RU2124662C1

RU2124662C1 - Seal

Info

Publication number: RU2124662C1
Application number: RU96117803A
Authority: RU
Inventors: И.Б. Лифтман; Ю.И. Швейковский; В.Н. Колотыгин; Д.И. Фозекош
Original assignee: Открытое акционерное общество "Уральский научно-исследовательский технологический институт"
Priority date: 1996-09-09
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 1999-01-10

Abstract

FIELD: sealing rods, plungers and pistons of various machines, plungers of oil well pumps, in particular. SUBSTANCE: seal includes rings fitted on flexible holder and lapped relative to one another; rings are made from antifriction material and pressed in pairs in opposite directions; rings have oval holes. Center of one of radii of oval coincides with axis of flexible holder. Width of hole is lesser than diameter of holder. Seal is provided with calibrated spring-loaded member fitted on side of pressure of medium to be sealed. EFFECT: enhanced tightness and reliability. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для уплотнения штоков, плунжеров и поршней различных машин, в частности, плунжеров нефтяных скважинных насосов. The invention relates to mechanical engineering and can be used to seal rods, plungers and pistons of various machines, in particular, plungers of oil well pumps.

Известны уплотнения в виде установленных в упругой обойме притертых друг к другу и прижимаемых к валу или штоку в противоположных направлениях колец из антифрикционного материала (см. а.с. N 391315, МКИ F 16 J 15/26). Seals are known in the form of rings of anti-friction material mounted in an elastic cage and pressed against each other and pressed against a shaft or rod in opposite directions (see A.S. N 391315, MKI F 16 J 15/26).

В известном уплотнении внутренние отверстия колец расположены эксцентрично относительно наружной поверхности, благодаря чему кольца вдавливаются в упругую обойму и прижимаются к уплотняемой поверхности, при этом соседние кольца прижимаются в противоположных направлениях, а каждая пара колец развернута по отношению друг к другу. Так как в местах прижатия колец к уплотняемой поверхности зазор равен нулю, а сами кольца притерты и прижаты по торцам, снижаются перетоки уплотняемой среды. In the known seal, the inner openings of the rings are eccentric relative to the outer surface, whereby the rings are pressed into the elastic sleeve and pressed against the sealing surface, while adjacent rings are pressed in opposite directions, and each pair of rings is turned relative to each other. Since the gap is zero at the places where the rings are pressed against the sealing surface, and the rings themselves are ground and pressed at the ends, the flows of the sealing medium are reduced.

Однако это уплотнение имеет пониженную герметичность и надежность работы по следующим причинам:
1. Кольца не зафиксированы в упругой обойме от случайного разворота, вследствие чего может произойти угловое смещение точек контакта колец с уплотняемой поверхностью, а при близком расположении точек контакта соседних колец увеличиваются перетоки уплотняемой среды и снижается герметичность уплотнения.However, this seal has reduced tightness and reliability for the following reasons:
1. The rings are not fixed in an elastic cage from a random turn, as a result of which an angular displacement of the contact points of the rings with the sealing surface can occur, and when the contact points of adjacent rings are close, the overflows of the sealing medium increase and the sealing tightness decreases.

2. Прижим колец по торцевым поверхностям осуществляется за счет сжатия бурта упругой обоймы, что не обеспечивает определенного усилия прижима притертых поверхностей колец. 2. The clamp of the rings along the end surfaces is carried out by compressing the shoulder of the elastic cage, which does not provide a certain clamping force of the ground surfaces of the rings.

Кроме того в процессе эксплуатации при старении и частичной потере упругости материала обоймы между торцевыми поверхностями колец могут появиться зазоры, увеличивающие перетоки уплотняемой среды, что приводит к потере герметичности уплотнения в целом. In addition, during operation during aging and a partial loss of elasticity of the casing material, gaps may appear between the end surfaces of the rings, which increase the overflow of the medium being sealed, which leads to a loss of tightness of the seal as a whole.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении герметичности и надежности работы уплотнения. The problem to which the invention is directed, is to increase the tightness and reliability of the seal.

Технический результат достигается тем, что в уплотнении, имеющим установленные на упругой обойме притертые друг к другу кольца из антифрикционного материала, попарно прижатые в противоположных направлениях, отверстия колец имеют форму овала, при этом центр одного из радиусов овала совпадает с осью упругой обоймы, а ширина отверстия выполнена заведомо меньше диаметра обоймы. The technical result is achieved by the fact that in a seal having rings of antifriction material ground on each other and pairwise pressed in opposite directions, the holes of the rings have an oval shape, the center of one of the radii of the oval coincides with the axis of the elastic cage, and the width the holes are obviously smaller than the diameter of the cage.

