УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ МАНЖЕТА Российский патент 2014 года по МПК F16J15/16 

Изобретение относится к устройствам уплотнения подвижных соединений в приводах вращения, размещаемых в скважине, в частности к устройствам уплотнения шлицевых валов гидравлических бурильных ясов при возвратно-поступательном движении, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью.

Известна система уплотнения штока, содержащая амортизирующее кольцо, уплотнение штока и пылезащитное уплотнение, расположенные последовательно в этом порядке от стороны гидравлической жидкости к наружной стороне в кольцевом зазоре между двумя элементами при возвратно-поступательном движении, при этом амортизирующее кольцо выполнено из термопластичного полиуретанового формуемого продукта, полученного посредством воздействия на термопластичный полиуретановый формуемый продукт, полученный по реакции между (А) поликарбонатдиолом с высокой молекулярной массой, имеющим среднечисленную молекулярную массу Mn 500-6000, (В) ароматическим диизоцианатом и (С) диолом с низкой молекулярной массой в качестве агента для удлинения цепи при отношении NCO/OH от 0,95 до 1,20, термической обработки при условиях, чтобы температура (Tg) стеклования твердых фаз составляла 170°С или выше и эндотермическая пиковая площадь (ΔН) при Tg составляла 5 J/g или больше, посредством дифференциальной сканирующей калориметрии (RU 2413108, 27.02.2011).

Недостатками известной системы уплотнения штока, содержащей амортизирующее кольцо, выполненное из термопластичного полиуретанового формуемого продукта, уплотнение штока и пылезащитное уплотнение, являются недостаточные ресурс и надежность уплотнения вследствие ограничения уплотняющих свойств до величины давления, которое составляет максимум 35÷42 МПа, и до температуры, которая составляет максимум 110°С, а также неполная возможность снижения теплообразования, уменьшения остаточной деформации и повышения усталостной выносливости при многократном сжатии (ГОСТ 20418-75), повышения усталостной выносливости при знакопеременном изгибе с вращением (ГОСТ 10952-75), уменьшения истирания при скольжении (ГОСТ 426-77) между элементами соединения при возвратно-поступательном движении, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью.

Известна уплотнительная манжета для установки в соединения, состоящая из первой детали с круговой поверхностью, расположенной вдоль центральной продольной сборочной оси, и второй части с цилиндрической поверхностью, расположенной концентрично напротив круговой поверхности первой части, первая из поверхностей первой и второй деталей имеет сальник, у которого есть первый и второй торец, расположенные по оси от первого торца, и окружная стенка, расширяющаяся в осевом направлении между первым и вторым торцами и радиально по окружности вокруг сборочной оси, при этом уплотнительная манжета включает в себя кольцеобразный корпус, выполненный таким образом, чтобы формироваться внутри уплотнителя соосно со сборочной осью между первой и второй деталями корпуса, корпус содержит круговой торец, расположенный на расстоянии по оси от первого торца, и второй круговой торец, находящийся на расстоянии по оси от первого торца вдоль продольной оси корпуса, взятой через его осевое поперечное сечение, и расположенный напротив второго торца уплотнителя, содержащий внутренний диаметральный торец, корпус, находящийся по оси между первым и вторым торцом и расположенный напротив поверхности первой детали, и внешний диаметральный торец, расположенный радиально от внутреннего диаметрального торца, и простирающийся между первым и вторым торцом, и расположенный напротив поверхности второй детали уплотнителя, при этом внутренний диаметральный торец имеет кольцеобразную первую внутреннюю уплотнительную кромку, простирающуюся радиально наружу относительно оси корпуса, и кольцеобразную вторую уплотнительную кромку, выходящую радиально за ось корпуса, где первая внутренняя и внешняя уплотнительные кромки сжаты радиально между поверхностями первой и второй части детали для создания контакта вдоль поверхностей соответственно первого внутреннего и первого наружного уплотнительного участка, при этом вторая внутренняя и наружная уплотняющая кромки радиально сжаты посередине между поверхностями первой и второй деталей для создания контакта вдоль поверхности соответственно второго внутреннего и второго наружного уплотняющего участка (US 6883804, 26.04.2005).

Недостатками известной уплотнительной манжеты являются недостаточные ресурс и надежность уплотнения, например, шлицевых валов гидравлических бурильных ясов двухстороннего действия при возвратно-поступательном движении, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью, что объясняется, по существу, профилем поперечного сечения кольцевой полости между гибкими уплотнительными кромками и кольцевым основанием, а также тем, что дно кольцевой полости в поперечном сечении выполнено в виде кольцеобразной (острой) каверны в форме части круга, радиус которого, по меньшей мере, на порядок меньше радиуса эластичного разжимного кольца, размещенного в указанной кольцевой полости между гибкими уплотнительными кромками и кольцевым основанием.

При давлении гидравлической жидкости в системе (SYSTEM PRESSURE) на открытую поверхность эластичного разжимного кольца, размещенного в указанной кольцевой полости между гибкими уплотнительными кромками и жестким кольцевым основанием, плоскость максимального поперечного сечения эластичного разжимного кольца принимает сложную форму и смещается (изгибается) в сторону дна кольцевой полости, которое в поперечном сечении выполнено в форме части круга, радиус которого, по меньшей мере, на порядок меньше радиуса эластичного разжимного кольца, при этом угол охвата парой относительно гибких уплотнительных кромок, составляющих единую конструкцию с основанием указанного разжимного кольца уменьшается, вследствие этого не обеспечиваются расчетные величины упругих деформаций поперечных сечений указанной кольцевой полости и гибких уплотнительных кромок, а также не обеспечиваются расчетные величины натяга эластичного разжимного кольца в кольцевой полости между гибкими уплотнительными кромками и натяга внешних уплотнительных кольцевых поясов относительно предустановленного расстояния между элементами соединения при возвратно-поступательном движении.

Вследствие этого не обеспечиваются возможности снижения теплообразования, уменьшения остаточной деформации и повышения усталостной выносливости при многократном сжатии (ГОСТ 20418-75), повышения усталостной выносливости при знакопеременном изгибе с вращением (ГОСТ 10952-75), уменьшения истирания при скольжении (ГОСТ 426-77) между элементами соединения при возвратно-поступательном движении, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью.

