Сальниковое уплотнение плунжерных насосов

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к области нефтяного машиностроения, и может быть использована в поршневых и плунжерных насосах, предназначенных для перекачивания различного рода жидких сред, в том числе химреагентов и воды, при проведении технологических операций на нефтяных и газовых месторождениях, в том числе для предотвращения самопроизвольного отворачивания крышек, поджимающих сальниковое уплотнение в гидравлических цилиндрах плунжерных насосов.
Известно механическое уплотнение плунжерного насоса (Патент RU № 2241882, МПК F16J 15/16, опубл. 10.12.2004, бюл. № 34), содержащее корпус с установленными в нем группами уплотнительных колец и эластичную манжету, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена в эластичной втулке, уплотнительные кольца со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно друг друга, при этом уплотнительные кольца установлены парами и в каждой паре колец последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно друг друга направлении, а в каждой группе смежные уплотнительные кольца поджаты друг к другу в осевом направлении, отверстие уплотнительных колец, ограничивающее их внутреннюю цилиндрическую поверхность, выполнено концентрично внешней цилиндрической поверхности, в эластичной втулке выполнены эксцентричные друг другу кольцевые канавки, в каждой из которых установлено уплотнительное кольцо, при этом соседние канавки попарно смещены относительно друг друга в диаметрально противоположном направлении, каждая эластичная втулка с группой уплотнительных колец расположена в стакане из жесткого материала, в днище которого выполнено отверстие, со стороны днища стакана между последним и ближайшим к нему уплотнительным кольцом установлено размещенное в опорном кольце с упором в днище стакана поджимающие уплотнительные кольца в осевом направлении эластичное кольцо, при этом стаканы в осевом направлении поджаты друг к другу со стороны низкого давления посредством упорной втулки, а в радиальном направлении стаканы установлены в корпусе с зазором, величина которого составляет от 0,04 до 0,07 внешнего диаметра стакана.
Недостатком известного устройства является то, что сборка и разборка такого уплотнения представляют собой значительные трудности. Кроме того возможна утечка смазки в атмосферу, что приводит к бесполезной ее потере и ухудшает экологическую безопасность изделия с этим уплотнением. Также недостатком является то, что упорная втулка со стороны низкого давления ничем не ограничивается от перемещения и в результате вибраций упорная втулка разгерметизируется совместно с сальниковыми уплотнениями.
Также известно механическое уплотнение плунжера и штоков (Патент RU № 176386, МПК F16J 15/184, F04B 53/143, опубл. 17.01.2018, бюл. № 2), содержащее последовательно установленные в корпусе опорное кольцо, упирающееся одним торцом в корпус, охватывающие уплотняемый элемент мягкое и жесткое относительно друг друга уплотнительные кольца, прижимную втулку и поджимающую их, путем вкручивания в корпус, гайку с установленным в ней сальником. Мягкое и жесткое уплотнительные кольца установлены с натягом относительно корпуса и уплотняемого элемента. Контур торца мягкого уплотнительного кольца повторяет контур торца жесткого уплотнительного кольца. Прижимная втулка расположена с зазором относительно уплотняемого элемента и в ней выполнено, по меньшей мере, одно отверстие для поступления жидкости в зазор для смазки и охлаждения уплотняемого элемента.
Недостатком является недостаточная удерживающая способность от отворачивания поджимных поверхностей (крышек) и прижимных втулок сальниковых уплотнений, установленных в сальниковом корпусе, в котором движется поступательно плунжер.
Также известно механическое уплотнение (Патент RU 158391, МПК F16J 15/16, опубл. 27.12.2015 г., бюл. № 36), содержащее корпус и установленные в нем выполненные из упругого материала обоймы, на внутренней поверхности которых выполнены эксцентрично расположенные круговые посадочные места, в которых расположены уплотнительные кольца, при этом последние прижаты в осевом направлении друг к другу, каждая обойма снабжена двумя парами эксцентрично расположенных уплотнительных колец, а со стороны одного из торцов каждая обойма снабжена выполненной заодно с ней стенкой.
