RU2241882C1

RU2241882C1 - Mechanical seal for plunger pump

Info

Publication number: RU2241882C1
Application number: RU2003125236/06A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Ибрагимов (RU); Н.Г. Ибрагимов; Г.Н. Шариков (RU); Г.Н. Шариков; Е.Г. Кормишин (RU); Е.Г. Кормишин; Б.С. Захаров (RU); Б.С. Захаров
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д.Шашина
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2004-12-10
Also published as: RU2003125236A

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: mechanical seal of plunger pump has housing which receives the groups of sealing rings and flexible collar. Each group of sealing rings is made in the flexible bushing. The sealing rings are mounted with an eccentricity with respect to each other from the outer side. The sealing rings are mounted in pairs. The outer rings in each pair are mounted with an eccentricity with respect to each other in opposite direction. The adjacent sealing rings in each group are compressed to each other in the axial direction. The opening in the sealing rings which bounds their inner cylindrical side is made concentrically to the outer cylindrical side. The flexible bushing is provided with ring grooves which receive sealing ring . The adjacent grooves are shifted in pair with respect to each other in the diametrically opposite direction. Each flexible bushing is mounted in the sleeve made of a hard material. The bottom of the sleeve is provided with opening.

EFFECT: enhanced reliability.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к области нефтяного машиностроения, и может быть использовано в поршневых и плунжерных насосах, предназначенных для перекачивания различного рода жидких сред, в том числе химреагентов и воды, при проведении ремонтных работ на нефтяных и газовых скважинах.The invention relates to the field of engineering, mainly to the field of petroleum engineering, and can be used in piston and plunger pumps designed to pump various kinds of liquid media, including chemicals and water, when carrying out repairs on oil and gas wells.

Известно уплотнение штока или поршня, содержащее притертые друг к другу и поджимаемые к штоку в противоположных направлениях кольца из антифрикционного материала, при этом кольца имеют эксцентричные отверстия и установлены в упругой обойме (см. авторское свидетельство СССР 391315, кл. F 16 J 15/26, 25.07.1973).A rod or piston seal is known containing rings of antifriction material pressed against each other and pressed against the rod in opposite directions, while the rings have eccentric holes and are mounted in an elastic sleeve (see USSR author's certificate 391315, class F 16 J 15/26 July 25, 1973).

Однако при перекачке абразивосодержащих жидкостей, например бурового раствора, за счет протока жидкости через щелевой зазор совместно с самопритиркой эксцентричных колец и компенсацией износа будет наблюдаться более интенсивное разрушение поверхностей щелевого зазора за счет эрозионного износа.However, when pumping abrasive fluids, such as drilling fluid, due to fluid flow through the slot gap, together with self-locking of the eccentric rings and wear compensation, more intense destruction of the surfaces of the slot gap due to erosion wear will be observed.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является механическое уплотнение плунжерного насоса, содержащее корпус с установленными в нем группами уплотнительных колец и эластичную манжету, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена на эластичной втулке, уплотнительные кольца со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно друг друга, при этом уплотнительные кольца установлены парами и в каждой паре колец последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно друг друга направлении, а в каждой группе смежные уплотнительные кольца поджаты друг к другу в осевом направлении (см. патент РФ 2005935, кл. F 16 J 15/00, 15.01.1994).The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a mechanical seal of the plunger pump, comprising a housing with installed groups of sealing rings and an elastic cuff, each group of sealing rings is located on an elastic sleeve, the sealing rings on the side of their outer cylindrical surface are installed with eccentricity relative to each other, while the o-rings are installed in pairs and in each pair of rings last from the side of their outer surfaces are installed with eccentricity in the opposite direction relative to each other, and in each group adjacent o-rings are axially pressed against each other (see RF patent 2005935, CL F 16 J 15/00, 01/15/1994).

Однако при повышенных перепадах давлений необходимо использовать соответственно большее количество уплотнительных колец в механическом уплотнении. Но при этом эффективность работы колец снижается. Чем дальше от высокого давления расположено уплотнительное кольцо, тем большая гидравлическая нагрузка действует на него и мешает его самоустановке. Сила трения при этом возрастает, и уплотнительные кольца быстрее изнашиваются.However, with increased pressure drops, it is necessary to use a correspondingly larger number of o-rings in the mechanical seal. But at the same time, the efficiency of the rings is reduced. The farther the sealing ring is located from high pressure, the greater the hydraulic load acts on it and interferes with its self-installation. In this case, the friction force increases, and the o-rings wear out faster.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности работы механического уплотнения путем снижения нагрузки на уплотнительные кольца в осевом направлении и повышения технологичности механического уплотнения.The problem to which the present invention is directed, is to increase the reliability of the mechanical seal by reducing the load on the sealing rings in the axial direction and increase the manufacturability of the mechanical seal.

