it to rupture. For effective operation of the seal when pumping liquid under high pressure, the force of pressing the elastic shell to the shaft should be higher than the force of pressing when pumping the liquid under low pressure.

Целью изобретения является повышение надежности системы герметизации за счет регулирования усилия прижатия эластичной оболочки в зависимости от давления перекачиваемой жидкости.The aim of the invention is to increase the reliability of the sealing system by adjusting the pressure of the elastic shell, depending on the pressure of the pumped liquid.

Указанная цель достигается тем, что уплотнение подвижного вала гидравлической машины содержит корпус с крышкой, в котором установлена полая эластичная оболочка, выполненная с разъемом на одном торце для заполнения жидкостью и охватывающая вал. Оно снабжено цилиндром с установленным в нем дифференциальным поршнем, причем полость цилиндра под поршнем меньшей площади сообщена с полостью эластичной оболочки, а полость, образованная поршнем большей площадью, - с полостью цилиндра насоса, причем обе полости заполнены жидкостью. Применение дифференциального поршня позволяет установить давление в эластичной оболочке выше, чем давление перекачиваемой жидкости в цилиндре насоса. Также снабжено емкостью с поршнем со штоком, заполненной уплотнительной жидкостью, которая сообщена с полостью цилиндра под поршнем с меньшей площадью.This goal is achieved in that the seal of the movable shaft of the hydraulic machine comprises a housing with a cover in which a hollow elastic shell is installed, made with a connector at one end to fill with liquid and covering the shaft. It is equipped with a cylinder with a differential piston installed in it, and the cavity of the cylinder under the piston of a smaller area is in communication with the cavity of the elastic shell, and the cavity formed by the piston of the larger area is connected with the cavity of the pump cylinder, both cavities are filled with liquid. The use of a differential piston allows you to set the pressure in the elastic shell higher than the pressure of the pumped fluid in the pump cylinder. It is also equipped with a container with a piston with a rod filled with a sealing fluid, which is in communication with the cylinder cavity under the piston with a smaller area.

В разъем эластичной оболочки вставлен ниппель, сообщающийся с полостью, образованной поршнем с меньшей площадью, а в цилиндре в полости над поршнем с большей площадью выполнено отверстие, снабженное эластичной диафрагмой, поджимаемой обоймой и сообщающееся с полостью цилиндра насоса.A nipple is inserted into the connector of the elastic shell, communicating with the cavity formed by the piston with a smaller area, and in the cylinder in the cavity above the piston with a larger area, a hole is provided with an elastic diaphragm, a compressible clip and communicating with the pump cylinder cavity.

Во втором варианте изобретения уплотнение подвижного вала гидравлической машины содержит корпус с крышкой, внутри которого образована уплотнительная камера, заполненная жидкостью и охватывающая вращающийся вал. Уплотнение снабжено цилиндром с установленным в нем дифференциальным поршнем, причем полость цилиндра под поршнем с меньшей площадью сообщена с полостью уплотнительной камеры, а полость, образованная поршнем с большей площадью - с полостью цилиндра насоса, причем обе полости заполнены жидкостью. Также снабжено емкостью с поршнем со штоком, заполненной уплотнительной жидкостью, которая сообщена с полостью цилиндра под поршнем с меньшей площадью.In a second embodiment of the invention, the sealing of the movable shaft of the hydraulic machine comprises a housing with a cover, inside of which a sealing chamber is formed, filled with liquid and enclosing the rotating shaft. The seal is equipped with a cylinder with a differential piston installed in it, the cylinder cavity under the piston with a smaller area in communication with the cavity of the sealing chamber, and the cavity formed by the piston with a larger area with the cavity of the pump cylinder, both cavities being filled with liquid. It is also equipped with a container with a piston with a rod filled with a sealing fluid, which is in communication with the cylinder cavity under the piston with a smaller area.

В цилиндре в полости над поршнем с большей площадью выполнено отверстие, снабженное эластичной диафрагмой, поджимаемой обоймой и сообщающееся с полостью цилиндра насоса, а герметичная камера имеет эластичные прокладки, установленные с ее торцов.In the cylinder in the cavity above the piston with a larger area, an opening is provided with an elastic diaphragm, a compressible clip and communicating with the cavity of the pump cylinder, and the sealed chamber has elastic gaskets installed from its ends.

На фигуре 1 представлен общий вид предложенного устройства по первому варианту.The figure 1 presents a General view of the proposed device according to the first embodiment.

На фигуре 2 представлен общий вид предложенного устройства по второму варианту.The figure 2 presents a General view of the proposed device according to the second embodiment.