Известна уплотнительная манжета для установки между двумя элементами, расположенными на предустановленном расстоянии друг от друга, состоящая из относительно жесткого кольцевого основания прямоугольного поперечного сечения и пары относительно гибких уплотнительных кромок, составляющих единую конструкцию с основанием и простирающихся к внешнему краю от одной стороны указанного основания, указанные уплотнительные кромки, формирующие полость для разжимного кольца и каждая кромка имеет уплотнительный край на наружной поверхности для плотного контакта с одним из указанных элементов и эластичного разжимного кольца, расположенного в полости между уплотнительными кромками, указанные уплотнительные кромки, по меньшей мере, частично окружающие и удерживающие указанное разжимное кольцо в полости, каждая из указанных уплотнительных кромок, сужающаяся между указанным основанием и указанным уплотнительным краем до размера поперечного сечения 0,033-0,041 дюйма в самом узком месте вдоль кромки, и указанное разжимное кольцо, имеющее максимальное поперечное сечение практически в средней части разжимного кольца, составляющее от 74% до 96% указанного предустановленного расстояния, и каждая из указанных уплотнительных кромок, имеющая максимальный размер вокруг плоскости через указанную среднюю часть и перпендикулярной к указанному направлению, составляющий от 2% до 13% указанного предустановленного расстояния (US 5472216, 05.12.1995).

Известная уплотнительная манжета (US 5472216, 05.12.1995) фирмы Parker-Hannifin Corp. в исполнении Р4300А90 имеет ограничения уплотняющих свойств до величины давления, составляющего максимум 344 bar (35 МПа), и до температуры, составляющей максимум 135°С (www. parkerseals.com, фиг.5-5).

Недостатками известной уплотнительной манжеты для установки в соединения являются недостаточные ресурс и надежность уплотнения при возвратно-поступательном движении, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью, что объясняется, по существу, малым углом охвата парой относительно гибких уплотнительных кромок, составляющих единую конструкцию с основанием указанного разжимного кольца, при этом каждая из указанных уплотнительных кромок выполнена сужающейся между указанным основанием и указанным уплотнительным краем до размера поперечного сечения 0,033-0,041 дюйма в самом узком месте вдоль кромки, а также тем, что указанное разжимное кольцо имеет максимальное поперечное сечение практически в средней части разжимного кольца, составляющее от 74% до 96% указанного предустановленного расстояния.

При давлении гидравлической жидкости в системе (SYSTEM PRESSURE) на открытую поверхность относительно эластичного разжимного кольца, размещенного в указанной кольцевой полости между гибкими уплотнительными кромками и относительно жестким кольцевым основанием, плоскость максимального поперечного сечения эластичного разжимного кольца принимает сложную форму и смещается (выдавливается) в сторону внутреннего и наружного кольцевых торцов, соответственно 40А и 40В, расположенных на противоположном краю от указанного кольцевого основания 30, 34, составляющих единую конструкцию с кольцевым основанием 30, 34 и образующих кольцевую полость 42, 46, открытую со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов 40А и 40В, при этом угол охвата парой относительно гибких уплотнительных кромок, составляющих единую конструкцию с основанием указанного разжимного кольца, дополнительно уменьшается.

Вследствие того что указанное разжимное кольцо имеет максимальное поперечное сечение практически в средней части разжимного кольца, составляющее от 74% до 96% указанного предустановленного (радиального) расстояния, указанные уплотнительные кромки, по меньшей мере, частично окружающие и удерживающие указанное разжимное кольцо в полости, имеют недостаточное поперечное сечение, по существу, уплотнительные кромки тонкие и узкие, при этом не обеспечиваются возможности снижения теплообразования, уменьшения остаточной деформации и повышения усталостной выносливости при многократном сжатии (ГОСТ 20418-75), повышения усталостной выносливости при знакопеременном изгибе с вращением (ГОСТ 10952-75), уменьшения истирания при скольжении (ГОСТ 426-77) между элементами соединения, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью.

Основными дефектами, уменьшающими ресурс и надежность уплотнения известной уплотнительной манжеты, являются низкая усталостная выносливость и локальное разрушение тонких и узких уплотнительных кромок (местные "вырывы", "задир"), повышение твердости эластомерного материала по мере выработки ресурса (деструкция эластомерного материала), что не обеспечивает экономического преимущества при бурении нефтяных скважин, например, в устройствах уплотнения шлицевых валов гидравлических бурильных ясов двухстороннего действия при возвратно-поступательном движении, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью, при непрерывной работе гидравлическим ясом, например, в течение 50 часов.

Гидравлический яс, который устанавливают в бурильную колонну, предназначен для ликвидации прихватов бурильной колонны в изогнутой скважине (преимущественно с горизонтальными боковыми стволами) и реализует энергию упругой деформации бурильной колонны для нанесения ударов снизу вверх и сверху вниз в результате реакции на продольное усилие, прилагаемое к бурильной колонне и ясу.

Известна уплотнительная манжета из эластомерного материала, содержащая кольцевое основание, первую и вторую внутренние гибкие уплотнительные кромки, расположенные по разные стороны от кольцевого основания, первую и вторую наружные гибкие уплотнительные кромки, расположенные по разные стороны от кольцевого основания, между первыми внутренней и наружной гибкими уплотнительными кромками расположено кольцевое ребро с выступом его торца над первыми гибкими уплотнительными кромками, между вторыми внутренней и наружной гибкими уплотнительными кромками образована кольцевая полость, открытая со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов вторых внутренней и наружной гибких уплотнительных кромок, а также содержащая эластичное разжимное кольцо, размещенное в кольцевой полости между вторыми внутренней и наружной гибкими уплотнительными кромками (US 3608913, 28.09.1971).

Недостатками известной уплотнительной манжеты являются недостаточные ресурс и надежность уплотнения при сверхвысоком давлении гидравлической жидкости, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью, например, в уплотнениях шлицевых валов гидравлических бурильных ясов двухстороннего действия, что объясняется, по существу, малым углом охвата парой гибких уплотнительных кромок, составляющих единую конструкцию с кольцевым основанием, указанного эластичного разжимного кольца.

Основными дефектами, уменьшающими ресурс и надежность уплотнения известной уплотнительной манжеты, являются низкая усталостная выносливость и локальное разрушение тонких и узких уплотнительных кромок (местные "вырывы", "задир"), повышение твердости эластомерного материала по мере выработки ресурса (деструкция эластомерного материала), что не обеспечивает экономического преимущества при бурении нефтяных скважин, например, в устройствах уплотнения шлицевых валов гидравлических бурильных ясов двухстороннего действия при возвратно-поступательном движении.

