Уплотнение кинематической пары цилиндр - поршень

 

Изобретение относится к уплотнительной технике машиностроения и используется для создания надежного уплотнения валов, кинематических пар цилиндр-поршень. Сущность изобретения: в уплотнении, состоящем из установленных на поршне кольцевых элементов, каждый кольцевой элемент в поперечном сечении имеет ступенчатую форму и размещен выступом меньшего диаметра в кольцевой проточке предыдущего кольцевого элемента, между кольцевыми элементами расположены уплотнительные элементы, в теле поршня в зоне размещения последнего кольцевого элемента и за ним выполнены ряды каналов для прохода жидкости под давлением и отвода механических примесей. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для создания надежного уплотнения валов, кинематических пар поршень-цилиндр, плунжеров в узлах, где имеется перепад давлений.

Известно механическое уплотнение вала, содержащее набор пришлифованных по торцам колец с эксцентриситетом, посаженных на упругую обойму и прижатых друг к другу упругим буртом. Кольца развернуты относительно друг друга по углу таким образом, чтобы точки касания колец с поверхностью штока были равномерно распределены по окружности.

Недостатком известного уплотнения является то, что сопряжение эксцентричного кольца с цилиндром или валом происходит на небольшом участке окружности, поэтому для полного надежного перекрытия всей площади цилиндра требуется большое количество кольцевых элементов с угловым смещением относительно друг друга; трудности посадки плунжера в цилиндр из-за наличия эксцентрично размещенных колец, а также то, что на сопряженной поверхности цилиндра происходит значительная выработка металла стенки цилиндра, что резко снижает надежность работы и значительно увеличивает трудозатраты при восстановительном режиме.

Известно также уплотнение пары цилиндр-поршень (авт.св. SU N 1820109, кл. F 16 J 9/00, 1983), содержащее установленные на поршне один за другим поршневые кольца.

Недостатком известного уплотнения являются недостаточная надежность уплотнения.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности уплотнения, снижение эксплуатационных затрат.

Технический результат достигается тем, что уплотнение кинематической пары цилиндр-поршень, содержащее установленные на поршне один за другим поршневые кольца, снабжено упругими уплотнительными элементами, поршневые кольца выполнены разрезными с поперечным сечением ступенчатой формы, при этом выступ меньшего диаметра каждого последующего поршневого кольца размещен через уплотнительный элемент в проточке предыдущего кольца, и поршневые кольца установлены со смещением замков колец относительно друг друга, а также тем, что в корпусе поршня в зоне размещения последнего поршневого кольца на стороне высокого давления и за ним выполнены ряды каналов для прохода уплотняемой среды под поршневые кольца и отвода твердых примесей соответственно.

На фиг. 1 изображено уплотнение кинематической пары в разрезе, на фиг. 2 кольцевой элемент.

Уплотнение кинематической пары цилиндр-поршень включает: корпус 1, разрезные поршневые кольца кольцевые элементы 2, количество которых может быть различно. Каждый кольцевой элемент 2 имеет разрез, предпочтительнее косой, а наружный диаметр его несколько больше внутреннего диаметра цилиндра 3. Каждый кольцевой элемент 2, начиная с второго, имеет кольцевой выступ снизу и кольцевую выточку сверху. Первый кольцевой элемент 4 снизу имеет технологический конус для обеспечения гарантированного захода его в цилиндр 3. Сочленение одного кольцевого элемента 2 с другим достигается через упругий элемент 5, толщина которого несколько больше зазора между кольцами. Последний кольцевой элемент 6 имеет снизу и сверху одинаковые выступы, причем верхний выступ входит в соответствующую кольцевую выточку в корпусе 1, диаметр которой позволяет максимальное увеличение в диаметре последнего кольцевого элемента 6. В корпусе 1 напротив последнего кольцевого элемента 6 имеются каналы 7 для прохода жидкости под давлением и прижатием кольцевого элемента 6 к внутренней поверхности цилиндра 3.

Сверху в корпусе 1 имеются три кольцевые выточки 8, 9 и 10, в двух из которых 8 и 10 размещены упругие кольца 11 и 12, а третья выточка 9 каналами 13 сообщена с внутренней полостью корпуса 1 и служит для отвода песка и др. мехпримесей. Для подсоединения поршня к штангам служит резьба 14, а прижатие всех колец между собой достигается переходником 15, который снизу имеет перепускные каналы 16 и к которому присоединяется нагнетательный клапан.

