Поршень бурового насоса

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Институт механики металлополимерных систем Академии наук РБ(73) Патентообладатель Институт механики металлополимерных систем Академии наук РБ(57) 1. Поршень бурового насоса, содержащий металлический сердечник с цилиндрическим буртом, манжеты и уплотнители из износостойкого антифрикционного материала, расположенные по обе стороны от бурта, и детали их крепления на сердечнике, отличающийся тем, что на наружной поверхности манжет, со стороны бурта, выполнены кольцевые канавки. 2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что кольцевые канавки выполнены радиусными с радиусом 5-10 мм. 3. Поршень по п.1, отличающийся тем, что кольцевые канавки выполнены прямоугольного профиля шириной 5-20 мм. 4. Поршень по пп.1, 3, отличающийся тем, что профиль дна прямоугольной канавки выполнен в виде чередующихся треугольных выступов с размерами сторон равными 0,25-1 глубины канавки. Изобретение относится к машиностроению, в частности, к уплотнению поршня бурового насоса. Известна конструкция поршня 1, в котором для повышения ресурса герметизирующего устройства в уплотнительных манжетах созданы напряжения предварительного сжатия, вследствие чего твердость материала манжеты распределена неравномерно по площади манжеты. Его недостатком является усложнение технологии изготовления манжеты и конструкции самого поршня. 1954 1 В уплотнительной манжете сборного поршня бурового насоса 2 наружное кольцо тыльной стороной соединено с твердой, менее эластичной резинотканевой опорой. Для повышения ресурса манжеты путем снижения радиальных деформаций она снабжена промежуточными эластичными кольцами с твердостью выше твердости наружного кольца, расположенными между опорой и наружным кольцом. Твердость и толщина промежуточных колец увеличиваются в направлении к опоре. Радиальная высота каждого промежуточного кольца составляет 0,6-0,7 от радиальной высоты сопряженного, расположенного ближе к опоре кольца. Недостатком манжеты является сложность конструкции, содержащей большое количество деталей. Прототипом изобретения является поршень бурового насоса 3. Он состоит из металлического сердечника с цилиндрическим буртом, расположенных по обе стороны бурта жестких каркасов, фиксирующих колец и манжет с конусообразными углублениями. Для повышения ресурса манжеты снабжены полуторроидальными выступами, размещенными в углублениях манжеты, причем высота выступов превышает глубину углублений. Недостатки прототипа локализация кавитационного изнашивания каркаса в зоне его контакта с цилиндрическим буртом повышенное контактное напряжение в материале манжеты при помещении поршня в цилиндре невысокий ресурс уплотнения поршня. Задачи, на решение которых направлено заявляемое изобретение 1) уменьшение кавитационного изнашивания поверхности каркаса 2) повышение ресурса уплотнения поршня. Поставленные задачи достигают тем, что в известной конструкции поршня бурового насоса эластичная манжета со стороны, прилегающей к бурту, имеет кольцевые канавки. Вариант заявляемого поршня состоит в том, что профиль канавки выполнен радиусным с радиусом 5-10 мм. В следующем варианте кольцевые канавки выполнены прямоугольного профиля шириной 5-20 мм. Последний вариант заявляемой конструкции поршня предусматривает выполнение профиля дна канавки в виде чередующихся треугольных выступов с размерами сторон равными 0,25-1 глубины канавки. Технический результат состоит в устранении скапливания и распространения кавитационных пузырьков на поверхности манжеты снижении кавитационной эрозии манжеты вследствие уменьшения воздействия на нее ударной волны и удара струй, образующихся при схлопывании пузырьков. На фиг.1 изображен вариант поршня, состоящего из металлического сердечника 1 с цилиндрическим буртом 2, по обе стороны которого на сердечник надеты кольцевые манжеты 3 и уплотнители 4. Манжеты снабжены радиусными кольцевыми канавками 5 с радиусом 5-10 мм. Углубления расположены на наружной образующей манжет со стороны их контакта с буртом. Манжета с уплотнителем крепится на сердечнике с помощью опорного кольца 6 и расположенной в кольцевой выточке на сердечнике пружинной шайбе 7. Эти обозначения сохранены на фиг.2 и 3. При работе бурового насоса в процессе возвратно-поступательного движения поршня из-за резкого изменения направления движения поршня происходит местное уменьшение давления над кольцевой канавкой манжеты. В зоне, прилегающей к одной из сторон бурта, образуются ядра кавитации (пузырьки) 4. При изменении направления движения поршня в зоне с образовавшимися пузырьками давление повышается, пузырьки схлопываются, возникают ударная волна и удары кавитирующих струй. Их энергия гаснет в объеме перекачиваемой жидкости, заполняющей канавку. В таблице 1 приведены ресурсы поршней бурового насоса, манжеты которых снабжены радиусными кольцевыми канавками радиусом 5-10 мм. Такой профиль обеспечивает равномерное распределение ударной волны и кавитирующих струй. Таблица 1 Радиус углубления, мм Ресурс, ч На фиг.2 показан вариант конструкции поршня бурового насоса, манжета которого имеет кольцевую канавку прямоугольного профиля шириной 5-20 мм. Ресурсы поршня бурового насоса, на манжете которого сделана кольцевая канавка прямоугольного профиля представлены в таблице 2. Таблица 2 Размеры канавки, мм Ресурс, ч 1954 1 На фиг.3 показан вариант, когда профиль дна канавки выполнен в виде чередующихся треугольных выступов с размерами сторон равными 0,25-1 глубины канавки. При работе такого поршня кавитирующие струи и ударная волна разбиваются треугольным профилем дна на отдельные фрагменты. Сила удара уменьшается, что приводит к снижению кавитационной эрозии манжеты и увеличению ресурса поршня. Ресурсы поршня, манжета которого изготовлена как показано на фиг.3, представлены в таблице 3. Таблица 3 Размеры сторон выступов Ресурс, ч оставитель А.К. Карачун Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Заказ 7008 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.