Поршень с уплотнением, прижимаемым давлением внутренней камеры поршня (варианты) - RU2661224C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится в целом к поршневым приводам и, в частности, к поршням.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Поршневой привод обычно содержит поршень, расположенный внутри цилиндра. Поршневой привод может быть одностороннего действия или двустороннего действия. Если поршневой привод является приводом одностороннего действия, то поршневой привод может использовать жидкость для перемещения поршня в одном направлении, и пружина может возвращать поршень в безопасное положение, такое как, например, закрытое положение или открытое положение. Если поршневой привод является приводом двустороннего действия, то поршневой привод может использовать жидкость для перемещения поршня в любом из двух направлений.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В данном документе описаны поршни. Примерное устройство содержит поршень, образующий камеру, и кольцевую канавку, сообщающуюся с камерой. По меньшей мере часть камеры должна быть в основном заполнена жидкостью. Примерное устройство также содержит поршневое кольцо, расположенное в камере, и канавку. Жидкость предназначена для приложения первого давления к поршневому кольцу, с тем чтобы поршневое кольцо прилагало второе давление к стенке цилиндра. Второе давление должно быть больше, чем первое давление.

[0004] Другое примерное устройство, описанное в данном раскрытии, содержит поршень, образующий камеру с жидкостью и кольцевую канавку, сообщающуюся с камерой для жидкости. Первое уплотнение расположено в камере для жидкости. Второе уплотнение расположено в канавке и функционально связано с первым уплотнением. Первое уплотнение предназначено для обеспечения жидкостного уплотнения со стороны поршня, а второе предназначено для обеспечения жидкостного уплотнения со стороны стенки цилиндра.

[0005] Другое примерное устройство, описанное в данном раскрытии, содержит поршень, содержащий первую торцевую часть на расстоянии от второй торцевой части для образования камеры для жидкости. Примерное устройство также содержит поршневое кольцо, расположенное между первой торцевой частью и второй торцевой частью поршня для формирования первой области в камере для жидкости и второй области в камере для жидкости. Первая область будет в основном наполнена жидкостью. Первая часть поршневого кольца предназначена для обеспечения жидкостного уплотнения со стороны первой торцевой части поршня и второй торцевой части поршня. Вторая часть поршневого кольца предназначена для обеспечения жидкостного уплотнения со стороны стенки цилиндра.

[0006] Свойства, функции и преимущества, которые были обсуждены, могут достигаться независимо в различных примерах, или могут быть объединены в других примерах, дополнительные детали которых можно увидеть со ссылкой на последующее описание и графические материалы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0007] На Фиг. 1 проиллюстрирован примерный поршень, описанный в данном раскрытии.

[0008] Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном сечении примерного поршня по Фиг. 1.

[0009] На Фиг. 3 проиллюстрирован другой вид в поперечном сечении примерного поршня по Фиг. 1 и 2.

[0010] Фиг. 4 представляет собой вид в поперечном сечении примерного поршня по Фиг. 1-3 в увеличенном масштабе.

[0011] На Фиг. 5 проиллюстрирован примерный поршень по Фиг. 1-4, связанный с резервуаром для жидкости.