Указанная задача решается за счет того, что механическое уплотнение плунжерного насоса содержит корпус с установленными в нем группами уплотнительных колец и эластичную манжету, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена в эластичной втулке, уплотнительные кольца со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно друг друга, при этом уплотнительные кольца установлены парами и в каждой паре колец последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно друг друга направлении, а в каждой группе смежные уплотнительные кольца поджаты друг к другу в осевом направлении, при этом отверстие уплотнительных колец, ограничивающее их внутреннюю цилиндрическую поверхность, выполнено концентрично внешней цилиндрической поверхности, в эластичной втулке выполнены эксцентричные друг другу кольцевые канавки, в каждой из которых установлено уплотнительное кольцо, при этом соседние канавки попарно смещены относительно друг друга в диаметрально противоположном направлении, каждая эластичная втулка с группой уплотнительных колец расположена в стакане из жесткого материала, в днище которого выполнено отверстие, со стороны днища стакана между последним и ближайшим к нему уплотнительным кольцом установлено размещенное в опорном кольце с упором в днище стакана и поджимающее уплотнительные кольца в осевом направлении эластичное кольцо, при этом стаканы в осевом направлении поджаты друг к другу со стороны низкого давления посредством упорной втулки, а в радиальном направлении стаканы установлены в корпусе с зазором, величина которого составляет от 0,04 до 0,07 внешнего диаметра стакана.This problem is solved due to the fact that the mechanical seal of the plunger pump contains a housing with installed groups of o-rings and an elastic sleeve, while each group of o-rings is located in the elastic sleeve, the o-rings on the side of their outer cylindrical surface are eccentric with respect to each other moreover, the sealing rings are installed in pairs and in each pair of rings the latter from the side of their outer surface are installed with eccentricity against in the direction opposite to each other, and in each group adjacent sealing rings are axially pressed towards each other, while the opening of the sealing rings defining their inner cylindrical surface is made concentric with the outer cylindrical surface, annular grooves are made to each other in an elastic sleeve, each of which has a sealing ring, while adjacent grooves are pairwise offset relative to each other in a diametrically opposite direction, Each elastic sleeve with a group of o-rings is located in a glass of rigid material, in the bottom of which a hole is made, from the bottom of the glass between the last and closest sealing ring there is installed elastic in the support ring with a stop in the glass bottom and compressing the sealing rings in the axial direction ring, while the glasses in the axial direction are pressed towards each other from the low pressure side by means of a thrust sleeve, and in the radial direction the glasses are installed in the housing with zorum, the value of which is from 0.04 to 0.07 of the outer diameter of the glass.

В корпусе со стороны внешней поверхности стаканов может быть выполнен канал для подвода смазки, а в упорной втулке может быть выполнен перепускной канал, сообщенный со стороны входа в него с зазором между стаканами и корпусом и со стороны выхода из него с зазором между уплотнительными кольцами и плунжером насоса.A channel for supplying lubricant can be made in the housing on the side of the outer surface of the glasses, and a bypass channel can be made in the thrust sleeve, communicated from the entrance to it with a gap between the glasses and the housing and from the exit side with a gap between the sealing rings and the plunger pump.

Анализ работы механических уплотнений показал, что повышения надежности работы механического уплотнения можно добиться путем выравнивания осевой нагрузки на уплотнительные кольца и обеспечения возможности самоцентрирования установки каждой группы уплотнительных колец относительно плунжера. Выравнивания осевой нагрузки на уплотнительные кольца удалось добиться путем снабжения каждой группы уплотнительных колец своим поджимающим эластичным кольцом. Таким образом, независимо от величины общего перепада давления, воздействующего на механическое уплотнение, в осевом направлении уплотнительные кольца прижаты друг к другу осевой нагрузкой строго определенной величины. Выполнение зазора между стаканами и корпусом облегчает процесс установки каждой группы уплотнительных колец относительно плунжера. Выполнение зазора менее 0,04 величины внешнего диаметра стакана не обеспечивает описанный выше процесс самоустановки каждой группы колец относительно плунжера. Выполнение зазора более 0,07 внешнего диаметра стакана может привести к снижению герметичности механического уплотнения. Это связано с тем, что возможна перетечка перекачиваемой среды из зоны более высокого давления через этот зазор.An analysis of the operation of mechanical seals showed that increasing the reliability of a mechanical seal can be achieved by balancing the axial load on the o-rings and by making it possible to self-center the installation of each group of o-rings relative to the plunger. The axial load on the o-rings was balanced by supplying each group of o-rings with their compressive elastic ring. Thus, regardless of the magnitude of the total pressure drop acting on the mechanical seal, in the axial direction, the sealing rings are pressed against each other by an axial load of a strictly defined value. The clearance between the cups and the housing facilitates the installation process of each group of o-rings relative to the plunger. The clearance of less than 0.04 of the outer diameter of the glass does not provide the above-described process of self-installation of each group of rings relative to the plunger. A clearance of more than 0.07 of the outer diameter of the cup may lead to a decrease in the tightness of the mechanical seal. This is due to the fact that the overflow of the pumped medium from the zone of higher pressure through this gap is possible.

