RU2230936C2

RU2230936C2 - Mud pump piston

Info

Publication number: RU2230936C2
Application number: RU2002118182/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Панчеха (RU); Ю.С. Панчеха
Original assignee: Панчеха Юрий Степанович
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-06-20

Abstract

FIELD: oil producing industry.

SUBSTANCE: invention relates to pumps for handling drilling mud. Proposed piston consists of axially symmetric housing of metal structure with central hole and grooves on outer part. Housing is made with middle dividing flange whose outer diameter d₁ is smaller than outer diameter d of cylindrical part of piston, and axial holes are made in its base to pass material of sealing element made solid. Said sealing element has front conical and rear cylindrical sealing surfaces, being connected by curing to housing at both sides from and over dividing flange. Reinforcement elements are introduced into sealing element. Said reinforcement elements are rigid in tangential direction (being flexible in radial direction, if required) and are permeable for material of sealing element. Reinforcement elements, being adhesive, are monolithically coupled with material of sealing element and are arranged along sealing surface and end faces of flange. Outer part of reinforcement elements coincides with outer sealing surface of sealing element. Ring grooves are made on outer cylindrical surface of flange, and part of material of monolithic sealing element is arranged over said grooves. Rigid permeable reinforcement element are made in form of pair of truncated hollow cones changing into-L-section hollow cylinder with axial holes on radially arranged part and cylindrical sleeve located over cylindrical surface of dividing flange. Rigid permeable reinforcement elements are made of three-dimensional wire permeable material. In process of assembling, conical part deforms changing into cylindrical one. Such design of piston increases service life operation at high pressure and handling of liquids containing abrasives. Piston can be used in seals exposed to high working pressures and abrasive wear in different branches of industry.

EFFECT: enlarged capabilities.

14 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтепромысловой технике, в частности к насосам для перекачки буровых растворов.The invention relates to oilfield technology, in particular to pumps for pumping drilling fluids.

Известен поршень, состоящий из осесимметричной металлоарматуры с центральным отверстием и проточками на наружной части, со средним разделительным фланцем, имеющим в основании аксиальные отверстия, с уплотнительными элементами, прикрепленными, например, вулканизацией по обе стороны от разделительного фланца (SU №158492 А, F 16 J 1/04, 1963 г.).A piston is known, consisting of axisymmetric metal fittings with a central hole and grooves on the outside, with a middle separation flange having axial holes at the base, with sealing elements attached, for example, by vulcanization on both sides of the separation flange (SU No. 158492 A, F 16 J 1/04, 1963).

Недостаток известного поршня заключается в том, что эластичная резина при высоких давлениях рабочей среды при возвратно-поступательных перемещениях поршня вытекает в зазор между фланцем металлоарматуры и цилиндром, вытягивается, вырывается, что в дальнейшем приводит к протечке и разрушению поршня высоконапорной струей абразивосодержащей жидкости. На зеркале цилиндра происходит химическое и механическое осаждения микроабразивных частиц, к которым могут прикрепляться и относительно крупные частицы, при этом образуются абразивно-активные объемные наросты, хорошо прикрепленные к зеркалу цилиндра. Эластичные элементы манжет не в состоянии очистить зеркало цилиндра, которое в данном случае является источником их объемного абразивного износа наряду с абразивными частицами, взвешенными в жидкости. Подверженность уплотнительной манжеты поршня, выполненной из резины, резорбции интенсифицирует ее износ. При страгивании поршня со стороны давления среды возникают значительные растягивающие напряжения в эластичном материале за счет опережающего движения части манжеты, удаленной от зеркала цилиндра, и необходимости создания значительных напряжений для преодоления сил трения покоя в зоне контакта манжеты с цилиндром. Увеличение жесткости материала уплотнения снижает его герметизирующие способности, но снижает и растягивающие напряжения. Растягивающие напряжения приводят к разрушению уплотнения за счет образования микротрещин, попадания туда абразива и в дальнейшем катастрофического адсорбционнного снижения прочности материала уплотнения.A disadvantage of the known piston is that elastic rubber at high pressures of the working medium during reciprocating movements of the piston flows into the gap between the metal flange and the cylinder, stretches, breaks out, which subsequently leads to leakage and destruction of the piston by a high-pressure jet of abrasive fluid. Chemical and mechanical deposition of microabrasive particles takes place on the cylinder mirror, to which relatively large particles can also be attached, and abrasive-active bulging growths are formed that are well attached to the cylinder mirror. The elastic elements of the cuffs are not able to clean the cylinder mirror, which in this case is the source of their bulk abrasive wear along with abrasive particles suspended in the liquid. The susceptibility of the piston sealing lip made of rubber and resorption intensifies its wear. When the piston is strained from the pressure side of the medium, significant tensile stresses arise in the elastic material due to the anticipatory movement of the cuff part remote from the cylinder mirror and the need to create significant stresses to overcome the static friction forces in the contact zone of the cuff with the cylinder. An increase in the rigidity of the seal material reduces its sealing ability, but also reduces tensile stresses. Tensile stresses lead to the destruction of the seal due to the formation of microcracks, ingress of an abrasive, and subsequently a catastrophic adsorption decrease in the strength of the seal material.

