RU2066007C1

RU2066007C1 - Seal for cylinder-piston kinematical pair

Info

Publication number: RU2066007C1
Application number: RU94011914A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Семенович Скворцов
Original assignee: Дмитрий Семенович Скворцов
Priority date: 1994-04-05
Filing date: 1994-04-05
Publication date: 1996-08-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: seal consists of ring members mounted on the shaft. Each ring member is step in cross-section. The projection of smaller diameter of a member is received in the ring groove provided in the previous ring member. Between the ring members are sealing members. There are rows of passageways for flowing fluid under pressure and discharging mechanical admixtures in the body of the piston in the zone of the last ring member and downstream of it. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 2 dwg

Description

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. The invention relates to a sealing technique and can be used to create reliable sealing of shafts, kinematic pairs of piston-cylinder, plungers in nodes where there is a pressure differential.

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. A mechanical shaft seal is known that contains a set of eccentricity rings polished at the ends of the rings, mounted on an elastic cage and pressed against each other by an elastic collar. The rings are rotated relative to each other in an angle so that the points of contact of the rings with the stem surface are evenly distributed around the circumference.

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. A disadvantage of the known seal is that the coupling of the eccentric ring with the cylinder or shaft occurs in a small area of the circle, therefore, for a complete reliable overlap of the entire area of the cylinder, a large number of ring elements with an angular offset relative to each other are required; the difficulty of fitting the plunger into the cylinder due to the presence of eccentrically placed rings, as well as the fact that a significant increase in the metal production of the cylinder wall occurs on the mating surface of the cylinder, which drastically reduces the reliability of operation and significantly increases labor costs during the recovery mode.

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. It is also known to seal a pair of cylinder-piston (ed. St. SU N 1820109, CL F 16 J 9/00, 1983), containing piston rings mounted one after the other on the piston.

Недостатком известного уплотнения являются недостаточная надежность уплотнения. A disadvantage of the known seal is the lack of reliability of the seal.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности уплотнения, снижение эксплуатационных затрат. The technical result of the invention is to increase the reliability of the seal, reducing operating costs.

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. The technical result is achieved in that the seal of the kinematic pair of the cylinder-piston containing the piston rings installed one after the other on the piston is provided with elastic sealing elements, the piston rings are split with a cross-section of a stepped shape, while a protrusion of a smaller diameter of each subsequent piston ring is placed through the sealing an element in the groove of the previous ring, and the piston rings are installed with the displacement of the ring locks relative to each other, as well as the fact that the piston in the zone of placement of the last piston ring on the high pressure side and behind it there are rows of channels for passage of the medium to be sealed under the piston rings and removal of solid impurities, respectively.

На фиг. 1 изображено уплотнение кинематической пары в разрезе, на фиг. 2 кольцевой элемент. In FIG. 1 shows a sectional view of a kinematic pair seal; FIG. 2 ring element.

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. The seal of the kinematic pair of the cylinder-piston includes: housing 1, split piston rings, annular elements 2, the number of which can be different. Each annular element 2 has a cut, preferably oblique, and its outer diameter is slightly larger than the inner diameter of the cylinder 3. Each annular element 2, starting from the second, has an annular protrusion from the bottom and an annular undercut from above. The first annular element 4 has a technological cone at the bottom to ensure its guaranteed entry into the cylinder 3. The articulation of one annular element 2 with another is achieved through an elastic element 5, the thickness of which is slightly larger than the gap between the rings. The last annular element 6 has the same protrusions from below and above, and the upper protrusion enters the corresponding annular recess in the housing 1, the diameter of which allows a maximum increase in the diameter of the last annular element 6. In the housing 1 opposite the last annular element 6 there are channels 7 for the passage of liquid under pressure and pressing the annular element 6 to the inner surface of the cylinder 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. There are three annular recesses 8, 9 and 10 on the top of the casing 1, two of which 8 and 10 have elastic rings 11 and 12, and the third recess 9 has channels 13 connected to the internal cavity of the casing 1 and serves to remove sand and other mechanical impurities. A thread 14 is used to connect the piston to the rods, and the pressing of all rings between them is achieved by an adapter 15, which has bypass channels 16 from the bottom and to which a discharge valve is connected.

