ДВОЙНОЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ ПЛУНЖЕРНОГО НАСОСА

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 добыче нефти и проведении технологических операций на нефтяных и газовых месторождениях.
Известно уплотнение штока или поршня, содержащее притертые друг к другу и поджимаемые к штоку в противоположных направлениях кольца из антифрикционного не эластомерного материала, при этом кольца имеют эксцентричные отверстия и установлены в упругой обойме (см. авторское свидетельство СССР 391315, кл. F16J 15/26, 25.07.1973).
Однако при перекачке жидкостей, например бурового раствора, нефти или нефтепродуктов, через щелевой зазор будет наблюдаться большая потеря в виде утечек ценных продуктов и загрязнение окружающей среды.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является механическое уплотнение плунжерного насоса, содержащее корпус в котором установлены, по крайней мере, две группы уплотнительных колец и эластичная манжета со стороны низкого давления, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена на эластичной втулке, уплотнительные кольца со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно оси уплотнения, при этом уплотнительные кольца установлены парами и в каждой паре колец последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно оси уплотнения направлении, а в каждой группе смежные уплотнительные кольца поджаты в осевом направлении (см. патент РФ на полезную модель №68084, кл. F16J 15/16, 19.07.2007).
В этом уплотнении за счет установки манжеты со стороны низкого давления утечка направляется обратно во всасывающую линию насоса.
Однако при перекачке абразивосодержащих жидкостей, например бурового раствора или откачки нефти из скважин с большим содержанием мехпримесей (песка) и химически активных продуктов, например, сероводорода, за счет протока жидкости через щелевой зазор совместно с самопритиркой эксцентричных колец и компенсацией износа будет наблюдаться более интенсивное разрушение поверхностей щелевого зазора за счет абразивного и химико-механического изнашивания.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является предотвращение абразивного и химико-механического изнашивания уплотнения за счет создания лучших условий работы пар трения.
Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является повышение надежности работы механического уплотнения и упрощение его эксплуатации.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что двойное механическое уплотнение плунжерного насоса содержит охватывающий уплотняемый плунжер корпус, в котором установлены, по крайней мере, две группы эксцентричных относительно оси уплотнения уплотнительных колец и эластичная манжета со стороны низкого давления, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена в эластичной втулке, в каждой группе уплотнительные кольца поджаты в осевом направлении, в корпусе со стороны высокого давления установлена вторая эластичная манжета и между группами эксцентричных уплотнительных колец в корпусе выполнен канал для подвода под давлением затворной жидкости.
Установка манжет со стороны низкого и высокого давления и выполнение в корпусе канала для подвода затворной жидкости под давлением, превышающим давление перекачиваемой жидкости и обладающей смазывающей и нейтрализующими свойствами, предотвращает утечку перекачиваемой жидкости и защищает уплотнение от абразивного и химико-механического изнашивания, что повышает надежность работы и экологическую безопасность эксплуатации плунжерного насоса.
На фиг. представлен в качестве примера продольный разрез двойного механического уплотнения для штангового плунжерного насоса.
Двойное механическое уплотнение плунжерного насоса содержит охватывающий уплотняемый плунжер (на чертеже не показан) корпус 1 с установленными в нем, по крайней мере, двумя группами 2 и 3 пар уплотнительных колец 4 и 5 и эластичными манжетами 6 и 7, установленными одна - 6 со стороны высокого и другая - 7 низкого давления насоса. Каждая группа 2 и 3 пар уплотнительных колец 4 и 5 расположена в своей эластичной втулке 8 и 9 соответственно. Уплотнительные кольца 4 и 5 со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно оси уплотнения, при этом в каждой паре уплотнительных колец 4 и 5 последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно оси уплотнения направлении. Кроме того, в каждой группе 2 и 3 уплотнительные кольца 4 и 5 поджаты друг к другу в осевом направлении. Отверстие уплотнительных колец 4 и 5, ограничивающее их внутреннюю цилиндрическую поверхность, выполнено концентрично внешней цилиндрической поверхности уплотнительных колец 4 и 5. В каждой эластичной втулке 8 и 9 выполнены эксцентричные относительно оси уплотнения кольцевые канавки, в каждой из которых установлено одно из уплотнительных колец 4, 5. Соседние канавки попарно смещены относительно друг друга в диаметрально противоположном направлении. Каждая эластичная втулка 8 и 9 с группой 2 и 3 пар уплотнительных колец 4 и 5 расположена в выполненных в корпусе 1 с образованием между группами эксцентричных уплотнительных колец 4 и 5 упорного бурта 10 расточках.
Кроме того, в каждой расточке корпуса 1 установлено размещенное в опорном кольце 11 поджимающее уплотнительные кольца 4 и 5 в осевом направлении эластичное кольцо 12, а в упорном бурте 10 выполнен канал 13 для подвода под давлением затворной жидкости. Эластичные кольца 12 поддерживают в процессе эксплуатации заданное усилие поджатия пар уплотнительных колец 4 и 3 друг к другу в осевом направлении.
При установке механического уплотнения в корпус 1 пары уплотнительных колец 4 и 5 прижимаются к уплотняемой поверхности плунжера в тех местах, где ширина уплотнительного кольца 4 и 5 вместе с толщиной стенки эластичных втулок 8 и 9 максимальна. В местах прижатия колец 4 и 5 щелевой зазор равен нулю. С противоположной от точки касания стороны щелевой зазор максимальный. Однако ввиду того, что кольцевые канавки в эластичных втулках 8 и 9 выполнены эксцентричными и уплотнительные кольца 4 и 5 по торцам плотно прижаты друг к другу и соответствующим образом попарно развернуты относительно одно от другого, между уплотняемой поверхностью плунжера и каждой группой уплотнительных колец 4 и 5 образуется сложная лабиринтная щель и, следовательно, большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Гидравлическое сопротивление в зазоре уплотнения возрастает также ввиду того, что поток жидкости, проходя через зазор, многократно меняет свое направление. Размеры зазора в работающем уплотнении постепенно уменьшаются за счет приработки трущихся поверхностей колец 4 и 5 и уплотняемой поверхности плунжера, при этом происходит автоматическое прижатие трущихся поверхностей и, следовательно, компенсация износа за счет эластичных втулок 8 и 9, в которых установлены уплотнительные кольца 4 и 5. Утечки затворной жидкости через эластичные манжеты 6 и 7 непрерывно пополняются через канал 13 из напорной линии от внешнего источника.
Двойное механическое уплотнение служит для увеличения надежности и долговечности поршневых и плунжерных насосов при работе в осложненных условиях (гидроабразивные и коррозионные смеси). Для подвода к уплотнению затворной жидкости под давлением могут использоваться различные гидросистемы - гиравлические, пружинные, грузовые аккумуляторы, проточные системы и другие источники давления, при этом давление затворной жидкости должно быть выше давления перекачиваемой жидкости
Полезная модель может применяться в насосах, компрессорах, мешалках, в запорной арматуре, в гидравлических и пневматических устройствах и других машинах и аппаратах, работающих под избыточным давлением в осложненных условиях