Сборный плунжер поршневого насоса

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в таких поршневых гидромашинах, как скважинные штанговые поршневые насосы, компрессоры и т.п. Сборный плунжер поршневого насоса содержит корпус и установленный на нем через упругоподатливую втулку набор чередующихся уплотнительных податливых и жестких колец, а также средство для поджатия упомянутого набора колец в осевом направлении. Торцы колец имеют ответную поверхность. Уплотнительные податливые кольца имеют трапецеидальное поперечное сечение, обращенное широким основанием наружу. Жесткие кольца имеют трапецеидальное поперечное сечение с широким основанием, обращенным в сторону упругоподатливой втулки. Уплотнительные податливые кольца могут быть выполнены из фторопласта, а распорные кольца - из стали или чугуна или бронзы. Набор уплотнительных колец может быть разделен на два участка, между которыми установлена разделительная втулка с внутренней полостью, соединенной каналами с полостью высокого давления плунжера. Разделительная втулка выполнена из податливого материала, например из фторопласта, или выполнена упругоподатливой в осевом направлении, например в виде пружины. Плунжер содержит клапан, имеющий запорный элемент с ограничителем хода, в котором установлена вставка из полимерного материала, например из фторопласта. Позволяет повысить эффективность уплотнения, надежность и технологичность плунжера. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в таких поршневых гидромашинах, как скважинные штанговые поршневые насосы, применяемые в нефтедобыче, компрессоры и др.

Известен сборный плунжер поршневого насоса, содержащий корпус, набор жестких уплотнительных колец прямоугольного поперечного сечения, установленных на корпусе эксцентрично через упругоподатливую втулку и касающихся одно о другое по плоским торцам, устройство для поджатия набора колец в осевом направлении и клапан (см. RU 2037077, МПК F 16 J 15/26, 09.06.1995).

Однако известная конструкция сборного плунжера имеет недостаточные эффективность уплотнения, надежность и технологичность.

Недостаточная эффективность уплотнения заключается в том, что касание каждого из уплотнительных колец, посаженных эксцентрично, о зеркало цилиндра реализовано по малой дуге, а всего набора колец - по некоторой винтовой линии за счет углового смещения эксцентриситета колец при сборке. Следовательно, при всей рабочей поверхности плунжера имеется уплотнительный винтовой выступ и винтовая канавка, по которой имеют место утечки. Кроме того, касание колец по узкой площадке зеркала цилиндра обусловливает и снижение надежности работы насоса, так как может приводить к неравномерному износу рабочей поверхности цилиндра, к вибрации при работе и заклиниванию плунжера.

Недостаточная технологичность известного плунжера обусловлена тем, что весьма затруднительно регулировать силу трения по торцам колец при их радиальном перемещении, что вызывает трудности ввода плунжера в цилиндр при сборке насоса. Другим недостатком является сложность подбора пары "плунжер-цилиндр", иначе говоря, чтобы обеспечить требуемую группу посадки указанной пары, необходимо для каждого размера цилиндра изготавливать индивидуальный набор колец только для данного конкретного цилиндра.

Наиболее близким аналогом предложенного сборного плунжера можно считать плунжер, раскрытый в патенте RU №2076953 С 1, МПК 7 F 04 B 53/02, 10.04.1997, в котором используется уплотнение в виде набора чередующихся уплотнительных и распорных колец. Такой плунжер лишен указанных выше недостатков, однако размещение набора колец непосредственно на корпусе (трубчатом несущем стержне) не позволяет произвести самоцентрирование комплекта колец относительно базовых поверхностей, что снижает технологичность, усложняет сборку плунжера.

Кроме того, недостаток работы обычно используемой пары седло - запорный элемент (например, шарик) в клапане плунжера обусловлен ударным взаимодействием запорного элемента с жестким металлическим ограничителем хода при каждом открытии клапана. Такое циклическое ударное взаимодействие может вызывать по мере наработки фреттинг-коррозию на рабочих поверхностях контактирующих металлических деталей. В конечном счете образованные в результате фреттинг-коррозии повреждения рабочих поверхностей существенно могут снизить эффективность уплотнения пары седло - запорный элемент.