Сборка и спуск в скважину поршня осуществляется следующим образом. Assembly and descent into the well of the piston is as follows.

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. O-rings 11 and 12 are put on the housing 1, and then the ring elements 6, 2 and 4 through the elastic elements 5 and press them together by an adapter 15. In this case, all the ring elements 4, 2 and 6 are articulated to one another along the outer sealing shoulder and the lower element compresses the sealing element 5. Since the thickness of the latter is greater than the gap between the annular elements 2, excess material (e.g. rubber) is squeezed out into the gap between the piston housing 1 and the annular elements 2, as well as into the section of the rings. Due to this, a reliable seal is achieved between the annular elements 2 and the piston housing 1, the reliable fixation of each annular element is coaxial with the piston housing 1 and their angular displacement relative to each other is eliminated, as well as the creation of an additional compressive force of the annular elements 4, 2 and 6 and their pressing against the inner wall of the cylinder 3 due to deformation of the sealing elements 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. Having collected the piston, lower it into the well on the rods, to which it is attached using thread 14. Upon reaching cylinder 3, the piston shank is carefully inserted into it. The first annular element 4 due to the small cone freely enters the cylinder, overcoming the elastic forces of the annular element 4 itself and the sealing element 5. Due to the stepped engagement, the first annular element 4 compresses the next annular element 2, etc. Thus, the entire piston freely enters the cylinder 3 and adheres to it with its entire surface as a unit with small specific pressing forces. From here we get a high-quality seal between the piston and the cylinder with fewer O-rings 2 and less wear on the working surfaces of the kinematic cylinder-piston pair.

Уплотнение кинематической пары цилиндр-поршень работает следующим образом. The seal of the kinematic pair of the cylinder-piston works as follows.

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. When the piston moves up, the discharge valve closes, inside the housing 1 and above it a pressure drop is created under which the liquid flows through the channels 7 into the cavity of the last annular element 6, thereby pressing it against the inner surface of the cylinder 3. This force is due to the described articulation method annular elements between each other, each of which has a stepped shape in the cross section (a protrusion of a smaller diameter and an annular groove), extends to all the others, creating a high-quality seal e for small values of specific pressing forces, while the pressing force is the total value of the elastic properties of the annular elements 4, 2 and 6, the sealing element 5 and the pressure drop acting on the last annular element 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. Under the action of a pressure drop, the liquid under pressure flows through the channels 13 into the annular recess 9, preventing the penetration of mechanical impurities, for example, sand. In the case of its penetration through the sealing ring 12, it settles in the annular recess 9, from where it flows through the inclined channels 13 into the internal cavity of the piston housing 1, from where it is carried away by the fluid flow from the well.

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. When the piston moves downward, the pressure above and below the piston is equalized, the differential pressure is removed, the piston freely lowers to the bottom dead center, and the duty cycle is repeated.

Кроме того, для снижения коэффициента трения и увеличения срока службы трущихся поверхностей допускается их обработка соответствующим пластификатором. In addition, to reduce the coefficient of friction and increase the service life of rubbing surfaces, they can be treated with an appropriate plasticizer.

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. Thus, such a sealing of a kinematic cylinder-piston pair eliminates the “hard” mode of operation, simplifies and improves the quality of the assembly, operation and repair technology, which in turn reduces material costs and increases the reliability of the seal.

Claims

1. Seal of the kinematic pair cylinder-piston, containing piston rings mounted one after the other on the piston, characterized in that it is provided with elastic sealing elements, piston rings are split with a cross-section of a stepped shape, while a protrusion of a smaller diameter of each subsequent piston ring is placed through the sealing the element in the groove of the previous ring and the piston rings are installed with the displacement of the ring locks relative to each other.

2. The seal according to claim 1, characterized in that in the piston housing in the zone of placement of the last piston ring on the high pressure side and behind it there are rows of channels for passage of the sealing medium under the piston ring and removal of solid impurities, respectively.