[0012] Везде, где это возможно, будут использоваться одинаковые ссылочные номера на фигуре (фигурах) и сопровождающих описаниях для обозначения одинаковых или подобных частей. Как используется в данном раскрытии, основываясь на том, что какая-либо часть (например, слой, пленка, область или пластина) в любом случае расположена на (например, расположена на, находится на, размещена на или образована на и т.д.) другой части, означает, что часть, на которую дается ссылка, либо в контакте с другой частью, либо что часть, на которую дается ссылка, находится над другой частью с одной или более промежуточными частями, расположенными между ними. Основываясь на том, что любая часть находится в контакте с другой частью, следует понимать, что между двумя частями нет промежуточной части.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] В данном раскрытии описаны поршни. Примерный поршень, описанный в данном раскрытии, может формировать камеру для жидкости и кольцевую канавку, связанную с камерой для жидкости. В некоторых примерах поршневое кольцо расположено между двумя концевыми частями поршня. Первая часть поршневого кольца может быть расположена в камере для жидкости, а вторая часть поршневого кольца может быть расположена в канавке. В некоторых примерах первая часть поршневого кольца образует жидкостные уплотнения со стороны двух концевых частей поршня, чтобы сформировать первую зону в камере для жидкости. Жидкость в первой области камеры для жидкости может оказать давление на первую часть поршневого кольца. В результате, вторая часть поршневого кольца может оказывать второе давление на стенку цилиндра, чтобы образовать жидкостное уплотнение со стороны стенки цилиндра. Второе давление может быть больше, чем первое давление. В некоторых примерах перепад давления обеспечивается на первой части поршневого кольца, с тем чтобы сделать возможной передачу усилия от первой части поршневого кольца на вторую часть поршневого кольца.

[0014] В некоторых примерах первая часть поршневого кольца является первым уплотнительным кольцом, а вторая часть поршневого кольца является вторым уплотнительным кольцом. Первое уплотнительное кольцо может иметь первый размер поперечного сечения, который больше, чем второй поперечный размер второго уплотнительного кольца. В некоторых примерах первое уплотнительное кольцо находится в контакте со вторым уплотнительным кольцом с возможностью функционального соединения первого уплотнительного кольца и второго уплотнительного кольца.

[0015] На Фиг. 1 проиллюстрирован примерный поршень 100, описанный в данном раскрытии. Примерный поршень 100 может быть расположен в цилиндре 302 (Фиг. 3) привода одностороннего действия, двустороннего действия и/или любого другого типа поршневого привода для работы с одним или более устройствами, такими как, например, клапан. Примерный поршень 100 может приводиться в движение с помощью любой подходящей жидкости, такой как, например, масло, вода, воздух и т.д., расположенной на первой стороне 102 поршня и/или второй стороне 104 поршня.

[0016] Примерный поршень 100 содержит первую торцевую часть 106, соединенную со второй торцевой частью 108. В проиллюстрированном примере поршневое кольцо 110 расположено между первой торцевой частью 106 и второй торцевой частью 108. Во время работы примерного поршня 100 поршневое кольцо 110 образует жидкостное уплотнение со стороны стенки 312 (Фиг. 3) цилиндра 302. Таким образом, примерное поршневое кольцо 110 в основном предотвращает вытекание жидкости из первой стороны 102 поршня 100 на вторую сторону 104 поршня 100 и/или со второй стороны 104 поршня 100 на первую сторону 102 поршня 100. Хотя примерный поршень 100 по Фиг. 1 содержит одно поршневое кольцо 110, другие примеры содержат другие количества (например, 2, 3, 4 и т.д.) поршневых колец.

[0017] Фиг. 2 является видом поперечного сечения в перспективе примерного поршня 100 по Фиг. 1. Примерный поршень 100 формирует камеру 200 для жидкости и кольцевую канавку 202, сообщающуюся с камерой 200 для жидкости. В проиллюстрированном примере первая торцевая часть 106 расположена на некотором расстоянии от второй торцевой части 108 через прокладочное кольцо 204, чтобы сформировать канавку 202 и жидкостную камеру 200 между первой торцевой частью 106 и второй торцевой частью 108. Примерное прокладочное кольцо 204 расположено внутри камеры 200 для жидкости и проходит от первой торцевой части 106 ко второй торцевой части 108. В других примерах, первая торцевая часть 106 может быть соединена со второй торцевой частью 108 с помощью множества прокладочных колец, одного или более механических крепежных изделий (например, болтов) и/или любого другого подходящего способа.

[0018] На Фиг. 3 проиллюстрирован другой вид в поперечном сечении примерного поршня 100 по Фиг. 1 и 2, который используется в приводе двустороннего действия 300. Примерный поршень 100 расположен в цилиндре 302. Первый шток 304 соединен с первой стороной 102 поршня 100. Второй шток 306 соединен со второй стороной 104 поршня 100. В других примерах поршень 100 может быть соединен с одним штоком.

[0019] Примерное поршневое кольцо 110 содержит первую часть 308, расположенную в камере 200 для жидкости, и вторую часть 310, расположенную в канавке 202, примыкающей к стенке 312 цилиндра 302. Первая часть 308 примерного поршневого кольца 110 образует жидкостные уплотнения со стороны первой торцевой части 106 и второй торцевой части 108 поршня 100, чтобы дать возможность первой области 314 камеры 200 для жидкости быть в основном наполненной жидкостью и находиться под давлением, создаваемым с помощью жидкости. Как описано более подробно ниже, первое давление жидкости в первой области 314 прикладывается к первой части 308 поршневого кольца 110 и дает возможность второму участку 310 поршневого кольца 110 образовать жидкостное уплотнение со стороны стенки 312 цилиндра 302. В проиллюстрированном примере первая область 314 формируется первой торцевой частью 106 поршня 100, второй торцевой частью 108 поршня 100 и стороной внутреннего диаметра 316 первой части 308 поршневого кольца 110.

[0020] В некоторых примерах жидкость подавалась в первую область 314 камеры 200 для жидкости во время работы привода 300 для создания давления в первой области 314. В проиллюстрированном примере первая область 314 камеры 200 для жидкости снабжается жидкостью через внутреннюю полость цилиндра 302, чтобы заполнить первую область 314 жидкостью и/или увеличить давление в первой области 314 до значения первого давления. Примерная первая торцевая часть 106 поршня 100 формирует первое окно 318 в сообщении по жидкости с первой областью 314 и цилиндром 302. Примерная вторая торцевая часть 108 поршня 100 формирует второе окно 320 в сообщении по жидкости с первой областью 314 и цилиндром 302. Первый обратный клапан 322 расположен в первом окне 318, и второй обратный клапан 324 расположен во втором окне 320. В других примерах поршень 100 содержит другое количество обратных клапанов (например, 1, 3, 4 и т.д.) в связи с первой областью 314 и цилиндром 302. В проиллюстрированном примере первый обратный клапан 322 и/или второй обратный клапан 324 дает возможность жидкости перетекать из цилиндра 302 в первую область 314, если первое давление в первой области 314 находится ниже нижнего порогового давления и/или если давление жидкости в цилиндре 302 выше верхнего порогового давления. Таким образом, давление жидкости, которая используется для приведения в действие поршня 100, может быть использовано для создания такого давления в первой области 314, которое даст возможность поршневому кольцу 110 образовать жидкостное уплотнение со стороны стенки 312 цилиндра 302.

[0021] В некоторых примерах первая область 314 камеры 200 для жидкости находится под давлением до начала работы. Поршень 100 может находиться под давлением до начала работы с помощью в основном заполнения первой области 314 жидкостью во время изготовления и/или сборки примерного поршня 100. После того как поршневое кольцо 110 расположено между первой торцевой частью 106 и второй торцевой частью 108 поршня 100 и в первой области 314 создано давление с помощью жидкости, поршень 100 может быть затем собран с цилиндра, штока, и/или любого другого компонента (компонентов) привода.