В результате достигнуто выполнение поставленной в изобретении задачи - повышение надежности механического уплотнения.As a result, the achievement of the objective of the invention has been achieved - improving the reliability of the mechanical seal.

На чертеже представлен продольный разрез механического уплотнения.The drawing shows a longitudinal section of a mechanical seal.

Механическое уплотнение плунжерного насоса содержит корпус 1 с установленными в нем группами уплотнительных колец 2 и эластичную манжету 3. Каждая группа уплотнительных колец 2 расположена в эластичной втулке 4. Уплотнительные кольца 2 со стороны их внешней цилиндрической поверхности установлены с эксцентриситетом относительно друг друга, при этом уплотнительные кольца 2 установлены парами и в каждой паре колец 2 последние со стороны их внешней поверхности установлены с эксцентриситетом в противоположном относительно друг друга направлении. Кроме того, в каждой группе смежные уплотнительные кольца 2 поджаты друг к другу в осевом направлении. Отверстие уплотнительных колец 2, ограничивающее их внутреннюю цилиндрическую поверхность, выполнено концентрично внешней цилиндрической поверхности уплотнительных колец 2. В эластичной втулке 4 выполнены эксцентричные друг другу кольцевые канавки, в каждой из которых установлено уплотнительное кольцо 2. Соседние канавки попарно смещены относительно друг друга в диаметрально противоположном направлении. Каждая эластичная втулка 4 с группой уплотнительных колец 2 расположена в стакане 5 из жесткого материала, в днище 6 которого выполнено отверстие. Со стороны днища 6 стакана 5 между последним и ближайшим к нему уплотнительным кольцом 2 установлено размещенное в опорном кольце 7 с упором в днище 6 стакана 5 и поджимающее уплотнительные кольца 2 в осевом направлении эластичное кольцо 8. Стаканы 5 в осевом направлении поджаты друг к другу со стороны низкого давления посредством упорной втулки 9, а в радиальном направлении стаканы 5 установлены в корпусе 1 с зазором, величина которого составляет от 0,04 до 0,07 внешнего диаметра стакана 5.The mechanical seal of the plunger pump comprises a housing 1 with groups of sealing rings 2 installed in it and an elastic sleeve 3. Each group of sealing rings 2 is located in the elastic sleeve 4. The sealing rings 2 are eccentric relative to each other on the side of their outer cylindrical surface, while the sealing rings rings 2 are mounted in pairs and in each pair of rings 2, the latter are eccentric in the opposite direction to each other from the side of their outer surface lion. In addition, in each group, adjacent O-rings 2 are pressed against each other in the axial direction. The opening of the sealing rings 2, limiting their inner cylindrical surface, is made concentric with the outer cylindrical surface of the sealing rings 2. In the elastic sleeve 4 there are made eccentric to each other annular grooves, in each of which a sealing ring 2 is installed. The adjacent grooves are pairwise offset relative to each other in diametrically opposite direction. Each elastic sleeve 4 with a group of o-rings 2 is located in a glass 5 of hard material, in the bottom 6 of which a hole is made. On the side of the bottom 6 of the cup 5, between the last and the closest sealing ring 2, an elastic ring 8. is placed in the support ring 7 with an emphasis in the bottom 6 of the cup 5 and compresses the sealing rings 2 in the axial direction. The glasses 5 are axially pressed against each other sides of the low pressure through the thrust sleeve 9, and in the radial direction the glasses 5 are installed in the housing 1 with a gap, the value of which is from 0.04 to 0.07 of the outer diameter of the glass 5.

В корпусе 1 со стороны внешней поверхности стаканов 5 выполнен канал 10 для подвода смазки, а в упорной втулке 9 выполнен перепускной канал 11, сообщенный со стороны входа в него с зазором между стаканами 5 и корпусом 1 и со стороны выхода из него с зазором между уплотнительными кольцами 2 и плунжером 12 насоса.In the housing 1, on the side of the outer surface of the cups 5, a channel 10 for supplying lubricant is made, and in the thrust sleeve 9 a bypass channel 11 is made, communicated from the entrance to it with a gap between the glasses 5 and the housing 1 and from the exit side with a gap between the sealing rings 2 and plunger 12 of the pump.