Вследствие этого не обеспечиваются возможности снижения теплообразования, уменьшения остаточной деформации и повышения усталостной выносливости при многократном сжатии (ГОСТ 20418-75), повышения усталостной выносливости при знакопеременном изгибе с вращением (ГОСТ 10952-75), уменьшения истирания при скольжении (ГОСТ 426-77) между элементами соединения, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является уплотнительная манжета, предназначенная для установки между двумя элементами, расположенными на предустановленном радиальном расстоянии друг от друга при возвратно-поступательном движении, содержащая жесткое кольцевое основание прямоугольного поперечного сечения, внутреннюю и наружную гибкие уплотнительные кромки, внутренний и наружный кольцевые торцы, расположенные на противоположном краю от указанного жесткого кольцевого основания, составляющие единую конструкцию с жестким кольцевым основанием и образующие кольцевую полость, открытую со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов, внутренняя и наружная гибкие уплотнительные кромки имеют уплотнительный край на внутренней и, соответственно, наружной поверхности, простирающейся к внешнему краю от одной стороны жесткого кольцевого основания для плотного контакта с одним из указанных элементов, а также содержащая эластичное разжимное кольцо, размещенное в указанной кольцевой полости между гибкими уплотнительными кромками и жестким кольцевым основанием, гибкие уплотнительные кромки, по меньшей мере, частично окружают и удерживают эластичное разжимное кольцо в кольцевой полости, при этом наружная и внутренняя поверхности соответственно внутренней и наружной уплотнительных кромок выполнены в форме соответственно наружных и внутренних конических поверхностей, а наружные и внутренние конические поверхности соответственно внутренней и наружной уплотнительных кромок сопряжены в плоскости максимального поперечного сечения эластичного разжимного кольца, кольцевая полость, открытая со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов, выполнена с плоским кольцевым дном, расположенным параллельно внутреннему и наружному кольцевым торцам, эластичное разжимное кольцо контактирует в кольцевой полости с плоским кольцевым дном и установлено с выступом над внутренним и наружным кольцевыми торцами, при этом эластичное разжимное кольцо имеет максимальное поперечное сечение, составляющее от 45% до 55% указанного предустановленного радиального расстояния между двумя элементами (RU 2465502, 27.10.2012).

Недостатками известной конструкции являются неполная возможность повышения ресурса и надежности вследствие ограничения уплотняющих свойств, по существу давления в среде гидравлической жидкости (трансмиссионного масла), которое составляет 120÷170 МПа, и температуры (нагрев масла при длительной работе) в пределах до +135°С, а с другой стороны уплотнения, - ограничения уплотняющих свойств в среде бурового раствора и/или пластовой жидкости, что объясняется неполной возможностью снижения теплообразования, уменьшения остаточной деформации и повышения усталостной выносливости при многократном сжатии (ГОСТ 20418-75), неполной возможностью повышения усталостной выносливости при знакопеременном изгибе с вращением (ГОСТ 10952-75), неполной возможностью уменьшения истирания при скольжении (ГОСТ 426-77) между элементами соединения.

Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность уменьшения продольных размеров уплотнения, неполная возможность установки в кольцевые канавки штоков и цилиндров гидравлических ясов, амортизаторов, осцилляторов и других конструкций для бурения скважин новых уплотняющих манжет с увеличенным ресурсом, а также снижения стоимости устройств, в которых используются уплотнительные манжеты.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение ресурса и надежности уплотнительной манжеты для установки между двумя элементами при возвратно-поступательном движении, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью, а также возможность установки в кольцевые канавки штоков и цилиндров гидравлических ясов, амортизаторов, осцилляторов и других конструкций новых уплотняющих манжет с увеличенным ресурсом за счет выполнения зеркально расположенных относительно жесткого кольцевого основания дополнительных внутренней и наружной гибких уплотнительных кромок, дополнительных внутреннего и наружного кольцевых торцов, составляющих единую конструкцию с жестким кольцевым основанием и образующих дополнительную кольцевую полость, открытую со стороны дополнительных внутреннего и наружного кольцевых торцов, а также за счет размещения дополнительного эластичного разжимного кольца в кольцевой полости между дополнительными гибкими уплотнительными кромками и жестким кольцевым основанием, контактирующего в дополнительной кольцевой полости с собственным плоским кольцевым дном и установленного с выступом над дополнительными внутренним и наружным кольцевыми торцами.

Сущность технического решения заключается в том, что в уплотнительной манжете, предназначенной для установки между двумя элементами, расположенными на предустановленном радиальном расстоянии друг от друга при возвратно-поступательном движении, содержащей жесткое кольцевое основание прямоугольного поперечного сечения, внутреннюю и наружную гибкие уплотнительные кромки, внутренний и наружный кольцевые торцы, расположенные на противоположном краю от указанного жесткого кольцевого основания, составляющие единую конструкцию с жестким кольцевым основанием и образующие кольцевую полость, открытую со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов, внутренняя и наружная гибкие уплотнительные кромки имеют уплотнительный край на внутренней и, соответственно, наружной поверхности, простирающейся к внешнему краю от одной стороны жесткого кольцевого основания для плотного контакта с одним из указанных элементов, а также содержащей эластичное разжимное кольцо, размещенное в указанной кольцевой полости между гибкими уплотнительными кромками и жестким кольцевым основанием, гибкие уплотнительные кромки, по меньшей мере, частично окружают и удерживают эластичное разжимное кольцо в кольцевой полости, наружная и внутренняя поверхности соответственно внутренней и наружной уплотнительных кромок выполнены в форме соответственно наружных и внутренних конических поверхностей, а наружные и внутренние конические поверхности соответственно внутренней и наружной уплотнительных кромок сопряжены в плоскости максимального поперечного сечения эластичного разжимного кольца, кольцевая полость, открытая со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов, выполнена с плоским кольцевым дном, расположенным параллельно внутреннему и наружному кольцевым торцам, эластичное разжимное кольцо контактирует в кольцевой полости с плоским кольцевым дном и установлено с выступом над внутренним и наружным кольцевыми торцами, при этом эластичное разжимное кольцо имеет максимальное поперечное сечение, составляющее от 45% до 55% указанного предустановленного радиального расстояния между двумя элементами, согласно изобретению содержит зеркально расположенные относительно жесткого кольцевого основания дополнительные внутреннюю и наружную гибкие уплотнительные кромки, а также дополнительные внутренний и наружный кольцевые торцы, составляющие единую конструкцию с жестким кольцевым основанием и образующие дополнительную кольцевую полость, открытую со стороны дополнительных внутреннего и наружного кольцевых торцов, дополнительные внутренняя и наружная гибкие уплотнительные кромки имеют уплотнительный край на внутренней и, соответственно, наружной поверхности, простирающейся к внешнему краю от жесткого кольцевого основания для плотного контакта с одним из указанных элементов, а также содержит дополнительное эластичное разжимное кольцо, размещенное в дополнительной кольцевой полости между дополнительными гибкими уплотнительными кромками и жестким кольцевым основанием, при этом наружная и внутренняя поверхности соответственно внутренней и наружной дополнительных уплотнительных кромок выполнены в форме соответственно наружных и внутренних конических поверхностей, а наружные и внутренние конические поверхности соответственно внутренней и наружной дополнительных уплотнительных кромок сопряжены в плоскости максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца, дополнительная кольцевая полость, открытая со стороны внутреннего и наружного дополнительных кольцевых торцов, выполнена с собственным плоским кольцевым дном, расположенным параллельно внутреннему и наружному дополнительным кольцевым торцам, а дополнительное эластичное разжимное кольцо контактирует в дополнительной кольцевой полости с собственным плоским кольцевым дном и установлено с выступом над дополнительными внутренним и наружным кольцевыми торцами.

