ПОРШЕНЬ Российский патент 2001 года по МПК F16J1/00 

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, гидромашиностроения, а также может найти применение в автомобилестроении.

Известен гидравлический цилиндр домкрата (Авторское свидетельство СССР N 1237621 B 66 F 3/24, F 16 J 15/32, 1988 г.), содержащий шток с поршнем, уплотнения, включающие в себя эластичные манжеты, защитные кольца, направляющую втулку.

Недостатком работы гидравлического цилиндра домкрата является:
1. Давление воздействует не на полную контактную поверхность защитных колец, а только на их острые кромки. В процессе работы защитные кольца подвергаются износу при трении о зеркало цилиндра, что приведет к возникновению зазора, а вместе с ним попаданию абразивных частиц, а в конечном итоге - к потере герметичности поршня.

3. Герметичность достигается за счет эластичной манжеты, расположенной между двумя вспомогательными защитными кольцами, из-за последних и увеличивается длина самого поршня, что требует лишних затрат на его изготовление, либо уменьшение длины эластичной манжеты, вследствие чего происходит быстрый износ манжеты.

Наиболее близким решением по конструкции к предлагаемому является поршень (см. DE 2156644 A, F 16 J 1/00, 08.08.1974), содержащий шток, два конусных наконечника, связанных между собой посредством резьбы, втулку из упругоэластичного материала, винты, фиксирующие от самоотвинчивания между собой наконечников.

Недостатком работы поршня является:
1. По мере износа втулки зазор устраняется вручную при помощи гаечного ключа в проточке. Такое исполнение поршня создает неудобства для устранения зазора.

2. Диски поршня жестко соединены между собой, и по мере износа втулки возникает осевой люфт, и в образовавшийся зазор будет происходить переток жидкости.

3. Поршень не приспособлен самопроизвольно от противодавления устранять осевой люфт и зазор в паре втулка-цилиндр.

Для увеличения производительности и ресурса работы поршня, а также расширения возможностей использования устройства в различных средах его уплотнение выполнено в виде втулки из упругоэластичного материала и расположенного в ней сердечника, соединенного со штоком, с возможностью воздействия сердечника на расширение втулки.

На фиг. 1 показан вид поршня для перекачки (газ и жидкость вместе) продукции с односторонним действием.

На фиг. 2 показан вид поршня для перекачки продукции с двусторонним действием.

Поршень состоит из упругоэластичной втулки 1 (изготовленной, например, из композита фторопласта-4 и термостойкого олигомера) (фиг. 1). Торцы втулки целесообразно выполнить в форме конуса, обращенного вовнутрь полости втулки, с образованием острых кромок в месте сопряжения их с зеркалом цилиндра. Поршень содержит также сердечник, выполненный из двух торцевых наконечников 2 и 3, соединенных между собой посредством стержня 4 и стопорным устройством 5 (или гайкой, не показано).

Наконечник 2 сообщен со штоком 6, при помощи которого осуществляется возвратно-поступательное движение поршня. Форма наконечников 2 и 3 выполнена ответной форме торцевых поверхностей втулки 1, в данном случае, в форме конуса. На контактных поверхностях торцевых наконечников 2 и 3 возможно изготовление манжетных колец 7 из упругоэластичного материала (например, резины или полиуретана) с целью повышения герметичности поршня. Для подстраховки сужения внутреннего диаметра втулки 1, при раб оте поршня, выполнены ограничитель 8 в виде кольца - на одном наконечнике и гнездо 9 ответное форме ограничителя 8 - на другом наконечнике. Цилиндр 10 содержит впускной 11 и выпускной 12 клапаны.

Поршень содержит упругоэластичную втулку 1, сердечник, состоящий из двух торцевых наконечников 2 и 3, стержень 4 стопорного устройства 5, шток 6, манжетные кольца 7 (фиг. 2). В целях ограничения продвижения наконечника 3 в полости втулки 1, в процессе работы поршня выполнен выступ 8а. В случае необходимости одновременного перекачивания жидкости и газа в отдельности возможна предлагаемая конструкция цилиндра 10, состоящая из воздушного 13а и жидкостного 13 отсеков. Воздушный отсек содержит впускной 14 и выпускной 15 клапан. А жидкостный отсек, соответственно, впускной 16 и выпускной 17 клапаны. На цилиндре 10 установлено сальниковое устройство 18, обеспечивающее герметичность между штоком 6 и цилиндром 10.

Поршень работает следующим образом.

