НАСОС
PUMP

Изобретение относится к насосам, преимущественно к нефтяным насосам для добычи или перекачивания нефти, нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов и других жидкостей.
Для оценки новизны и технического уровня изобретения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.
Известен насос, включающий уплотнение штока, содержащее притертые одно к другому и прижимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме, см. а.с. СССР №391315. В таком уплотнении ввиду неопределенности углового смещения пар колец возможно повышенное перетекание среды, находящейся под более высоким давлением, в зону пониженного давления, что снижает герметичность и надежность уплотнения в целом. В случае применения уплотнения с несколькими парами эксцентричных колец возникает необходимость в фиксации взаимного положения, что значительно усложняет уплотнение.
Известен насос, включающий механическое уплотнение, содержащее уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой в противоположных направлениях, см. патент РФ №2037077. На наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки. Уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах или расточках. В случае уплотнения вала внутренний диаметр уплотнительного кольца превышает диаметр уплотняемой детали. В случае уплотнения внутренней цилиндрической поверхности наружный диаметр уплотнительного кольца меньше диаметра уплотняемой поверхности. Бурты или расточки упругой обоймы выполнены попарно, а их оси расположены эксцентрично с двух сторон от оси упругой обоймы, при этом плоскости, проходящие через оси парных буртов или расточек, развернуты одна относительно другой на угол 180/n, где n - число пар буртов или расточек. В данном уплотнении каждое уплотнительное кольцо лишь в одной точке касается уплотняемой поверхности и, таким образом, между рабочей поверхностью кольца и уплотняемой поверхностью имеется зазор, представляющий собой практически полное кольцо, и его величина максимальна со стороны, противоположной точке касания. Вследствие того, что расточки (бурты) имеют различные углы ориентации, между уплотняемой поверхностью и набором колец образуется сложная лабиринтная щель. Для обеспечения высокой степени герметичности необходимо использовать упругую обойму большой протяженности с соответственно большим набором уплотнительных колец. Трущиеся поверхности уплотнительных колец и/или вала, штока или цилиндра выполняются из износостойкого материала с шероховатой поверхностью, которая затем покрывается антифрикционным слоем, например, из меди, бронзы, фторопласта и т.д.
Известен насос, включающий механическое уплотнение штока, содержащее упругую обойму, на наружной или внутренней поверхностях которой выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, на буртах или расточках установлены уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые упругой обоймой к уплотняемым поверхностям, в котором каждое уплотнительное кольцо имеет участок в виде сектора, рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической с радиусом, равным радиусу уплотняемой поверхности, остальная часть кольца имеет форму, обуславливающую наличие щелевого зазора между кольцом и уплотняемой поверхностью, при этом соседние кольца развернуты относительно друг друга таким образом, что угол между их радиальными плоскостями, проходящими через середины секторов, составляет 360/n, где n - количество колец, см. патент РФ 2195592.
В процессе эксплуатации данной конструкции уплотнительные кольца находятся в таком положении, что упомянутые сектора равномерно распределяются по окружности и каждое из них обеспечивает уплотнение значительного участка поверхности, а лабиринт узких щелевых зазоров позволяет создать большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Таким образом, при использовании меньшего количества колец достигается высокая степень герметичности уплотнения.
Известен насос, включающий механическое уплотнение с элементом, создающим компрессию, выполненным в виде набора уплотнительных колец, установленных с зазором относительно внутренней поверхности уплотняемого цилиндра, и две аналогичным образом выполненные опоры, размещенные по разные стороны от уплотнительных колец и выполненные в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, которое характеризуется тем, что оно снабжено по меньшей мере одной опорой, размещенной со стороны создания давления и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, см. патент РФ №2360166. Это уплотнение может быть снабжено дополнительной опорой, размещенной с другой стороны от элемента, создающего компрессию, и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. Элемент, создающий компрессию, может быть разделен на несколько частей, при этом уплотнение может быть снабжено по меньшей мере одной дополнительной опорой, размещенной между частями элемента, создающего компрессию, и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. Длина направляющих в этом уплотнении составляет от 1/30 до 7,0 диаметров уплотняемого цилиндра, ширина - от 1/30 до 1/3 диаметра уплотняемого цилиндра, причем направляющие установлены с зазором от 0,01 до 0,30 мм на диаметр уплотняемого цилиндра.
