МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ
MECHANICAL SEAL

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 при бурении нефтяных и газовых скважин и добыче из них нефти и конденсата.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является механическое уплотнение, содержащее притертые одно к другому и прижимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме, см. а.с. СССР 391315. В таком уплотнении ввиду неопределенности углового смещения пар колец возможно повышенное перетекание среды, находящейся под более высоким давлением, в зону пониженного давления, что снижает герметичность и надежность уплотнения в целом. В случае применения уплотнения с несколькими парами эксцентричных колец возникает необходимость в фиксации взаимного положения, что значительно усложняет уплотнение. При длительной эксплуатации упругие элементы механического уплотнения перестают быть эластичными (коксуются), что неизбежно приводит к утечкам.
Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, увеличение срока службы и герметичности механического уплотнения и, следовательно, улучшение его работы.
Указанная цель достигается за счет того, что в механическом уплотнении, содержащем охватывающий уплотняемый вал корпус, в котором установлены парные втулки, притертые друг к другу в осевом направлении по наклонным торцевым поверхностям, угол наклона которых больше, чем угол трения, и поджатые к уплотняемым поверхностям в противоположных направлениях, при этом пары развернуты одна относительно другой на угол 180/n, где n - число пар.
На фиг. 1 представлен продольный разрез механического уплотнения.
На фиг. 2 представлен поперечный разрез по А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен поперечный разрез по Б-Б на фиг. 1.
Механическое уплотнение содержит охватывающий уплотняемый вал (шток) 1 корпус 2 с установленными в нем, по крайней мере, двумя парами втулок 3 и 4, 5 и 6, выполненных из металла и развернутых одна относительно другой на угол 180°/n, где n - число пар.
Или механическое уплотнение собирается из блоков, причем каждый блок состоит из корпуса 2 и двух пар втулок 3 и 4, 5 и 6, развернутых одна относительно другой на угол 90°, а сами блоки размещаются на валу 1 последовательно и развернуты один относительно другого на угол 90°/m, где m - число блоков.
Все втулки выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями, при этом внутренние сопрягаемые торцевые поверхности каждой пары втулок выполнены наклонными, причем угол их наклона больше, чем угол трения.
Втулки выполнены таким образом, что их внутренний диаметр превышает диаметр вала 1, а наружный диаметр меньше диаметра уплотняемой поверхности корпуса 2. Для лучшего притирания втулки выполнены с проточками по наружному диаметру, в которые вставлены кольца из эластичного материала.
Механическое уплотнение работает следующим образом. От перепада, возникающего между полостями высокого и низкого давления, втулки перемещаются вдоль и перпендикулярно оси по торцевым наклонным поверхностям, прижимаясь к валу и к внутренней поверхности корпуса, причем зазор между внутренней цилиндрической поверхностью втулок и наружной цилиндрической поверхностью вала меньше, чем зазор между наружной цилиндрической поверхностью втулок и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса.
При этом втулки одной пары охватывают вал с противоположных сторон, организуя лабиринт зазоров между внутренней поверхностью втулок и наружной поверхностью вала. Разворачивая следующую пару втулок по отношению к предыдущей паре на угол 90°, можно практически полностью перекрыть максимальный зазор лабиринта.
В итоге такой блок из двух пар втулок позволит получить достаточно большое сопротивление в лабиринте и минимальные утечки.
Износ втулок будет компенсироваться за счет того, что они выполнены с наклонными торцевыми поверхностями, что обеспечивает постоянное плотное соприкосновение, по крайней мере, половины внутренней поверхности кругового сектора втулки и наружной поверхности вала.