книги из ГПНТБ / Николич А.С. Поршневые буровые насосы

цилиндровой втулки и поршня, узел поршневого штока, вклю­ чающий шток и его уплотнение, а также узел клапана, включаю­ щий тарелку и седло.

Деталь, представляющая собой эластичное уплотнение или снабженная эластичным уплотнением, закрепленным на ней не­ разъемным соединением, называется уплотняющей, сопряженная твердая деталь — уплотняемой.

Подвижные уплотнительные устройства подразделяются па на­

Уплотнительные устройства изучает герметология. Герметология поршневого насоса для абразнвосодержащей жидкости явля­ ется частью общей герметологии.

МЕХАНИЗМ КРЕПЛЕНИЯ И УПЛОТНЕНИЯ ЦИЛИНДРОВОЙ ВТУЛКИ В КОРПУСЕ

Функции и разновидности механизма

Механизмы, служащие для закрепления и уплотнения цилинд­ ровой втулки в корпусе гидравлического блока, различны. К ним предъявляются следующие основные требования.

1. Цилиндровая втулка должна быть закреплена неподвижно.

2.Уплотнительное устройство должно в каждом цилиндре гер­ метически разделять две насосные камеры — штоковую и бесштоковую.

3.Закрепление цилиндровой втулки не должно нарушаться при извлечении из нее поршня.

4.Напряжения сжатия в материале уплотнительных колец должны быть по величине минимально необходимыми и достаточ­ ными для создания на поверхности резина — металл удельного давления, не допускающего проникновения жидкости из бесштоковой насосной камеры в штоковую или обратно.

5.Напряжения в деталях насоса, находящихся в контакте с уплотнительными кольцами, должны быть минимальными с целью уменьшения их деформации и предотвращения усталости металла под действием циклических нагрузок.

6.Работоспособность частично изношенных уплотнительных

колец должна восстанавливаться путем регулирования механизма

икомпенсации изнашивания.

Вэксплуатации можно встретить насосы с механизмами креп­ ления и уплотнения цилиндровой втулки, отвечающими перечис­ ленным требованиям полностью или частично. Современному - техническому уровню отвечают только механизмы, полностью удовлетворяющие приведенным требованиям.

62

кольца 4, цилиндровой крышки 3, уплотнительных колец 7, и промежуточного металлического кольца 9, устанавливаемого на­ против контрольного отверстия 10 в корпусе.

Цилиндровую втулку закрепляют и одновременно уплотняют

Рис. 23. Механизмы крепления и уплотнения цилиндровой втулки.

а — регулируемый совмещенный; б — регулируемый раздельный; в — регули­ руемый раздельный с независимым подтягиванием уплотнения цилиндровой

63

линдровой крышки притягивают в направлении к корпусу и ци­ линдровая втулка упирается' своим буртом в резиновые уплотннтельные кольца 7.

Цилиндровая втулка во время работы насоса незначительно •смещается вдоль оси в пределах упругой деформации закрепляю­ щих ее деталей под действием возникающих в цилиндре попере­ менно справа и слева осевых сил, упираясь с одной стороны в коронку, а с другой — в предварительно сжатые механизмом уплотнительиые кольца, находящиеся в замкнутой полости. Воз­ никшие при предварительном сжатии уплотнительных колец на­ пряжения создают на поверхности резина — металл удельное дав­ ление, превышающее давление запираемой жидкости, чем достигается герметичное разделение двух насосных камер цилинд­ ра двустороннего действия.

Известен механизм жесткого крепления и регулируемого уплот­ нения цилиндровой втулки с разборной телескопической коронкой (рис. 23, в), состоящей из внутренней 8 и наружной 9 частей. Для регулирования напряжений сжатия в материале уплотнительных колец 10 служат три или четыре винта 5. Центральный винт предназначен для подтягивания уплотнительных колец 7 цилинд­

цах наружной и внутренней коронок.

В близкой к предыдущей, но упрощенной конструкции меха­ низма (рис. 23, г) крепление цилиндровой втулки осуществляется винтовым цилиндровым затвором 4 и винтами 3, взаимодейст­ вующими с внутренней коронкой 6. Регулирование напряжений сжатия в материале уплотнительных колец 5 и 7 осуществляется при помощи винтов 2 и нажимного диска /. Все резьбы, находя­ щиеся вне насосных камер, не подвержены коррозионному воз­ действию промывочного раствора.

