RU219807U1 - Сальниковое уплотнение - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для уплотнения валов, штоков, запорной арматуры, люков, фланцевых соединений и реакторов, в том числе при работе в условиях повышенных температур, и может найти применение в химической, нефтехимической, машиностроительной, энергетической, атомной, судостроительной и других отраслях промышленности. Техническим результатом предлагаемой конструкции сальникового уплотнения является повышение эффективности и надежности его эксплуатации. Поставленный технический результат достигается тем, что сальниковое уплотнение содержит корпус сальниковой камеры с кольцевой полостью, мягкую набивку, эластичную мембрану, нажимной элемент, причем нажимные элементы выполнены в виде равномерно распределенных по окружности подпружиненных шпилек, а эластичная мембрана армирована сетчатой сердцевиной, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти.

Description

Полезная модель относится к устройствам для уплотнения валов, штоков, запорной арматуры, люков, фланцевых соединений и реакторов, в том числе при работе в условиях повышенных температур, и может найти применение в химической, нефтехимической, машиностроительной, энергетической, атомной, судостроительной и других отраслях промышленности.

Известны сальниковые уплотнения с мягкой набивкой, герметизирующие зазоры между подвижными и неподвижными элементами запорных устройств, содержащие сальниковую камеру с расположенным в ней нажимным элементом (втулкой), воздействующим на набивку от усилия накидной гайки (см. справочник «Детали машин» (расчет и конструирование), том 2, под редакцией Н.С. Ачеркана. - М.: Машиностроение, стр. 246. 1968 г.).

К недостаткам данной конструкции относится то, что нажимной элемент с накидной гайкой не обеспечивает надежной эксплуатации сальникового уплотнения, так как не позволяет автоматически регулировать силу прижатия трущихся поверхностей сальника к вращающей боковой стенке вала или штока, совершающего возвратно-поступательные движения, так как осевые усилия нажимного элемента на мягкую набивку передают их в основном в том же направлении и не прижимают трущиеся поверхности сальника в радиальном направлении к подвижной поверхности вала или штока.

Известен сальник устьевой, содержащий тройник, камерную крышку, кольцевые выточки, выполненные в тройнике, в которых размещены вкладыши и блоки уплотнения. В выточке тройника размещены тарельчатые пружины с разрезными уплотнительными манжетами между ними для резервного блока уплотнения, соединенного с тройником посредством ферических болтов, проходящих через отверстия, выполненные в буртике тройника, и резьбовых втулок с наружными кольцевыми канавками, взаимодействующими через пазы с промежуточным нажимным кольцом. На последнем установлены тарельчатые пружины с разрезными уплотнительными манжетами и выполненные с различными упругими свойствами, а в зазорах межу тарельчатыми пружинами установлены уплотнительные кольца (описание изобретения к патенту РФ №2293895, F16J 15/18, 2007).

К недостаткам данной конструкции относятся снижение эффективность и надежности при эксплуатации из-за того, что уплотнительные манжеты и кольца не позволяют регулировать прижатие трущихся поверхностей сальника к боковой стенке вала или штока. Кроме того, сальник устьевой сложен в конструктивном исполнении.

Известно металлическое уплотнительное кольцо, выполненное из трубы, свернутой в кольцо, концы которой герметично сварены между собой. Заключенный в трубу сердечник выполнен из отдельных блоков спрессованного порошка из фольги рассыпчатого графита, прокатанный до плотности 0,6-1,2 г/см³. Блоки сердечника установлены в металлической трубе с натягом. Поверхность кольца, контактирующая с уплотнительными поверхностями, может быть покрыта политетрафторэтиленом или металлом, предел текучести которого ниже предела текучести материала трубы. На поверхности трубы, контактирующей с уплотнительными поверхностями, выполнены кольцевые канавки с остроконечными вершинами. Канавки по их острым вершинам перекрыты уплотнительным материалом, предел текучести которого ниже текучести материала трубы (описание изобретения к патенту РФ №2218495, F16J 15/30, 2003).