Ширина Т собственного плоского кольцевого дна в дополнительной кольцевой полости, предназначенной для размещения дополнительного эластичного разжимного кольца, и диаметр Д максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца связаны соотношением: Т=(0,65÷0,75) Д.

Величина выступа Н дополнительного эластичного разжимного кольца над внутренним и наружным дополнительными кольцевыми торцами и диаметр Д максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца связаны соотношением: Н=(0,07÷0,12) Д.

Жесткое кольцевое основание, выполненное из эластомерного материала, имеет твердость 85÷90 ед. Шор А.

Высота К жесткого кольцевого основания и диаметр Д максимального поперечного сечения основного и/или дополнительного эластичных разжимных колец связаны соотношением: К=(0,85÷1,25) Д.

Выполнение уплотнительной манжеты таким образом, что содержит зеркально расположенные относительно жесткого кольцевого основания дополнительные внутреннюю и наружную гибкие уплотнительные кромки, а также дополнительные внутренний и наружный кольцевые торцы, составляющие единую конструкцию с жестким кольцевым основанием и образующие дополнительную кольцевую полость, открытую со стороны дополнительных внутреннего и наружного кольцевых торцов, дополнительные внутренняя и наружная гибкие уплотнительные кромки имеют уплотнительный край на внутренней и, соответственно, наружной поверхности, простирающейся к внешнему краю от жесткого кольцевого основания для плотного контакта с одним из указанных элементов, а также содержит дополнительное эластичное разжимное кольцо, размещенное в дополнительной кольцевой полости между дополнительными гибкими уплотнительными кромками и жестким кольцевым основанием, при этом наружная и внутренняя поверхности соответственно внутренней и наружной дополнительных уплотнительных кромок выполнены в форме соответственно наружных и внутренних конических поверхностей, а наружные и внутренние конические поверхности соответственно внутренней и наружной дополнительных уплотнительных кромок сопряжены в плоскости максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца, дополнительная кольцевая полость, открытая со стороны внутреннего и наружного дополнительных кольцевых торцов, выполнена с собственным плоским кольцевым дном, расположенным параллельно внутреннему и наружному дополнительным кольцевым торцам, а дополнительное эластичное разжимное кольцо контактирует в дополнительной кольцевой полости с собственным плоским кольцевым дном и установлено с выступом над дополнительными внутренним и наружным кольцевыми торцами, повышает ресурс и надежность уплотнительной манжеты для установки между двумя элементами при возвратно-поступательном движении, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью, обеспечивает возможность установки в кольцевые канавки штоков и цилиндров гидравлических ясов, амортизаторов, осцилляторов и других конструкций новых уплотняющих манжет с увеличенным (двойным) ресурсом, уменьшает продольные габариты и снижает стоимость устройств, в которых используются уплотнительные манжеты, за счет обеспечения равнопрочных в поперечном сечении свойств эластомерного материала в конструкции, дополнительного снижения теплообразования, уменьшения остаточной деформации и повышения усталостной выносливости при многократном сжатии (ГОСТ 20418-75), повышения усталостной выносливости при знакопеременном изгибе с вращением (ГОСТ 10952-75), уменьшения истирания при скольжении (ГОСТ 426-77) между элементами соединения при возвратно-поступательном движении и сверхвысоком давлении гидравлической жидкости, сохранения эластичности при сжатии в широком диапазоне твердости при максимальной температуре, повышения точности профиля поперечного сечения гибких уплотнительных кромок и эластичных разжимных колец при действии давления гидравлической жидкости в системе (SYSTEM PRESSURE), откуда попеременно действует давление на открытую поверхность эластичных разжимных колец, размещенных в указанных кольцевых полостях между гибкими уплотнительными кромками и общим жестким кольцевым основанием, обеспечения заданного натяга эластичных разжимных колец в кольцевых полостях между гибкими уплотнительными кромками и заданного натяга внешних уплотнительных кольцевых поясов между элементами соединения.

Выполнение уплотнительной манжеты, предназначенной для установки между двумя элементами, расположенными на предустановленном расстоянии друг от друга при возвратно-поступательном движении, таким образом, что ширина Т собственного плоского кольцевого дна в дополнительной кольцевой полости, предназначенной для размещения дополнительного эластичного разжимного кольца, и диаметр Д максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца связаны соотношением: Т=(0,65÷0,75) Д, величина выступа Н дополнительного эластичного разжимного кольца над внутренним и наружным дополнительными кольцевыми торцами и диаметр Д максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца связаны соотношением: Н=(0,07÷0,12) Д, при этом жесткое кольцевое основание, выполненное из эластомерного материала, имеет твердость 85÷90 ед. Шор А, а высота К жесткого кольцевого основания и диаметр Д максимального поперечного сечения основного и/или дополнительного эластичных разжимных колец связаны соотношением: К=(0,85÷1,25) Д, уменьшает максимальное значение эквивалентных напряжений (по Мизесу), обеспечивает равнопрочные в поперечном сечении свойства эластомерного материала в конструкции, дополнительно снижает теплообразование, уменьшает остаточную деформацию и повышает усталостную выносливость при многократном сжатии (ГОСТ 20418-75), повышает усталостную выносливость при знакопеременном изгибе с вращением (ГОСТ 10952-75), снижает температурный предел хрупкости (ГОСТ 7912-74), уменьшает истирание при скольжении (ГОСТ 426-77) между элементами соединения, одна сторона уплотнения в которых подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью.

Буровой раствор и/или пластовая жидкость в скважине содержит абразивные частицы, например до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимерглинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см³.

Такое выполнение уплотнительной манжеты обеспечивает возможность установки в кольцевые канавки штоков и цилиндров гидравлических ясов, амортизаторов, осцилляторов и других конструкций новых уплотняющих манжет с увеличенным (двойным) ресурсом.

