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 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 абразивосодержащих жидкостей, например бурового раствора, 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 износа.
Известно механическое уплотнение плунжерного насоса, содержащее корпус с установленными в нем группами уплотнительными кольцами и эластичной манжетой, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена на эластичной втулке, уплотнительные кольца со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно друг друга, при этом уплотнительные кольца установлены парами и в каждой паре колец последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно друг друга направлении, а в каждой группе смежные уплотнительные кольца поджаты друг к другу в осевом направлении (см. патент РФ 2005935, кл. F16J 15/00, 15.01.1994).
Однако при повышенных перепадах давлений необходимо использовать соответственно большее количество уплотнительных колец в механическом уплотнении. Но при этом эффективность работы колец снижается. Чем дальше от высокого давления расположено уплотнительное кольцо, тем большая гидравлическая нагрузка действует на него и мешает его самоустановке. Сила трения при этом возрастает, и уплотнительные кольца быстрее изнашиваются.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является механическое уплотнение плунжерного насоса, содержащее охватывающий уплотняемый плунжер корпус, в котором установлены, по крайней мере, две группы эксцентричных относительно друг друга уплотнительных колец и эластичная
манжета, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена в эластичной втулке, которая, в свою очередь, расположена в стакане из жесткого материала (см. патент RU №2241882, кл. F16J 15/16, 10.12.2004).
Однако, сборка и разборка такого уплотнения представляют собой значительные трудности. Кроме того возможна утечка смазки в атмосферу, что приводит к бесполезной ее потере и ухудшает экологическую безопасность изделия с этим уплотнением.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является предотвращение утечки перекачиваемой жидкости в окружающую среду и упрощение механосборочных операций при сборке и разборке уплотнения.
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 механическое уплотнение плунжерного насоса содержит охватывающий уплотняемый плунжер корпус, в котором установлены, по крайней мере, две группы эксцентричных друг относительно друга уплотнительных колец и эластичная манжета, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена в эластичной втулке, которая, в свою очередь, расположена в стакане из жесткого материала, на внешней поверхности каждого стакана с открытого торца выполнена резьба, на которую навернута крышка, зажимающая эластичную втулку и группу колец, при этом в корпусе со стороны внешней поверхности стаканов выполнен канал для отвода утечек во всасывающую линию насоса.
Уплотнение может быть снабжено дополнительным сальниковым уплотнением.
Уплотнение может быть снабжено дополнительным манжетным уплотнением, корпус которого соединен с основным корпусом посредством резьбы и в нем выполнен канал для подвода смазки.
Предпочтительно уплотнительные поверхности основной и дополнительной манжет направлены в одну сторону.
Предпочтительно уплотнительные поверхности основной и дополнительной манжет направлены встречно друг другу.
Анализ работы механических уплотнений показал, что повышения надежности работы механического уплотнения можно добиться путем уменьшения осевой нагрузки на уплотнительные кольца и обеспечения возможности самоцентрирования установки каждой группы уплотнительных колец относительно плунжера. Этого удалось добиться путем снабжения каждой группы уплотнительных колец своим поджимающим эластичным кольцом. Таким образом, независимо от величины общего перепада давления,
действующего на механическое уплотнение, в осевом направлении уплотнительные кольца прижаты друг к другу осевой нагрузкой строго определенной величины. Выполнение на внешней поверхности каждого стакана с открытого торца резьбы, на которую навернута крышка, зажимающая эластичную втулку и группу колец позволяет создавать предварительно собранные уплотнительные модули, каждый из которых содержит установленный в каждом стакане набор уплотнительных колец, что позволяет легко вставлять или снимать уплотнительные модули в ходе проведения сборочных работ на плунжерном насосе. То же самое относится к замене уплотнительных колец по мере их выхода из строя в случае каких-либо аварийных ситуаций. Сборка подобных уплотнительных модулей вне плунжерного насоса позволяет повысить качество сборки и сокращает время на сборку и разборку механического уплотнения. Выполнение в корпусе со стороны внешней поверхности стаканов канала для отвода утечек во всасывающую линию насоса позволяет предотвратить утечку перекачиваемой жидкости в окружающее плунжерный насос пространство, что повышает экологическую безопасность эксплуатации плунжерного насоса.
Выполнение механического уплотнения с дополнительным сальниковым уплотнением или с дополнительным манжетным уплотнением, корпус которого соединен с основным корпусом посредством резьбы и в нем выполнен канал для подвода смазки, а также установка основной и дополнительной манжет, уплотнительные поверхности которых направлены в одну сторону или встречно друг другу позволяет дополнительно повысить надежность работы механического уплотнения и экологическую безопасность эксплуатации плунжерного насоса.
На фиг.1 представлен продольный разрез механического уплотнения.