К недостаткам данной конструкции относятся снижение эффективность и надежности при эксплуатации из-за изнашивания материала, покрывающего кольцо, и уплотнительного материала, перекрывающего кольцевые канавки с остроконечными вершинами в зонах их контакта с уплотнительными поверхностями, так как материал кольца и уплотнительный материал не позволяют регулировать силу прижатия уплотняемых поверхностей.

Известно сальниковое уплотнение, содержащее сальниковую камеру с набивкой, и расположенный в сальниковой камере дополнительный нажимной элемент, изготовленный из термочувствительного материала, меняющий свой объем при тепловом воздействии, при этом дополнительный нажимной элемент выполнен в виде капроновых гранул, стержней и т.п. элементов, или в виде эластичных ампул, заполненных легко расширяющейся или легкокипящей жидкостью, или в виде биметаллической шайбы, или втулки, изготовленной из материалов, обладающих эффектом памяти, например из нитинола. При пропускании сальником горячей воды дополнительный нажимной элемент, нагреваясь, увеличивается в объеме, и набивка с большим усилием прижимается к упомянутому элементу (описание изобретения к патенту РФ №2155895, F16J 15/18, 2000).

К недостаткам данной конструкции относятся снижение эффективность и надежности при эксплуатации из-за изнашивания трущихся поверхностей сальника в зоне их контакта с вращающимся валом или штоком, совершающим возвратно-поступательные осевые движение, так как дополнительный нажимной элемент не позволяет регулировать силу прижатия поверхностей сальника к валу или штоку.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является сальниковое уплотнение, содержащее корпус с сальниковой камерой, в которой размещена мягкая набивка, охватывающая подвижный уплотняемый элемент и поджатая нажимным элементом, при этом в сальниковой камере дополнительно расположен нажимной элемент, изменяющий свою форму при тепловом воздействии, где в боковой стенке сальниковой камеры выполнена кольцевая полость, к которой подведен патрубок с вентилем, установленным снаружи сальникового уплотнения, при этом кольцевая полость герметично закрыта дополнительным нажимным элементом, представляющим собой кольцевую эластичную мембрану (Патент РФ №167796, МПК: F16J 15/18, опубл. 10.01.2017 г.).

К недостаткам данной конструкции относится необходимости подавать через патрубок с вентилем в кольцевую полость под давлением воздух или воду, для создания радиального усилия, что для реализации требует установки компрессора или насоса, что трудно реализуемо в масштабах производства, возможность просачивания воздуха или воды под давлением через поры кольцевой эластичной мембраны в объем мягкой набивки, а также необходимость выполнения сальниковой камеры из коррозионностойких материалов, что в совокупности снижает эффективность и надежность сальникового уплотнения при эксплуатации.

Техническим результатом предлагаемой конструкции сальникового уплотнения является повышение эффективности и надежности его эксплуатации.

Поставленный технический результат достигается тем, что сальниковое уплотнение, содержащее корпус сальниковой камеры с кольцевой полостью, мягкую набивку, эластичную мембрану, нажимной элемент, причем нажимные элементы выполнен в виде равномерно распределенных по окружности подпружиненных шпилек, а эластичная мембрана армирована сетчатой сердцевиной, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти.

Исполнение нажимного элемента в виде подпружиненной шпильки позволит создавать необходимое осевое воздействие на мягкую набивку, а также производить эти операции без внешнего воздействия в процессе эксплуатации, что позволит более продолжительное время поддерживать работоспособность сальникового уплотнения, а следовательно, повысит эффективность его использования.

