Поршень гидравлического насоса

Полезная модель относится к гидравлическим насосам, а именно к поршням и уплотнителям цилиндропоршневых пар.
Известен цилиндропоршневой узел насоса с резинометаллическим поршнем, манжета которого установлена на наружной поверхности металлического сердечника, выполненного в форме кольцевых канавок разного диаметра, при этом манжета крепиться к торцу металлического сердечника шайбой с гайкой. Сердечник поршня содержит внутри полости и каналы для подвода смазочно-охлаждающей жидкости с целью дополнительной смазки поверхности цилиндра и отвода избытка теплоты [АС №1388582 4 F04B 21/04, - аналог].
Из-за несоосности осей поршня и цилиндра возникает неравномерность контактных напряжений на поверхности трения поршня с цилиндром, в результате происходит неравномерный износ манжеты и снижение параметров рабочего давления насоса, что снижает срок службы устройства.
Известен поршень нефтяного насоса, содержащий металлический сердечник и установленный на нем в кольцевых углублениях разного диаметра резиновый уплотнитель, выполненный с высоким модулем упругости на наружной поверхности, состоящей из рабочей и контактной поверхностей. При этом резиновый уплотнитель без разъема скреплен с сердечником посредством вулканизации [АС №1675604, F16J 15/16 - прототип].
Недостатком известной конструкции поршня является неравномерный износ уплотнителя вследствие неравномерности контактных напряжений на поверхности трения уплотнителя и цилиндра, возникающих из-за несоосности оси поршня с осью цилиндра и низкой точности посадки геометрических размеров уплотнителя.
Кроме этого, в процессе работы поршня, из-за действия знакопеременных сил трения нарушается крепление уплотнителя с сердечником по наибольшему диаметру контактной торцевой поверхности, в результате происходит износ (эффект «разлахмачивания») кромки прямоугольного сопряжения контактной и торцевой поверхностей уплотнителя с сердечником по кольцевому периметру. Указанные недостатки являются причиной снижения эксплуатационной надежности и срока службы уплотнителя.
Техническим результатом полезной модели является повышение эксплуатационной надежности и срока службы поршня.
Техническая задача полезной модели - повышение эксплуатационной надежности и срока службы поршня за счет уменьшения несоосности осей поршня и цилиндра насоса при одновременном устранении износа кромки уплотнителя по наибольшему диаметру сопряжения сердечника с уплотнителем.
Решение технической задачи
Поршень гидравлического насоса, содержащий металлический сердечник, на наружной поверхности которого выполнены кольцевые углубления разного диаметра, образующие в продольном сечении ступенчатый профиль сердечника, состоящий из кольцевых поверхностей выступов и сопряженных с ними кольцевых торцевых поверхностей, выполненных перпендикулярно оси поршня, установленный на сердечнике и закрепленный на нем без разъема, посредством вулканизации, эластичный уплотнитель, в котором кольцевой торец наибольшего диаметра металлического сердечника выполнен под острым углом к горизонтальной оси поршня и самотормозящим углом к вертикальной оси поршня и образующий с сопряженной поверхностью углубления внутреннюю кольцевую полость, обеспечивающую самоторможение эластичного уплотнителя, кроме этого на двух кольцевых выступах сердечника, установлены разрезные металлические компрессионные кольца, а в металлическом сердечнике между кольцевыми выступами выполнены два кольцевых канала и восемь радиальных каналов, а на внутренней поверхности сердечника выполнены два продольных канала, сообщающиеся между собой и рабочей полостью насоса вышеназванные каналы предназначены для перемещения рабочей жидкости внутри поршня насоса.
Сущность полезной модели
В предлагаемой конструкции поршень гидравлического насоса, включающий металлический сердечник, на наружной поверхности которого выполнены кольцевые углубления разного диаметра, образованные сопряжением кольцевых поверхностей выступов и кольцевых торцевых поверхностей, выполненных перпендикулярно оси поршня, которые образуют в продольном сечении ступенчатый профиль сердечника, состоящий из кольцевых поверхностей выступов с установленными на выступах разрезными компрессионными кольцами, выполненными из металла, кольцевых торцевых поверхностей и кольцевых поверхностей впадин. На ступенчатый профиль сердечника установлен и скреплен с сердечником без разъема, посредством вулканизации резиновый уплотнитель. На двух выступах сердечника установлены разрезные компрессионные кольца, выполненные из металла. Торцы кольцевых впадин сердечника выполнены перпендикулярно к горизонтальной оси поршня, при этом кольцевой торец наибольшего диаметра сердечника выполнен под острым углом к горизонтальной оси и самотормозящим углом к вертикальной оси поршня и образующий с сопряженной поверхностью впадины внутреннюю кольцевую полость, препятствующую появлению сил трения движения по кольцевому периметру на торцевой поверхности наибольшего диаметра контакта уплотнителя с сердечником, в результате чего обеспечивается устойчивое самоторможение резинового уплотнителя, а на кромке контактной поверхности уплотнителя с цилиндром насоса образуется постоянная технологическая посадка с зазором, исключающая износ уплотнителя по кольцевому периметру в сопряжении контактной и торцевой поверхностей, что позволяет повысить его эксплуатационную надежность и срок службы поршня.
