МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ ПЛУНЖЕРА И ШТОКОВ

Полезная модель относится к нефте- и газодобывающей отрасли промышленности, а конкретно к пакету уплотнения для уплотнения плунжеров, штоков, цилиндров и др. уплотняемых элементов гидравлических устройств, работающих под давлением до 125 МПа в среде минеральных масел, нефти, пресной и морской воды, водных эмульсии, кислот и проппанта.
Из уровня техники известно механическое уплотнение плунжера плунжерного насоса, расположенного между внутренней цилиндрической стенкой уплотняемого отверстия насоса и наружной цилиндрической поверхностью плунжера, в котором уплотняемое отверстие имеет цилиндрическую внутреннюю стенку и седло, причем механическое уплотнение содержит нижнее опорное кольцо 40, множество уплотнительных колец 42, смазочное кольцо 46, и верхнее опорное кольцо 48, причем верхние опорное кольцо 48 имеет выступающую часть 49, которую поджимает в осевом направлении гайка 32 (см. WO 2005086973 A2, 22.09.2005).
Из уровня техники известен уплотняющий узел 106, содержащий латунное кольцо 120, имеющее по существу прямоугольное поперечное сечение, уплотнительное кольцо 130, уплотнительное кольцо 140, уплотнительное кольцо 150, опорное кольцо 160 и резьбовую стопорную гайку 107, причем латунное кольцо 120 смазки имеет кольцевую канавку 121 вблизи смазочного прохода 112 (см. US 9249797 B2, 02.02.2016).
Недостатком известных технических решений является недостаточная герметичность уплотняемого элемента, вследствие чего смазывающая жидкость вытекает из-под механического уплотнения, что приводит к повышенному трению и выходу кинематической пары (плунжер - корпус) из строя, а также большой устанавливаемый натяг между уплотнительными элементами и уплотняемым элементом (плунжер), вследствие чего смазывающая жидкость плохо поступает между ними и приводит к повышенному трению и к быстрому выходу из строя уплотняемого и уплотнительного элемента, что негативно также влияет и на герметичность.
Задачей заявленной полезной модели является повышение надежности и долговечности уплотнений плунжеров, штоков и других уплотняемых элементов.
Технический результат при решении указанной технической задачи заключается в повышении герметичности механического уплотнения за счет исключения возможности выхода смазывающей жидкости через поджимающую гайку с одновременным уменьшением трения между уплотнительными элементами и уплотняемым элементом, за счет устанавливаемого натяга с выдерживанием давления до 125 МПа.
Технический результат достигается тем, что механическое уплотнение содержит 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, причем 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.
Наличие в механическом уплотнении уплотнительных колец, изготовленных из резинотехнических материалов с различной твердостью и гарантированным натягом посредством опорного кольца, прижимной втулки и поджимающей гайки, позволяет осуществить заполнение всех микронеровностей по их контактируемым поверхностям, за счет пластичности уплотнительного кольца с меньшей твердостью и уплотнительного кольца с большей твердостью, обеспечивается их номинальный поверхностный контакт и таким образом создается требуемая герметичность с одновременным уменьшением трения между уплотнительными элементами и уплотняемым элементом. А сальник, установленный в прижимной гайке, при обеспечении номинального поверхностного контакта уплотнительных колец одновременно исключает истечение смазывающей жидкости из зазора для смазки и охлаждения уплотняемого элемента.
В механическом уплотнении может быть установлено, по меньшей мере, одно дополнительное жесткое уплотнительное кольцо для усиления технического результата, заключающегося в улучшении герметичности.
Наличие в гайке, по меньшей мере, одного отверстия для поступления жидкости в зазор для смазки и охлаждения уплотняемого элемента облегчает ее поступление в зону трения кинематической пары.
Выполнение жесткого уплотнительного кольца из резинотехнических материалов с твердостью по Шору 40-150 единиц, а мягкого уплотнительного кольца из резинотехнических материалов с твердостью по Шору 40-150 единиц позволяет улучшить герметичность.