Уплотнение также снабжено тарированным пружинным элементом для прижатия колец по торцевым поверхностям, установленным со стороны давления уплотняемой среды. The seal is also equipped with a calibrated spring element for pressing the rings along the end surfaces mounted on the pressure side of the medium being sealed.

Такую конструкцию уплотнения отличает высокая герметичность и работоспособность. This seal design is distinguished by high tightness and performance.

За счет местного обжатия (при монтаже) упругой обоймы боковыми стенками овальных отверстий колец происходит перераспределение материала упругой обоймы, который заполняет объем отверстий колец. Каждое кольцо при этом прижимается к уплотняемой поверхности и одновременно становится зафиксированным на обойме от поворота, так как материал обоймы плотно охватывает боковые стенки отверстия кольца. Благодаря этому установленные в заданных угловых положениях кольца не могут самопроизвольно развернуться на обойме. Кольца прижаты между собой с помощью тарированного пружинного элемента, что обеспечивает отсутствие зазора по притертым торцевым поверхностям, при этом подбирается определенное усилие, при котором сохраняется подвижность колец в радиальном направлении. Этим обеспечивается герметичность уплотнения как по рабочей уплотняемой поверхности, так и по торцам колец. Установка пружинного элемента со стороны давления уплотняемой среды разгружает его от дополнительных усилий, действующих на торцевую поверхность колец. Due to local compression (during installation) of the elastic cage by the side walls of the oval holes of the rings, the material of the elastic cage is redistributed, which fills the volume of the holes of the rings. Each ring is pressed against the sealing surface and at the same time becomes fixed on the cage against rotation, since the casing material tightly covers the side walls of the ring opening. Due to this, the rings installed in the given angular positions cannot spontaneously turn around on the clip. The rings are pressed together by means of a calibrated spring element, which ensures that there is no gap on the rubbed end surfaces, while a certain force is selected at which the rings remain mobile in the radial direction. This ensures the tightness of the seal both on the working sealing surface and on the ends of the rings. The installation of the spring element from the pressure side of the medium being sealed unloads it from additional forces acting on the end surface of the rings.

Тарированный пружинный элемент обеспечивает стабильность усилия поджима колец за весь период эксплуатации уплотнения. The calibrated spring element provides stability of the force of the pressing rings for the entire period of operation of the seal.

Сущность предложенного решения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображен продольный разрез уплотнения;
на фиг. 2 - вид на кольца, разрез по А-А с фиг. 1;
на фиг. 3 - то же, разрез по Б-Б с фиг. 1;
на фиг. 4 - форма отверстия кольца.The essence of the proposed solution is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 shows a longitudinal section through a seal;
in FIG. 2 is a view of the rings, a section along AA from FIG. 1;
in FIG. 3 is the same, a section along BB in FIG. 1;
in FIG. 4 - the shape of the hole of the ring.

Уплотнение содержит притертые по торцевым поверхностям одинаковые кольца 1 и 2 (фиг. 1), отверстия в которых имеют форму овала с радиусными сопряжениями R₁ и R₂. Кольца 1 и 2 установлены в плунжере 3 на упругой обойме 4 и контактируют наружной поверхностью с рабочей поверхностью цилиндра 5 машины. Ширина "В" отверстия колец 1 и 2 выполнена заведомо меньше диаметра "Д" упругой обоймы 4, а центр одного из радиусов R₁ сопряжения овального отверстия совпадает с осью обоймы 4. Торцевые поверхности колец 1 и 2 прижаты друг к другу установленным на плунжере 3 тарированным пружинным элементом 6, состоящим из набора тарельчатых пружин 7 и 8, поджимаемых до заданного усилия гайкой 9. Пружинный элемент расположен со стороны воздействия давления уплотняемой среды.The seal contains the same rings 1 and 2 ground on the end surfaces (Fig. 1), the openings in which have an oval shape with radius mates R ₁ and R ₂ . Rings 1 and 2 are installed in the plunger 3 on an elastic sleeve 4 and are in contact with the outer surface with the working surface of the cylinder 5 of the machine. The width "B" of the hole of rings 1 and 2 is made deliberately smaller than the diameter "D" of the elastic sleeve 4, and the center of one of the radii R _{1 of the} mating of the oval hole coincides with the axis of the holder 4. The end surfaces of the rings 1 and 2 are pressed against each other mounted on the plunger 3 calibrated spring element 6, consisting of a set of Belleville springs 7 and 8, pressed to a predetermined force by nut 9. The spring element is located on the pressure side of the medium being sealed.

Уплотнение работает следующим образом. Sealing works as follows.