Уплотнительная манжета может использоваться для уплотнения штока при одностороннем действии сверхвысокого давления, одна сторона уплотнения подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором и/или пластовой жидкостью, устройство уплотнения штока содержит установленные во внутренних канавках поршня демпферное кольцо, расположенное в полости, откуда действует сверхвысокое давление, а также два уплотнительных кольца и демпферную втулку, которые расположены последовательно в этом порядке от уплотнительной манжеты в полости, в которой действует пониженное давление гидравлической жидкости.

При этом уплотнительная манжета, расположенная на границе раздела "масло-буровой раствор", нагружается пониженным давлением, например 15÷30 МПа, за счет дросселирования гидравлической жидкости в радиальном зазоре между штоком и демпферным кольцом, а два защитных уплотнительных кольца и демпферная втулка, которые расположены последовательно в этом порядке от уплотнительной манжеты, удерживают трансмиссионное масло в полости между уплотнительной манжетой и демпферной втулкой, что повышает ресурс и надежность уплотнения.

Уплотнительная манжета может использоваться для уплотнения штока при двухстороннем действии сверхвысокого давления гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, устройство уплотнения штока содержит установленные в наружных канавках штока демпферную втулку, расположенную в полости, откуда действует сверхвысокое давление, первую уплотнительную манжету, два защитных уплотнительных кольца, а также вторую уплотнительную манжету, идентичную первой.

При этом первая уплотнительная манжета, расположенная на границе раздела "масло-масло плюс буровой раствор", нагружается пониженным давлением, например 15÷30 МПа, за счет дросселирования гидравлической жидкости в смеси с абразивными частицами бурового раствора в радиальном зазоре между штоком и демпферным кольцом, а два защитных уплотнительных модуля удерживают трансмиссионное масло в полости между первой и второй уплотнительными манжетами и уменьшают истирание при скольжении, что повышает ресурс и надежность уплотнения.

Ниже представлены два варианта (низкой и высокой) уплотнительной манжеты с двумя эластичными разжимными кольцами для уплотнения штока гидравлического бурильного яса при одностороннем и двухстороннем действии сверхвысокого давления.

На фиг.1 изображено устройство уплотнения штока при одностороннем действии сверхвысокого давления, содержащее низкую уплотнительную манжету с двумя эластичными разжимными кольцами, демпферное кольцо, два защитных уплотнительных кольца и демпферную втулку.

На фиг.2 изображено устройство уплотнения штока при двухстороннем действии сверхвысокого давления, содержащее демпферную втулку, высокую уплотнительную манжету с двумя эластичными разжимными кольцами, два защитных уплотнительных кольца, а также вторую уплотнительную манжету, идентичную первой.

На фиг.3 изображен вариант низкой уплотнительной манжеты с двумя эластичными разжимными кольцами.

На фиг.4 изображен вариант высокой уплотнительной манжеты с двумя эластичными разжимными кольцами.

На фиг.5 изображен элемент I низкой уплотнительной манжеты на фиг.1.

На фиг.6 изображен элемент II высокой уплотнительной манжеты на фиг.2

Низкая уплотнительная манжета 1, предназначенная для установки между двумя элементами: шлицевым валом 2 и корпусом 3, расположенными на предустановленном радиальном расстоянии 4 друг от друга при возвратно-поступательном движении и одностороннем действии сверхвысокого давления, содержит жесткое кольцевое основание 5 прямоугольного поперечного сечения, внутреннюю гибкую уплотнительную кромку 6, наружную гибкую уплотнительную кромку 7, внутренний кольцевой торец 8, наружный кольцевой торец 9, расположенные на противоположном краю 10 от указанного кольцевого основания 5, составляющие единую конструкцию с жестким кольцевым основанием 5, образующие кольцевую полость 11, открытую со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов соответственно, 8 и 9, показано на фиг.1, 3, 5.

Внутренняя гибкая уплотнительная кромка 6 имеет уплотнительный край 12 на внутренней поверхности 13, простирающейся к противоположному внешнему краю 10 от одной стороны 14 жесткого кольцевого основания 5 для плотного контакта с указанным элементом 2, наружная гибкая уплотнительная кромка 7 имеет уплотнительный край 15 на наружной поверхности 16, простирающейся к внешнему краю 10 от одной стороны 14 жесткого кольцевого основания 5 для плотного контакта с указанным элементом 3, а также содержит эластичное разжимное кольцо 17, размещенное в указанной кольцевой полости 11 между гибкими уплотнительными кромками соответственно 6, 7 и жестким кольцевым основанием 5, при этом гибкие уплотнительные кромки 6 и 7, по меньшей мере, частично окружают и удерживают эластичное разжимное кольцо 17 в кольцевой полости 11, показано на фиг.1, 3, 5.

Высокая уплотнительная манжета 18, предназначенная для установки между двумя элементами: шлицевым валом 19 и корпусом 20, расположенными на предустановленном радиальном расстоянии 21 друг от друга при возвратно-поступательном движении и двухстороннем действии высокого давления, содержит жесткое кольцевое основание 22 прямоугольного поперечного сечения, внутреннюю гибкую уплотнительную кромку 23, наружную гибкую уплотнительную кромку 24, внутренний кольцевой торец 25, наружный кольцевой торец 26, расположенные на противоположном краю 27 от указанного жесткого кольцевого основания 22, составляющие единую конструкцию с жестким кольцевым основанием 22 и образующие кольцевую полость 28, открытую со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов соответственно 25 и 26, показано на фиг.2, 4, 6.

Внутренняя гибкая уплотнительная кромка 23 имеет уплотнительный край 29 на внутренней поверхности 30, простирающейся к противоположному внешнему краю 27 от одной стороны 31 жесткого кольцевого основания 22 для плотного контакта с указанным элементом 19, наружная гибкая уплотнительная кромка 24 имеет уплотнительный край 32 на наружной поверхности 33, простирающейся к внешнему краю 27 от одной стороны 31 жесткого кольцевого основания 22 для плотного контакта с указанным элементом 20, а также содержит эластичное разжимное кольцо 34, размещенное в указанной кольцевой полости 28 между гибкими уплотнительными кромками соответственно 23, 24 и жестким кольцевым основанием 22, при этом гибкие уплотнительные кромки 23 и 24, по меньшей мере, частично окружают и удерживают эластичное разжимное кольцо 34 в кольцевой полости 28, показано на фиг.1, 3, 5.

Кольцевые полости 11 и 28 в уплотнительной манжете 1 и, соответственно, 18 выполнены идентичными, при этом наружные поверхности внутренних гибких уплотнительных кромок 6 и 23 и, соответственно, внутренние поверхности наружных гибких уплотнительных кромок 7 и 24 также выполнены идентичными.