На фиг.2 представлена схема отвода утечек из корпуса механического уплотнения во всасывающую линию плунжерного насоса.
На фиг.3 представлен вариант выполнения механического уплотнения с сальниковым уплотнением.
На фиг.4 представлен вариант выполнения механического уплотнения с дополнительным манжетным уплотнением, при этом уплотнительные поверхности основной и дополнительной манжет направлены в одну сторону.
На фиг.5 представлен вариант выполнения механического уплотнения с дополнительным манжетным уплотнением, при этом уплотнительные поверхности основной и дополнительной манжет направлены встречно друг другу.
Механическое уплотнение плунжерного насоса содержит корпус 1 с установленными в нем, по крайней мере, двумя группами уплотнительных колец 2 и
эластичной манжетой 3. Каждая группа уплотнительных колец 2 расположена в эластичной втулке 4. Уплотнительные кольца 2 со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно друг друга, при этом уплотнительные кольца 2 установлены парами и в каждой паре колец 2 последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно друг друга направлении. Кроме того, в каждой группе смежные уплотнительные кольца 2 поджаты друг к другу в осевом направлении. Отверстие уплотнительных колец 2, ограничивающее их внутреннюю цилиндрическую поверхность, выполнено концентрично внешней цилиндрической поверхности уплотнительных колец 2. В эластичной втулке 4 выполнены эксцентричные друг другу кольцевые канавки, в каждой из которых установлено уплотнительное кольцо 2. Соседние канавки попарно смещены относительно друг друга в диаметрально противоположном направлении. Каждая эластичная втулка 4 с группой уплотнительных колец 2 расположена в стакане 5 из жесткого материала, в днище 6 которого выполнено отверстие. Кроме того, в каждом стакане 5 установлено размещенное в опорном кольце 7 поджимающее уплотнительные кольца 2 в осевом направлении эластичное кольцо 8. Стаканы 5 в осевом направлении поджаты друг к другу со стороны низкого давления посредством упорной втулки 9. На внешней поверхности каждого стакана 5 с открытого торца выполнена резьба, на которую навернута крышка 10, зажимающая эластичную втулку 4 и группу уплотнительных колец 2, при этом эластичное кольцо 8 поддерживает в процессе эксплуатации заданное усилие поджатия уплотнительных колец 2 друг к другу в осевом направлении.
Корпус 1 механического уплотнения плунжерного насоса охватывает уплотняемый плунжер 11, при этом в корпусе 1 со стороны внешней поверхности стаканов 5 выполнен канал 12 для отвода утечек во всасывающую линию 13 плунжерного насоса.
Уплотнение может быть снабжено дополнительным сальниковым уплотнением 14.
Уплотнение может быть снабжено дополнительным манжетным уплотнением 15, корпус 16 которого соединен с основным корпусом 1 посредством резьбы и в нем выполнен канал 17 для подвода смазки.
Уплотнительные поверхности основной 3 и дополнительной 15 манжет направлены в одну сторону (см. фиг.4) или направлены встречно друг другу (см. фиг.5).
При установке механического уплотнения в корпус 1 уплотнительные кольца 2 прижимаются к уплотняемой поверхности плунжера 11 в тех местах, где ширина уплотнительного кольца 2 вместе с толщиной стенки эластичной втулки 4 максимальна. В местах прижатия колец 2 щелевой зазор равен нулю. С противоположной от точки касания стороны щелевой зазор максимальный. Однако ввиду того, что кольцевые
канавки в эластичной втулке 4 выполнены эксцентричными и кольца 2 по торцам плотно прижаты друг к другу и соответствующим образом попарно развернуты относительно одно от другого, между уплотняемой поверхностью плунжера 11 и каждой группой уплотнительных колец 2 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 2 и уплотняемой поверхности плунжера 11, при этом происходит автоматическое прижатие трущихся поверхностей и, следовательно, компенсация износа за счет эластичной втулки 4. Утечки перекачиваемой жидкости после уплотнительных колец 2 до манжеты 3 непрерывно откачиваются через канал 12 во всасывающую линию 13 плунжерного насоса.
По мере изнашивания манжеты 3 после нее на плунжер 11 может быть дополнительно установлено сальниковое уплотнение 14, которое временно может обеспечить работоспособность насоса без его разборки.
Двойное манжетное уплотнение (см. фиг.4 и 5 эластичная манжета 3 и дополнительное манжетное уплотнение 15) служит для увеличения надежности и долговечности дополнительного уплотнения. Для подвода к плунжеру 11 смазки в корпусе 16 выполнен канал 17. При встречном направлении уплотнительных поверхностей (см. фиг.5) уменьшается расход смазки, но при этом давление подводящего масла должно быть выше давления на приеме насоса, а это усложняет конструкцию и увеличивает стоимость эксплуатации насоса.
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.