RU68084U1

RU68084U1 - MECHANICAL SEALING OF A PLUNGER PUMP

Info

Publication number: RU68084U1
Application number: RU2007127614/22U
Authority: RU
Inventors: Борис Семенович Захаров
Original assignee: Борис Семенович Захаров
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2007-11-10

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к области нефтяного машиностроения, и может быть использована в поршневых и плунжерных насосах, предназначенных для перекачивания различного рода жидких сред, в том числе химреагентов и воды, при проведении технологических операций на нефтяных и газовых месторождениях. Механическое уплотнение плунжерного насоса содержит охватывающий уплотняемый плунжер корпус, в котором установлены, по крайней мере, две группы эксцентричных друг относительно друга уплотнительных колец и эластичная манжета, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена в эластичной втулке, которая, в свою очередь, расположена в стакане из жесткого материала, на внешней поверхности каждого стакана с открытого торца выполнена резьба, на которую навернута крышка, зажимающая эластичную втулку и группу колец, при этом в корпусе со стороны внешней поверхности стаканов выполнен канал для отвода утечек во всасывающую линию насоса. В результате достигается повышение надежности работы механического уплотнения и упрощение эксплуатации механического уплотнения.The utility model relates to the field of mechanical 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, during technological operations in oil and gas fields. The mechanical seal of the plunger pump comprises a housing enclosing the seal to be plunged, in which at least two groups of sealing rings are eccentric relative to each other and an elastic collar is installed, with each group of sealing rings located in an elastic sleeve, which, in turn, is located in the glass made of hard material, on the outer surface of each glass from the open end there is a thread on which a cover is screwed that clamps the elastic sleeve and a group of rings, while in the case on the outer side surface of the cup is formed for discharging channel leaks into the suction line of the pump. The result is an increase in the reliability of the mechanical seal and simplification of the operation of the mechanical seal.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к области нефтяного машиностроения, и может быть использована в поршневых и плунжерных насосах, предназначенных для перекачивания различного рода жидких сред, в том числе химреагентов и воды, при проведении технологических операций на нефтяных и газовых месторождениях.The utility model relates to the field of mechanical 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, during technological operations in oil and gas fields.

Известно уплотнение штока или поршня, содержащее притертые друг к другу и поджимаемые к штоку в противоположных направлениях кольца из антифрикционного не эластомерного материала, при этом кольца имеют эксцентричные отверстия и установлены в упругой обойме (см. авторское свидетельство СССР 391315, кл. F16J 15/26, 25.07.1973).A rod or piston seal is known that contains rings of antifriction non-elastomeric material lapped to each other and pressed against the rod in opposite directions, while the rings have eccentric holes and are mounted in an elastic cage (see USSR author's certificate 391315, class F16J 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 абразивного износа.However, when pumping abrasive fluids, such as drilling fluid, due to fluid flow through the slotted gap, along with self-locking of the eccentric rings and wear compensation, more intense destruction of the surfaces of the slotted gap due to abrasive wear will be observed.

Известно механическое уплотнение плунжерного насоса, содержащее корпус с установленными в нем группами уплотнительными кольцами и эластичной манжетой, 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. F16J 15/00, 15.01.1994).A mechanical seal is known for a plunger pump, comprising a housing with groups of sealing rings and an elastic sleeve installed in it, with each group of sealing rings located on the elastic sleeve, the sealing rings on the side of their outer cylindrical surface mounted with eccentricity relative to each other, while the sealing rings are installed in pairs and in each pair of rings, the latter from the side of their outer surface are eccentric in the opposite each other’s direction, and in each group adjacent sealing rings are axially pressed against each other (see RF patent 2005935, class F16J 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.

Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является механическое уплотнение плунжерного насоса, содержащее охватывающий уплотняемый плунжер корпус, в котором установлены, по крайней мере, две группы эксцентричных относительно друг друга уплотнительных колец и эластичная The closest to the utility model in terms of technical nature and the achieved result is a mechanical seal of the plunger pump, comprising a housing enclosing the sealed plunger, in which at least two groups of o-rings are eccentric relative to each other and elastic

манжета, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена в эластичной втулке, которая, в свою очередь, расположена в стакане из жесткого материала (см. патент RU №2241882, кл. F16J 15/16, 10.12.2004).a cuff, with each group of o-rings located in an elastic sleeve, which, in turn, is located in a glass of hard material (see patent RU No. 2241882, class F16J 15/16, 12/10/2004).