Задача изобретения - повышение эффективности уплотнения, надежности и технологичности сборного плунжера поршневого насоса.

Поставленная задача решается за счет того, что в сборном плунжере поршневого насоса, содержащем корпус, установленный на нем с возможностью осевого смещения набор чередующихся уплотнительных податливых и жестких колец, торцы которых имеют ответную поверхность, а также средство для поджатия упомянутого набора колец в осевом направлении, набор уплотнительных колец установлен на корпусе через упругоподатливую втулку, при этом уплотнительные кольца имеют трапецеидальное поперечное сечение, причем широкое основание трапеции податливых колец обращено наружу, а жестких колец - в сторону упругоподатливой втулки. Уплотнительные податливые кольца могут быть выполнены из податливого материала или разрезными из жесткого материала, а жесткие кольца - из жесткого материала. Набор уплотнительных колец может быть разделен на два участка, между которыми установлена разделительная втулка с внутренней полостью, соединенной каналами с полостью высокого давления плунжера. Разделительная втулка выполнена из податливого материала, например из фторопласта, или выполнена упругоподатливой в осевом направлении, например в виде пружины. Плунжер содержит клапан, имеющий запорный элемент с ограничителем хода, в котором установлена вставка из полимерного материала, например из фторопласта.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция сборного плунжера поршневого насоса, продольный разрез; на фиг.2 - элемент I на фиг.1; на фиг.3 - элемент II на фиг.1; на фиг.4 - сборный плунжер с набором уплотнительных и распорных колец, разделенным втулкой; на фиг.5 - сборный плунжер с набором уплотнительных колец, разделенным на два участка упругоподатливой в осевом направлении втулкой, выполненной в виде пружины.

Сборный плунжер поршневого насоса (фиг.1, 2 и 3) состоит из корпуса 1, на который установлен через упругоподатливую коаксиальную втулку 2, выполненную, например, из резины, набор уплотнительных колец 3 и колец 4 - податливых и жестких соответственно. Указанные кольца выполнены трапецеидального поперечного сечения, установлены в наборе поочередно и так, что большее основание трапеции поперечного сечения податливых уплотнительных колец 3 обращено наружу, т.е. расположено со стороны зеркала цилиндра, а жестких уплотнительных колец 4 - в сторону упругоподатливой втулки 2. Уплотнительные кольца 3 могут быть изготовлены из податливого материала, например фторопласта. Кроме того, податливость указанных колец может быть обеспечена также тем, что они могут быть выполнены разрезными из жесткого материала, например из стали, чугуна, бронзы и т.п. (на чертеже не показано). Из такого же жесткого материала выполнены жесткие кольца 4.

Набор колец 3 и 4 расположен между двумя нажимными кольцами 5, образующими вместе с нажимной гайкой 6 средство для поджатия набора колец, обеспечивающее необходимое плотное их сжатие в осевом направлении.

На корпусе 1 плунжера установлен клапан, состоящий из корпуса клапана 7, уплотнительной пары седло 8 - запорный элемент 9 (например, шарик) и штуцера 10. В ограничителе хода 11 запорного элемента, выполненного в виде перегородки в корпусе клапана 7, установлена вставка 12, выполненная из полимерного материала, например из фторопласта в виде резьбового штифта (см. фиг.1 и фиг.3). Ограничитель хода может быть выполнен также в виде запрессованного в корпус клапана перпендикулярно его оси штифта с надетой на него полимерной втулкой (на чертеже не показано).

Набор уплотнительных колец 3 и 4 может быть разделен в сборном плунжере на два участка (фиг.4), между которыми устанавливается разделительная втулка 13, внутренняя полость которой соединяется с полостью высокого давления плунжера каналами 14 и 15, выполненными в корпусе 1 и промежуточной втулке 16 соответственно. Разделительная втулка 13 выполняется податливой, например из податливого полимерного материала типа фторопласта или полиамида.