Формы торцов мягкого и жесткого уплотнительных колец в радиальном сечении по уплотняемому элементу в виде ласточкиного хвоста с углом 80-130° обеспечивают при поджатии гайкой через прижимную втулку увеличение натяга, тем самым, улучшая герметичность.
Контур мягкого уплотнительного кольца, торцы которого повторяют контур рядом стоящих колец, имеет в радиальном сечении по уплотняемому элементу радиус, что дает меньшее пятно контакта, тем самым уменьшает силу трения и нагрев уплотняемого элемента, что может привести к быстрому износу, но имеется натяг достаточный для того, чтобы не пропускать смазывающую жидкость, т.е. внутренний диаметр мягкого уплотнения на 1-7% меньше, чем диаметр уплотняемого элемента.
Выполнение внутренних диаметров жесткого и мягкого уплотнительных колец меньшими на 1-7% диаметра уплотняемого элемента обеспечивает необходимый натяг, для того чтобы смазывающая жидкость в достаточном объеме попадала между уплотнительным и уплотняемым элементом и исключение ее истечения за пределы механического уплотнения.
Заявленная полезная модель иллюстрируется фигурами. На фиг. 1 изображена часть плунжерного насоса высокого давления с механическим уплотнением, на фиг. 2 - вид «А», продольный разрез в увеличенном масштабе.
Механическое уплотнение содержит последовательно установленные в корпусе 1 опорное кольцо 2, упирающееся одним торцом в корпус, охватывающие уплотняемый элемент 3 мягкое 4 и жесткое 5 относительно друг друга уплотнительные кольца, прижимную втулку 6 и поджимающую их, путем вкручивания в корпус, гайку 8 с установленным в ней сальником 7. Мягкое и жесткое уплотнительные кольца установлены с натягом относительно корпуса и уплотняемого элемента, причем 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 9 для поступления жидкости в зазор для смазки и охлаждения уплотняемого элемента. Также в механическом уплотнении может быть установлено, по меньшей мере, одно дополнительное жесткое уплотнительное кольцо 5. В гайке выполнено, по меньшей мере, одно отверстие 10 с целью поступления жидкости в зазор 11 для смазки и охлаждения уплотняемого элемента. Контур мягкого уплотнительного кольца, торцы 12 которого повторяют контур рядом стоящих колец, имеет в радиальном сечении по уплотняемому элементу радиус R.
Опорное кольцо может изготавливаться из материала временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), которого не меньше σв (МПа)=300 МПа.
Прижимная втулка изготовлена из материала временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), которого не меньше σв (МПа)=300 МПа.
Мягкое уплотнительное кольцо может быть изготовлено из однородной резины или резиноткани средней твердости. Ориентация слоев ткани в резиноткани принципиального значения не имеет.
Жесткое уплотнительное кольцо может быть изготовлено из однородной резины или резиноткани с повышенной твердостью. Ориентация слоев ткани в резиноткани принципиального значения не имеет.
Прижимная втулка 6 имеет отверстия, через которые поступает масло в ванну и при работе уплотняемого элемента смазывает и охлаждает его, а сальник 7 удерживает смазывающую жидкость.
При подаче рабочей среды в корпус 1 уплотнительные кольца 4 и 5 за счет пластичности и разной твердости заполняют все невыбранные микронеровности по всем контактируемым поверхностям, благодаря чему обеспечивается герметичность уплотнительного элемента 3, а опорное кольцо 2 и прижимная втулка 6 выполняют роль "каркаса".
Опорное кольцо 2 и прижимная втулка 6 предохраняют уплотнительные кольца 4 и 5 от выдавливания. Прижимная втулка 5 имеет отверстия, через которые поступает жидкость в зазор для смазки и охлаждения уплотняемого элемента, что придает механическому уплотнению наилучшие свойства по износостойкости.
Механическое уплотнение имеет блочное исполнение, благодаря чему упрощается его сборка, а также ремонт.