[0022] Фиг. 4 представляет собой вид в поперечном сечении примерного поршневого кольца 110 по Фиг. 1-3 в увеличенном масштабе. В проиллюстрированном примере поршень 100 является в основном дискообразным и первая часть 308 поршневого кольца 110 является первым уплотнительным кольцом 400, а вторая часть 310 поршневого кольца 110 является вторым уплотнительным кольцом 402. В других примерах поршень 100 имеет другие формы (например, прямоугольную, треугольную, шестиугольную, продолговатую и т.д.), и первая часть 308 и вторая часть 310 поршневого кольца 110 имеют форму (например, прямоугольную, треугольную и т.д.) в основном соответствующую форме поршня 100. В проиллюстрированном примере первое уплотнительное кольцо 400 находится в контакте со вторым уплотнительным кольцом 402 с возможностью функционального соединения первого уплотнительного кольца 400 и второго уплотнительного кольца 402. Первое уплотнительное кольцо 400 и второе уплотнительное кольцо 402, проиллюстрированные на Фиг. 4, являются в основном концентрическими. В некоторых примерах реализации первая часть 308 и вторая часть 310 поршневого кольца 110 являются встроенными (например, поршневое кольцо 110 является одиночным уплотнительным кольцом или другим элементом). В других примерах поршневое кольцо 110 содержит три или более дискретных уплотнительных кольца. В проиллюстрированном примере первое уплотнительное кольцо 400 имеет первый размер поперечного сечения (например, диаметр поперечного сечения), а второе уплотнительное кольцо 402 имеет второй размер в поперечном сечении, который меньше первого размера поперечного сечения. Первое уплотнительное кольцо 400 и/или второе уплотнительное кольцо 402 могут иметь любую подходящую форму поперечного сечения (например, круглую, шестиугольную, прямоугольную и т.д.).

[0023] Примерное первое уплотнительное кольцо 400 расположено между первой торцевой частью 106 и второй торцевой частью 108 поршня 100 и примыкает к канавке 202. В проиллюстрированном примере первое уплотнительное кольцо 400 и второе уплотнительное кольцо 402 имеют закругленные формы поперечного сечения и поршень 100 формирует камеру 200 для жидкости, имеющую в основном прямые углы 404 и 406, смежные с канавкой 202. В результате, поршневое кольцо 110 и первая торцевая часть 106 поршня 100 образуют вторую область 408 в камере 200 для жидкости, прилегающую к одному из углов 404. Поршневое кольцо 110 и вторая торцевая часть 108 поршня 100 формируют третью область 410 в камере 200 для жидкости между поршневым кольцом 110 и другим из углов 406.

[0024] В некоторых примерах жидкость в основном удалена из (например, слита, высвобождена, отведена и т.д.) второй области 408 и/или третьей области 410. Таким образом, давление во второй области 408 и/или третьей области 410 может быть в основном атмосферное. В некоторых примерах, жидкость может заполнить некоторые или все области из второй 408 и/или третьей области 410. Таким образом, жидкость может быть расположена в камере 200 для жидкости на стороне внутреннего диаметра 316 первого уплотнительного кольца 400 и на стороне внешнего диаметра 412 первого уплотнительного кольца 400. Давление жидкости во второй области 408 и в третьей области 410 меньше, чем первое давление жидкости в первой области 314, что обеспечивает перепад давления на первом уплотнительном кольце 400. В показанном примере первый перепускной клапан 414 расположен в третьем окне 416, которое формируется первой концевой частью 106 поршня 100. Первый перепускной клапан 414 находится в сообщении по жидкости со второй областью 408, чтобы контролировать давление жидкости во второй области 408. Второй перепускной клапан 418 расположен в четвертом окне 420, которое формируется второй концевой частью 108 поршня 100. Второй перепускной клапан 418 находится в сообщении по жидкости с третьей областью 410 для регулирования давления жидкости в третьей области 410. В некоторых примерах первый перепускной клапан 414 и/или второй перепускной клапан 418 находятся в связи с областью низкого давления цилиндра 102 (например, область в цилиндре 302, в том числе жидкость, которая не используется для приведения в действие поршня 100). В результате разности давлений между первой областью 314 и второй с третьей областями 408 и 410, усилие, приложенное жидкостью в первой области 314 к первому уплотнительному кольцу 400, передается на второе уплотнительное кольцо 402. Когда сила прикладывается ко второму уплотнительному кольцу 402, второе уплотнительное кольцо 402 оказывает усилие на стенку 312 цилиндра 302, для того чтобы образовать жидкостное уплотнение со стороны стенки 312 цилиндра 302. Поскольку размер поперечного сечения второго уплотнительного кольца 402 меньше, чем размер поперечного сечения первого уплотнительного кольца 400, второе уплотнительное кольцо 402 прикладывает второе давление к стенке 312 цилиндра 302, которое больше, чем первое давление, приложенное к первому уплотнительному кольцу 400 с помощью жидкости в первой области 314.