Сборка и спуск в скважину поршня осуществляется следующим образом.

На корпус 1 одевают уплотнительные кольца 11 и 12, а затем кольцевые элементы 6, 2 и 4 через упругие элементы 5 и прижимают их между собой переходником 15. При этом все кольцевые элементы 4, 2 и 6 сочленяются между собой в упор по внешнему уплотнительному буртику, а нижним выступом сжимают уплотнительный элемент 5. Поскольку толщина последнего больше зазора между кольцевыми элементами 2, то излишки материала (например, резины) выдавливаются в зазор между корпусом поршня 1 и кольцевыми элементами 2, а также в разрез колец. За счет этого достигается надежное уплотнение между кольцевыми элементами 2 и корпусом поршня 1, надежная фиксация каждого кольцевого элемента соосно корпусу поршня 1 и исключается их угловое смещение относительно друг друга, а также создание дополнительного разжимающего усилия кольцевых элементов 4, 2 и 6 и прижатия их к внутренней стенке цилиндра 3 за счет деформации уплотнительных элементов 5.

Собрав поршень, спускают его в скважину на штангах, к которым присоединяют его с помощью резьбы 14. При достижении цилиндра 3 осторожно вводят в него хвостовик поршня. Первый кольцевой элемент 4 за счет небольшого конуса свободно входит в цилиндр, преодолевая упругие усилия самого кольцевого элемента 4 и уплотнительного элемента 5. Благодаря ступенчатому зацеплению первый кольцевой элемент 4 сжимает следующий кольцевой элемент 2 и т.д. Таким образом, весь поршень свободно входит в цилиндр 3 и прилегает к нему всей своей поверхностью как единое целое с небольшими удельными усилиями прижатия. Отсюда получаем качественное уплотнение между поршнем и цилиндром при меньшем количестве уплотнительных колец 2 и меньший износ рабочих поверхностей кинематической пары цилиндр-поршень.

Уплотнение кинематической пары цилиндр-поршень работает следующим образом.

При движении поршня вверх закрывается нагнетательный клапан, внутри корпуса 1 и над ним создается перепад давления, под действием которого жидкость по каналам 7 поступает в полость последнего кольцевого элемента 6, прижимая таким образом его к внутренней поверхности цилиндра 3. Это усилие, благодаря описанному способу сочленения кольцевых элементов между собой, каждый из которых в поперечном сечении имеет ступенчатую форму (выступ меньшего диаметра и кольцевую проточку), распространяется на все остальные, создавая качественное уплотнение при небольших значениях удельных прижимающих усилий, при этом прижимающее усилие является суммарной величиной упругих свойств кольцевых элементов 4, 2 и 6, уплотнительного элемента 5 и перепада давления, действующего на последний кольцевой элемент 6.

Под действием перепада давления жидкость под давлением по каналам 13 поступает в кольцевую выточку 9, препятствуя проникновению в нее механических примесей, например, песка. В случае его проникновения через уплотнительное кольцо 12, он оседает в кольцевой выточке 9, откуда по наклонным каналам 13 поступает во внутреннюю полость корпуса поршня 1, откуда потоком жидкости уносится из скважины.

При движении поршня вниз давление сверху и снизу поршня выравнивается, действием перепада давления снимается, поршень свободно опускается до нижней мертвой точки, и рабочий цикл повторяется.

Кроме того, для снижения коэффициента трения и увеличения срока службы трущихся поверхностей допускается их обработка соответствующим пластификатором.

Таким образом, такое выполнение уплотнения кинематической пары цилиндр-поршень позволяет исключить "жесткий" режим его работы, упростить и повысить качество технологии сборки, эксплуатации и ремонта, что в свою очередь снижает материальные затраты, повышает надежность уплотнения.

Формула изобретения

1. Уплотнение кинематической пары цилиндр поршень, содержащее установленные на поршне один за другим поршневые кольца, отличающееся тем, что оно снабжено упругими уплотнительными элементами, поршневые кольца выполнены разрезными с поперечным сечением ступенчатой формы, при этом выступ меньшего диаметра каждого последующего поршневого кольца размещен через уплотнительный элемент в проточке предыдущего кольца и поршневые кольца установлены со смещением замков колец относительно друг друга.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что в корпусе поршня в зоне размещения последнего поршневого кольца на стороне высокого давления и за ним выполнены ряды каналов для прохода уплотняемой среды под поршневое кольцо и отвода твердых примесей соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2