Однако, сборка и разборка такого уплотнения представляют собой значительные трудности. Кроме того возможна утечка смазки в атмосферу, что приводит к бесполезной ее потере и ухудшает экологическую безопасность изделия с этим уплотнением.However, assembling and disassembling such a seal presents significant difficulties. In addition, grease can leak into the atmosphere, which leads to its useless loss and degrades the environmental safety of the product with this seal.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является предотвращение утечки перекачиваемой жидкости в окружающую среду и упрощение механосборочных операций при сборке и разборке уплотнения.The objective of the present utility model is to prevent the leakage of pumped liquid into the environment and simplify mechanical assembly operations during assembly and disassembly of the seal.

Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является повышение надежности работы механического уплотнения и упрощение его эксплуатации.The technical result achieved by the implementation of the utility model is to increase the reliability of the mechanical seal and simplify its operation.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что механическое уплотнение плунжерного насоса содержит охватывающий уплотняемый плунжер корпус, в котором установлены, по крайней мере, две группы эксцентричных друг относительно друга уплотнительных колец и эластичная манжета, при этом каждая группа уплотнительных колец расположена в эластичной втулке, которая, в свою очередь, расположена в стакане из жесткого материала, на внешней поверхности каждого стакана с открытого торца выполнена резьба, на которую навернута крышка, зажимающая эластичную втулку и группу колец, при этом в корпусе со стороны внешней поверхности стаканов выполнен канал для отвода утечек во всасывающую линию насоса.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the mechanical seal of the plunger pump comprises a housing enclosing the sealed plunger, in which at least two groups of sealing rings are eccentric relative to each other and an elastic sleeve is installed, with each group of sealing rings being located in an elastic sleeve, which, in turn, is located in a glass of rigid material, a thread is made on the outer surface of each glass from an open end, onto which the cover is turned on, clamping the elastic sleeve and the group of rings, while in the housing on the side of the outer surface of the glasses there is a channel for diverting leaks into the suction line of the pump.

Уплотнение может быть снабжено дополнительным сальниковым уплотнением.The seal may be equipped with an additional packing.

Уплотнение может быть снабжено дополнительным манжетным уплотнением, корпус которого соединен с основным корпусом посредством резьбы и в нем выполнен канал для подвода смазки.The seal may be provided with an additional lip seal, the housing of which is connected to the main body by means of a thread and a channel for supplying lubricant is made in it.

Предпочтительно уплотнительные поверхности основной и дополнительной манжет направлены в одну сторону.Preferably, the sealing surfaces of the primary and secondary cuffs are directed to one side.

Предпочтительно уплотнительные поверхности основной и дополнительной манжет направлены встречно друг другу.Preferably, the sealing surfaces of the main and additional cuffs are directed counter to each other.

Анализ работы механических уплотнений показал, что повышения надежности работы механического уплотнения можно добиться путем уменьшения осевой нагрузки на уплотнительные кольца и обеспечения возможности самоцентрирования установки каждой группы уплотнительных колец относительно плунжера. Этого удалось добиться путем снабжения каждой группы уплотнительных колец своим поджимающим эластичным кольцом. Таким образом, независимо от величины общего перепада давления, An analysis of the operation of mechanical seals showed that increasing the reliability of a mechanical seal can be achieved by reducing 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. This was achieved by supplying each group of o-rings with their compressive elastic ring. Thus, regardless of the magnitude of the total pressure drop,

действующего на механическое уплотнение, в осевом направлении уплотнительные кольца прижаты друг к другу осевой нагрузкой строго определенной величины. Выполнение на внешней поверхности каждого стакана с открытого торца резьбы, на которую навернута крышка, зажимающая эластичную втулку и группу колец позволяет создавать предварительно собранные уплотнительные модули, каждый из которых содержит установленный в каждом стакане набор уплотнительных колец, что позволяет легко вставлять или снимать уплотнительные модули в ходе проведения сборочных работ на плунжерном насосе. То же самое относится к замене уплотнительных колец по мере их выхода из строя в случае каких-либо аварийных ситуаций. Сборка подобных уплотнительных модулей вне плунжерного насоса позволяет повысить качество сборки и сокращает время на сборку и разборку механического уплотнения. Выполнение в корпусе со стороны внешней поверхности стаканов канала для отвода утечек во всасывающую линию насоса позволяет предотвратить утечку перекачиваемой жидкости в окружающее плунжерный насос пространство, что повышает экологическую безопасность эксплуатации плунжерного насоса.acting on a mechanical seal, in the axial direction, the sealing rings are pressed against each other by an axial load of a strictly defined size. The execution on the outer surface of each glass from the open end of the thread, onto which the cap is screwed, clamping the elastic sleeve and a group of rings allows you to create pre-assembled sealing modules, each of which contains a set of sealing rings installed in each glass, which makes it easy to insert or remove the sealing modules in during assembly work on the plunger pump. The same applies to replacing o-rings as they fail in the event of any emergency. Assembling such sealing modules outside the plunger pump improves assembly quality and reduces the time it takes to assemble and disassemble the mechanical seal. The execution of the channel in the housing from the side of the outer surface of the cups for leakage into the suction line of the pump prevents leakage of the pumped liquid into the space surrounding the plunger pump, which increases the environmental safety of the operation of the plunger pump.

Выполнение механического уплотнения с дополнительным сальниковым уплотнением или с дополнительным манжетным уплотнением, корпус которого соединен с основным корпусом посредством резьбы и в нем выполнен канал для подвода смазки, а также установка основной и дополнительной манжет, уплотнительные поверхности которых направлены в одну сторону или встречно друг другу позволяет дополнительно повысить надежность работы механического уплотнения и экологическую безопасность эксплуатации плунжерного насоса.Performing a mechanical seal with an additional stuffing box seal or with an additional lip seal, the housing of which is connected to the main body by means of a thread and a channel for supplying lubricant is made in it, as well as the installation of the main and additional lips, the sealing surfaces of which are directed in the same direction or opposite to each other to further increase the reliability of the mechanical seal and the environmental safety of the operation of the plunger pump.

На фиг.1 представлен продольный разрез механического уплотнения.Figure 1 shows a longitudinal section of a mechanical seal.

На фиг.2 представлена схема отвода утечек из корпуса механического уплотнения во всасывающую линию плунжерного насоса.Figure 2 presents a diagram of the diversion of leaks from the housing of the mechanical seal into the suction line of the plunger pump.

На фиг.3 представлен вариант выполнения механического уплотнения с сальниковым уплотнением.Figure 3 presents an embodiment of a mechanical seal with a packing.

На фиг.4 представлен вариант выполнения механического уплотнения с дополнительным манжетным уплотнением, при этом уплотнительные поверхности основной и дополнительной манжет направлены в одну сторону.Figure 4 presents an embodiment of a mechanical seal with an additional cuff seal, while the sealing surfaces of the main and additional cuffs are directed to one side.

На фиг.5 представлен вариант выполнения механического уплотнения с дополнительным манжетным уплотнением, при этом уплотнительные поверхности основной и дополнительной манжет направлены встречно друг другу.Figure 5 presents an embodiment of a mechanical seal with an additional cuff seal, while the sealing surfaces of the main and additional cuffs are directed opposite each other.

Механическое уплотнение плунжерного насоса содержит корпус 1 с установленными в нем, по крайней мере, двумя группами уплотнительных колец 2 и The mechanical seal of the plunger pump comprises a housing 1 with at least two groups of sealing rings 2 and

эластичной манжетой 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. Кроме того, в каждом стакане 5 установлено размещенное в опорном кольце 7 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. На внешней поверхности каждого стакана 5 с открытого торца выполнена резьба, на которую навернута крышка 10, зажимающая эластичную втулку 4 и группу уплотнительных колец 2, при этом эластичное кольцо 8 поддерживает в процессе эксплуатации заданное усилие поджатия уплотнительных колец 2 друг к другу в осевом направлении.elastic cuff 3. Each group of o-rings 2 is located in the elastic sleeve 4. O-rings 2 on the side of their outer cylindrical surface are eccentric with respect to each other, while the o-rings 2 are installed in pairs and in each pair of rings 2 last from the side of their outer surface installed with eccentricity in the opposite direction relative to each other. 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. In addition, in each cup 5, an elastic ring 8 is placed in the axial direction and compresses the sealing rings 2 in the supporting ring 7 and the cups 5 are axially pressed against each other from the low pressure side by means of a thrust sleeve 9. On the outer surface of each cup 5, it is open the end has a thread on which the cap 10 is screwed, clamping the elastic sleeve 4 and the group of o-rings 2, while the elastic ring 8 maintains during operation a predetermined compressive force of the o-rings 2 to each other in the axial direction.

Корпус 1 механического уплотнения плунжерного насоса охватывает уплотняемый плунжер 11, при этом в корпусе 1 со стороны внешней поверхности стаканов 5 выполнен канал 12 для отвода утечек во всасывающую линию 13 плунжерного насоса.The housing 1 of the mechanical seal of the plunger pump covers the sealed plunger 11, while in the housing 1 on the outer surface of the cups 5 a channel 12 is made for diverting leaks into the suction line 13 of the plunger pump.