Наружная поверхность 35 внутренней гибкой уплотнительной кромки 6 (показано, например, в уплотнительной манжете 1), выполнена в форме двух наружных конических поверхностей соответственно 36 и 37, где поз.38 показан минимальный диаметр наружных конических поверхностей 36 и 37, которые сопряжены в плоскости 39 максимального поперечного сечения эластичного разжимного кольца 17, при этом уплотнительная манжета 1 имеет радиус 40 вдоль кромки 41, сопряженный с внутренним кольцевым торцом 8, а поз.42 - центральная продольная ось уплотнительной манжеты 1, показано на фиг.3.

Внутренняя поверхность 43 наружной гибкой уплотнительной кромки 24 (показано, например, в уплотнительной манжете 18) выполнена в форме двух внутренних конических поверхностей соответственно 44 и 45, где поз.46 показан максимальный диаметр внутренних конических поверхностей 44 и 45, которые сопряжены в плоскости 47 максимального поперечного сечения эластичного разжимного кольца 34, при этом уплотнительная манжета 1 имеет радиус 48 в вдоль кромки 49, сопряженный с наружным кольцевым торцом 26, а поз.50 - центральная продольная ось уплотнительной манжеты 18, показано на фиг.4.

Кольцевая полость 11, открытая со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов 7 и 8 (показано в уплотнительной манжете 1), выполнена с плоским кольцевым дном 51, расположенным параллельно внутреннему и наружному кольцевым торцам соответственно 8 и 7, при этом эластичное разжимное кольцо 17 контактирует в кольцевой полости 11 с плоским кольцевым дном 51, двумя наружными поверхностями 36, 37 внутренней гибкой уплотнительной кромки 6, двумя аналогичными внутренними поверхностями 44, 45 наружной гибкой уплотнительной кромки 7 (обозначенными на фиг.4) и установлено с выступом 52 над внутренним и наружным кольцевыми торцами соответственно 8 и 7, показано на фиг.3.

Кольцевая полость 28, открытая со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов 25, 26 (показано в уплотнительной манжете 18), выполнена с плоским кольцевым дном 53, расположенным параллельно внутреннему и наружному кольцевым торцам соответственно 25 и 26, при этом эластичное разжимное кольцо 34 контактирует в кольцевой полости 28 с плоским кольцевым дном 53, двумя наружными поверхностями 36, 37 (обозначенными на фиг.3) внутренней гибкой уплотнительной кромки 23, двумя внутренними поверхностями 44, 45 наружной гибкой уплотнительной кромки 24 и установлено с выступом 54 над внутренним и наружным кольцевыми торцами соответственно 25 26, показано на фиг.4.

Величина выступа 52, Н эластичного разжимного кольца 17 над внутренним и наружным кольцевыми торцами соответственно 8 и 7 равна, например, радиусу 40 вдоль кромки 41, при этом эластичное разжимное кольцо 17 имеет максимальное поперечное сечение 55, Д (обозначенное на фиг.4), составляющее от 45% до 55% указанного предустановленного радиального расстояния 4 между двумя элементами 2, 3, показано на фиг.3, 5.

Величина выступа 54, Н эластичного разжимного кольца 34 над внутренним и наружным кольцевыми торцами соответственно 25 и 26 равна, например, радиусу 48 вдоль кромки 49, при этом эластичное разжимное кольцо имеет максимальное поперечное сечение 55, Д, составляющее от 45% до 55% указанного предустановленного радиального расстояния 21 между двумя элементами 19, 20, показано на фиг.4, 6.

Уплотнительная манжета содержит зеркально расположенные относительно жесткого кольцевого основания 22 дополнительные внутреннюю 56 и наружную 57 гибкие уплотнительные кромки, а также дополнительные внутренний 58 и наружный 59 кольцевые торцы, составляющие единую конструкцию с жестким кольцевым основанием 22 и образующие дополнительную кольцевую полость 60, открытую со стороны дополнительных внутреннего 58 и наружного 59 кольцевых торцов, дополнительные внутренняя 56 и наружная 57 гибкие уплотнительные кромки имеют уплотнительный край 61 на внутренней 30 и соответственно уплотнительный край 62 на наружной поверхности 33, простирающейся к внешнему краю 63 от жесткого кольцевого основания 22 для плотного контакта с одним из указанных элементов 19, 20, а также содержит дополнительное эластичное разжимное кольцо 64, размещенное в дополнительной кольцевой полости 60 между дополнительными гибкими уплотнительными кромками соответственно 56, 57 и жестким кольцевым основанием 22, показано на фиг.4, 6.

Наружная 65 и внутренняя 66 поверхности соответственно внутренней 56 и наружной 57 дополнительных уплотнительных кромок выполнены в форме соответственно наружных 67, 68 и внутренних 69, 70 конических поверхностей, а наружные 67, 68 и внутренние 69, 70 конические поверхности соответственно внутренней 56 и наружной 57 дополнительных уплотнительных кромок сопряжены в плоскости 71 максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца 64, показано на фиг.4, 6.

Дополнительная кольцевая полость 60, открытая со стороны внутреннего 58 и наружного 59 дополнительных кольцевых торцов, выполнена с собственным плоским кольцевым дном 72, расположенным параллельно внутреннему 58 и наружному 59 дополнительным кольцевым торцам, а дополнительное эластичное разжимное кольцо 64 контактирует в дополнительной кольцевой полости 60 с собственным плоским кольцевым дном 72 и установлено с выступом 73 над дополнительными внутренним 58 и наружным 59 кольцевыми торцами, показано на фиг.4, 6.

Ширина 74, Т собственного плоского кольцевого дна 72 в дополнительной кольцевой полости 60, предназначенной для размещения дополнительного эластичного разжимного кольца 64, и диаметр 75, Д максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца 64 связаны соотношением: Т=(0,65÷0,75) Д, показано на фиг.4.

Ширина 76, Т плоского кольцевого дна 53 в кольцевой полости 28, предназначенной для размещения эластичного разжимного кольца 34, показано на фиг.4.

Величина выступа 73, Н дополнительного эластичного разжимного кольца 64 над внутренним 58 и наружным 59 дополнительными кольцевыми торцами и диаметр 75, Д максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца 64 связаны соотношением: Н=(0,07÷0,12) Д.

Жесткое кольцевое основание, выполненное из эластомерного материала, имеет твердость 85÷90 ед. Шор А.

Материалы уплотнительных манжет 1, 18, а также эластичных разжимных колец 17, 34, 64: Viton В, Viton G, Viton FDA (фторовый каучук, фторовый каучук углерода) отличаются хорошей устойчивостью против высоких температур (от -20°С до +175°С), озона, кислорода, минеральных масел, синтетических гидравлических жидкостей, топлива, многих органических растворителей, а также отличаются хорошей устойчивостью в буровом растворе, который содержит абразивные частицы, например до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимерглинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см³.