Известен поршень, состоящий из осесимметричной металлоарматуры с центральным отверстием и проточками на наружной части, со средним разделительным фланцем, имеющим в основании аксиальные отверстия, с уплотнительными элементами, прикрепленными, например, вулканизацией по обе стороны от разделительного фланца, в который с боковых сторон фланца введены опорные поршневые кольца (RU 2030660, F 16 J 1/00, 10.03.1995 г.).A piston is known, consisting of axisymmetric metal fittings with a central hole and grooves on the outside, with a middle separation flange having axial holes at the base, with sealing elements attached, for example, by vulcanization on both sides of the separation flange, into which are introduced from the sides of the flange supporting piston rings (RU 2030660, F 16 J 1/00, 03/10/1995).

Данный поршень имеет преимущество перед описанным выше аналогом, т.к. поршневые кольца ограничивают возможность выдавливания в зазор между фланцем и цилиндром эластичного материала уплотнительного элемента.This piston has an advantage over the analogue described above, because piston rings limit the possibility of extrusion into the gap between the flange and the cylinder of the elastic material of the sealing element.

Однако конструкция поршневых колец сложна в изготовлении, и конструкция поршня не может противостоять его абразивному износу.However, the design of the piston rings is difficult to manufacture, and the design of the piston cannot withstand abrasion.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение надежности и ресурса работы поршня при высоких давлениях при перекачке абразивосодержащих сред.The technical problem posed in the present invention is to increase the reliability and service life of the piston at high pressures when pumping abrasive media.

Поставленная задача достигается тем, что в поршне бурового насоса, состоящего из осесимметричной металлоарматуры с центральным отверстием и проточками на наружной части, со средним разделительным фланцем, имеющим наружный диаметр меньший, чем внутренний диаметр цилиндра, а в основании аксиальные отверстия, с монолитным уплотнительным элементом, имеющим передние конические и тыльные цилиндрические уплотнительные поверхности, прикрепленным, например, вулканизацией по обе стороны от разделительного фланца, участки уплотнительного элемента со стороны передних конических и тыльных цилиндрических участков, со стороны боковых поверхностей и над разделительным фланцем выполнены с более высокой твердостью и прочностью путем введения жестких в тангенциальном направлении, проницаемых для материала уплотнительного элемента армирующих элементов, обладающих адгезией и монолитно связанных с материалом уплотнительного элемента, а на наружной цилиндрической поверхности фланца выполнены дополнительные проточки, а над ним размещена часть монолитного уплотнительного элемента.The problem is achieved in that in the piston of a mud pump, consisting of axisymmetric metal fittings with a central hole and grooves on the outside, with a middle dividing flange having an outer diameter smaller than the inner diameter of the cylinder, and axial holes at the base, with a monolithic sealing element, having front conical and rear cylindrical sealing surfaces, attached, for example, by vulcanization on both sides of the separation flange, sections of the sealing ele The entrances from the front conical and rear cylindrical sections, from the side of the side surfaces and above the dividing flange are made with higher hardness and strength by introducing tangentially rigid reinforcing elements permeable to the material of the sealing element, having adhesion and are integral with the material of the sealing element, and additional grooves are made on the outer cylindrical surface of the flange, and a part of the monolithic sealing element is placed above it a.

Сущность изобретения заключается в введении жестких армирующих элементов, монолитно связанных с материалом уплотнительного элемента, расположенных непосредственно в зоне трения и выполненных проницаемыми для материала уплотнительного элемента.The essence of the invention lies in the introduction of rigid reinforcing elements, integral with the material of the sealing element, located directly in the friction zone and made permeable to the material of the sealing element.

Жесткие проницаемые армирующие элементы могут быть выполнены упругими в радиальном направлении и расположены вдоль передней конической и тыльной цилиндрической уплотнительных поверхностей.Rigid permeable reinforcing elements can be made elastic in the radial direction and are located along the front conical and rear cylindrical sealing surfaces.

Жесткие проницаемые армирующие элементы могут быть выполнены переменной жесткости и твердости, причем наибольшая жесткость и твердость выполнена на передней рабочей кромке и со стороны торцов разделительного фланца.Rigid permeable reinforcing elements can be made of variable stiffness and hardness, and the greatest rigidity and hardness are made on the front working edge and from the ends of the separation flange.

Жесткие проницаемые армирующие элементы могут быть выполнены по форме в виде пары усеченных полых конусов, переходящих в полый цилиндр L-расположенной части полого цилиндра, расположенного над цилиндрической поверхностью разделительного фланца.Rigid permeable reinforcing elements can be made in shape in the form of a pair of truncated hollow cones, passing into the hollow cylinder of the L-located part of the hollow cylinder located above the cylindrical surface of the separation flange.

Жесткие проницаемые армирующие элементы прикреплены радиально расположенными частями к торцам разделительного фланца.Rigid permeable reinforcing elements are attached by radially arranged parts to the ends of the separation flange.

Жесткие проницаемые армирующие элементы могут быть выполнены из объемного проволочного проницаемого материала.Rigid permeable reinforcing elements can be made of bulk wire permeable material.

Жесткие проницаемые армирующие элементы выполнены с разрезами на участке полого усеченного конуса, причем сумма наибольших ширин разрезов определяется с учетом зависимости:Rigid permeable reinforcing elements are made with cuts in a section of a hollow truncated cone, and the sum of the largest widths of the cuts is determined taking into account the dependence:

∑Ci≥π (D-d),∑Ci≥π (D-d),

где Ci - наибольшие ширины разрезов (i=1, 2, 3...) в плоскости, перпендикулярной оси поршня, мм;where Ci - the largest widths of cuts (i = 1, 2, 3 ...) in a plane perpendicular to the axis of the piston, mm;

D - наибольший диаметр уплотнительного элемента поршня перед сборкой, мм;D is the largest diameter of the piston sealing element before assembly, mm;

d - диаметр цилиндрической части уплотнительного элемента или отверстия цилиндровой втулки, мм.d is the diameter of the cylindrical part of the sealing element or hole of the cylinder sleeve, mm

Жесткие проницаемые армирующие элементы могут быть выполнены из антифрикционного материала, обладающего хорошими адгезионными свойствами по отношению к материалу уплотнительного элемента, например, из медесодержащего сплава.Rigid permeable reinforcing elements may be made of an antifriction material having good adhesive properties with respect to the material of the sealing element, for example, a copper-containing alloy.

Жесткие проницаемые армирующие элементы выполнены из комбинации различных проволок с различными свойствами, одни из которых выполнены из антифрикционного материала, обладающего хорошими адгезионными свойствами по отношению к материалу уплотнительного элемента, другие - из высокотеплопроводного материала, а третьи - из высокопрочного материала.Rigid permeable reinforcing elements are made of a combination of various wires with different properties, some of which are made of antifriction material having good adhesive properties with respect to the material of the sealing element, others are made of highly heat-conducting material, and others are made of high-strength material.

Жесткие проницаемые армирующие элементы могут быть выполнены из стали и покрыты антифрикционным материалом, обладающим хорошими адгезионными свойствами по отношению к материалу уплотнительного элемента, например, из медесодержащего сплава.Rigid permeable reinforcing elements can be made of steel and coated with an anti-friction material having good adhesive properties with respect to the material of the sealing element, for example, from a copper-containing alloy.

Жесткие проницаемые армирующие элементы и металлоарматура со стороны уплотнительного элемента могут быть дополнительно покрыты веществом, повышающим адгезионные свойства по отношению к материалу уплотнительного элемента, например, “Хемасилом”.Rigid permeable reinforcing elements and metal fittings on the side of the sealing element can be additionally coated with a substance that increases the adhesive properties with respect to the material of the sealing element, for example, “Hemasil”.

Кроме того, все проточки имеют округления по вершинам и впадинам.In addition, all grooves are rounded at the tops and troughs.

Жесткие проницаемые армирующие элементы могут быть выполнены из объемного упругого в радиальном направлении проволочного проницаемого материала.Rigid permeable reinforcing elements can be made of bulk radially elastic wire-permeable material.

На фиг.1 показана конструкция поршня бурового насоса; на фиг.2 - вид А на фиг.1 (материал уплотнительного элемента условно не показан).Figure 1 shows the design of the piston of a mud pump; figure 2 is a view a in figure 1 (the material of the sealing element is conventionally not shown).

Поршень бурового насоса (фиг.1) состоит из осесимметричного корпуса 1 металлоарматуры с центральным отверстием 2 и проточками 3 на наружной части 4. Корпус 1 выполнен со средним разделительным фланцем 5, имеющим наружный диаметр d₁ меньший, чем наружный диаметр цилиндрической части поршня d (или внутренний диаметр цилиндра), а в его основании выполнены аксиальные отверстия 6 для прохода материала уплотнительного элемента 7, который выполнен монолитным. Уплотнительный элемент 7, имеющий наружные передние конические 8 и тыльные цилиндрические 9 уплотнительные поверхности, прикреплен, например, вулканизацией к корпусу 1 по обе стороны от и над разделительным фланцем 5. В уплотнительный элемент 7 введены жесткие в тангенциальном направлении (в радиальном направлении они могут быть и упругими) проницаемые для материала уплотнительного элемента 7 армирующие элементы 10, 11, обладающие адгезией и монолитно связанные с материалом уплотнительного элемента 7, расположенные вдоль уплотнительной поверхности и со стороны торцов 12 фланца 5, наружная часть которых совпадает с наружной уплотнительной поверхностью уплотнительного элемента 7. Жесткие в тангенциальном направлении проницаемые армирующие элементы 10 могут быть выполнены упругими в радиальном направлении (например, из металлорезины) и обеспечивать постоянное поджатие их к зеркалу цилиндра. На наружной цилиндрической поверхности 13 фланца 5 выполнены дополнительные проточки 14, над которыми размещена часть материала монолитного уплотнительного элемента 7. Жесткие проницаемые армирующие элементы 10, 11 могут быть выполнены переменной жесткости (плотности), причем наибольшая жесткость выполнена на передней рабочей кромке 15 и на радиально расположенной части 16 со стороны торцов 12 разделительного фланца 5. Жесткие проницаемые армирующие элементы 10 могут быть выполнены по форме в виде пары усеченных полых конусов 17, переходящих в полый цилиндр 18, L-образной формы в сечении с аксиальными отверстиями 19 на радиально расположенной части 16, а армирующие элементы 11 в виде полого цилиндра, расположенного над цилиндрической поверхностью 13 разделительного фланца 5. Жесткие проницаемые армирующие элементы 10 могут быть прикреплены радиально расположенными частями 16 к торцам 12 разделительного фланца 5, например, сваркой, механическим креплением и т.д. Жесткие проницаемые армирующие элементы 10, 11 могут быть выполнены из объемного проволочного, проницаемого материала. Жесткие проницаемые армирующие элементы 10 выполнены с разрезами 20 прямоугольной или клиновой формы (фиг.2) на участке полого усеченного конуса 17 на длину "В", причем сумма наибольших ширин разрезов 20 определяется с учетом зависимости:The piston of the mud pump (Fig. 1) consists of an axisymmetric metal housing 1 with a central hole 2 and grooves 3 on the outer part 4. The housing 1 is made with a middle dividing flange 5 having an outer diameter d ₁ smaller than the outer diameter of the piston cylindrical part d ( or the inner diameter of the cylinder), and axial holes 6 are made at its base for the passage of the material of the sealing element 7, which is made monolithic. The sealing element 7, having outer front conical 8 and rear cylindrical 9 sealing surfaces, is attached, for example, by vulcanization to the housing 1 on both sides of and above the dividing flange 5. Rigid tangentially are introduced into the sealing element 7 (they can be in the radial direction and elastic) permeable to the material of the sealing element 7, reinforcing elements 10, 11 having adhesion and monolithically connected with the material of the sealing element 7, located along the sealing surface surface and ends 12 of the flange 5, the outer part of which coincides with the outer sealing surface of the sealing element 7. Rigid tangentially permeable reinforcing elements 10 can be made elastic in the radial direction (for example, of metal rubber) and provide constant compression of them to the cylinder mirror . On the outer cylindrical surface 13 of the flange 5, additional grooves 14 are made, over which a part of the material of the monolithic sealing element 7 is placed. Rigid permeable reinforcing elements 10, 11 can be made of variable stiffness (density), and the greatest rigidity is made on the front working edge 15 and radially located part 16 from the side of the ends 12 of the separation flange 5. Rigid permeable reinforcing elements 10 can be made in shape in the form of a pair of truncated hollow cones 17, turning into p a hollow cylinder 18, L-shaped in cross section with axial holes 19 on the radially located part 16, and the reinforcing elements 11 in the form of a hollow cylinder located above the cylindrical surface 13 of the separation flange 5. Rigid permeable reinforcing elements 10 can be attached with radially arranged parts 16 to the ends 12 of the separation flange 5, for example, by welding, mechanical fastening, etc. Rigid permeable reinforcing elements 10, 11 can be made of bulk wire, permeable material. Rigid permeable reinforcing elements 10 are made with cuts 20 of a rectangular or wedge shape (FIG. 2) in a section of a hollow truncated cone 17 by a length “B”, and the sum of the largest widths of the cuts 20 is determined taking into account the dependence:

∑Ci≥π (D-d),∑Ci≥π (D-d),

где Ci - наибольшие ширины разрезов в плоскости, перпендикулярной оси поршня, мм;where Ci - the largest widths of cuts in a plane perpendicular to the axis of the piston, mm;

D - наибольший диаметр уплотнительного элемента поршня (по передней рабочей кромке 15 в недеформированном положении) перед сборкой, мм;D is the largest diameter of the piston sealing element (along the front working edge 15 in the undeformed position) before assembly, mm;

d - диаметр цилиндрической части 9 уплотнительного элемента 7 или отверстия цилиндровой втулки, мм.d is the diameter of the cylindrical part 9 of the sealing element 7 or the hole of the cylinder sleeve, mm

Жесткие проницаемые армирующие элементы 10, 11 могут быть выполнены из антифрикционного материала, обладающего хорошими адгезионными свойствами по отношению к материалу уплотнительного элемента, например, из медесодержащего сплава (медь, латунь, бронза, алюминиевые сплавы или из стали), и покрыты антифрикционным материалом, обладающим хорошими адгезионными свойствами по отношению к материалу уплотнительного элемента, например, из медесодержащего сплава. Жесткие армирующие проницаемые элементы 10, 11 и корпус 1 металлоарматуры со стороны уплотнительного элемента 7 могут быть дополнительно покрыты веществом, повышающим адгезионные свойства по отношению к материалу уплотнительного элемента 7, например, “Хемасилом”.Rigid permeable reinforcing elements 10, 11 may be made of an antifriction material having good adhesive properties with respect to the material of the sealing element, for example, of a copper-containing alloy (copper, brass, bronze, aluminum alloys or steel), and coated with an antifriction material having good adhesive properties with respect to the material of the sealing element, for example, from a copper-containing alloy. Rigid reinforcing permeable elements 10, 11 and metal housing 1 from the side of the sealing element 7 can be additionally coated with a substance that improves the adhesive properties with respect to the material of the sealing element 7, for example, “Hamasil”.

Проточки 3, дополнительные проточки 14 могут иметь округления по вершинам и впадинам.Grooves 3, additional grooves 14 may have rounding at the tops and troughs.

При изготовлении поршня корпус 1 и жесткие армирующие проницаемые элементы 10, 11 закладываются в пресс-форму и заливаются формовочным эластичным материалом под давлением, который хорошо проникает в поры, каналы, щели проницаемого материала.In the manufacture of the piston, the housing 1 and the rigid reinforcing permeable elements 10, 11 are laid in the mold and filled with molding elastic material under pressure, which penetrates well into the pores, channels, slots of the permeable material.

Поршень работает следующим образом. При сборке коническая часть 17 деформируется и становится цилиндрической, т.к. упруго сжимается эластичный материал уплотнительного элемента 7 и упругий в радиальном направлении жесткий армирующий проницаемый элемент 10 - усеченный конус. Для небольших значений D разрезы 20 не выполняют. Для больших значений D выполняют разрезы 20, которые при сжатии жесткого проницаемого армирующего элемента 10 уменьшаются до нуля Ci→0. При этом в зоне контакта уплотнительного элемента 7 с зеркалом цилиндра создаются достаточные для герметизации контактные давления. За счет введения жестких армирующих проницаемых элементов 10, 11 твердость и жесткость в зоне трения уплотнительного элемента 7 значительно выше. Повышенная жесткость и твердость на передней рабочей кромке 15 уплотнительного элемента 7 улучшает очистительную способность для зеркала цилиндра. Более низкая твердость и жесткость на части поверхности трения между передней кромкой 15 и радиально расположенной частью 16 обеспечивает высокую уплотнительную способность поршня. Повышенная жесткость и твердость на радиально расположенной части 16 уплотнительного элемента 7 обеспечивает защиту от выдавливания в зазор сопряжения "поршень - цилиндр" эластичного материала и выполняет функцию опорного элемента. Отверстия 19 в жестком армирующем элементе 10 служат для проникновения в пространство над фланцем 5 эластичного материала при изготовлении и передают рабочее давление при работе через эластичный материал.The piston works as follows. During assembly, the conical part 17 is deformed and becomes cylindrical, because the elastic material of the sealing element 7 is elastically compressed and the rigid reinforcing permeable element 10, radially elastic in the radial direction, is a truncated cone. For small D values, cuts 20 are not performed. For large values of D, cuts 20 are performed, which, when the rigid permeable reinforcing element 10 is compressed, decreases to zero Ci → 0. Moreover, in the contact zone of the sealing element 7 with the cylinder mirror, sufficient contact pressures are created for sealing. Due to the introduction of rigid reinforcing permeable elements 10, 11, the hardness and stiffness in the friction zone of the sealing element 7 is much higher. Increased rigidity and hardness on the front working edge 15 of the sealing element 7 improves the cleaning ability for the cylinder mirror. Lower hardness and stiffness on a part of the friction surface between the leading edge 15 and the radially located part 16 provides a high sealing ability of the piston. Increased rigidity and hardness on the radially located part 16 of the sealing element 7 provides protection against extrusion into the clearance gap of the piston-cylinder interface of the elastic material and serves as a supporting element. The holes 19 in the rigid reinforcing element 10 serve to penetrate into the space above the flange 5 of the elastic material during manufacture and transmit the working pressure during operation through the elastic material.

Таким образом, при работе поршня по зеркалу цилиндра перемещается жесткий проницаемый (пористый) армирующий элемент, "пропитанный" эластичным материалом, который герметизирует зазор сопряжения "поршень - цилиндр" и работает как "ерш" по очистке зеркала цилиндра от налипших абразивных частиц. Учитывая более высокую прочность и износостойкость металла по сравнению с эластомерами в условии абразивного износа, жесткие проницаемые армирующие элементы 10, 11 уменьшают общий износ уплотнительного элемента 7 и повышают срок его службы. Особенно следует отметить улучшение работы поршня в момент его страгивания (при прилипании уплотнения), жесткие проницаемые армирующие элементы 10, 11 перераспределяют напряжения растяжения на всю длину поверхности трения уплотнительного элемента, не создавая опасных напряжений растяжения, вызывающих разрушение материала уплотнения. Прикрепление жестких проницаемых армирующих элементов 10 радиальными частями 16 к торцам 12 разделительного фланца 5 корпуса 1, например, сваркой создает очень жесткий каркас с корпусом 1, что осложняет отрыв эластичного материала от металлоарматуры в месте прикрепления к торцам 12 фланца 5 в момент страгивания (часто и имеет место) и повышает долговечность поршня.Thus, during the operation of the piston, a rigid permeable (porous) reinforcing element “impregnated” with elastic material moves around the cylinder mirror, which seals the piston-cylinder interface and acts as a “ruff” for cleaning the cylinder mirror from adhering abrasive particles. Given the higher strength and wear resistance of the metal compared to elastomers in the condition of abrasive wear, rigid permeable reinforcing elements 10, 11 reduce the overall wear of the sealing element 7 and increase its service life. Of particular note is the improvement of the piston at the time of its detachment (when the seal is sticking), the hard permeable reinforcing elements 10, 11 redistribute tensile stresses over the entire length of the friction surface of the sealing element, without creating dangerous tensile stresses that cause destruction of the seal material. Attaching rigid permeable reinforcing elements 10 with radial parts 16 to the ends 12 of the separation flange 5 of the housing 1, for example, by welding creates a very rigid frame with the housing 1, which complicates the tearing of the elastic material from the metal fittings at the point of attachment to the ends 12 of the flange 5 at the time of breaking (often takes place) and increases the durability of the piston.

Выполнение жестких проницаемых армирующих элементов 10, 11 из объемного проволочного, проницаемого материала позволяет обеспечить хорошее проникновение в поры, щели, каналы эластичного материала уплотнения для обеспечения монолитности и неразрывности поршня. Это позволяет локально в зоне трения поршня с цилиндром создать твердую, прочную поверхность, которая обладает к тому же и хорошей герметизирующей способностью, так как промежутки внутри жестких проницаемых армирующих элементов заполнены эластичным материалом уплотнительного элемента. Промыть такую поверхность абразивной струей затруднительно, т.к. необходимо произвести разрушение прочного материала каркаса жестких проницаемых армирующих элементов 10, 11.The implementation of rigid permeable reinforcing elements 10, 11 from a bulk wire, permeable material allows for good penetration into the pores, slots, channels of the elastic seal material to ensure the integrity and continuity of the piston. This allows locally in the friction zone of the piston with the cylinder to create a solid, solid surface, which also has good sealing ability, since the gaps inside the rigid permeable reinforcing elements are filled with elastic material of the sealing element. It is difficult to wash such a surface with an abrasive jet, because it is necessary to destroy the durable material of the frame of the rigid permeable reinforcing elements 10, 11.

Данная конструкция поршня позволяет применять в своей основе эластичный материал не высокой твердости, который обладает высокой герметизирующей способностью, обеспечивает передачу давления среды на материал в зоне трения поршня с цилиндром в силу квазитекучести эластичных материалов. Выполнение жестких проницаемых армирующих элементов 10, 11 из антифрикционных материалов позволяет снизить коэффициент трения в зоне трения поршня с цилиндром и улучшить его работоспособность.This design of the piston makes it possible to use in its basis an elastic material of not high hardness, which has a high sealing ability, ensures the transfer of pressure of the medium to the material in the friction zone of the piston with the cylinder due to the quasi-fluidity of elastic materials. The implementation of rigid permeable reinforcing elements 10, 11 of antifriction materials allows to reduce the coefficient of friction in the friction zone of the piston with the cylinder and improve its performance.

Медесодержащие сплавы достаточно антифрикционные по отношению к стали, чугуну, при этом они обладают хорошей адгезионной способностью к резине при спекании с ней и обеспечивают прочность сцепления. То же самое относится и к материалам стальным, но имеющим покрытия из медесодержащих сплавов, при этом стальной материал может значительно превосходить по прочности материал медесодержащего сплава, при этом возрастает и прочность на разрыв уплотнительного элемента 7 поршня. Жесткие проницаемые армирующие элементы 10, 11 и корпус 1 металлоарматуры со стороны уплотнительного элемента 7 могут быть дополнительно покрыты веществом, повышающим адгезионные свойства по отношению к материалу уплотнительного элемента 7, например, “Хемасилом”, который образует дополнительные химические связи с материалом уплотнительного элемента 7. Следует обратить внимание на то, что проточки 3 и дополнительные проточки 14 имеют округления по вершинам и впадинам. Это снижает концентрацию опасных напряжений в эластичном материале и исключает создание очагов разрушения в местах контакта с концентратором напряжения, что также повышает ресурс работы уплотнительных элементов 7. Следует обратить внимание на то, что использование металлических, жестких проницаемых элементов 10, 11 (особенно из алюминия и его сплавов, затем медь и ее сплавы) позволяет отвести тепло из зоны трения по зеркалу цилиндра в глубь материала уплотнительного элемента 7 и даже к корпусу 1 металлоарматуры (когда элементы 10, 11 жестко прикреплены или соприкасаются с ним), что очень важно при больших давлениях среды, когда из-за значительных сил трения сильно нагревается в контактной зоне уплотнительный материал, что является одной из причин его разрушения в результате теплового разложения.Copper-containing alloys are quite antifriction with respect to steel and cast iron, while they have good adhesion to rubber during sintering and provide adhesion strength. The same applies to steel materials, but having coatings of copper-containing alloys, while the steel material can significantly exceed the strength of the material of the copper-containing alloy, while the tensile strength of the piston sealing element 7 also increases. Rigid permeable reinforcing elements 10, 11 and metal housing 1 from the side of the sealing element 7 can be additionally coated with a substance that increases the adhesive properties with respect to the material of the sealing element 7, for example, “Hemasil”, which forms additional chemical bonds with the material of the sealing element 7. It should be noted that grooves 3 and additional grooves 14 have rounding at the tops and troughs. This reduces the concentration of dangerous stresses in the elastic material and eliminates the creation of centers of destruction in places of contact with the stress concentrator, which also increases the life of the sealing elements 7. It should be noted that the use of metal, rigid permeable elements 10, 11 (especially aluminum and of its alloys, then copper and its alloys) allows heat to be removed from the friction zone along the cylinder mirror into the depth of the material of the sealing element 7 and even to the body 1 of the metal fittings (when elements 10, 11 are rigidly reinforced or in contact with it), which is very important at high pressures of the medium, when due to significant friction forces the sealing material is very hot in the contact zone, which is one of the reasons for its destruction as a result of thermal decomposition.

