механическое уплотнение плунжерного насоса

Формула изобретения

1. Механическое уплотнение плунжерного насоса, содержащее корпус с установленными в нем группами уплотнительных колец и эластичную манжету, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена в эластичной втулке, уплотнительные кольца со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно друг друга, при этом уплотнительные кольца установлены парами и в каждой паре колец последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно друг друга направлении, а в каждой группе смежные уплотнительные кольца поджаты друг к другу в осевом направлении, отверстие уплотнительных колец, ограничивающее их внутреннюю цилиндрическую поверхность, выполнено концентрично внешней цилиндрической поверхности, в эластичной втулке выполнены эксцентричные друг другу кольцевые канавки, в каждой из которых установлено уплотнительное кольцо, при этом соседние канавки попарно смещены относительно друг друга в диаметрально противоположном направлении, каждая эластичная втулка с группой уплотнительных колец расположена в стакане из жесткого материала, в днище которого выполнено отверстие, со стороны днища стакана между последним и ближайшим к нему уплотнительным кольцом установлено размещенное в опорном кольце с упором в днище стакана поджимающее уплотнительные кольца в осевом направлении эластичное кольцо, при этом стаканы в осевом направлении поджаты друг к другу со стороны низкого давления посредством упорной втулки, а в радиальном направлении стаканы установлены в корпусе с зазором, величина которого составляет от 0,04 до 0,07 внешнего диаметра стакана.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что в корпусе со стороны внешней поверхности стаканов выполнен канал для подвода смазки, а в упорной втулке выполнен перепускной канал, сообщенный со стороны входа в него с зазором между стаканами и корпусом и со стороны выхода из него с зазором между уплотнительными кольцами и плунжером насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к области нефтяного машиностроения, и может быть использовано в поршневых и плунжерных насосах, предназначенных для перекачивания различного рода жидких сред, в том числе химреагентов и воды, при проведении ремонтных работ на нефтяных и газовых скважинах.

Известно уплотнение штока или поршня, содержащее притертые друг к другу и поджимаемые к штоку в противоположных направлениях кольца из антифрикционного материала, при этом кольца имеют эксцентричные отверстия и установлены в упругой обойме (см. авторское свидетельство СССР 391315, кл. F 16 J 15/26, 25.07.1973).

Однако при перекачке абразивосодержащих жидкостей, например бурового раствора, за счет протока жидкости через щелевой зазор совместно с самопритиркой эксцентричных колец и компенсацией износа будет наблюдаться более интенсивное разрушение поверхностей щелевого зазора за счет эрозионного износа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является механическое уплотнение плунжерного насоса, содержащее корпус с установленными в нем группами уплотнительных колец и эластичную манжету, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена на эластичной втулке, уплотнительные кольца со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно друг друга, при этом уплотнительные кольца установлены парами и в каждой паре колец последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно друг друга направлении, а в каждой группе смежные уплотнительные кольца поджаты друг к другу в осевом направлении (см. патент РФ 2005935, кл. F 16 J 15/00, 15.01.1994).

Однако при повышенных перепадах давлений необходимо использовать соответственно большее количество уплотнительных колец в механическом уплотнении. Но при этом эффективность работы колец снижается. Чем дальше от высокого давления расположено уплотнительное кольцо, тем большая гидравлическая нагрузка действует на него и мешает его самоустановке. Сила трения при этом возрастает, и уплотнительные кольца быстрее изнашиваются.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности работы механического уплотнения путем снижения нагрузки на уплотнительные кольца в осевом направлении и повышения технологичности механического уплотнения.

Указанная задача решается за счет того, что механическое уплотнение плунжерного насоса содержит корпус с установленными в нем группами уплотнительных колец и эластичную манжету, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена в эластичной втулке, уплотнительные кольца со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно друг друга, при этом уплотнительные кольца установлены парами и в каждой паре колец последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно друг друга направлении, а в каждой группе смежные уплотнительные кольца поджаты друг к другу в осевом направлении, при этом отверстие уплотнительных колец, ограничивающее их внутреннюю цилиндрическую поверхность, выполнено концентрично внешней цилиндрической поверхности, в эластичной втулке выполнены эксцентричные друг другу кольцевые канавки, в каждой из которых установлено уплотнительное кольцо, при этом соседние канавки попарно смещены относительно друг друга в диаметрально противоположном направлении, каждая эластичная втулка с группой уплотнительных колец расположена в стакане из жесткого материала, в днище которого выполнено отверстие, со стороны днища стакана между последним и ближайшим к нему уплотнительным кольцом установлено размещенное в опорном кольце с упором в днище стакана и поджимающее уплотнительные кольца в осевом направлении эластичное кольцо, при этом стаканы в осевом направлении поджаты друг к другу со стороны низкого давления посредством упорной втулки, а в радиальном направлении стаканы установлены в корпусе с зазором, величина которого составляет от 0,04 до 0,07 внешнего диаметра стакана.

В корпусе со стороны внешней поверхности стаканов может быть выполнен канал для подвода смазки, а в упорной втулке может быть выполнен перепускной канал, сообщенный со стороны входа в него с зазором между стаканами и корпусом и со стороны выхода из него с зазором между уплотнительными кольцами и плунжером насоса.