Высота 77, К жесткого кольцевого основания и диаметр 75, Д максимального поперечного сечения основного и/или дополнительного эластичных разжимных колец 17, 34, 64 связаны соотношением: К=(0,85÷1,25) Д.

Уплотнительная манжета 1 используется для уплотнения штока (шлицевого вала) 2 при одностороннем действии сверхвысокого давления, одна сторона 78 уплотнения подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая сторона 79 контактирует с буровым раствором, устройство уплотнения штока содержит установленные во внутренних канавках поршня демпферное кольцо 80, расположенное в полости 78, откуда действует сверхвысокое давление, а также два защитных уплотнительных кольца 81 и демпферную втулку 82, которые расположены последовательно в этом порядке от уплотнительной манжеты 1 в полости 79, в которой действует пониженное давление гидравлической жидкости, показано на фиг.1.

При этом уплотнительная манжета 1, расположенная на границе раздела "масло-буровой раствор", нагружается пониженным давлением, например 15÷30 МПа, за счет дросселирования гидравлической жидкости в радиальном зазоре между штоком 2 и демпферным кольцом 80, а два защитных уплотнительных кольца 81 и демпферная втулка 82, которые расположены последовательно в этом порядке от уплотнительной манжеты 1, удерживают трансмиссионное масло в полости 83 между демпферным кольцом 80, уплотнительной манжетой 1 и демпферной втулкой 82, что повышает ресурс и надежность уплотнения.

Уплотнительная манжета 18 используется для уплотнения штока (шлицевого вала) 19 при двухстороннем действии сверхвысокого давления, одна сторона 84 уплотнения подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая сторона 85 контактирует с гидравлической жидкостью " масло плюс буровой раствор", при этом устройство уплотнения штока 19 содержит демпферную втулку 86, расположенную со стороны гибких уплотнительных кромок соответственно 23 и 24, два защитных уплотнительных кольца 87, а также вторую уплотнительную манжету 18, идентичную первой, расположенную зеркально относительно первой уплотнительной манжеты 18, показано на фиг.2.

При этом первая уплотнительная манжета 18, расположенная на границе раздела "масло-буровой раствор", нагружается пониженным давлением, например 15÷30 МПа, за счет дросселирования гидравлической жидкости, частиц бурового раствора и/или пластовой жидкости в радиальном зазоре между штоком 19 и демпферной втулкой 86, а два защитных уплотнительных кольца 87 удерживают трансмиссионное масло в полости 88 между первой и второй уплотнительными манжетами 18, уменьшают истирание при скольжении, что повышает ресурс и надежность уплотнения, показано на фиг.2.

Расчет напряженно-деформированного состояния конструкции уплотнительной манжеты 18 в системе уплотнения шлицевого вала 19 гидравлического бурильного яса при двухстороннем действии сверхвысокого давления гидравлической жидкости, по существу 120÷170 МПа, который осуществлялся методом конечных элементов с помощью сертифицированного аналитического программного продукта ANSYS 12.1 в динамической нелинейной постановке с использованием элементов, имитирующих контактное взаимодействие, с учетом упруго-пластичных свойств материалов конструкции, показал, что в случае равномерного распределения нагрузки при давлении и мгновенном "сбросе" давления гидравлической жидкости в системе (SYSTEM PRESSURE) на открытую поверхность относительно эластичного разжимного кольца 34, размещенного в указанной кольцевой полости 28 между гибкими уплотнительными кромками 23, 24 и относительно жестким кольцевым основанием 22, запас по пределу усталостной выносливости при многократном сжатии составляет 1,55, запас по пределу усталостной выносливости при знакопеременном изгибе с вращением составляет 1,45.

При давлении гидравлической жидкости в системе (SYSTEM PRESSURE) и мгновенном "сбросе" давления плоскость 47 максимального поперечного сечения эластичного разжимного кольца 34 сохраняет симметричную форму, эластичное разжимное кольцо 34 контактирует в кольцевой полости 28 с плоским кольцевым дном 51, двумя наружными поверхностями 36, 37 внутренней гибкой уплотнительной кромки 23, двумя аналогичными внутренними поверхностями 44, 45 наружной гибкой уплотнительной кромки 24 и располагается с выступом 54 над внутренним и наружным кольцевыми торцами соответственно 25 и 26.

При этом эластичное разжимное кольцо 34, имеющее максимальное поперечное сечение 55, Д, составляющее от 45% до 55% указанного предустановленного радиального расстояния 21 между двумя элементами 19, 20, обеспечивает возможность сохранения эластичности при сжатии в широком диапазоне твердости при максимальной температуре за счет повышения точности профиля поперечного сечения гибких уплотнительных кромок 23, 24 и эластичного разжимного кольца 34 при давлении гидравлической жидкости в системе (SYSTEM PRESSURE) и мгновенном "сбросе" давления на открытую поверхность эластичного разжимного кольца 34, размещенного в указанной кольцевой полости 28 между гибкими уплотнительными кромками 23, 24 и жестким кольцевым основанием 22, а также за счет обеспечения заданного натяга эластичного разжимного кольца 34 в кольцевой полости 28 между гибкими уплотнительными кромками 23, 24 и заданного натяга внешних уплотнительных кольцевых поясов 29, 32 между элементами соединения 19, 20, а также за счет повышения механической прочности и сопротивления истиранию при скольжении внешних уплотнительных кольцевых поясов 29, 32 между элементами соединения 19, 20.

При давлении гидравлической жидкости в системе (SYSTEM PRESSURE) и мгновенном "сбросе" давления плоскость 71 максимального поперечного сечения эластичного разжимного кольца 34 сохраняет симметричную форму, эластичное разжимное кольцо 64 контактирует в кольцевой полости 60 с плоским кольцевым дном 72, двумя наружными поверхностями 67, 68 внутренней гибкой уплотнительной кромки 56, двумя аналогичными внутренними поверхностями 69, 70 наружной гибкой уплотнительной кромки 57 и располагается с выступом 73 над внутренним и наружным кольцевыми торцами соответственно 58 и 59.