В настоящий момент в буровых и нефтяных насосах используют резину с коэффициентом трения покоя , что соответствует самотормозящим углам  от ρ=11,3° до ρ=30,9°, а острый угол, образующий внутреннюю кольцевую полость равен α=(90°-ρ) и соответственно α=78,7°-59,1°, что обеспечивает надежное торможение уплотнителя на торцевой поверхности сердечника.
Металлический сердечник внутри посадочного отверстия содержит расточенные кольцевые, продольные и радиальные каналы, сообщающиеся между собой, что дает возможность перемещать рабочую жидкость из рабочей полости цилиндра по выше упомянутым каналам, воздействуя на разрезные компрессионные кольца, которые под давлением рабочей жидкости воздействуют на резиновый уплотнитель, поджимая его к цилиндру, чем компенсируется несоосность осей поршня и цилиндра и повышается геометрическая точность посадки поршня и цилиндра насоса. В результате обеспечивается равномерный износ контактных поверхностей поршня с уплотнителем и соответственно устраняется износ кромки уплотнителя («эффект разлахмачивания»), что также обеспечивает его эксплуатационную надежность и повышение срока службы поршня.
Таким образом, в предлагаемом поршне за счет исключения несоосностей осей поршня и цилиндра образуется постоянная технологическая посадка с зазором, исключающая износ на кромке контактной поверхности уплотнителя, а, следовательно, повышается его эксплуатационная надежность и, соответственно, срок службы поршня, в сравнении поршнем по прототипу, что и является новым техническим результатом заявленной полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом:
- на фиг. 1 изображен продольный разрез поршня;
- на фиг. 2 - поперечный разрез поршня.
- на фиг. 3 - представлен вид I кромки контактной поверхности уплотнителя.
Устройство
Поршень гидравлического насоса содержит металлический сердечник 1, на наружной поверхности которого выполнены кольцевые углубления разного диаметра, образующие в продольном сечении ступенчатый профиль, состоящий из двух кольцевых поверхностей выступов 2 с установленными на выступах 2 разрезными компрессионными кольцами 3, выполненными из металла, кольцевых поверхностей углублений 4 и сопряженных с ними торцевых поверхностей 5, выполненных перпендикулярно оси поршня. При этом кольцевой торец наибольшего диаметра сердечника 1 выполнен под самотормозящим углом ρ к вертикальной оси поршня и одновременно под острым углом α=90°-ρ к горизонтальной оси поршня. Кроме этого, в металлическом сердечнике 1 между выступами 2 выполнены два кольцевых канала 6 и восемь радиальных каналов 7, а на посадочной (внутренней) поверхности сердечника 1 выполнены два продольных канала 8. Сообщающиеся между собой каналы 6, 7 и 8, предназначены для перемещения рабочей жидкости из полости цилиндра насоса в вышеупомянутые каналы. Металлический сердечник 1 неразъемно, посредством вулканизации, скреплен с уплотнителем 9, выполненным из эластичного материала, например, из резины, и содержащим рабочую поверхность 10 с поршнем насоса и контактную поверхность 11 с цилиндром насоса, при этом контактная поверхность 11 образует сопряжение кромки наибольшего диаметра уплотнителя 9 с торцевой поверхностью 5 сердечника 1. Работа устройства
Поршень работает следующим образом. При рабочем ходе поршня при перемещении влево рабочая гидравлическая жидкость воздействует на рабочую поверхность 10 уплотнителя, при этом давление рабочей жидкости передается через сообщающиеся между собой каналы 6, 7 и 8 на компрессионные кольца 3, которые разжимаются, воздействуют на резиновый уплотнитель 9, поджимая его к цилиндру насоса, при этом компенсируется несоосность осей поршня и цилиндра и тем самым повышается точность геометрической посадки поршня и цилиндра, в результате обеспечивается равномерный износ контактной поверхности 11 уплотнителя 9 с цилиндром насоса. При холостом ходе поршня при его перемещении вправо давление в каналах 6, 7 и 8 падает, компрессионные кольца 3 сжимаются и принимают исходное положение, в результате снижается сила трения на контактной поверхности 11 уплотнителя 9 с цилиндром насоса. Одновременно на кромке контактной поверхности 11 уплотнителя 9 с сердечником 1 образуется постоянная технологическая посадка с зазором, исключающая износ кромки уплотнителя 9.
Таким образом, снижение износа контактной поверхности уплотнителя с сердечником способствует повышению эксплуатационной надежности поршня и срока его службы, вследствие чего исключается (эффект «разлахмачивания») кромки уплотнителя.