Уплотнение подвижного вала гидравлической машины на фигуре 1 (первый вариант) содержит цилиндр 1, корпус 2 с крышкой 3, в котором установлена без зазоров эластичная оболочка 4, плотно прилегаемая к валу 11, с ниппелем 5 на одном торце, в последствии заполненная рабочей жидкостью 6. К ниппелю оболочки с помощью трубок присоединен цилиндр 7 с дифференциальным поршнем 8. Причем в верхней части цилиндра установлена резиновая диафрагма 9, поджимаемая обоймой 10. Кроме этого рядом располагается емкость 12 с уплотнительной жидкостью, содержащая поршень 13, шток 14 с резьбой и штурвалом 15 на конце, в верхней крышке 16 емкости имеется резьбовое отверстие. Емкость с помощью трубок и штуцеров сообщена с нижней камерой цилиндра с дифференциальным поршнем.The sealing of the movable shaft of the hydraulic machine in figure 1 (first option) contains a cylinder 1, a housing 2 with a cover 3, in which an elastic shell 4 is mounted without gaps, which is tightly attached to the shaft 11, with a nipple 5 on one end, subsequently filled with a working fluid 6 A cylinder 7 with a differential piston 8 is connected to the shell nipple by means of tubes. Moreover, a rubber diaphragm 9 is installed in the upper part of the cylinder and is pressed by a clip 10. In addition, a container 12 with sealing liquid containing a piston 13 is located nearby. a rod 14 with a thread and a steering wheel 15 at the end, in the upper cover 16 of the tank there is a threaded hole. The capacity with the help of tubes and fittings communicated with the lower chamber of the cylinder with a differential piston.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Эластичная оболочка 4, установленная в корпусе 2 с крышкой 3, заполняется рабочей жидкостью 6 через цилиндр 7, вставляется дифференциальный поршень 8, затем сверху поршня заливается рабочая жидкость и устанавливают резиновую диафрагму 9, затягивая ее обоймой 10. При подаче давления в гидросистеме, давление нагнетания действует на верхнюю рабочую камеру цилиндра 7, перемещается поршень 8, в свою очередь, в нижней рабочей камере, а следовательно, и в эластичной оболочке создается давление, большее чем давление нагнетания. При этом стенки оболочки 4, деформируясь, с усилием поджимаются к уплотняемым поверхностям корпуса 2 и вала 11. Таким образом, создается контакт по всей поверхности вала 11, обеспечивая постоянное давление в каждой ее точке, что приводит к минимальному износу вала 11 и исключению разрыва стенок оболочки. Дополнительно установлена емкость 12 с поршнем 13, штоком 14 с резьбой и штурвалом 15 на его конце, предназначенная для доливания уплотнительной жидкости в нижнюю камеру цилиндра 7, при возможной ее утечке в процессе эксплуатации. Доливание происходит при вращении штурвала 15, который с помощью резьбового соединения на крышке 16 перемещает шток 14 с поршнем 13 вниз, тем самым нагнетая жидкость. За счет резьбового соединения исключается перемещение поршня 13 в обратную сторону.The elastic shell 4, installed in the housing 2 with the cover 3, is filled with the working fluid 6 through the cylinder 7, the differential piston 8 is inserted, then the working fluid is poured on top of the piston and the rubber diaphragm 9 is installed, tightening it with the clip 10. When applying pressure in the hydraulic system, the discharge pressure acts on the upper working chamber of the cylinder 7, the piston 8 moves, in turn, in the lower working chamber, and therefore in the elastic shell creates a pressure greater than the discharge pressure. In this case, the walls of the shell 4, deforming, are pressed against the sealing surfaces of the housing 2 and the shaft 11. Thus, a contact is created over the entire surface of the shaft 11, providing constant pressure at each of its points, which leads to minimal wear on the shaft 11 and eliminating wall rupture shell. Additionally installed capacity 12 with a piston 13, a rod 14 with a thread and a steering wheel 15 at its end, designed to top up the sealing fluid in the lower chamber of the cylinder 7, with possible leakage during operation. Topping-up occurs when the steering wheel 15 is rotated, which, with the help of a threaded connection on the cover 16, moves the rod 14 with the piston 13 down, thereby pumping liquid. Due to the threaded connection, the movement of the piston 13 in the opposite direction is excluded.

В том случае, где невозможно установить эластичную оболочку, или создаются трудности в ее изготовлении, рассмотрен второй вариант аналогичного уплотнения подвижного вала гидравлической машины на фигуре 2 (второй вариант), который содержит цилиндр 1, корпус 2 с крышкой 3, между которыми установлена эластичная прокладка 4, а также эластичная прокладка 16, поджатая кольцом 17, плотно прилегаемые к валу 14, предотвращающие вытекание уплотнительной жидкости. К уплотнительной камере 15 с помощью трубок и штуцеров присоединен цилиндр 5 с дифференциальным поршнем 6. Причем в верхней части цилиндра установлена резиновая диафрагма 7, поджимаемая обоймой 8. Кроме этого рядом располагается емкость 9 с уплотнительной жидкостью, содержащая поршень 10, шток 11 с резьбой и штурвалом 12 на конце, в верхней крышке 13 емкости имеется резьбовое отверстие. Емкость с помощью трубок и штуцеров сообщена с нижней камерой цилиндра с дифференциальным поршнем. Устройство работает следующим образом.In the case where it is impossible to install an elastic shell, or difficulties are created in its manufacture, the second variant of a similar sealing of the moving shaft of a hydraulic machine in figure 2 (second variant), which contains a cylinder 1, a housing 2 with a cover 3, between which an elastic gasket is installed, is considered 4, as well as an elastic gasket 16, tightened by a ring 17, tightly fitted to the shaft 14, preventing leakage of the sealing fluid. A cylinder 5 with a differential piston 6 is connected to the sealing chamber 15 by means of tubes and fittings. Moreover, a rubber diaphragm 7 is installed in the upper part of the cylinder and is pressed by a casing 8. In addition, a container 9 with sealing liquid containing a piston 10, a rod 11 with a thread and helm 12 at the end, in the top cover 13 of the tank there is a threaded hole. The capacity with the help of tubes and fittings communicated with the lower chamber of the cylinder with a differential piston. The device operates as follows.