Жесткие проницаемые армирующие элементы 10, 11 могут быть выполнены из комбинации различных проволок, полимерных нитей с различными свойствами, одни из которых выполнены из антифрикционною материала (медесодержащие сплавы), обладающего хорошими адгезионными свойствами по отношению к материалу уплотнительного элемента, другие - из высокотеплопроводного материала (алюминийсодержащие сплавы), обеспечивают интенсивный отвод тепла из зоны трения, а третьи - из высокопрочного материала (сталь, нейлон, лавсан), обеспечивают общую прочность и износостойкость уплотнения.Rigid permeable reinforcing elements 10, 11 can be made of a combination of different wires, polymer filaments with different properties, some of which are made of antifriction material (copper-containing alloys), which have good adhesive properties with respect to the material of the sealing element, others - of highly heat-conducting material ( aluminum-containing alloys) provide intensive heat removal from the friction zone, and the third - from high-strength material (steel, nylon, lavsan), provide overall strength and seal wear resistance.

Данная конструкция поршня обеспечивает повышение долговечности в условиях работы при высоких давлениях с абразивосодержащими жидкостями и может быть использована в уплотнениях, работающих в условии высоких давлений рабочих сред и абразивного износа в различных отраслях промышленности.This piston design provides increased durability in conditions of operation at high pressures with abrasive fluids and can be used in seals operating under conditions of high working pressure and abrasive wear in various industries.

Claims

1. A mud pump piston, consisting of an axisymmetric metal housing with a central hole and grooves on the outer part, with a middle dividing flange having an outer diameter smaller than the outer diameter of the cylindrical part of the piston, and axial holes in the base, with a monolithic sealing element having front conical and rear cylindrical sealing surfaces, attached, for example, by vulcanization on both sides of the ends of the separation flange, characterized in that the sealing portions of the integral element from the side of the front conical and rear cylindrical sections, from the side of the side surfaces and above the dividing flange are made with higher hardness and strength by introducing tangentially rigid reinforcing elements permeable to the material of the sealing element, having adhesion and are integral with the material of the sealing element and annular grooves are made on the outer cylindrical surface of the flange, and a part of the monolithic sealing is placed above it th element.

2. The mud pump piston according to claim 1, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements are made elastic in the radial direction and are located along the front conical and rear cylindrical sealing surfaces.

3. The mud pump piston according to claim 2, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements are made of variable stiffness and hardness, the greatest rigidity and hardness being made on the front working edge and from the ends of the dividing flange.

4. The mud pump piston according to claim 3, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements are shaped as a pair of truncated hollow cones turning into a hollow cylinder of an L-shaped cross-section, with axial holes on a radially located part and a hollow cylinder located above the cylindrical surface of the separation flange.

5. The mud pump piston according to claim 4, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements are attached with radially arranged parts to the side surfaces of the separation flange.

6. The mud pump piston according to claim 4, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements are made of a voluminous permeable wire material.

7. The mud pump piston according to claim 4, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements are made with cuts in the section of the hollow truncated cone, and the sum of the largest widths of the cuts is determined taking into account the dependence.

∑C _i ≥ π (Dd),

where C _i - the largest widths of cuts (i = 1,2,3 ...) in the plane perpendicular to the axis of the piston, mm;

D is the largest diameter of the piston sealing element before assembly, mm;

d is the diameter of the cylindrical part of the sealing element or hole of the cylinder sleeve, mm

8. The mud pump piston according to claim 4, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements are made of an antifriction material having good adhesive properties with respect to the material of the sealing element, for example, from a copper-containing alloy.

9. The mud pump piston according to claim 4, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements are made of an antifriction material having good adhesive properties with respect to the material of the sealing element having high thermal conductivity, for example, from an aluminum alloy.

10. The piston of a mud pump according to claim 6, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements are made of a combination of various wires with different properties, some of which are made of antifriction material having good adhesive properties with respect to the material of the sealing element, others are made of highly heat-conducting material, and the third - from high-strength material.

11. The mud pump piston according to claim 6, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements are made of steel and coated with antifriction material having good adhesive properties with respect to the material of the sealing element, for example, from a copper-containing alloy.

12. The mud pump piston according to any one of claims 8 and 9, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements and metal fittings on the side of the sealing element are additionally coated with a substance that increases the adhesive properties with respect to the material of the sealing element, for example, Hemasil.

13. The piston of a mud pump according to claim 1, characterized in that all the annular grooves are rounded at the tops and troughs.

14. The mud pump piston according to claim 4, characterized in that the rigid permeable reinforcing elements are made of a radially permeable bulk wire material.