Уплотнительное устройство Советский патент 1986 года по МПК F16J15/32 

Изобретение относится к уплотни тельным устройствам, применяемым в буровых насосах с возвратно-поступ тельньм движением деталей. Известно уплотнение манжетного типа для возвратно-поступательно движущихся деталей, которое включа в себя сердечник с опорным буртом, шайбы переменной толщины с диаметр ми, уменыцаюо;имися в сторону рабоче кромки, и размещенные в манжете с переменным шагом, увеличиваю-димся в сторону рабочей кромки. Шайбы, их геометрия и переменность шага предназначены для уменьшения локальных концентраций напряжений в материале манжеты с целью повышения срока службы. Известное уплотнение манжетного типа имеет следую1чие недостатки: 1)сложная нетехнологическая наборная конструкция сердечника, вклю чающая большую номенклатуру деталей 2)требуется высокая точность из готовления деталей для обеспечения собираемости и надежного крепления их на сердечнике перед вулканизацие 3)в процессе работы под действи ем циклически изменяющейся нагрузки и прогибов шайб происходит отслоегш резины от плоскостей с дальнейлшм разрушением шайб в местах защемлени и распадением поршня на отдельные кольца 4)податливость шайб не обеспечи вает требуемую радиальную и осевую жесткость манжеты по ее длине. Из-за своих органических недостатков указанные поршни не нашли применения в промьшшенности. Известен также поршень буровых поршневых, насосов, представляющий собой уплотнительное устройство, вы полненное в виде монолитной резинометаллической детали. Поршень состоит из металлического сердечника с опорным буртом и двумя кольцевыми выступами с привулканизированными резиновыми, манжетами. Сердечник пор ня и поршень изготавливаются в массовых количествах заводами страны для эксплуатагщи буровых поршневых насосов. Известный поршень, принятый за прототип, обладает следующими недос татками. Конструкция металлического серд ника обеспечивает неравномерное, скачкообразное распределение к опо кому бурту радиальной и осевой жесткости привулка(гизированной эластичной мар1жеты по ее длине. При прило-жер1ии нагрузки (давления) в местах кольцевых выступов и у разделительного опорного бурта в материале эластичной манжеты возникают локальные концентрации напряжений, приводящие к выдавливанию материала манжеты в кольцевой зазор между опорным буртом сердечника и внутренним диаметром втулки цилиндра и ее ускоренному износу и разрушению. Целью настоящего изобретения является увеличение срока службы. Для достижения этой цели в уплотнительном устройстве, включающем сердечник с кольцевыми выступами, опорный бурт и привулканизированную эластичную манжету, сердечник выполнен в виде усеченного конуса с углом 2(и при вершине, который соосно базируется большим основанием на опорный бурт и имеет на образующей кольцевую гребенку с равномерным шагом, при этом разность h между большим основанием конуса и наружным диаметром опорного бурта принята из зависимостиh (49 - 1,3ot) - 0,06PJ 5 мм, где Р - рабо-чее давление; oi - половина угла при вершине конуса. Сущность- изобретения поясняется чертежом (показан стержень). Уплотнительное устройство поршня бурового поршневого насоса содержит металлический сердечник 1, состоящий из опорного бурта 2, кольцевой гребенки 3 с равномерным шагом, выполненной на образующей усеченного конуса 4 и привулканизированной манже™ ты 5, угол при вершине усеченного конуса , а большее основание усеченного конуса диаметром Д соосно базируется на опорном бурте 2 и меньше наружного диаметра опорного бурта ПоъДанная конструкция уплотнительного устройства поршня позволяет плавно увеличивать по длине сердечника к опорному бурту радиальную и осевую жесткость привулканизированного эластичного элемента и направленно регулировать радиальную и осевую жесткость двумя параметрами - углом при вершине конуса 2- и разностью

3

диаметров опорного бурта и большего основания конуса.

Исследования показали, что основные параметры поршня для заданного предельного давления перекачиваемой жидкости связаны зависимостью

h (49 - 1,) - 0,06Р 5 мм,

где h - разница между наружным диаметром опорного бурта-и диаметром большего основания усеченного конуса J

2об - угол при вершине конуса, Р - предельное давление.

Это позволяет с наименьшими затратами и большей точностью рассчитать оптимальную конструкцию поршня с учетом физико-механических свойств резины, избежать вредных локальных концентраций напряжений в материале манжеты и тем самым увеличить долговечность и надежность поршня, а прос тота конструкции сердечника снизит трудоемкость изготовления поршня.

В процессе работы насоса давление жидкости передается на эластичную манжету 5 уплотнительного устройства поршня, которая, деформируясь, прижимается к внутреннему диаметру цилиндрической втулки, а удельные

64716А

давления в контакте уменьшаются в сторону опорного бурта пропорционально увеличивающейся радиальной и осевой жесткости эластичной манжеты, с тем самым обеспечивается надежное перекрытие зазору между опорным буртом поршня и внутренним диаметром цилиндровой втулки без значительных концентра1Д1й напряжений в районе опор 0 ного бурта.

Технико-экономическая эффектна ность заявляемого уплотнительного устройства слагается из следующего:

15 а) увеличение срока службы цнлиндро-поршнейЬй пары в 2-4 раза, т.к. с выходом из строя поршня, как правило, выходит из строя и втулка цилиндр а J

20 б) снижение затрат при изготовлении и замене в эксплуатации вьш1едших из строя поршней и втулок цилиндров;

в)повьш1ёние надежности работы бурового насоса за счет уменьшения

25 интенсивности отказов и повьш1ения коэффициента готовностиJ

г)сокращение ремонтного, времени;

д)сокращение простоев в эксплуатации буровой установки, в состав ко30 торой входят буровые насосы.

УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, преимущественно поршня бурового насоса, включающее сердечник с кольцевыми выступами, опорный бурт и привулканизированнук манжету, о т целью повышения срока службы, сердечник выполнен в виде усеченного конуса с углом 2об при вершине, базируется соосно большим основанием на опорном бурте и имеет на образующей кольцевую гребенку с равномерным шагом, при этом разность h между большим основанием конуса и наружньм диаметром опорного бурта принята из зависимости h