Заполняется уплотнительной жидкостью цилиндр 5, вставляется дифференциальный поршень 6, затем сверху поршня заливается та же жидкость и устанавливают резиновую диафрагму J, затягивая ее обоймой 8. При подаче давления в гидросистеме, давление нагнетания действует на верхнюю рабочую камеру цилиндра 5, перемещается поршень 6, в свою очередь, в нижней рабочей камере, а следовательно, и в уплотнительной камере 15 создается давление, большее чем давление нагнетания. При этом жидкость с большим давлением как бы запирает выход перекачиваемой жидкости. Дополнительно установлена емкость 9 с поршнем 10, штоком 11 с резьбой и штурвалом 12 на его конце, предназначенная для доливания уплотнительной жидкости, в нижнюю камеру цилиндра 5, при возможной ее утечке в процессе эксплуатации. Доливание происходит при вращении штурвала 12, который с помощью резьбового соединения на крышке 13 перемещает шток 11 с поршнем 10 вниз, тем самым нагнетая жидкость. За счет резьбового соединения исключается перемещение поршня 10 в обратную сторону.Cylinder 5 is filled with sealing fluid, differential piston 6 is inserted, then the same fluid is poured on top of the piston, and the rubber diaphragm J is mounted, tightening it with the casing 8. When pressure is applied in the hydraulic system, the discharge pressure acts on the upper working chamber of cylinder 5, the piston 6 moves into in turn, in the lower working chamber, and therefore in the sealing chamber 15, a pressure is created greater than the discharge pressure. In this case, a liquid with high pressure, as it were, locks the outlet of the pumped liquid. In addition, a container 9 with a piston 10, a rod 11 with a thread and a steering wheel 12 at its end is installed, designed to top up the sealing fluid in the lower chamber of the cylinder 5, with possible leakage during operation. Topping-up occurs when the steering wheel 12 rotates, which, using a threaded connection on the cover 13, moves the rod 11 with the piston 10 down, thereby pumping liquid. Due to the threaded connection, the movement of the piston 10 in the opposite direction is excluded.

Положительный эффект при использовании предлагаемого изобретения достигается за счет регулирования усилия прижатия эластичной оболочки в зависимости от давления перекачиваемой жидкости, а также возможность перекачивания ядовитых и агрессивных жидкостей, предотвращая попадания их в окружающую среду.A positive effect when using the present invention is achieved by regulating the force of pressing the elastic shell depending on the pressure of the pumped liquid, as well as the ability to pump toxic and aggressive fluids, preventing them from entering the environment.

Claims

1. The seal of the movable shaft of the hydraulic machine, comprising a housing with a cover, in which a hollow elastic shell is installed, made with a connector on one end for filling with liquid and covering the shaft, characterized in that it is equipped with a cylinder with a differential piston installed in it, and the cylinder cavity under the piston of a smaller area, it communicates with the cavity of the elastic shell, and the cavity formed by the part of the piston with a larger area communicates with the cavity of the pump cylinder, both cavities are filled with liquid and equipped with a capacitor a thaw with a piston with a stem filled with sealing fluid.

2. The sealing of the movable shaft of the hydraulic machine according to claim 1, characterized in that a nipple is inserted into the connector of the elastic shell communicating with the cavity formed by the piston with a smaller area, and an opening provided with an elastic diaphragm is made in the cylinder in the cavity above the piston with a larger area, clamped clip, and communicating with the cavity of the pump cylinder.

3. The sealing of the movable shaft of the hydraulic machine, comprising a housing with a cover, inside which a sealing chamber is formed for filling with liquid, covering the shaft, characterized in that it is provided with a cylinder with a differential piston installed in it, and the cylinder cavity under the piston of a smaller area communicates with the sealing cavity chamber, and the cavity formed by the larger part of the piston with the cavity of the pump cylinder, both cavities are filled with liquid, and equipped with a container with a piston with a rod filled with a seal body fluid, and elastic gaskets are installed from the ends of the sealing chamber.