Поршень

 

Использование: в буровых насосах. Сущность изобретения: на торцовых поверхностях поршневых колец на всю их толщину выполнены трапециевидные выемки, равномерно расположенные по окружности кольца и смещенные относительно одна другой с двух сторон на половину шага. На одной торцевой поверхности колец участки между выемками выполнены с ступенчатой поверхностью, выступами, взаимодействующими с выполненными на разделительном фланце проточками. На внутренних цилиндрических поверхностях поршневых колец выплнены зубцы-защелки в виде радиальных выступов, фиксирующих кольца от осевого смещения между средним и боковыми фланцами. 3 ил.

Изобретение относится к нефтепромысловой технике, в частности к буровым поршневым насосам.

Известен поршень, который состоит из осесимметричной металлоарматуры с разделительным фланцем посередине длины и уплотнительной части с двух его сторон в форме манжет из однородной резины, заливаемой без переворота пресс-формы с одной установки через соединительные отверстия во фланце в глубине лабиринтных проточек металлоарматуры.

Недостаток известного поршня заключается в том, что эластичная резина при реверсивном прямолинейном движении поршня в цилиндре попеременно выдавливается в зазор, с которым фланец металлоарматуры входит в цилиндр, а затем вытягивается из этого зазора силами упругости резины, в результате чего после многократного повторения циклов знакопеременных напряжений происходит усталостное вырывание выдавливаемого уса резины, образование в материале манжеты круговой выемки, прилегающей по перифеpии к фланцу металлоарматуры, постепенное накопление объема повреждений резины, увеличение ширины и глубины круговой выемки, вызывающее протечку жидкости с последующим разрушением поршня высоконапорной струей абразивосодержащей жидкости.

Целью изобретения является увеличение ресурса поршня.

На фиг.1 изображен предлагаемый поршень; на фиг.2 - участок пружинного кольца с зубчатым замком, изометрия; на фиг.3 - пространственное изображение элемента резиновой манжеты без металлоарматуры и без пружинного кольца.

Поршень включает осесимметричную металлоарматуру с центральным отверстием 1, со средним разделительным фланцем 2 и боковыми фланцами 3 и 4 меньшего диаметра по обеим сторонам, а также две уплотнительные манжеты 5 и 6 из эластопорного материала, привулканизированные по обе стороны среднего фланца 2, к которым по их периферии прилегают поршневые кольца 7 и 8. В основании разделительного фланца 2 выполнены аксиальные отверстия для прохода при заливке эластопорного материала.

В кольцах 7 и 8 на их торцовых поверхностях выполнены трапециевидные выемки 9 и 10 на равном расстоянии по окружности, смещенные относительно друг друга с двух сторон на половину шага, в результате чего образуется зигзагообразная форма кольца, которая позволяет ему упруго деформироваться в радиальном направлении, образовывать непрерывную контактную полосу, которая прилегает к цилиндру насоса в работе, и закрепляться от осевого смещения на металлоарматуре с помощью зубца-защелки 11. Последний выполнен на цилиндрической внутренней поверхности поршневого кольца и имеет наклонную поверхность со стороны, обращенной к среднему разделительному фланцу 2 металлоарматуры, и срез, перпендикулярный оси поршня, со стороны, обращенной к боковому фланцу 3 или 4, с которым зуб взаимодействует, создавая засок, удерживающий кольцо 7 или 8 от осевого перемещения относительно металлоарматуры в смонтированном виде и позволяющий надеть кольцо на металлоарматуру, проскальзывая наклонной поверхностью по боковому фланцу с соответствующим увеличением диаметра пружинного кольца.

На торцовых поверхностях колец 7 и 8, обращенных к разделительному фланцу 2, выполнена ступенчатая поверхность, образующая выступ 12, взаимодействующий с проточкой 13 на разделительном фланце 2 металлоарматуры.

Поперечное сечение зигзагов колец 7 и 8 может быть прямоугольным, трапециевидным с большим основанием снизу или сверху, что позволяет изменять площадь контакта колец с цилиндром.

Литник 14 направлен параллельно оси поршня и связывает манжеты 5 и 6 между собой, а при заливке резины в пресс-форме служит каналом, позволяющим отливать две манжеты с одной установки без переворота пресс-формы.

Фигурные элементы 15 и 16 заполняют выемки кольца 7 и 8 и соединяют в монолит манжеты 5 и 6 кольца 7 и 8 и металлоарматуру с фланцами 2 - 4. Раструб 17 уплотнительной манжеты обращен к жидкости, вытесняемой поршнем при прямолинейном реверсивном движении в цилиндре.

Выемки 9 пружинного кольца, заполненные резиной, образуют в совокупности с раструбом 17 манжету, прикрепленную к металлоарматуре и кольцам силами адгезии при вулканизации.

Давление жидкости, действующее на раструб 17 уплотняющей части манжеты, передается к кромке 18 манжеты и на поверхность 19 трения последовательно через объемы элемента 15 и кольцо 20 уменьшенным на величину, необходимую для деформации привулканизированной и армированной кольцом резины, что предупреждает выдавливание резины в зазор между фланцем металлоарматуры и цилиндром насоса по кромке 18.

В процессе изготовления поршня перед установкой в пресс-форму на металлоарматуру надевают кольца 7 и 8, надвигая их с двух сторон по осевой линии так, что зубцы-защелки 11, взаимодействуя своим наклонным срезом с боковым фланцем 3 или 4 металлоарматуры, упруго деформируют кольца 7 и 8, увеличивая их в диаметре, и затем, минуя плоским срезом боковой фланец 3 или 4 зацепляются за него, после того как кольцо силами упругости материала возвращается к первоначальному диаметру.

Затем металлоарматуру с двумя надетыми на нее кольцами 7 и 8 вводят в пресс-форму. При заливке резины кольца удерживаются от увеличения диаметра окружающими стенками пресс-формы и от осевого перемещения - зубцами-защелками 11, упирающимися своим плоским срезом в боковые фланцы 3 и 4 металлоарматуры.

При работе поршня в цилиндре кольца 7 и 8 перекрывают зазор между фланцем металлоарматуры и цилиндром, предохраняя резину от выдавливания в упомянутый зазор, а также создают дополнительное крепление резины на металлоарматуре своими выемками 9 и 10, заполненными резиной, связанной адгезионными силами как с металлоарматурой, так и с кольцами 7 и 8. Кольца 7 и 8 прилегают к поверхности цилиндра насоса своей боковой поверхностью, упруго деформируясь под давлением, действующим в резине, что устраняет выдавливание резины в уплотняемый зазор и увеличивает ресурс поршня.

Формула изобретения

ПОРШЕНЬ насоса двустороннего действия, содержащий осесимметричную металлоарматуру с центральным отверстием, средним разделительным и двумя боковыми фланцами меньшего диаметра и с аксиальными отверстиями в основании разделительного фланца для прохода эластомерного материала, а также уплотнительные манжеты, привулканизированные по обе стороны среднего фланца, и прилегающие к ним по их периферии поршневые пружинные кольца, отличающийся тем, что на торцевых поверхностях поршневых колец на всю их толщину выполнены трапециевидные выемки, равномерно расположенные по окружности кольца и смещенные относительно одна другой с двух сторон на половину шага, при этом на одной из торцевых поверхностей колец участки между выемками выполнены со ступенчатой поверхностью, выступами, взаимодействующими с выполненными на разделительном фланце проточками, а на внутренних цилиндрических поверхностях поршневых колец выполнены зубцы-защелки в виде радиальных выступов, фиксирующих поршневые кольца от осевого смещения между средним и боковыми фланцами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3