Исполнение эластичной мембраны с армированной сетчатой сердцевиной, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти, позволит выравнивать коэффициент бокового давления в радиальном направлении, в виду его максимального воздействия в средней области и снижением к крайним точкам мембраны, за счет принятия поверхности мембраны криволинейной формы изогнутой к уплотняемому элементу. Это позволит достичь одинаковых значений бокового давления во всех точках контакта набивки с уплотняемым элементом, выронить значения коэффициента бокового давления по всей площади поверхности уплотнения, что позволит увеличить время использования сальникового уплотнения, повысить его надежность и эффективность его использования в целом.

Материалы, обладающие эффектом памяти, известны. Это может быть нержавеющая сталь 12X18H10T, никель-алюминиевый сплав NuAl (36,8% Al), сплав меди-алюминия и никеля, сплав марганца и никеля, а также титано-никелевый сплав, изменяющие свою форму при температурах от 100°С до 270°С (Физические эффекты в машиностроении. Справочник / Под общей редакцией В.А. Лукьянец. - М.: Машиностроение 1993, с. 150-152.)

На фиг. 1 представлен главный вид предлагаемой конструкции сальникового уплотнения, а на фиг. 2 - увеличенный вид А.

Сальниковое уплотнение состоит из корпуса 1 сальниковой камеры, в котором размещена мягкая набивка 2. Внутри корпуса 1 осесимметрично с сальниковой камерой установлен подвижный уплотняемый элемент 3 (вал или шток). Сверху над корпусом 1 сальниковой камеры установлены нажимные элементы, состоящие из нажимной втулки 4, опорных шайб 5, гайки 6, шпильки 7 и пружины 8. Нажимные элементы равномерно распределены по окружности корпуса 1 сальниковой камеры и соединен с ним через шпильки 7 посредством резьбового соединения. Корпус 1 выполнен с кольцевой полостью 9, к которой герметично прикреплена кольцевая эластичная мембрана 10 с армированной сетчатой сердцевиной, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти.

Работа сальникового уплотнения осуществляется следующим образом.

Перед началом работы гайки 6 нажимных элементов закручиваются с необходимым усилием, определенным расчетно.

Включают привод, который передает движение на подвижный уплотняемый элемент 3 (вращает вал или совершает возвратно-поступательное движение штока). За счет подвижности уплотняемого элемента 3 происходит его нагревание, а также нагревание корпуса 1 сальниковой камеры и набивки 2, которая истирается о поверхность подвижного уплотняемого элемента 3 и постепенно теряет свои рабочие свойства, связанные с герметизацией этой поверхности. В связи с этим мягкая набивка 2 начинает движение в осевом и радиальном направлении. В осевом направлении набивка 2 начинает воздействовать на нажимную втулку 4, которая воздействуя на шайбы 5, начинает скручивать пружины 8, что приводит к закручиванию гаек 6, по обратной резьбе шпильки 7. В радиальном направлении воздействие идет на кольцевую эластичную мембрану 10 с армированной сетчатой сердцевиной, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти, которая, в свою очередь, за счет мартенситного превращения, происходящего из-за нагревания элементов находящихся в корпусе 1, принимает криволинейную дугообразную форму в направлении уплотняемого элемента 3. Переходя в рабочее состояние, мембрана 10 оказывает воздействие в радиальном направлении, что приводит к выравниванию коэффициента бокового давления, который создается нажимным элементом по всей площади контакта набивки 2 и уплотняемого элемента 3.

Таким образом, использование сальникового уплотнения, содержащего корпус сальниковой камеры с кольцевой полостью, мягкую набивку, нажимные элементы, выполненные в виде равномерно распределенных по окружности подпружиненных шпилек, эластичную мембрану, армированную сетчатой сердцевиной, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти, позволяет повысить эффективность и надежность его эксплуатации.

Claims (1)

1. Сальниковое уплотнение, содержащее корпус сальниковой камеры с кольцевой полостью, мягкую набивку, эластичную мембрану, нажимной элемент, отличающееся тем, что нажимные элементы выполнены в виде равномерно распределенных по окружности подпружиненных шпилек, а эластичная мембрана армирована сетчатой сердцевиной, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти.