УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ КОЛЕЦ
DEVICE FOR PROTECTION OF SEALING RINGS

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности, например в узлах уплотнения пары цилиндр - шток для защиты от возможного вырывания уплотнительных колец из канавок потоком жидкости при их прохождении через радиальное перепускное отверстие в сопряженной детали (цилиндр или шток).
Известно уплотнение подвижного соединения скважинного оборудования, состоящее из уплотнительного резинового кольца, рабочих и защитных шайб. Рабочие и защитные шайбы выполнены разрезными. На штоке выполнена канавка. В канавку подвижно установлены рабочие и защитные шайбы. Уплотнительное резиновое кольцо расположено между рабочими шайбами. Между внутренним диаметром рабочей шайбы и диаметром канавки под уплотнительное резиновое кольцо имеется зазор. Зазор перекрыт защитными шайбами. Между внутренним диаметром цилиндра и внешним диаметром штока также имеется зазор (патент РФ №2499883, опубликован 27.11.2013 г.).
Недостатком данного изобретения является то, что в случае прохождения уплотнительного резинового кольца через радиальное перепускное отверстие цилиндра возможно вырывание его из канавки штока и разрушение потоком жидкости.
Известно уплотнительное устройство поршня, включающее два концентрично расположенных в канавке поршня кольца и расширитель в виде набора спиральных пружин. Рабочее поршневое кольцо имеет на внутренней цилиндрической поверхности периодически выполненные клинообразные выступы, которые свободно входят в пазы дополнительного кольца. Между поверхностями пазов и клинообразных выступов помещены цилиндрические пружины. Под воздействием пружин поршневое кольцо по наклонным поверхностям выступов и пазов отодвигается от дополнительного кольца и прижимается к зеркалу цилиндра, создавая уплотнительный эффект устройства. Пазы выполнены на внешней цилиндрической поверхности дополнительного кольца, а клинообразные выступы - на внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца (патент РФ №2416750, опубликован 20.04.2011 г.).
Недостатком данного изобретения является ненадежность работы спиральных пружин в скважинных условиях.
Известна конструкция подвижного соединения (прототип), состоящая из уплотнительных и защитных колец, установленных в канавках поршня (ГОСТ 9833-73 «Кольца резиновые уплотнительные круглого сечения для гидравлических и пневматических устройств», стр. 22, стр. 58-59).
Недостатком известной конструкции является возможность применения только в масляной среде и неработоспособность в среде, содержащей механические примеси и агрессивные жидкости, различные отложения (асфальто-смолопарафинистые, солей и др.).
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого изобретения, является обеспечение защиты уплотнительных колец от возможного вырывания из канавок и разрушения потоком жидкости при их прохождении через радиальное перепускное отверстие в сопряженной детали (цилиндр или шток), повышение надежности уплотнения пары цилиндр - шток.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для защиты уплотнительных колец, содержащем уплотнительное и защитные кольца, установленные в канавке, согласно изобретению в дополнительной канавке штока, выполненной на расстоянии не менее диаметра радиального перепускного отверстия цилиндра от канавки штока со стороны, противоположной направлению потока жидкости, размещены защитная разрезная шайба, взаимодействующая своей наружной торцевой поверхностью с внутренней поверхностью цилиндра, и поджимающее кольцо, при этом имеется зазор между внутренней торцевой поверхностью защитной разрезной шайбы и основанием дополнительной канавки, равный половине зазора между штоком и цилиндром, причем контактирующая с поджимающим кольцом боковая поверхность защитной разрезной шайбы выполнена конической.
Защитная разрезная шайба выполнена из твердого материала, не разрушающегося от потока жидкости.
Поджимающее кольцо выполнено из упругого материала.
На фиг. 1 представлена схема устройства для защиты уплотнительных колец в узле уплотнения пары цилиндр - шток с радиальным перепускным отверстием в положении «закрыто», на фиг. 2 - в процессе открытия радиального перепускного отверстия, на фиг. 3 - в положении «открыто».
Устройство для защиты уплотнительных колец показано на примере клапанной пары, состоящей из неподвижного цилиндра 1 с радиальным перепускным отверстием 2 и подвижного штока 3, в канавке 4 которого установлено уплотнительное кольцо 5 с защитными кольцами 6 по ГОСТ 9833-73. В дополнительной канавке 7 штока 3 размещены защитная разрезная шайба 8, взаимодействующая своей наружной торцевой поверхностью 9 с внутренней поверхностью цилиндра 1, и поджимающее кольцо 10 (фиг. 1).
Расстояние s (фиг. 2) от канавки 4 со стороны, противоположной направлению потока жидкости (показано на фиг. 1-3 стрелками), до дополнительной канавки 7 - не менее диаметра d радиального перепускного отверстия 2 (фиг. 2).
Между внутренней торцевой поверхностью 11 защитной разрезной шайбы 8 и основанием дополнительной канавки 7 имеется зазор, равный h/2 - половине зазора h между штоком 3 и цилиндром 1 (фиг. 1).
Контактирующая с поджимающим кольцом 10 боковая поверхность 12 защитной разрезной шайбы 8 выполнена конической с вершиной конуса, направленной к основанию дополнительной канавки 7.
Защитная разрезная шайба 8 выполнена из твердого материала, не разрушающегося от потока жидкости, например бронзы, а поджимающее кольцо 10 - из упругого материала, например резины.
На фиг. 1-3 показан вариант размещения деталей устройства для защиты уплотнительных колец в паре цилиндр - шток с радиальным перепускным отверстием, расположенным в цилиндре. В случае если радиальное перепускное отверстие 2 расположено в штоке 3, то уплотнительное кольцо 5 с защитными кольцами 6 и защитная разрезная шайба 8 с поджимающим кольцом 10 размещаются аналогичным образом в канавках цилиндра 1.
Устройство для защиты уплотнительных колец работает следующим образом.
При перемещении штока 3 относительно цилиндра 1 уплотнительное кольцо 5 проходит через радиальное перепускное отверстие 2. При этом поток жидкости создает усилия, вырывающие уплотнительное кольцо 5 из канавки 4 штока 3. При встрече с потоком жидкости защитная разрезная шайба 8 уменьшается в диаметре за счет своей разрезной конструкции и наличия зазора h/2 и движется со сдерживанием напора жидкости до тех пор, пока уплотнительное кольцо 5 не пройдет через радиальное перепускное отверстие 2 (фиг. 2). Таким образом, обеспечивается защита уплотнительного кольца 5 от вырывания из канавки 4 и разрушения потоком жидкости, в результате чего повышается надежность уплотнения пары цилиндр - шток.
Защитная разрезная шайба 8 очищает внутреннюю поверхность цилиндра 1 от абразивных частиц скважинной жидкости, а поджимающее кольцо 10 защищает основание дополнительной канавки 7 от попадания абразивных частиц, а также удерживает защитную разрезную шайбу 8 в прижатом состоянии к стенке дополнительной канавки 7 и к внутренней поверхности цилиндра 1. Эти решения также повышают надежность уплотнения пары цилиндр - шток.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет обеспечить защиту уплотнительных колец от возможного вырывания из канавок и разрушения потоком жидкости при их прохождении через радиальное перепускное отверстие в сопряженной детали (цилиндр или шток), повышает надежность уплотнения пары цилиндр - шток.