При этом эластичное разжимное кольцо 64, имеющее максимальное поперечное сечение 75, Д, составляющее от 45% до 55% указанного предустановленного радиального расстояния 21 между двумя элементами 19, 20, обеспечивает возможность сохранения эластичности при сжатии в широком диапазоне твердости при максимальной температуре за счет повышения точности профиля поперечного сечения гибких уплотнительных кромок 56, 57 и эластичного разжимного кольца 64 при давлении гидравлической жидкости в системе (SYSTEM PRESSURE) и мгновенном "сбросе" давления на открытую поверхность эластичного разжимного кольца 64, размещенного в указанной кольцевой полости 60 между гибкими уплотнительными кромками 56, 57 и жестким кольцевым основанием 31, а также за счет обеспечения заданного натяга эластичного разжимного кольца 64 в кольцевой полости 60 между гибкими уплотнительными кромками 56, 57 и заданного натяга внешних уплотнительных кольцевых поясов 61, 62 между элементами соединения 19, 20, а также за счет повышения механической прочности и сопротивления истиранию при скольжении внешних уплотнительных кольцевых поясов 61, 62 между элементами соединения 19, 20.

Ресурс уплотнительной манжеты 18 в системе уплотнения шлицевого вала гидравлического бурильного яса, одна сторона уплотнения в котором подвергается сверхвысокому давлению гидравлической жидкости, преимущественно 120÷170 МПа, а другая контактирует с буровым раствором, составляет не менее 450 часов при проходке сложных искривленных скважин с большим коэффициентом трения, например в скважинах, имеющих боковые горизонтальные стволы, при этом прихваты в скважинах ликвидируются, а максимальное время работы яса в скважине составляет непрерывно 60 часов и за это время им производится более 650 ударов.

Изобретение относится к устройствам уплотнения. Уплотнительная манжета, предназначенная для установки между двумя элементами, расположенными на предустановленном радиальном расстоянии друг от друга при возвратно-поступательном движении, содержит жесткое кольцевое основание прямоугольного поперечного сечения, внутреннюю и наружную гибкие уплотнительные кромки, внутренний и наружный кольцевые торцы, расположенные на противоположном краю от указанного жесткого кольцевого основания, составляющие единую конструкцию с жестким кольцевым основанием и образующие кольцевую полость, открытую со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов, внутреннюю и наружную гибкие уплотнительные кромки, а также содержит эластичное разжимное кольцо, размещенное в указанной кольцевой полости между гибкими уплотнительными кромками и жестким кольцевым основанием. Описана форма и взаимосвязь элементов уплотнительной манжеты. Изобретение повышает надежность уплотнительной манжеты. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Уплотнительная манжета, предназначенная для установки между двумя элементами, расположенными на предустановленном радиальном расстоянии друг от друга при возвратно-поступательном движении, содержащая жесткое кольцевое основание прямоугольного поперечного сечения, внутреннюю и наружную гибкие уплотнительные кромки, внутренний и наружный кольцевые торцы, расположенные на противоположном краю от указанного жесткого кольцевого основания, составляющие единую конструкцию с жестким кольцевым основанием и образующие кольцевую полость, открытую со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов, внутренняя и наружная гибкие уплотнительные кромки имеют уплотнительный край на внутренней и, соответственно, наружной поверхности, простирающейся к внешнему краю от одной стороны жесткого кольцевого основания для плотного контакта с одним из указанных элементов, а также содержащая эластичное разжимное кольцо, размещенное в указанной кольцевой полости между гибкими уплотнительными кромками и жестким кольцевым основанием, гибкие уплотнительные кромки, по меньшей мере, частично окружают и удерживают эластичное разжимное кольцо в кольцевой полости, наружная и внутренняя поверхности соответственно внутренней и наружной уплотнительных кромок выполнены в форме соответственно наружных и внутренних конических поверхностей, а наружные и внутренние конические поверхности соответственно внутренней и наружной уплотнительных кромок сопряжены в плоскости максимального поперечного сечения эластичного разжимного кольца, кольцевая полость, открытая со стороны внутреннего и наружного кольцевых торцов, выполнена с плоским кольцевым дном, расположенным параллельно внутреннему и наружному кольцевым торцам, эластичное разжимное кольцо контактирует в кольцевой полости с плоским кольцевым дном и установлено с выступом над внутренним и наружным кольцевыми торцами, при этом эластичное разжимное кольцо имеет максимальное поперечное сечение, составляющее от 45% до 55% указанного предустановленного радиального расстояния между двумя элементами, отличающаяся тем, что содержит зеркально расположенные относительно жесткого кольцевого основания дополнительные внутреннюю и наружную гибкие уплотнительные кромки, а также дополнительные внутренний и наружный кольцевые торцы, составляющие единую конструкцию с жестким кольцевым основанием и образующие дополнительную кольцевую полость, открытую со стороны дополнительных внутреннего и наружного кольцевых торцов, дополнительные внутренняя и наружная гибкие уплотнительные кромки имеют уплотнительный край на внутренней и, соответственно, наружной поверхности, простирающейся к внешнему краю от жесткого кольцевого основания для плотного контакта с одним из указанных элементов, а также содержит дополнительное эластичное разжимное кольцо, размещенное в дополнительной кольцевой полости между дополнительными гибкими уплотнительными кромками и жестким кольцевым основанием, при этом наружная и внутренняя поверхности соответственно внутренней и наружной дополнительных уплотнительных кромок выполнены в форме соответственно наружных и внутренних конических поверхностей, а наружные и внутренние конические поверхности соответственно внутренней и наружной дополнительных уплотнительных кромок сопряжены в плоскости максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца, дополнительная кольцевая полость, открытая со стороны внутреннего и наружного дополнительных кольцевых торцов, выполнена с собственным плоским кольцевым дном, расположенным параллельно внутреннему и наружному дополнительным кольцевым торцам, а дополнительное эластичное разжимное кольцо контактирует в дополнительной кольцевой полости с собственным плоским кольцевым дном и установлено с выступом над дополнительными внутренним и наружным кольцевыми торцами.

2. Уплотнительная манжета по п.1, отличающаяся тем, что ширина Т собственного плоского кольцевого дна в дополнительной кольцевой полости, предназначенной для размещения дополнительного эластичного разжимного кольца, и диаметр Д максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца связаны соотношением: Т=(0,65÷0,75) Д.

3. Уплотнительная манжета по п.1, отличающаяся тем, что величина выступа Н дополнительного эластичного разжимного кольца над внутренним и наружным дополнительными кольцевыми торцами и диаметр Д максимального поперечного сечения дополнительного эластичного разжимного кольца связаны соотношением: Н=(0,07÷0,12) Д.

4. Уплотнительная манжета по п.1, отличающаяся тем, что жесткое кольцевое основание, выполненное из эластомерного материала, имеет твердость 85÷90 ед. Шор А.

5. Уплотнительная манжета по п.1, отличающаяся тем, что высота К жесткого кольцевого основания и диаметр Д максимального поперечного сечения основного и/или дополнительного эластичных разжимных колец связаны соотношением: К=(0,85÷1,25) Д.