Недостатком является недостаточная удерживающая способность от отворачивания поджимных поверхностей (крышек) сальниковых уплотнений, установленных в сальниковом корпусе, в котором движется поступательно плунжер.
Также известно сальниковое уплотнение (Патент RU № 2005936, МПК F16J 15/24, опубл. 15.01.1994 г.), содержащее корпус, в котором установлена аксиально подвижная сальниковая коробка, в гнезде которой размещен уплотнитель, который поджат пружиной и контактирует с крышкой сальника.
Недостатком сальникового уплотнения является то, что конструкция имеет недостаточную надежность, при разжатии пружины снижается усилие поджатия сальниковой набивки и имеется возможность обратного движения нажимного элемента. Также недостатком является то, что в результате поступательных перемещений плунжера происходят постепенные радиальные нагрузки на поджимающую крышку сальника, контактируемую с пружиной, вследствие этого крышка отворачивается и происходит аварийная разгерметизация корпуса, а также выход перекачиваемой среды в атмосферу.
Наиболее близким является механическое уплотнение плунжерного насоса (Патент RU № 68084, МПК F16J 15/16, опубл. 10.11.2007), содержащее охватывающий уплотняемый плунжер корпус, в котором установлены, по крайней мере, две группы эксцентричных друг относительно друга уплотнительных колец и эластичная манжета, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена в эластичной втулке (сальниковой коробке), которая, в свою очередь, расположена в стакане из жесткого материала, на внешней поверхности каждого стакана с открытого торца выполнена резьба, на которую навернута крышка, зажимающая эластичную втулку и группу колец, при этом в корпусе со стороны внешней поверхности стаканов выполнен канал для отвода утечек во всасывающую линию насоса.
Недостатком устройства является аварийное отворачивание крышки со стороны торца стакана и полная разгерметизация уплотняющих колец, выход в атмосферу перекачиваемой среды и выход из строя всего устройства.
Технической задачей является повышение эксплуатационной надёжности сальникового уплотнения за счет предотвращения самопроизвольного отворачивания зажимающих сальниковые уплотнения крышек, повышение надежности работы, исключение аварийных ситуаций путем предотвращения утечек перекачиваемой жидкости в окружающую среду и путем снижения нагрузки на уплотнительные кольца в осевом направлении, а также повышение технологичности механического уплотнения.
Технические задачи решаются сальниковым уплотнением плунжерных насосов, включающим корпус с резьбовыми соединениями, в котором установлена сальниковая коробка, в гнезде которой размещен уплотнитель, который поджат пружиной и контактирует с крышкой сальника с резьбовым соединением.
Новым является то, что в корпусе сальникового уплотнения в местах соприкосновения резьбовых соединений корпуса и крышки с двух противоположных сторон выполнены отверстия с резьбой диаметром 6-10 мм, в которые вкручены винты, при этом винты оснащены поджимающими пружинами, предотвращающими отворачивание винтов.
На фигуре изображен общий вид сальникового уплотнения плунжерных насосов.
Сальниковое уплотнение плунжерных насосов включает корпус 1 (см. фиг.) с внутренней полостью 2 и движущимся поступательно плунжером 3, в котором установлена сальниковая коробка 4, в гнездах которой размещен уплотнитель 5. Уплотнитель 5 поджат пружиной 6 и контактирует с крышкой 7 сальника с резьбовыми соединениями 8 и 9. В корпусе 1 сальникового уплотнения в местах соприкосновения резьбового соединения 8 крышки 7 и резьбового соединения 9 корпуса 1 с двух противоположных сторон выполнены отверстия 10 и 11 соответственно с резьбой диаметром от 6 до 10 мм. Такое исполнение исключает самопроизвольное отворачивание крышки 7 под ударными и вибрационными нагрузками, полностью исключается возможность самопроизвольной разгерметизации рабочей полости 2. В отверстия 10 и 11 с резьбой вкручены винты 12 и 13 соответственно. Диаметр отверстий 10 и 11 выбирается в диапазоне 6-10 мм и зависит от габаритных размеров плунжерного насоса и корпуса 1 сальникового уплотнения, при этом является достаточным вследствие достаточных прочностных и изгибающих характеристик вкручиваемых в отверстия винтов 12, 13 и обеспечивает надёжность фиксирования поджимающей крышки 7 в корпусе 1. При этом винты 12 и 13 оснащены поджимающими пружинами 14 и 15, которые служат для предотвращения отворачивания винтов вследствие вибрационных и ударных нагрузок.
Таким образом исключается отворачивание зажимающих сальниковые уплотнения крышек, исключается возможность выхода сальников в наружное пространство и возникновения аварийной ситуации по утечке закачиваемой жидкости в окружающую среду.
Сальниковое уплотнение плунжерных насосов работает следующим образом.
Сальниковое уплотнение содержит корпус 1, в котором во внутренней полости 2 устанавливают сальниковую коробку 4. В гнёздах коробки 4 размещают уплотнители 5, которые поджимают пружиной 6, и вся коробка 4 контактирует с поджимающей крышкой 7 сальникового уплотнения. Внутри корпуса 1, охватываемого уплотнителями 5, движется поступательно плунжер 3, который проталкивает перекачиваемую среду в гидравлические части (на фиг. не показаны) плунжерного насоса. В поджимающей крышке 7 сальникового уплотнения выполняют резьбовое соединение 8 для вкручивания в торец корпуса 1, в котором также выполняют резьбовое соединение 9 со стороны низкого давления. Резьбовые соединения 8 и 9 поджимающей крышки 7 и корпуса 1 соответственно имеют достаточную длину для обеспечения достаточного удерживающего усилия от осевого передвижения сальниковой коробки 4 с уплотнителями 5. Далее в конструкции корпуса 1 сальникового уплотнения со стороны торца низкого давления в местах соприкосновения резьбовых соединений 8 и 9 поджимающей крышки 8 и корпуса 1 выполняют отверстия 10 и 11 диаметром от 6 до 10 мм (на практике возможно выполнение отверстий диаметром 6, 8, 10 мм) в зависимости от габаритных размеров плунжерного насоса. Причём отверстия выполняют с двух противоположных сторон корпуса 1 и располагают под углом 180° относительно друг друга. Далее в выполненных в корпусе 1 радиальных отверстиях 10 и 11 выполняют резьбу (резьбовые соединения) для установки в них винтов 12 и 13 с соответствующими диаметрами. На резьбовые соединения винтов 12 и 13 подбирают и устанавливают поджимающие пружины 14 и 15, которые исключают вибрационные нагрузки на винты 12 и 13 и предотвращают самопроизвольное отворачивание винтов 12 и 13. Длина винтов 12, 13 подбирается с учётом длины выполненных отверстий 10 и 11 и учитывая длины поджимающих пружин 14 и 15.
Таким образом, удерживающие винты 12 и 13 с установленными на них поджимающими пружинами 14 и 15 вкручиваются в отверстия 10 и 11 и далее фиксируют положение поджимающей крышки 7 в корпусе 1 сальникового уплотнения в неподвижное состояние. Заявляемое сальниковое уплотнение плунжерных насосов имеет простую конструкцию для изготовления, эксплуатационную надёжность, лёгкость и быстроту обслуживания устройства персоналом.
Предлагаемое сальниковое уплотнение плунжерных насосов повышает эксплуатационную надёжность сальникового уплотнения за счет предотвращения самопроизвольного отворачивания зажимающей сальниковое уплотнение крышки, повышает надежность работы, исключает аварийные ситуации путем предотвращения утечек перекачиваемой жидкости в окружающую среду и путем снижения нагрузки на уплотнительные кольца в осевом направлении, а также повышает технологичность механического уплотнения.