Способ уплотнения движущихся элементов и устройство для его осуществления

(51) 16 15/16 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения движущихся элементов с различным профилем прижимных поверхностей. Для решения технической задачи - создания нового способа уплотнения движущихся элементов и устройства для его осуществления,обеспечивающих повышение эффективности и надежности уплотнения,повышение КПД устройств,использующих предлагаемое изобретение, - в способе уплотнения движущихся элементов,заключающимся в том,что уплотнение осуществляют с помощью установки между движущимися элементами контактного упругого уплотнительного средства, в качестве контактного упругого уплотнительного средства используют многослойное уплотнительное средство, имеющее количество слоев не более шести, образованное упругими лентами из прочного материала, например из металла. Устройство,осуществляющее указанный выше способ уплотнения движущихся элементов, содержит термостатирующий аппарат,нагнетатель и в качестве контактного упругого уплотнительного средства содержит многослойное уплотнительное средство, имеющее количество слоев не более шести, образованное упругими лентами из прочного материала, например из металла. Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения движущихся элементов с различным профилем прижимаемых поверхностей. Различают уплотнения соединений с неподвижным контактом (прокладки, пластины и др.), с подвижным контактом (сальники и др.) и бесконтактные (например, лабиринтные) 1. Известен способ уплотнения движущихся элементов, реализуемый в винтовых забойных двигателях,согласно которому уплотнение осуществляют с помощью установки между металлическим ротором и статором обкладки из эластомера, например из резины, с внутренней винтовой поверхностью, при этом обкладку закрепляют на статоре 2. Известен способ уплотнения движущихся элементов, реализуемый в винтовом забойном двигателе,согласно которому уплотнение осуществляют с помощью установки между ротором и статором обкладки из эластомера,например из резины, нанесенную на металлический остов ротора 3. Наиболее близким аналогом является способ уплотнения движущихся элементов, реализуемый в роторно-винтовом гидравлическом двигателе,согласно которому уплотнение осуществляют с помощью установки между ротором и статором эластичной оболочки, например из резины,скрепленной на статоре и закрепленной на роторе с возможностью вращения ротора относительно нее 4. Вышеприведенные известные способы уплотнения движущихся элементов, реализуемые в винтовых забойных двигателелях 2, винтовом забойном двигателе 3,роторно-винтовом гидравлическом двигателе 4, хотя и явно не указаны в источниках информации 2-4, но они из них следует, становятся известными , раскрываются в той части, где описывается работа (действие) этих устройств. Эти способы лежат в основе принципа работы рассматриваемых устройств. Из того же источника 2 известно устройство для уплотнения движущихся элементов,применяемое в винтовых забойных двигателях, в которых в качестве контактного упругого уплотнительного средства между металлическим ротором и статором используют обкладку из эластомера, например из резины, с внутренней винтовой поверхностью, закрепленную на статоре. Из того же источника 3 известно устройство для уплотнения движущихся элементов,применяемое в винтовом забойном двигателе, в котором в качестве контактного упругого уплотнительного средства между ротором и статором используют обкладку из эластомера,например из резины, нанесенную на металлический остов ротора. Наиболее близким аналогом является известное из того же источника 4 устройство, применяемое в роторно-винтовом гидравлическом двигателе, в котором в качестве контактного упругого уплотнительного средства между ротором и статором используют эластичную оболочку,например из резины, скрепленную на статоре и закрепленную на роторе с возможностью вращения ротора относительно нее. Во всех этих известных объектах эластомеррезина имеет такие неэффективные физикомеханические показатели, например, в сравнении со сталью, как высокий коэффициент трения для пары резина-сталь, низкий предел прочности, низкую теплостойкость 5, 6. Из-за неэффективных физико-механических показателей резины известные объекты имеют общие недостатки используемые в них уплотнительные средства характеризуются повышенным износом, пониженной прочностью,пониженной теплостойкостью,не широким диапазоном температур и давлений для эксплуатации,невозможностью эффективного управления температурой уплотнительного средства для постоянного поддержания его рабочей температуры,исключения его перегрева,приводящего к разрушению резины,невозможностью эффективного управления прижимным давлением уплотнительного средства для постоянного поддержания надежной герметизации в местах контакта использование резины для уплотнения движущихся элементов в устройствах снижает эффективность и надежность герметизации, снижает КПД устройств. Технической задачей изобретения является создание нового способа уплотнения движущихся элементов и устройства для его осуществления,устраняющих указанные недостатки известных объектов,обеспечивающих повышение эффективности и надежности уплотнения,повышение КПД устройств,использующих предлагаемое изобретение. Для решения данной технической задачи в способе уплотнения движущихся элементов,заключающимся в том,что уплотнение