Анализ работы механических уплотнений показал, что повышения надежности работы механического уплотнения можно добиться путем выравнивания осевой нагрузки на уплотнительные кольца и обеспечения возможности самоцентрирования установки каждой группы уплотнительных колец относительно плунжера. Выравнивания осевой нагрузки на уплотнительные кольца удалось добиться путем снабжения каждой группы уплотнительных колец своим поджимающим эластичным кольцом. Таким образом, независимо от величины общего перепада давления, воздействующего на механическое уплотнение, в осевом направлении уплотнительные кольца прижаты друг к другу осевой нагрузкой строго определенной величины. Выполнение зазора между стаканами и корпусом облегчает процесс установки каждой группы уплотнительных колец относительно плунжера. Выполнение зазора менее 0,04 величины внешнего диаметра стакана не обеспечивает описанный выше процесс самоустановки каждой группы колец относительно плунжера. Выполнение зазора более 0,07 внешнего диаметра стакана может привести к снижению герметичности механического уплотнения. Это связано с тем, что возможна перетечка перекачиваемой среды из зоны более высокого давления через этот зазор.

В результате достигнуто выполнение поставленной в изобретении задачи - повышение надежности механического уплотнения.

На чертеже представлен продольный разрез механического уплотнения.

Механическое уплотнение плунжерного насоса содержит корпус 1 с установленными в нем группами уплотнительных колец 2 и эластичную манжету 3. Каждая группа уплотнительных колец 2 расположена в эластичной втулке 4. Уплотнительные кольца 2 со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно друг друга, при этом уплотнительные кольца 2 установлены парами и в каждой паре колец 2 последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно друг друга направлении. Кроме того, в каждой группе смежные уплотнительные кольца 2 поджаты друг к другу в осевом направлении. Отверстие уплотнительных колец 2, ограничивающее их внутреннюю цилиндрическую поверхность, выполнено концентрично внешней цилиндрической поверхности уплотнительных колец 2. В эластичной втулке 4 выполнены эксцентричные друг другу кольцевые канавки, в каждой из которых установлено уплотнительное кольцо 2. Соседние канавки попарно смещены относительно друг друга в диаметрально противоположном направлении. Каждая эластичная втулка 4 с группой уплотнительных колец 2 расположена в стакане 5 из жесткого материала, в днище 6 которого выполнено отверстие. Со стороны днища 6 стакана 5 между последним и ближайшим к нему уплотнительным кольцом 2 установлено размещенное в опорном кольце 7 с упором в днище 6 стакана 5 и поджимающее уплотнительные кольца 2 в осевом направлении эластичное кольцо 8. Стаканы 5 в осевом направлении поджаты друг к другу со стороны низкого давления посредством упорной втулки 9, а в радиальном направлении стаканы 5 установлены в корпусе 1 с зазором, величина которого составляет от 0,04 до 0,07 внешнего диаметра стакана 5.

В корпусе 1 со стороны внешней поверхности стаканов 5 выполнен канал 10 для подвода смазки, а в упорной втулке 9 выполнен перепускной канал 11, сообщенный со стороны входа в него с зазором между стаканами 5 и корпусом 1 и со стороны выхода из него с зазором между уплотнительными кольцами 2 и плунжером 12 насоса.

При установке механического уплотнения в корпус 1 уплотнительные кольца 2 прижимаются к уплотняемой поверхности плунжера 12 в тех местах, где ширина уплотнительного кольца 2 вместе с толщиной стенки эластичной втулки 4 максимальна. В местах прижатия колец 2 щелевой зазор равен нулю. С противоположной от точки касания стороны щелевой зазор максимальный. Однако ввиду того, что кольцевые канавки в эластичной втулке 4 выполнены эксцентричными и кольца 2 по торцам плотно прижаты друг к другу и соответствующим образом попарно развернуты относительно одно от другого, между уплотняемой поверхностью плунжера 12 и каждой группой уплотнительных колец 2 образуется сложная лабиринтная щель и, следовательно, большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Гидравлическое сопротивление в зазоре уплотнения возрастает также ввиду того, что поток жидкости, проходя через зазор, многократно меняет свое направление. Размеры зазора в работающем уплотнении постепенно уменьшаются за счет приработки трущихся поверхностей колец 2 и уплотняемой поверхности плунжера 12, при этом происходит автоматическое прижатие трущихся поверхностей и, следовательно, компенсация износа за счет эластичной втулки 4. Таким образом достигается повышенная герметичность уплотнения с одновременным увеличением срока его службы. Кроме того, стоимость изготовления уплотнения снижается по сравнению с уплотнением с эксцентричными кольцами, так как изготовление концентричных колец не требует специальной оснастки. Сборка колец также упрощается, и не требуется фиксация их взаимного расположения, так как они устанавливаются в кольцевые канавки эластичной втулки 4.

Изобретение может применяться в насосах, компрессорах, мешалках, в запорной арматуре, в гидро- и пневмоустройствах и других машинах и аппаратах, работающих под избыточным давлением.