RU2451833C1

RU2451833C1 - Pump

Info

Publication number: RU2451833C1
Application number: RU2011113820/06A
Authority: RU
Inventors: Петр Олегович Александров (RU); Петр Олегович Александров; Андрей Анатольевич Воскобойников (RU); Андрей Анатольевич Воскобойников
Original assignee: Петр Олегович Александров; Андрей Анатольевич Воскобойников
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2012-05-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed pump comprises element creating compression (in other words, a plunger) made up of single solid body with central and lateral parts. Plunger central part is furnished with grooves that make labyrinth seal. In displacement of plunger, its lateral parts perform centering, stay in contact with sealed cylinder surface via wear-resistant built-up material, take up loads and remove loads from said seal. At whatever load solid design of plunger and seal rules out skew and additional centering of plunger in chamber being sealed.

EFFECT: longer life, higher operating performances.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к насосам, преимущественно к нефтяным насосам для добычи или перекачивания нефти, нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов и других жидкостей.The invention relates to pumps, mainly to oil pumps for the production or pumping of oil, oil products, liquefied petroleum gases and other liquids.

Для оценки новизны и технического уровня изобретения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.To assess the novelty and technical level of the invention, we consider a number of technical means known to the applicant for a similar purpose, characterized by a combination of features similar to the invention, known from information that has become generally available before the priority date of the invention.

Известен насос, включающий уплотнение штока, содержащее притертые одно к другому и прижимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме, см. а.с. СССР №391315. В таком уплотнении ввиду неопределенности углового смещения пар колец возможно повышенное перетекание среды, находящейся под более высоким давлением, в зону пониженного давления, что снижает герметичность и надежность уплотнения в целом. В случае применения уплотнения с несколькими парами эксцентричных колец возникает необходимость в фиксации взаимного положения, что значительно усложняет уплотнение.A pump is known, including a rod seal, containing eccentric rings of antifriction material that are lapped one against the other and pressed against the sealing surfaces of these elements in opposite directions, see A.S. USSR No. 391315. In such a seal, due to the uncertainty in the angular displacement of the pair of rings, an increased flow of the medium under higher pressure into the zone of reduced pressure is possible, which reduces the tightness and reliability of the seal as a whole. In the case of using a seal with several pairs of eccentric rings, it becomes necessary to fix the relative position, which greatly complicates the seal.

Известен насос, включающий механическое уплотнение, содержащее уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые к уплотняемым поверхностям упругой обоймой в противоположных направлениях, см. патент РФ №2037077. На наружной или внутренней поверхности упругой обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки. Уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах или расточках. В случае уплотнения вала внутренний диаметр уплотнительного кольца превышает диаметр уплотняемой детали. В случае уплотнения внутренней цилиндрической поверхности наружный диаметр уплотнительного кольца меньше диаметра уплотняемой поверхности. Бурты или расточки упругой обоймы выполнены попарно, а их оси расположены эксцентрично с двух сторон от оси упругой обоймы, при этом плоскости, проходящие через оси парных буртов или расточек, развернуты одна относительно другой на угол 180/n, где n - число пар буртов или расточек. В данном уплотнении каждое уплотнительное кольцо лишь в одной точке касается уплотняемой поверхности и, таким образом, между рабочей поверхностью кольца и уплотняемой поверхностью имеется зазор, представляющий собой практически полное кольцо, и его величина максимальна со стороны, противоположной точке касания. Вследствие того, что расточки (бурты) имеют различные углы ориентации, между уплотняемой поверхностью и набором колец образуется сложная лабиринтная щель. Для обеспечения высокой степени герметичности необходимо использовать упругую обойму большой протяженности с соответственно большим набором уплотнительных колец. Трущиеся поверхности уплотнительных колец и/или вала, штока или цилиндра выполняются из износостойкого материала с шероховатой поверхностью, которая затем покрывается антифрикционным слоем, например, из меди, бронзы, фторопласта и т.д.A known pump, including a mechanical seal, containing o-rings, rubbed against each other at the ends and pressed against the sealing surfaces by an elastic cage in opposite directions, see RF patent No. 2037077. Eccentrically located collars or, respectively, eccentrically located bores are made on the outer or inner surface of the elastic cage. O-rings are made with concentric cylindrical surfaces and are located on said collars or bores. In the case of a shaft seal, the inner diameter of the seal ring exceeds the diameter of the part to be sealed. In the case of sealing the inner cylindrical surface, the outer diameter of the sealing ring is less than the diameter of the sealing surface. The collars or bores of the elastic cage are made in pairs, and their axes are eccentrically on both sides of the axis of the elastic cage, while the planes passing through the axes of the pair of collars or bores are rotated one relative to the other at an angle of 180 / n, where n is the number of pairs of collars or boring. In this seal, each sealing ring touches the sealing surface only at one point and, thus, there is a gap between the working surface of the ring and the sealing surface, which is an almost complete ring, and its value is maximum from the side opposite the point of contact. Due to the fact that the bores (collars) have different orientation angles, a complex labyrinth gap is formed between the sealing surface and the set of rings. To ensure a high degree of tightness, it is necessary to use a long elastic sleeve with a correspondingly large set of o-rings. The friction surfaces of the o-rings and / or shaft, rod or cylinder are made of a wear-resistant material with a rough surface, which is then coated with an antifriction layer, for example, copper, bronze, fluorine plastic, etc.