При установке механического уплотнения в корпус 1 уплотнительные кольца 2 прижимаются к уплотняемой поверхности плунжера 12 в тех местах, где ширина уплотнительного кольца 2 вместе с толщиной стенки эластичной втулки 4 максимальна. В местах прижатия колец 2 щелевой зазор равен нулю. С противоположной от точки касания стороны щелевой зазор максимальный. Однако ввиду того, что кольцевые канавки в эластичной втулке 4 выполнены эксцентричными и кольца 2 по торцам плотно прижаты друг к другу и соответствующим образом попарно развернуты относительно одно от другого, между уплотняемой поверхностью плунжера 12 и каждой группой уплотнительных колец 2 образуется сложная лабиринтная щель и, следовательно, большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Гидравлическое сопротивление в зазоре уплотнения возрастает также ввиду того, что поток жидкости, проходя через зазор, многократно меняет свое направление. Размеры зазора в работающем уплотнении постепенно уменьшаются за счет приработки трущихся поверхностей колец 2 и уплотняемой поверхности плунжера 12, при этом происходит автоматическое прижатие трущихся поверхностей и, следовательно, компенсация износа за счет эластичной втулки 4. Таким образом достигается повышенная герметичность уплотнения с одновременным увеличением срока его службы. Кроме того, стоимость изготовления уплотнения снижается по сравнению с уплотнением с эксцентричными кольцами, так как изготовление концентричных колец не требует специальной оснастки. Сборка колец также упрощается, и не требуется фиксация их взаимного расположения, так как они устанавливаются в кольцевые канавки эластичной втулки 4.When installing a mechanical seal in the housing 1, the sealing rings 2 are pressed against the sealing surface of the plunger 12 in those places where the width of the sealing ring 2 together with the wall thickness of the elastic sleeve 4 is maximum. In places where the rings are pressed 2, the slotted gap is zero. On the opposite side from the point of contact, the slot gap is maximum. However, due to the fact that the annular grooves in the elastic sleeve 4 are made eccentric and the rings 2 are densely pressed against each other and are respectively pairwise deployed relative to each other, a complex labyrinth gap is formed between the sealing surface of the plunger 12 and each group of sealing rings 2 and, therefore, high hydraulic resistance to fluid flow from the high-pressure cavity to the low-pressure cavity. The hydraulic resistance in the seal gap also increases due to the fact that the fluid flow passing through the gap repeatedly changes its direction. The size of the gap in the working seal is gradually reduced due to the running-in of the rubbing surfaces of the rings 2 and the sealing surface of the plunger 12, this automatically compresses the rubbing surfaces and, therefore, compensates for wear due to the elastic sleeve 4. Thus, an increased tightness of the seal is achieved while increasing its life service. In addition, the cost of manufacturing a seal is reduced compared to a seal with eccentric rings, since the manufacture of concentric rings does not require special equipment. The assembly of the rings is also simplified, and fixing their relative position is not required, since they are installed in the annular grooves of the elastic sleeve 4.

Изобретение может применяться в насосах, компрессорах, мешалках, в запорной арматуре, в гидро- и пневмоустройствах и других машинах и аппаратах, работающих под избыточным давлением.The invention can be used in pumps, compressors, mixers, valves, in hydraulic and pneumatic devices and other machines and devices operating under excessive pressure.

Claims

1. The mechanical seal of the plunger pump, comprising a housing with sets of sealing rings and an elastic sleeve, each group of sealing rings located in an elastic sleeve, the sealing rings are eccentric with respect to each other on the side of their outer cylindrical surface, and the sealing rings mounted in pairs and in each pair of rings the latter from the side of their outer surface are mounted with eccentricity opposite to each other the joint, and in each group adjacent sealing rings are axially pressed against each other, the opening of the sealing rings limiting their inner cylindrical surface is made concentric with the outer cylindrical surface, annular grooves are made to each other in an elastic sleeve, in each of which a sealing ring is installed while adjacent grooves are pairwise offset relative to each other in a diametrically opposite direction, each elastic sleeve with a group of sealing of the rings is located in a glass of hard material, in the bottom of which a hole is made, from the bottom of the glass between the last and the closest sealing ring to it, an elastic ring is pressed in the support ring with an emphasis in the bottom of the glass, and the glasses in axially pressed against each other from the low pressure side by means of a thrust sleeve, and in the radial direction the glasses are installed in the housing with a gap, the value of which is from 0.04 to 0.07 VN the previous diameter of the glass.

2. The seal according to claim 1, characterized in that the channel for supplying lubricant is made in the housing on the side of the outer surface of the glasses, and the bypass channel is made in the thrust sleeve, which is communicated from the input side with a gap between the glasses and the body and from the exit side it with a gap between the sealing rings and the pump plunger.