Уплотнение может быть снабжено дополнительным сальниковым уплотнением 14.The seal may be provided with an additional packing 14.

Уплотнение может быть снабжено дополнительным манжетным уплотнением 15, корпус 16 которого соединен с основным корпусом 1 посредством резьбы и в нем выполнен канал 17 для подвода смазки.The seal may be provided with an additional lip seal 15, the housing 16 of which is connected to the main body 1 by means of a thread and a channel 17 for supplying lubricant is made in it.

Уплотнительные поверхности основной 3 и дополнительной 15 манжет направлены в одну сторону (см. фиг.4) или направлены встречно друг другу (см. фиг.5).The sealing surfaces of the main 3 and additional 15 cuffs are directed to one side (see figure 4) or directed counter-to each other (see figure 5).

При установке механического уплотнения в корпус 1 уплотнительные кольца 2 прижимаются к уплотняемой поверхности плунжера 11 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 When installing a mechanical seal in the housing 1, the sealing rings 2 are pressed against the sealing surface of the plunger 11 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, since the ring

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 11 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 11, при этом происходит автоматическое прижатие трущихся поверхностей и, следовательно, компенсация износа за счет эластичной втулки 4. Утечки перекачиваемой жидкости после уплотнительных колец 2 до манжеты 3 непрерывно откачиваются через канал 12 во всасывающую линию 13 плунжерного насоса.the grooves in the elastic sleeve 4 are made eccentric and the rings 2 are firmly pressed against each other and respectively turned in pairs relative to each other, a complex labyrinth gap is formed between the sealing surface of the plunger 11 and each group of sealing rings 2 and, therefore, a large hydraulic resistance to flow fluid 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 running-in of the friction surfaces of the rings 2 and the sealing surface of the plunger 11, this automatically compresses the friction surfaces and, therefore, compensates for wear due to the elastic sleeve 4. Leaks of the pumped liquid after the sealing rings 2 to the cuff 3 continuously pumped through the channel 12 into the suction line 13 of the plunger pump.

По мере изнашивания манжеты 3 после нее на плунжер 11 может быть дополнительно установлено сальниковое уплотнение 14, которое временно может обеспечить работоспособность насоса без его разборки.As the cuff 3 wears out after it, a stuffing box 14 can be additionally installed on the plunger 11, which can temporarily ensure the pump’s performance without dismantling it.

Двойное манжетное уплотнение (см. фиг.4 и 5 эластичная манжета 3 и дополнительное манжетное уплотнение 15) служит для увеличения надежности и долговечности дополнительного уплотнения. Для подвода к плунжеру 11 смазки в корпусе 16 выполнен канал 17. При встречном направлении уплотнительных поверхностей (см. фиг.5) уменьшается расход смазки, но при этом давление подводящего масла должно быть выше давления на приеме насоса, а это усложняет конструкцию и увеличивает стоимость эксплуатации насоса.A double lip seal (see FIGS. 4 and 5, an elastic lip 3 and an additional lip seal 15) serves to increase the reliability and durability of the additional lip seal. For supplying lubricant to the plunger 11, a channel 17 is made in the housing 16. When the sealing surfaces are in the opposite direction (see Fig. 5), the lubricant consumption decreases, but the pressure of the supply oil must be higher than the pressure at the pump intake, which complicates the design and increases the cost operation of the pump.

Полезная модель может применяться в насосах, компрессорах, мешалках, в запорной арматуре, в гидравлических и пневматических устройствах и других машинах и аппаратах, работающих под избыточным давлением.The utility model can be used in pumps, compressors, mixers, valves, in hydraulic and pneumatic devices and other machines and devices operating under excessive pressure.

Claims

1. A mechanical seal for a plunger pump, comprising a housing enclosing a sealed plunger, in which at least two groups of o-rings are mounted, each one of which are eccentric relative to one another, and an elastic collar, with each group of o-rings located in an elastic sleeve, which, in turn, located in a glass of hard material, characterized in that on the outer surface of each glass from the open end there is a thread on which a cover is screwed that clamps the elastic sleeve and the group rings, while in the case on the side of the outer surface of the glasses a channel is made for diverting leaks into the suction line of the pump.

2. The seal according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional stuffing box seal.

3. The seal according to claim 1, characterized in that it is provided with an additional lip seal, the housing of which is connected to the main body by means of a thread and a channel for supplying lubricant is made in it.

4. The seal according to claim 3, characterized in that the sealing surfaces of the main and additional cuffs are directed to one side.

5. The seal according to claim 3, characterized in that the sealing surfaces of the main and additional cuffs are directed counter to each other.