[0025] Значение второго давления является функцией перепада давления на первом уплотнительном кольце 400, размера поперечного сечения первого уплотнительного кольца 400, и размера в поперечном сечении второго уплотнительного кольца 402. Таким образом, первое давление, давление во второй области 408 и в третьей области 410 и/или размеры поршневого кольца 110 могут быть выбраны для того, чтобы дать возможность поршневому кольцу 110 прикладывать требуемые значения второго давления к стенке 312 цилиндра. В некоторых примерах требуемое значение второго давления является минимальным давлением, необходимым для формирования жидкостного уплотнения ("уплотняющее давление") со стороны стенки 312 цилиндра с помощью второго уплотнительного кольца 402. Таким образом, перепад давления на первом уплотнительном кольце 400 и/или размеры поршневого кольца 110 могут быть выбраны таким образом, что второе давление в основном равно уплотняющему давлению, тем самым сводя к минимуму износ поршневого кольца 110 в результате действия второго давления второго уплотнительного кольца 402 со стороны стенки 312 цилиндра 302. В других примерах перепад давления и/или размеры поршневого кольца 110 могут быть выбраны таким образом, чтобы второе давление было больше, чем уплотняющее давление.

[0026] На Фиг. 5 проиллюстрирован другой примерный способ создания давления в камере 200 примерного поршня 100. В проиллюстрированном примере первая область 314 находится под давлением с помощью жидкости 500 из резервуара жидкости 502, расположенного снаружи цилиндра 302. В проиллюстрированном примере поршень 100 не содержит первый обратный клапан 322 и/или второй обратный клапан 324. Жидкость 500 может протекать в первую область 314 через трубопровод 504 (например, напорный трубопровод, шланг и т.п.), имеющий жидкостное соединение с первой областью 314 и резервуаром жидкости 502. В проиллюстрированном примере трубопровод 504 направляется из резервуара 502 для жидкости к поршню 100 через первый шток 304. Жидкость 500 в резервуаре для жидкости 502 может протекать (например, перекачиваться) в первую область 314 и/или создавать давление, чтобы увеличить значение первого давления внутри первой области 314. В некоторых примерах давление жидкости 500 в резервуаре 502 для жидкости контролируется с помощью датчика давления 506, связанного с резервуаром 502 для жидкости. Таким образом, путем регулирования потока жидкости 500 в первую область 314 из резервуара 502 с жидкостью и/или путем регулирования давления жидкости 500 в резервуаре 502 с жидкостью, значение первого давления в первой области 314 может управляться во время работы.

[0027] Несмотря на то что в данном документе описаны определенные примеры способов, устройств и готовых изделий, область действия данного патента ими не ограничивается. Предполагается, что такие примеры являются иллюстративными примерами, не имеющими ограничительного характера. С другой стороны, данный патент покрывает все явно опущенные способы, устройства и готовые изделия в пределах объема прилагаемых пунктов формулы изобретения, как в буквальном смысле, так и с учетом доктрины эквивалентов.

[0028] Реферат в конце данного описания предоставлен для соответствия п. 37 Свода Федеральных Правил §1.72(b), позволяя читателю быстро определить сущность технического раскрытия. Он введен с пониманием того, что не будет применен для интерпретации либо ограничения объема или смысла формулы изобретения.

Реферат

Поршень предназначен для преобразования давления жидкости в возвратно-поступательное движение поршня. Поршень содержит внутреннюю камеру, и кольцевую канавку, сообщающуюся с камерой. По меньшей мере, часть камеры должна быть в основном заполнена жидкостью. Поршень также содержит поршневое кольцо, расположенное в камере и канавке. Жидкость предназначена для приложения первого давления к поршневому кольцу, с тем чтобы поршневое кольцо прилагало второе давление к стенке цилиндра. Второе давление должно быть больше, чем первое давление. Технический результат – повышение надежности уплотнения пары поршень - цилиндр. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула