МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ
MECHANICAL SEAL

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к области нефтяного машиностроения, и может быть использовано в поршневых и плунжерных насосах, предназначенных для перекачивания различного рода жидких сред.
В качестве прототипа выбрано механическое уплотнение плунжерного насоса, содержащее корпус, в котором установлена эластичная втулка, на внутренней боковой поверхности которой выполнены эксцентрично расположенные круговые посадочные места, в которых расположены уплотнительные кольца, прижатые в осевом направлении друг к другу, при этом втулка размещена в стакане из жесткого материала в днище, которого выполнено отверстие (см. патент РФ 2241882, кл. F16J 15/16, 10.12.2004).
Однако эксцентричное расположение уплотнительных колец предполагает лабиринтную гидродинамическую связь каналов между наружной поверхностью штока и внутренней поверхностью самих колец, что в любом случае приводит к утечкам жидкости из зоны высокого давления в зону низкого давления.
Целью предполагаемого изобретения является практически полное исключение гидродинамической связи между уплотнительными кольцами, а значит, увеличение герметичности механического уплотнения и, следовательно, улучшения его работы.
Указанная цель достигается за счет того, что механическое уплотнение содержащее корпус, охватывающий уплотняемый шток и образующий цилиндрическую камеру совместно с размещенной в нем перфорированной цилиндрической обоймой, в которой установлена цилиндрическая втулка из эластичного материала, внутри которой размещена, по крайней мере, пара уплотнительных колец, с внутренним диаметром, равным диаметру уплотняемого штока, прижатых и притертых в осевом направлении друг к другу, и разрезанных на несколько сегментов, причем сегменты одного кольца повернуты к сегментам соседнего кольца так, чтобы стыки сегментов одного кольца полностью перекрывались сегментами соседнего кольца. При этом перфорация в обойме выполнена таким образом, чтобы обеспечить гидродинамическую связь между поверхностью цилиндрической камеры и наружной поверхностью втулки из эластичного материала, один из торцов которой конструктивно выполнен так, чтобы в совокупности с торцом цилиндрической камеры герметизировать зону низкого давления от зоны, находящейся между поверхностью цилиндрической камеры и наружной поверхностью втулки из эластичного материала, а другой торец втулки из эластичного материала в совокупности с другим торцом цилиндрической камеры обеспечивать гидродинамическую связь между зоной высокого давления и зоной между поверхностью цилиндрической камеры и наружной поверхностью втулки из эластичного материала.
На чертеже представлен продольный разрез механического уплотнения.
Механическое уплотнение содержит шток 1 и охватывающий его корпус 2, образующий совместно с установленной в нем металлической обоймой 3 с цилиндрической боковой стенкой цилиндрическую камеру 4.
В металлической обойме 3 установлена цилиндрическая втулка 5 из эластичного материала, снабженная, уплотнительными кольцами 6, внутренний диаметр которых в точности равен диаметру уплотняемого штока 1. При этом уплотнительные кольца 6 прижаты и притерты в осевом направлении друг к другу и каждое уплотнительное кольцо 6 разрезано на несколько сегментов (в данном случае на два), причем сегменты одного кольца повернуты к сегментам соседнего кольца, таким образом, чтобы стыки сегментов одного кольца полностью перекрывались сегментами соседнего кольца.
Перфорированная обойма 3 обеспечивает гидродинамическую связь между поверхностью цилиндрической камеры 4 и наружной поверхностью втулки 5 из эластичного материала, торцы которой снабжены буртами.
При этом один из торцов втулки 5 совместно с торцом цилиндрической камеры 4 и с упорной шайбой 7, выполненной с каналом 8 для прохода жидкости обеспечивают гидродинамическую связь между зоной высокого давления 9 и зоной между поверхностью цилиндрической камеры 4 и наружной поверхностью втулки 5 из эластичного материала, которая прижимает сегменты уплотнительных колец 6 к штоку 1.
А другой торец втулки 5 в совокупности с торцом цилиндрической камеры 4 и прижимными шайбами 10, 11 герметизируют зону низкого давления 12 от зоны, находящейся между поверхностью цилиндрической камеры 4 и наружной поверхностью втулки 5.
Механическое уплотнение работает следующим образом.
При возвратно поступательном движении штока 1 высокое давление из зоны 9 передается через канал 8 в цилиндрическую камеру 4. При этом втулка 5, выполненная из эластичного материала, за счет перепада давления между цилиндрической камерой 4 и наружной поверхностью штока 1 поджимает сегменты уплотнительных колец 6 к наружной поверхности штока 1.
Кроме того, перепад давления между зоной 9 и зоной 12 поджимает сегменты уплотнительных колец 6 друг к другу в осевом направлении, что в совокупности с радиальным поджатием сегментов к штоку 1 обеспечивает герметичность уплотнения.
Таким образом, достигается надежность механического уплотнения, а так же упрощается его конструкция.