Известен насос, включающий механическое уплотнение штока, содержащее упругую обойму, на наружной или внутренней поверхностях которой выполнены эксцентрично расположенные бурты или соответственно эксцентрично расположенные расточки, на буртах или расточках установлены уплотнительные кольца, притертые друг к другу по торцам и поджатые упругой обоймой к уплотняемым поверхностям, в котором каждое уплотнительное кольцо имеет участок в виде сектора, рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической с радиусом, равным радиусу уплотняемой поверхности, остальная часть кольца имеет форму, обуславливающую наличие щелевого зазора между кольцом и уплотняемой поверхностью, при этом соседние кольца развернуты относительно друг друга таким образом, что угол между их радиальными плоскостями, проходящими через середины секторов, составляет 360/n, где n - количество колец, см. патент РФ 2195592.A pump is known, comprising a mechanical rod seal containing an elastic cage, on the outer or inner surfaces of which are eccentrically located collars or respectively eccentrically located bores, sealing rings are installed on the collars or bores, rubbed against each other at the ends and pressed by an elastic cage to the sealing surfaces, in which each o-ring has a sector in the form of a sector, the working surface of which is cylindrical with a radius equal to the radius of the seal of the surface, the rest of the ring has a shape that determines the presence of a gap between the ring and the sealing surface, while adjacent rings are turned relative to each other so that the angle between their radial planes passing through the midpoints of the sectors is 360 / n, where n is the number of rings, see RF patent 2195592.

В процессе эксплуатации данной конструкции уплотнительные кольца находятся в таком положении, что упомянутые сектора равномерно распределяются по окружности и каждое из них обеспечивает уплотнение значительного участка поверхности, а лабиринт узких щелевых зазоров позволяет создать большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Таким образом, при использовании меньшего количества колец достигается высокая степень герметичности уплотнения.During the operation of this design, the sealing rings are in such a position that the mentioned sectors are evenly distributed around the circumference and each of them provides a seal on a significant area of the surface, and the labyrinth of narrow slotted gaps allows you to create a large hydraulic resistance to the fluid flow from the high-pressure cavity to the low-pressure cavity. Thus, when using fewer rings, a high degree of seal tightness is achieved.

Известен насос, включающий механическое уплотнение с элементом, создающим компрессию, выполненным в виде набора уплотнительных колец, установленных с зазором относительно внутренней поверхности уплотняемого цилиндра, и две аналогичным образом выполненные опоры, размещенные по разные стороны от уплотнительных колец и выполненные в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, которое характеризуется тем, что оно снабжено по меньшей мере одной опорой, размещенной со стороны создания давления и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, см. патент РФ №2360166. Это уплотнение может быть снабжено дополнительной опорой, размещенной с другой стороны от элемента, создающего компрессию, и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. Элемент, создающий компрессию, может быть разделен на несколько частей, при этом уплотнение может быть снабжено по меньшей мере одной дополнительной опорой, размещенной между частями элемента, создающего компрессию, и выполненной в виде совокупности продольных направляющих из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. Длина направляющих в этом уплотнении составляет от 1/30 до 7,0 диаметров уплотняемого цилиндра, ширина - от 1/30 до 1/3 диаметра уплотняемого цилиндра, причем направляющие установлены с зазором от 0,01 до 0,30 мм на диаметр уплотняемого цилиндра.A pump is known that includes a mechanical seal with a compression element made in the form of a set of o-rings installed with a gap relative to the inner surface of the cylinder being sealed, and two similarly made supports placed on opposite sides of the o-rings and made in the form of a set of longitudinal guides from wear-resistant material with a low coefficient of friction, which is characterized in that it is provided with at least one support placed on the side of the created Nia pressure and configured as a plurality of longitudinal guide of wear resistant material with a low coefficient of friction, see. Russian patent №2360166. This seal can be provided with an additional support located on the other side of the compression element and made in the form of a combination of longitudinal guides made of wear-resistant material with a low coefficient of friction. The compression element can be divided into several parts, while the seal can be provided with at least one additional support placed between the parts of the compression element and made in the form of a set of longitudinal guides made of wear-resistant material with a low coefficient of friction. The length of the guides in this seal is from 1/30 to 7.0 diameters of the cylinder being sealed, the width is from 1/30 to 1/3 of the diameter of the cylinder being sealed, and the guides are installed with a gap of 0.01 to 0.30 mm per diameter of the cylinder being sealed .

Данному аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, в связи с чем данное известное техническое решение выбрано в качестве прототипа изобретения.This analogue is inherent in the set of features closest to the set of essential features of the invention, and therefore this known technical solution is selected as a prototype of the invention.

В прототипе решается задача повышения срока службы и надежности уплотнения путем разделения функций центровки уплотнения (создания опоры) и создания уплотнением необходимой компрессии, в результате чего повышается срок службы и надежность уплотнения. Однако недостатком данной конструкции является то, что при сжатии нагрузка от сжатия набора уплотнительных колец передается на опоры, вызывая некоторое смещение их оси, что приводит к нарушению параллельности расположения опор относительно уплотняемой поверхности, повышенному трению и преждевременному износу опор.The prototype solves the problem of increasing the life and reliability of the seal by separating the centering functions of the seal (creating support) and creating the necessary compression by the seal, which increases the service life and reliability of the seal. However, the disadvantage of this design is that during compression, the compression load of the set of o-rings is transferred to the bearings, causing some displacement of their axis, which leads to a violation of the parallelism of the bearings relative to the sealing surface, increased friction and premature wear of the bearings.

Задачей изобретения является устранение передачи нагрузки от набора уплотнительных колец на опоры, исключение перекоса, увеличение жесткости конструкции при эксплуатации и повышение срока службы насоса.The objective of the invention is to eliminate the transfer of load from a set of o-rings to the bearings, eliminating distortion, increasing the rigidity of the structure during operation and increasing the life of the pump.

Сущность изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.The invention as a technical solution is expressed in the following set of essential features, sufficient to achieve the above technical result provided by the invention.

Насос, включающий элемент, создающий компрессию, снабженный по меньшей мере одной центрирующей опорой и уплотнением, который характеризуется тем, что элемент, создающий компрессию, центрирующая опора и уплотнение выполнены в виде единого монолитного тела, имеющего среднюю и боковые части, при этом боковые части единого объемного тела выполнены с диаметром, соответствующим диаметру уплотняемой полости насоса с обеспечением зазора, необходимого для перемещения единого объемного тела в уплотняемой полости насоса без перекосов, а в средней части единого монолитного тела выполнены выточки, образующие уплотнение, внешний диаметр которого соответствует диаметру уплотняемой полости насоса с обеспечением зазора, необходимого для создания единым монолитным телом требуемой компрессии.A pump including a compression element, provided with at least one centering support and a seal, characterized in that the compression element, a centering support and a seal are made in the form of a single monolithic body having a middle and side parts, while the side parts of a single the volumetric body is made with a diameter corresponding to the diameter of the pump cavity being sealed, with the clearance required to move the single volumetric body in the pump cavity being compacted without distortions, and in the middle of the th part of a single monolithic body, recesses are formed, forming a seal, the outer diameter of which corresponds to the diameter of the pump cavity being sealed, providing the gap necessary to create the required compression by a single monolithic body.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение достигаемого изобретением технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.This is a combination of essential features that ensures the achievement of the technical result achieved by the invention in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Кроме этого, изобретение имеет ряд признаков, характеризующих изобретение в частных случаях его выполнения, конкретных формах его материального воплощения либо особых условиях его использования, а именно:In addition, the invention has a number of features characterizing the invention in particular cases of its implementation, specific forms of its material embodiment or special conditions for its use, namely:

- уплотнение может быть выполнено в виде лабиринтного уплотнения;- the seal can be made in the form of a labyrinth seal;