При установке колец 1 и 2 на упругую обойму 4 происходит местная деформация ее материала боковыми поверхностями отверстия колец 1 и 2 на величину "В", при этом материал обоймы стремится заполнить объем отверстий колец. Одновременно материал обоймы 4, воздействуя силой F₁ на скругленную радиусом R₁ поверхность отверстия, прижимает кольцо 1 к уплотняемой поверхности цилиндра 5.When rings 1 and 2 are installed on the elastic sleeve 4, local deformation of its material occurs by the lateral surfaces of the holes of the rings 1 and 2 by the value “B”, while the sleeve material tends to fill the volume of the holes of the rings. At the same time, the casing material 4, acting by the force F ₁ on the surface of the hole rounded by radius R ₁ , presses the ring 1 against the sealing surface of the cylinder 5.

Соседнее кольцо 2 развернуто относительно кольца 1 скругленной поверхностью, с радиусом R₁ в противоположную сторону и силой F₂ также прижимается к уплотняемой поверхности цилиндра 5.The adjacent ring 2 is deployed relative to the ring 1 with a rounded surface, with a radius R ₁ in the opposite direction and a force F ₂ also pressed against the sealing surface of the cylinder 5.

В местах контакта колец 1 и 3, расположенных под углом 180^o, с цилиндром 5 зазор равен 0.At the contact points of the rings 1 and 3, located at an angle of 180 ^o , with the cylinder 5, the gap is 0.

Кольца 1 и 2 зафиксированы на упругой обойме 4 от самопроизвольного разворота боковыми поверхностями отверстий, в связи с чем их угловое положение при работе не меняется. Rings 1 and 2 are fixed on the elastic sleeve 4 from a spontaneous turn by the side surfaces of the holes, and therefore their angular position does not change during operation.

На плунжер 3 установлено необходимое количество колец, при этом каждая пара колец развернута по отношению друг к другу, обеспечивая перекрытие уплотняемой поверхности. Притертые торцевые поверхности колец 1 и 2 поджаты между собой тарельчатыми пружинами 7 и 8 тарированным усилием, которое может регулироваться гайкой 9, при этом величина усилия обеспечивает отсутствие зазора между торцами колец 1 и 2 и возможность их радиального смещения под действием сил F₁ и F₂ со стороны упругой обоймы. Так как кольца притерты и поджаты по торцам тарированным пружинным элементом 6, а также прижаты силами упругой обоймы 4 к уплотняемой поверхности цилиндра 5 по периферии, достигается большое сопротивления в щели и минимальные утечки уплотняемой среды.The required number of rings is installed on the plunger 3, while each pair of rings is deployed relative to each other, providing overlap of the sealing surface. The ground end surfaces of rings 1 and 2 are pressed together by disk springs 7 and 8 with a calibrated force, which can be adjusted by nut 9, while the force ensures the absence of a gap between the ends of rings 1 and 2 and the possibility of their radial displacement under the action of forces F ₁ and F ₂ from the side of the elastic cage. Since the rings are ground and pressed along the ends by a calibrated spring element 6, as well as pressed by the forces of an elastic cage 4 to the sealing surface of the cylinder 5 at the periphery, a large resistance in the gap and minimal leakage of the sealing medium are achieved.

Износ колец будет компенсироваться за счет сил упругости обоймы, а также сил давления уплотняемой среды. The wear of the rings will be compensated by the elastic forces of the cage, as well as the pressure forces of the medium being sealed.

Надежность работы уплотнения обеспечивается за счет фиксации колец на упругой обойме от самопроизвольного разворота, а также постоянством поджатия их по торцам тарированным пружинным элементом. The reliability of the seal is ensured by fixing the rings on the elastic cage from spontaneous reversal, as well as by the constant pressing them along the ends of the calibrated spring element.

Новые элементы конструкции, а именно новое выполнение колец, форма и параметры их отверстий, наличие и расположение тарированного пружинного элемента обеспечивает в совокупности с остальными элементами конструкции уплотнения достижение общей поставленной задачи - повышение надежности работы уплотнения. New structural elements, namely the new design of the rings, the shape and parameters of their holes, the presence and location of the tared spring element, together with the rest of the structural elements of the seal, ensure the achievement of the overall task - increasing the reliability of the seal.

Claims

1. A seal, for example, a plunger of a borehole pump, containing rings of anti-friction material mounted on an elastic cage, pressed in pairs in opposite directions, characterized in that the holes of the rings have an oval shape, while the center of one of the radii of the oval coincides with the axis elastic clips, and the width of the hole is made smaller than the diameter of the clip.

2. The seal according to claim 1, characterized in that it is provided with a calibrated spring element for preloading the rings along the end surfaces mounted on the pressure side of the medium being sealed.