Во всех предыдущих механизмах крепления и уплотнения ци­

Между тем в одной цилиндровой втулке иногда срабатываются 3—4 поршня, например при работе на нефтесодержащем промы­ вочном растворе, если поршневая резина применяется на основе натурального каучука. В среднем в одной цилиндровой втулке срабатывается 1,67 поршня.

Возможность замены поршня и осмотра насосной камеры без нарушения крепления и уплотнения цилиндровой втулки пред­ ставляет значительные удобства. Иначе, не имея возможности быстро отключить один насос и заменить на нем поршень, буро­ вая бригада часто бывает вынуждена использовать для оконча­ ния долбления насос с поврежденным поршнем, что вызывает значительное повреждение цилиндровой втулки и увеличивает по-

•64

лотннтельным кольцом 3. Цилиндровая крышка с фланцем / слу­ жит для крепления цилиндровой втулки 8, фланец 6 и винты 5—• для регулирования напряжений сжатия в материале уплотнительных колец 7.

кан 1. Центральный болт 5 предназначен для подтягивания уплот­ нительных колец 3 дополнительной поршневой крышки 6, снаб­

Методика расчета совмещенного регулируемого механизма

Рассмотрим подробнее силы и напряжения, возникающие при работе насоса в деталях механизма регулируемого совмещенного

затяжки доли гидравлического усилия, действующего на площадь торца цилиндровой втулки с наружным диаметром D2 и внутрен­ ним D\ при давлении р в полости А; %2 — коэффициент для опре­ деления вычитаемой из усилия затяжки доли гидравлического уси­ лия, действующего на часть площади торца цилиндровой втулки

с наружным диаметром D\ и внутренним D при давлении /; в по­

Рис. 24. Расчетная схема регулируемого совмещенного механизма крепления и уплотнения цилиндровой втулки.

Величина среднего коэффициента трения щ резины по стали может быть выражена формулой

Для резиио-металлического поршня, изготовляемого по ГОСТ 11267—65, средняя сила трения о цилиндровую втулку с учетом начального натяга между ними может быть по экспериментальным

где р — давление нагнетания в кгс/см2 ; р 0 = Ю 3 кгс/см2 — условное начальное давление; D — диаметр поршня в см; / — длина уплотнительной манжеты на одной стороне поршня в см; 6,9 и 78 — эмпирические коэффициенты.

66

2а

где

I (24)

Формула (23) позволяет путем расчета определить величину напряжений сжатия в материале уплотнительных колец вставной цилиндровой втулки различных насосов в зависимости от разме­ ров их деталей, величины начального монтажного усилия и дав­ ления нагнетания. Эта формула распространяется на совмещен­ ные регулируемые механизмы крепления и уплотнения цилиндро­ вой втулки.

3* 67

Коэффициенты %и %2, %з, характеризующие деформируемость

2 ^ i=l

^5 + ^

1=7

i=l

Ввыражениях (25) в числителе стоят коэффициенты деформи­ руемости тех деталей, которые разгружаются под давлением жид­ кости при расчетной схеме распределения нагрузок.

Минимальному диаметру поршня £>=120 мм соответствуют наибольшие напря­

риале уплотнительных колец перед началом работы насоса (давление нагнетания

68

i = l

Когда кривая семейства b встречается с относящейся к тому же диаметру поршня кривой семейства а, например в точке F, это означает, что напряжения

сжатия в уплотнительных кольцах одинаковы, независимо от того, имеется на­ чальная затяжка Я=45 250 кгс или нет. При. дальнейшем увеличении давления нагнетания напряжения сжатия изменяются по кривой семейства а, так как

69

начальная затяжка Р = 4 5 250 кгс не влияет на максимальную величину напря­ жении сжатия. При этом через деталь 7 цилиндровой втулке не передается ни­ какого усилия, и стыки между деталями 2—7 и 7—4 раскрываются (см. рис. 24).

При работе насоса в этом случае может появиться стук в креплении цилинд­ ровой втулки, так как стык между деталями 2—7 и 7—4 будет попеременно

раскрываться при повышении давления в бесштоковой насосной камере А, а за­

мейство кривых а) тем быстрее, чем меньше диаметр цилиндровых втулок. Кри­

70

В стенке гидравлического цилиндра возникают циклические напряжения, связанные с возможной усталостью материала и появлением радиальных тре­ щин. В механизме крепления могут появиться стуки.

Механизм жесткого крепления и виды уплотнительных колец

Механизмы раздельного жесткого крепления и независимого регулируемого уплотнения позволяют создать в материале уплот­ нительных колец постоянные напряжения сжатия, превышающие давление нагнетания на ве­ личину, необходимую и до­ статочную для герметич­ ности уплотнения.

71