- боковые части единого монолитного тела могут быть снабжены вставками или наплавками или покрытием из износостойкого материала с низким коэффициентом трения;- the lateral parts of a single monolithic body can be equipped with inserts or surfacing or a coating of wear-resistant material with a low coefficient of friction;

- наружные поверхности боковых частей единого монолитного тела могут быть выполнены с термообработкой, повышающей их износостойкость и снижающей коэффициент трения.- the outer surface of the side parts of a single monolithic body can be heat treated to increase their wear resistance and reduce the coefficient of friction.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в том, что выполнение элемента, создающего компрессию, в виде единого монолитного тела, не имеющего ни одного механического соединения, значительно упрощает его изготовление, при этом исключается необходимость его центровки, увеличивается жесткость при эксплуатации.The technical result achieved when using the invention is that the implementation of the element that creates the compression, in the form of a single monolithic body that does not have any mechanical connection, greatly simplifies its manufacture, while eliminating the need for centering, increases the rigidity during operation.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена полость насоса с размещенным в ней элементом, создающим компрессию, выполненным в виде единого монолитного тела.The invention is illustrated by the drawing, which shows a pump cavity with a compression element placed in it, made in the form of a single monolithic body.

Насос включает элемент, создающий компрессию (иначе плунжер), который выполнен в виде единого монолитного тела, имеющего среднюю 1 и боковые части 2. Боковые части 1 плунжера выполнены с диаметром, соответствующим диаметру уплотняемой полости 3 насоса с обеспечением зазора, необходимого для перемещения плунжера в уплотняемой полости насоса без перекосов. В средней части плунжера выполнены выточки, образующие лабиринтное уплотнение 4, внешний диаметр которого соответствует диаметру уплотняемой полости 3 насоса с обеспечением зазора, необходимого для создания плунжером требуемой компрессии. Боковые части 2 плунжера снабжены наплавками 5 из износостойкого материала с низким коэффициентом трения.The pump includes a compression element (otherwise a plunger), which is made in the form of a single monolithic body having an average 1 and side parts 2. The side parts 1 of the plunger are made with a diameter corresponding to the diameter of the pump cavity 3 to be sealed, providing the clearance necessary to move the plunger into the condensed cavity of the pump without distortions. Grooves are made in the middle part of the plunger, forming a labyrinth seal 4, the outer diameter of which corresponds to the diameter of the pump cavity 3 being sealed, providing the clearance necessary for the plunger to create the required compression. The lateral parts 2 of the plunger are provided with overlay 5 of wear-resistant material with a low coefficient of friction.

При движении плунжера боковые его части 2 выполняют функцию центровки. Они через наплавки 5 из износостойкого материала с низким коэффициентом трения контактируют с поверхностью уплотняемого цилиндра, воспринимают нагрузки и снимают нагрузки с уплотнения 4. При любой нагрузке монолитность плунжера и уплотнения исключает перекосы, не требует дополнительных мер по центровке плунжера в уплотняемой полости, что существенно улучшает условия его работы и увеличивает срок службы насоса в целом.When the plunger moves, its lateral parts 2 perform the centering function. They are in contact with the surface of the cylinder being sealed through the surfacing 5 of wear-resistant material with a low coefficient of friction, take up loads and relieve the load from the seal 4. At any load, the solidity of the plunger and seal eliminates distortions, does not require additional measures for centering the plunger in the seal cavity, which significantly improves its working conditions and increases the life of the pump as a whole.

Предложенный насос может быть изготовлен промышленным способом из известных материалов с использованием известных технологий и технических средств.The proposed pump can be manufactured industrially from known materials using known technologies and technical means.

Claims

1. The pump, including the element that creates the compression, equipped with at least one centering support and a seal, characterized in that the element that creates the compression, the centering bearing and the seal is made in the form of a single monolithic body having a middle and side parts, while the lateral parts of a single volumetric body are made with a diameter corresponding to the diameter of the pump cavity being sealed, providing the clearance necessary to move the single volumetric body in the pump cavity being compacted without distortions, and in the middle part A single monolithic body is made with recesses forming a seal, the outer diameter of which corresponds to the diameter of the pump cavity being sealed, providing the gap necessary to create the required compression by a single monolithic body.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the seal is made in the form of a labyrinth seal.

3. The pump according to claim 1, characterized in that the side parts of a single monolithic body are equipped with inserts, or overlay, or a coating of wear-resistant material with a low coefficient of friction.

4. The pump according to claim 1, characterized in that the outer surfaces of the side parts of a single monolithic body are heat treated to increase their wear resistance and reduce the coefficient of friction.