Уплотнительная манжета Советский патент 1987 года по МПК F16J15/32 

Изобретение относится к объемному насосному машиностроению и может быт использовано в гидравлических поршневых машинах возвратно-поступательного движения, в частности в уплотне ниях поршня или штока буровых насосов .

Целью изобретения является повышение долговечности уплотнительной манжеты путем более эффективного га- шения импульса давления, снижения активности абразивной прослойки на трущейся поверхности уплотнительной ман же ты.

На чертеже изображена уплотни- тельная манжета поршня с разрезом.

Уплотнительная манжета, например, сборного поршня бурового насоса включает в себя эластичное резиновое кольцевое уплотнение 1 с уплотня- ющей губой 2 в передней ее части. Ограничивающая цилиндрическая трущаяся поверхность 3 манжеты в установленном в насос поршне сопряжена с ответной деталью (с цилиндровой втулкой насоса), В опорной части манжеты размещена кольцевая опора .4 вьшолненная из более твердого и менее эластичного, чем резиновое уп- лотнение 1, материала, например из многослойного резинотканевого пакета или из твердой резины с повьшен- ным содержанием серы в ее соста-

ве,

В опорной части уплотнения 1 на границе с опорой 4 размещены привулканизованные одновременно к уплотнению 1, опоре 4 и между собой промежуточные эластичные кольца 5,, 6 и 7 повьппенной по сравнению с уплотнением 1 твердостью. Повьшенная твердость промежуточных колец 5 достигается использованием, например, твердой резины с повышенным содержа- нием серы в составе исходной резиновой смеси, причем содержание серы в различных промежуточных кольцах 5, 6 и 7 по направлению от первого кольца 5 к опорному 7 возрастает, чем достигается увеличение их твердости относительно друг друга. Применение промежуточных колец из резины повьшшнной твердости исключает использование клеев, так как кольца из резины с повьппенным содержанием серы хорошо привулканизовываются к основной резине уплотнения 1 и между собой, и прочность их связи существенно возрастает (в 3-5 раз по сравнению с соединением через клей)

Промежуточные 5, 6 и 7 выпол нены по цилиндрической ограничивающей ,относительно неподвижной поверхности одинакового диаметра с аналогичной поверхностью 8 уплотнения Г и опоры 4.

Ограничивающая цилиндрическая, относительно подвижная трущаяся поверхность 3 манжеты на протяжении от уплотняющей губы 2 до тыльной поверхности 9 опоры 4 выполнена из относительно мягкого эластичного материала уплотнения 1 ,, например из резины, при этом относительно подвижная ограничивающая поверхность опоры 4 выполнена конической и совпадает с относительно подвижной ограничивающей трущейся поверхностью 3 манжеты только у тыльной поверхности 9 опоры 4, Диаметр конической поверхности 10 опоры 4 уменьшается в направлении к передней части манжеты. Угол об между образующей, ле- жа1дей на трущейся поверхности 3 манжеты, и образующей, лежащей на конической поверхности 10 опоры 4, составляет 5-10 . Промежуточные кольца 5 S 6 и 7 имеют различную радиальную высоту (h) и осевую толщину (Ь). Радиальная высота (h) колец 5, 6 и 7 возрастает в направлении к опор 4, при этом радиальная высота каждого предыдущего кольца (например, кольца 5 по отношению к кольцу 6 ил кольца 6 по отношению к кольцу 7) со стороны первого кольца 5 составляет 036-0,7 от радиальной высот последующего кольца (соответственно 6- или 7-го), а радиальная высота последнего (опорного) кольца 7 составляет 0,8-0,9 от радиальной высоты передней части опоры 4. I

Поршень с уплотнительной манжетой работает следующим образом.

При движении вперед (слева направо) осуществляется такт нагнетания, при этом абразивосодержащая рабочая жидкость (глинистый буровой раствор, содержап ий абразивные частицы кварцевого песка твердостью 1100- 1200 кгс/мм и др.) вытесняется порншем под давлением (до 320 кгс/с и более) в нагнетательный трубопровод для промывки ствола бурящейся скважины. Импульс давления от нагнетаемой поршнем рабочей среды передается уплотнительной мантеже и

воспринимается передней частью уплотнения 1 манжеты, при этом уплотнение 1 деформируется в радиальном направлении и уплотняете неподвижное соединение манжеты - по поверхности 8 и подвижное соединение манжеты с зеркалом цилиндровой втулки по поверхности 3. В связи с тем, что между уплотнением 1 и опорой 4, выполненной, из более твердого,чем резиновое уплотнение материала, размещены промежуточные кольца 5, 6 и 7 из более твердого и менее эластичного материала, чем у уплотнения 1, жесткость этих колец выше и радиальная деформация меньше, при этом имп ульс давления в манжете на участке расположения колец гасится более эффективно, в результате чего радиальная деформация уплотнения 1 на границе с опорой 4 значительно снижается. Это снижает износ уплотнения 1 и повышает долговечность манжеты. Кроме того, благодаря выполнению опоры 4 с конической поверхностью 10 мягкий эластичный материал уплотнения 1 располагается по всей трущейся поверхности 3 манжеты, причем в опорной части манжеты относительно мягкий эластичный материал pacno-jo промежуточными эластичными кольцами

лагается между конической поверхностью 10 опоры 4 и поверхностью 3 трения- манжеты в узкой щели клиновидного сечения. Благодаря такому расположению эластичного материала уплотнения 1 обеспечивается эффективное гашение импульса давления в теле манжеты, при этом абразивные частицы, попадающие из перекачиваемой абразивосодержащей рабочей среды на поверхность 3 трения манжеты, снижаю свою абразивную активность, так как частицы при более низких нагрузках полностью внедряются в трущуюся поверхность 3 манжеты и передают ответной детали (зеркалу втулки) более низкие нагрузки, в меньшей степени повреждая поверхность трения ответной детали и снижая ее износ.

Снижение активности абразивных частиц снижает шероховатость поверхности ответной детали (зеркала втулки) , так как интенсивный процесс изнашивания (процесс микрорезания) ее абразивными частицами заменяется не менее эффективный процесс полирования в связи с тем, что абразивные частицы слабо закрепляются в бо37794

лее мягком материале уплотнения 1, при этом вид закрепления частиц в поверхности манжеты и процесс трения- скольжения частиц заменяется на про- г цесс трения - качения абразивных частиц (вследствие появившейся возможности у частиц поворачиваться в мягком материале уплотнения 1), В связи с этим снижается шерохова/0 тость зеркала втулки, что приводит к снижению износа уплотнения 1 поршня и повьшению его долговечности, так как меньшей высоты микровыступы зеркала втулки в меньшей степени

15 изнашивают трущуюся поверхность 3 манжеты.

Формула изобретения

1 Уплотнительная манжета сборного поршня бурового насоса, включающая уплотнение, соединенное тьшь- ной поверхностью с твердой и менее эластичной резинотканевой опорой,

отличающаяся тем, что, с целью повьшгения долговечности манжеты путем снижения радиальных деформаций за счет гашения им-- пульса давления, она снабжена

5

0

с твердостью выше твердости уплотнения, расположенными между опорой и уплотнением и соединенными с ними и между собой, причем радиальная высота каждого предыдущего промежуточного кольца составляет 0,6-0,7 от радиальной высоты последующего, радиальная высота кольца, сопряженного с опорой, составляет 0,8-0,9 от- радиальной высоты передней части опоры, а твердость промежуточных колец и их толщина увеличиваются в направлении к опоре и твердость промежуточного кольца, сопряженного с r опорой, выполнена не более твердости опоры, при этом по одной из цилиндрических ограничивающих поверхностей промежуточные кольца совмещены с нерабочей поверхностью уплотнения.

2. Манжета по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность опоры со стороны трущейся поверхности манжеты выполнена конической с уменьшением конусности в сторону уплотнения, а пространство между трущейся поверхностью манжеты и конической поверхностью опоры заполнено уплотнением.

0

5

Изобретение относится к области объемного насосного машиностроения, может быть использовано в гидравлических поршневых машинах возвратно-поступательного движения, в частности в уплотнениях поршня или штока буровых насосов, и позволяет повысить долговечность манжеты. В уплотнении вьтолнены привулкани- зованные одновременно к уплотнению, к опоре и между собой промежуточные эластичные кольца повьшенной по сравнению с уплотнением твердостью, одна из ограничиванндих цилиндрических поверхностей которых совмещена с неподвижной ограничивающей поверхностью манжеты, причем радиальная высота каждого предыдущего кольца составляет 0,6-0,7 от радиальной высоты последующего кольца, а радиал - ная высота кольца, сопряженного с опорой, составляет 0,8-0,9 от радиальной высоты передней части опоры, при этом твердость промежуточных колец и их толщины возрастают в направлении к опоре, а твердость последнего кольца, сопряженного с опорой, не более твердости опоры, подвижная ограничивающая поверхность опоры выполнена конической с уменьшением конца в сторону уплотнения и кольцевое пространство между трущейся поверхностью манжеты и конической поверхностью опоры заполнено эластичным материалом уплотнения. Такое вьтолнение уплотнительной манжеты обеспечивает повьшение долговечности путем снижения радиальных деформаций в уплотнении за счет более эффективного гашения в нем импульса давления и снижения активности абразивных частиц на трущейся поверхности опорной части манжеты. 1 з.п, ф-лы,, 1 ил. (О (Л 00 о со | со