При нагнетательном движении поршня наконечник 2 своей контактной поверхностью толкает втулку 1. Перекачиваемая продукция, сжимаясь, оказывает противодавление на торцевую часть наконечника 3, тем самым прижимая его плотно к втулке 1. Поршень совершает полный ход до торцевой части цилиндра 10, нагнетая продукцию через открытый клапан 12, при этом впускной клапан 11 остается в закрытом положении. При всасывающем движении поршня наконечник 3, в сжатом состоянии, толкает втулку 1 до конца хода поршня. Выпускной клапан 12 закрывается, а впускной клапан 11 соответственно открывается, заполняя цилиндр 10 перекачиваемой продукцией.

По мере износа наружной контактной поверхности втулки 1 наконечники 2 и 3, благодаря своей конусной форме, расширяют эластичную втулку 1, прижимая ее к зеркалу цилиндра 10, устраняя зазор между втулкой 1 и цилиндром 10. При этом возникающий осевой люфт, между контактными конусными поверхностями втулки 1 и наконечниками 2 и 3 (т.к. наконечники расширяют втулку 1, она прижимается к цилиндру 10, а длина втулки уменьшается, появляется осевой люфт, описываемый выше), автоматически устраняемый за счет противодавления перекачиваемой продукции. А именно: противодавление действует на наконечник 3, последний совершает осевое перемещение в сторону наконечника 2, фиксируясь при помощи (автоматически) стопорного устройства 5 и стержня 4. Таким образом исключается пропуск перекачиваемой продукции между втулкой 1 и цилиндром 10 до тех пор, пока наконечники не сомкнутся между собой торцевыми поверхностями в полости втулки 1. Для подстраховки от сжатия внутреннего диаметра втулки 1 выполнен ограничитель 8, который при смыкании наконечников 2 и 3 входит в гнездо 9 (фиг. 1).

При раздельном перекачивании газа и жидкости целесообразно применять конструкцию, показанную на фиг. 2. Здесь разница только в том, что внутри полости втулки 1 выполнен выступ 8а, а стопорный элемент желательно установить со стороны жидкостного отсека 13. За счет сжимаемости газа наконечник 3 устанавливается неподвижно относительно осевого перемещения во втулке, из-за выступа 8а, а наконечник 2 имеет возможность осевого перемещения в сторону наконечника 3. Благодаря этому поршень при нагнетании газа осуществляет вытеснение полного объема газа, доходя до торцевой стенки цилиндра 10, не оставляя пустого пространства, из-за неподвижности (внутри втулки 1) наконечника 3. По мере износа втулки 1 перемещается только наконечник 2 со стопором 5 до выступа 8а. При нагнетании газа открывается выпускной клапан 15, при этом происходит всасывание жидкости через впускной клапан 16. При всасывании газа открывается выпускной клапан 14 и закрывается выпускной клапан 15, а жидкость в это время нагнетается через выпускной клапан 17 при закрытом впускном клапане 16. При двустороннем действии поршня возможно также перекачивание жидкости, включая и газ, с двух отсеков, при этом желательно переместить выступ 8а в центр втулки 1 (не показано). В конструктивных особенностях поршня возможны изменения как формы наконечников и втулки (в виде конуса, полукруга, части эллипса, шара и т.д.), углов контактных поверхностей, стопорных элементов или других крепежных механизмов, выбор материалов и других изменений. Но принцип действия поршня остается неизменным, а именно: силы противодавления служат для повышения герметичности (использование давления для повышения качества в работе поршня; чем больше давление, тем выше герметичность), также устраняется зазор в паре поршень-цилиндр.

Такая конструкция поршня позволяет перекачивать жидкость и газ как вместе, так и в отдельности. Увеличивается производительность и ресурс работы поршня в целом.

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, гидромашиностроения, а также может найти применение в автомобилестроении. Поршень содержит шток, два конических наконечника и уплотнение, выполненное в виде втулки из упругоэластичного материала. На поршне выполнено стопорное устройство с автоматической фиксацией. Конструкция поршня позволяет увеличить его производительность, устранить зазор между цилиндром и поршнем при его работе, осуществить вытеснение полного объема перекачиваемой продукции, включая и газ, за счет свойств поршня реагировать на динамическое давление, а также позволяет использовать его в работе как с жидкостью, так и с газом в отдельности, при больших диапазонах температуры. 2 ил.

Поршень, содержащий шток, два конусных наконечника, втулку из упругоэластичного материала, торцы которой выполнены ответными конусу наконечников, отличающийся тем, что на поршне выполнено стопорное устройство с возможностью автоматической фиксации.