Данному аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, в связи с чем данное известное техническое решение выбрано в качестве прототипа изобретения.
В прототипе решается задача повышения срока службы и надежности уплотнения путем разделения функций центровки уплотнения (создания опоры) и создания уплотнением необходимой компрессии, в результате чего повышается срок службы и надежность уплотнения. Однако недостатком данной конструкции является то, что при сжатии нагрузка от сжатия набора уплотнительных колец передается на опоры, вызывая некоторое смещение их оси, что приводит к нарушению параллельности расположения опор относительно уплотняемой поверхности, повышенному трению и преждевременному износу опор.
Задачей изобретения является устранение передачи нагрузки от набора уплотнительных колец на опоры, исключение перекоса, увеличение жесткости конструкции при эксплуатации и повышение срока службы насоса.
Сущность изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.
Насос, включающий элемент, создающий компрессию, снабженный по меньшей мере одной центрирующей опорой и уплотнением, который характеризуется тем, что элемент, создающий компрессию, центрирующая опора и уплотнение выполнены в виде единого монолитного тела, имеющего среднюю и боковые части, при этом боковые части единого объемного тела выполнены с диаметром, соответствующим диаметру уплотняемой полости насоса с обеспечением зазора, необходимого для перемещения единого объемного тела в уплотняемой полости насоса без перекосов, а в средней части единого монолитного тела выполнены выточки, образующие уплотнение, внешний диаметр которого соответствует диаметру уплотняемой полости насоса с обеспечением зазора, необходимого для создания единым монолитным телом требуемой компрессии.
В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение достигаемого изобретением технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Кроме этого, изобретение имеет ряд признаков, характеризующих изобретение в частных случаях его выполнения, конкретных формах его материального воплощения либо особых условиях его использования, а именно:
- уплотнение может быть выполнено в виде лабиринтного уплотнения;
- боковые части единого монолитного тела могут быть снабжены вставками или наплавками или покрытием из износостойкого материала с низким коэффициентом трения;
- наружные поверхности боковых частей единого монолитного тела могут быть выполнены с термообработкой, повышающей их износостойкость и снижающей коэффициент трения.
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в том, что выполнение элемента, создающего компрессию, в виде единого монолитного тела, не имеющего ни одного механического соединения, значительно упрощает его изготовление, при этом исключается необходимость его центровки, увеличивается жесткость при эксплуатации.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена полость насоса с размещенным в ней элементом, создающим компрессию, выполненным в виде единого монолитного тела.
Насос включает элемент, создающий компрессию (иначе плунжер), который выполнен в виде единого монолитного тела, имеющего среднюю 1 и боковые части 2. Боковые части 1 плунжера выполнены с диаметром, соответствующим диаметру уплотняемой полости 3 насоса с обеспечением зазора, необходимого для перемещения плунжера в уплотняемой полости насоса без перекосов. В средней части плунжера выполнены выточки, образующие лабиринтное уплотнение 4, внешний диаметр которого соответствует диаметру уплотняемой полости 3 насоса с обеспечением зазора, необходимого для создания плунжером требуемой компрессии. Боковые части 2 плунжера снабжены наплавками 5 из износостойкого материала с низким коэффициентом трения.
При движении плунжера боковые его части 2 выполняют функцию центровки. Они через наплавки 5 из износостойкого материала с низким коэффициентом трения контактируют с поверхностью уплотняемого цилиндра, воспринимают нагрузки и снимают нагрузки с уплотнения 4. При любой нагрузке монолитность плунжера и уплотнения исключает перекосы, не требует дополнительных мер по центровке плунжера в уплотняемой полости, что существенно улучшает условия его работы и увеличивает срок службы насоса в целом.
Предложенный насос может быть изготовлен промышленным способом из известных материалов с использованием известных технологий и технических средств.