осуществляют с помощью установки между движущимися элементами контактного упругого уплотнительного средства, в качестве контактного упругого уплотнительного средства используют многослойное уплотнительное средство, имеющее количество слоев не более шести, образованное упругими лентами из прочного материала, например из металла,способными под усилием деформироваться в подобие к форме прижимаемых частей, организуют посредством охлаждающей среды поддержку рабочей температуры в многослойном уплотнительном средстве и передачу управляемого давления на прижимаемые части движущегося элемента. Поддерживают рабочую температуру многослойного уплотнительного средства, организуя подачу охлаждающей среды одним из следующих вариантов. Поддерживают рабочую температуру многослойного уплотнительного средства,организуя подачу охлаждающей среды сразу через все слои. Поддерживают рабочую температуру многослойного уплотнительного средства,организуя подачу охлаждающей среды последовательно от слоя к слою. Поддерживают рабочую температуру многослойного уплотнительного средства,организуя два изолированных потока двух охлаждающих сред таким образом, что среды двигаются в соседних слоях последовательно,чередуясь друг с другом, по петлеобразным траекториям. В случае использования одной охлаждающей среды в качестве охлаждающей среды используют жидкость или газ, в случае использования двух охлаждающих сред используют пару сред или жидкость-жидкость, или жидкость-газ, или газ-газ. Создают прижимное давление 1 в пределах Р 21 Р 3 , где Р 2 - давление в изолируемой зоне, Р 3 давление,отвечающее пределу упругой деформации ленты. Устройство для осуществления предлагаемого способа уплотнения движущихся элементов,включающее контактное упругое уплотнительное средство, содержит термостатирующий аппарат,нагнетатель и в качестве контактного упругого уплотнительного средства содержит многослойное уплотнительное средство, имеющее количество слоев не более шести, образованное упругими лентами из прочного материала, например из металла, способными под усилием деформироваться в подобие к форме прижимаемых частей, у которого в зазорах между слоями упругие ленты подпружинены и у которого противоположные боковые торцы лент герметично закреплены к боковым упругим подвижным пластинам,противоположные концевые торцы лент скреплены с концевыми упругими подвижными пластинами,при этом упругие подвижные пластины снабжены соответствующими отверстиями в зависимости от организации движения охлаждающей среды. Предусматриваются следующие варианты выполнения отверстий. Только концевые упругие подвижные пластины,на которых закреплены концевые торцы лент,снабжены отверстиями для движения охлаждающей среды. Отверстиями для движения охлаждающей среды снабжены боковые и концевые упругие подвижные пластины, на которых закреплены торцы лент. Для случая использования одной охлаждающей среды - жидкости или газа -устройство содержит термостатирующий аппарат и нагнетатель, для случая использования двух охлаждающих сред - или пары жидкость-жидкость, или пары жидкость-газ,или пары газ-газ - устройство содержит нагнетатель и термостатирующий аппарат для каждой среды в отдельности. На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации изобретения в случае использования одной охлаждающей среды и подачи охлаждающей среды сразу через все слои. На фиг. 2 представлена схема устройства для реализации изобретения в случае использования двух охлаждающих сред и подачи охлаждающих сред в перекрестных направлениях. На фиг. 3 представлена схема части устройства для реализации изобретения -вид сверху. Кроме того, сущность изобретения поясняется достаточными для понимания графическими материалами в виде схем, описывающих часть устройства с четырех-слойным уплотнительным средством в случае подачи охлаждающей среды сразу через все слои (фиг.4 - фронтальный разрез), в случае подачи охлаждающей среды последовательно от слоя к слою (фиг.5 фронтальный разрез). Устройство для уплотнения движущихся элементов 1 имеет термостатирующий аппарат 2,нагнетатель 3, четырехслойное уплотнительное средство 4, содержащее упругие ленты 5, пружинки 6, пластинки 7. Изобретение реализуется следующим образом. Устанавливают между движущимися элементами 1 многослойное уплотнительное средство 4, содержащее упругие ленты 5 и пружинки 6 между ними для обеспечения свободного прохождения охлаждающей среды, у которого торцы лент 5 скреплены на пластинки 7 с возможностью движения этих концов в одной движущейся плоскости для повышения эффективности прогиба лент, их прижатия к прижимным поверхностям. Поддерживают рабочую температуру многослойного уплотнительного средства 4, организуя подачу охлаждающей среды одним из вышеуказанных вариантов с использованием соответствующего вида устройства,в котором упругие подвижные пластины 7 снабжены соответствующими отверстиями в зависимости от организации движения охлаждающей среды. Посредством термостатирующего аппарата 2 и нагнетателя 3 осуществляют подачу и циркуляцию охлаждающей среды в многослойное уплотнительное средство 4,поддерживают рабочую температуру и передают прижимное давление на крайнюю ленту 5,контактирующую с движущим элементом 1. При этом создают прижимное давление 1 в пределах Р 21 Р 3 . Указанный диапазон давлений обосновывается тем, что при 1 Р 2 давление в изолируемой зоне пересиливает прижимное и происходит