Другое конструктивное исполнение разделительной втулки показано на фиг.5, где изображена разделительная втулка 17, выполненная упругоподатливой в осевом направлении, например в виде стальной пружины. Пружинящие свойства втулки в данном случае обеспечивают фрезерованные пазы в окружном направлении, например, расположенные в шахматном порядке (см. пазы 18 на фиг.5). Перед сборкой уплотнительные кольца 3 и 4 плунжера выполняют по наружному диаметру с допуском, обеспечивающим свободную постановку плунжера в цилиндр.

При сборке плунжера с насосом нажимная гайка 6 (см. фиг.1) затянута "от руки", плунжер свободно вставляется в цилиндр насоса. Затем нажимная гайка 6 затягивается ключом так, чтобы податливые уплотнительные кольца 3 за счет выжимания их в радиальном направлении жесткими уплотнительными кольцами 4 (см. фиг.2) образовывали с зеркалом цилиндра минимальный зазор или беззазорную посадку, что повышает технологичность, упрощает сборку. При этом упругоподатливая втулка 2 обеспечивает самоустановку - центрирование комплекта уплотнительных и распорных колец 3 и 4 относительно базовых центрирующих поверхностей.

При работе сборного плунжера в составе насоса уплотнительные податливые кольца 3 в условиях беззазорной плотной посадки в первые часы приработки незначительно изнашиваются, при этом частицы износа антифрикционного материала типа фторопласт осаждаются на поверхности соседних жестких уплотнительных колец, поставленных при сборке насоса с таким зазором, который бы обеспечивал достаточно свободную постановку плунжера в цилиндр. Таким образом, рабочая поверхность распорных колец покрывается тонкой антифрикционной пленкой. Это уменьшает зазоры по жестким уплотнительным кольцам и исключает задиры и заедание поверхностей трения, повышая тем самым надежность работы насоса и снижая утечки.

При работе сборного плунжера с разделительной податливой втулкой 13 (см. фиг.4) при каждом цикле всасывания рабочая поверхность ее прижимается к зеркалу цилиндра давлением среды, поступающей через каналы 14 и 15 во внутреннюю полость втулки 13 из полости высокого давления плунжера, что существенно снижает утечки в насосе. Если вместо втулки 13 установлена упругоподатливая в осевом направлении разделительная втулка 17 (см. фиг.5), то эффект снижения утечек при работе насоса обеспечивается тем, что износ уплотнительных податливых колец 3 компенсируется их выдавливанием в радиальном направлении за счет постоянного осевого давления, производимого пружинной разделительной втулкой 17.

Повышение надежности работы уплотнительной пары седло 8 - запорный элемент 9 (см. фиг.1 и 3) достигается тем, что в процессе работы насоса запорный элемент 9 взаимодействует с ограничителем хода 11 через полимерную вставку 12, что исключает фреттинг-коррозию контактирующих поверхностей и одновременно демпфирует ударное взаимодействие элементов.

1. Сборный плунжер поршневого насоса, содержащий корпус, установленный на нем с возможностью осевого смещения набор чередующихся уплотнительных податливых и жестких колец, торцы которых имеют ответную поверхность, а также средство для поджатия упомянутого набора колец в осевом направлении, отличающийся тем, что набор уплотнительных колец установлен на корпусе через упругоподатливую втулку, при этом уплотнительные податливые и жесткие кольца имеют трапецеидальное поперечное сечение, причем широкое основание трапеции податливых колец обращено наружу, а жестких колец - в сторону упругоподатливой втулки.

2. Сборный плунжер по п.1, отличающийся тем, что уплотнительные податливые кольца выполнены из податливого материала или разрезными из жесткого материала, а уплотнительные жесткие кольца - из жесткого материала.

3. Сборный плунжер по п.1, отличающийся тем, что набор уплотнительных колец разделен на два участка, между которыми установлена разделительная втулка с внутренней полостью, соединенной каналами с полостью высокого давления плунжера.

4. Сборный плунжер по п.3, отличающийся тем, что разделительная втулка выполнена из податливого материала.

5. Сборный плунжер по п.3, отличающийся тем, что разделительная втулка выполнена упругоподатливой в осевом направлении, например, в виде пружины.

6. Сборный плунжер по п.1, отличающийся тем, что плунжер содержит клапан, имеющий запорный элемент с ограничителем хода, в котором установлена деталь из полимерного материала.