разгерметизация, а при Р 1 Р 3 для металлической ленты кончается область упругих деформаций и развивается пластическая деформация, что также приводит к разгерметизации. Для случая использования одной охлаждающей среды - жидкости или газа -устройство содержит термостатирующий аппарат и нагнетатель, для случая использования двух охлаждающих сред - или пары жидкость-жидкость, или пары жидкость-газ,или пары газ-газ - устройство содержит нагнетатель и термостатирующий аппарат для каждой среды в отдельности. На основе практических экспериментов по отработке термостатирования многослойного уплотнительного средства с целью поддержания его рабочей температуры целесообразно ограничить количество слоев числом не более шести, поскольку при количестве слоев более шести эффективность теплообмена,связанного с уплотнительным средством, повышается незначительно, в частности,за единицу времени температура крайней контактирующей ленты понижается значительно медленней, чем в случае числа слоев не более шести. Предлагаемое изобретение может быть использовано для уплотнения движущихся элементов с различным профилем прижимаемых поверхностей из-за повышенной управляемой гибкости ленты, ее прочности и возможности создания управляемого прижимного давления в широком диапазоне. Источники информации 1. Новый политехнический словарь / Главный редактор А.Ю. Ишлинский. -Москва Научное издательство Большая Российская энциклопедия,2000. - с. 569. 2. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели Справочное пособие- М. ОАО Издательство Недра, 1999, с. 375. 3. Патент 2011778, МКП Е 21 В 4/02 от 30.04.1994. 4. Патент 2119035, МКП Е 21 В 4/02 от 20.09.1998. 5. Патент 2145012, МКП 16 15/00 от 27.01.2000. 6. Химический энциклопедический словарь / Главный редактор И.Л. Кнунянц. -Москва Советская энциклопедия, 1983. - с. 791. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ уплотнения движущихся элементов,заключающийся в том,что уплотнение осуществляют с помощью установки между движущимися элементами контактного упругого уплотнительного средства, отличающийся тем, что в качестве контактного упругого уплотнительного средства используют многослойное уплотнительное средство, имеющее количество слоев не более шести, образованное упругими лентами из прочного материала, например, металла, способными под усилием деформироваться в подобие к форме прижимаемых частей, организуют посредством охлаждающей среды поддержку рабочей температуры в многослойном уплотнительном средстве и передачу давления на прижимаемые части движущегося элемента. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддерживают рабочую температуру многослойного уплотнительного средства, организуя подачу охлаждающей среды сразу через все слои. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддерживают рабочую температуру многослойного уплотнительного средства, организуя подачу охлаждающей среды последовательно от слоя к слою. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддерживают рабочую температуру многослойного уплотнительного средства,организуя два изолированных потока двух охлаждающих сред таким образом, что среды двигаются в соседних слоях последовательно, чередуясь друг с другом, по петлеобразным траекториям. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае использования одной охлаждающей среды в качестве охлаждающей среды используют жидкость или газ, в случае использования двух охлаждающих сред используют пару сред или жидкость-жидкость,или жидкость-газ, или газ-газ. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что создают прижимное давление 1 в пределах Р 21 Р 3 , где Р 2 - давление в изолируемой среде, Р 3 давление, отвечающее пределу упругой деформации ленты. 7. Устройство для осуществления способа уплотнения движущихся элементов, включающее контактное упругое уплотнительное средство,отличающееся тем,что оно содержит термостатирующий аппарат, нагнетатель и в качестве контактного упругого уплотнительного средства содержит многослойное уплотнительное средство, имеющее количество слоев не более шести, образованное упругими лентами из прочного материала, например, металла, способными под усилием деформироваться в подобие к форме прижимаемых частей, у которого в зазорах между слоями упругие ленты подпружинены и у которого противоположные боковые торцы лент герметично закреплены к упругим подвижным пластинам,противоположные концевые торцы лент скреплены с концевыми упругими подвижными пластинами,при этом упругие подвижные пластины снабжены соответствующими отверстиями в зависимости от организации движения охлаждающей среды. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что только концевые упругие подвижные пластины, на которых закреплены концевые торцы лент,снабжены отверстиями для движения охлаждающей среды. 9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что боковые и концевые упругие подвижные пластины,на которых закреплены торцы лент, снабжены отверстиями для движения охлаждающей среды. 10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что для случая использования одной охлаждающей среды - жидкости или газа - устройство содержит термостатирующий аппарат и нагнетатель, для случая использования двух охлаждающих сред - или пары жидкость-жидкость, или пары жидкость-газ,или пары газ-газ - устройство содержит нагнетатель и термостатирующий аппарат для каждой среды в отдельности.