ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

В поршневых и плунжерных нефтепромысловых объемных гидромашинах (насосных агрегатах) низкий срок службы резинометаллических (формованных поршней) и взаимодействующих с ними цилиндров. Это объясняется тяжелыми условиями эксплуатации в абразовосодержащей среде - буровые, цементные растворы и т.п. Многочисленные конструктивно-технологические мероприятия не приводят к существенному повышению этого важнейшего показателя. Современные нефтепромысловые насосы выполняют быстроходными (до 150 двойных ходов в минуту) одностороннего действия. Это привело к снижению их габаритных размеров и массы и к снижению примерно в 1,5 раза долговечности цилиндропоршневого устройства. Предлагаемое решение позволяет более чем в 5 раз повысить срок службы.

Цилиндропоршневое устройство одностороннего действия содержит размещенный в цилиндре 1 (см. рисунок) и закрепленный на штоке 2 (с торцовым упором 3) поршень с металлическим ступенчатым сердечником 4 для закрепления резиновой манжеты 5. Опорная (тыльная) сторона манжеты снабжена резиновым кольцом 6 повышенной твердости. Поверхностный слой 7 манжеты глубиной 1,5-2,5 мм, включая резиновое кольцо 6, имеет модуль упругости выше (не менее чем в 10 раз) соответствующего показателя сердцевины манжеты 5. Это является следствием диффузионной поверхностной модификации резины после ее вулканизации в составе поршня. Модификация резины приводит также к снижению примерно в 2 раза ее коэффициента трения. Внутри сердечника 4 размещен теплообменник 8, являющийся кольцевой полостью, подключенной к источнику смазочно-охлаждающей жидкости (на рис. не показан). Кольцевая полость теплообменника замыкается дистанционной втулкой 9 с кольцевым наружным буртом 10, установленной на хвостовике штока 2 между его торцовым упором 3 и торцовой стенкой 11 сердечника 4. Канал подвода жидкости в теплообменник выполнен в виде продольного 12 и радиальных 13 отверстий в штоке, проточки 14 и радиальных отверстий 15 в дистанционной втулке 9. На наружной поверхности манжеты имеются винтовые двухзаходные канавки 16. Их начало расположено за передней уплотняющей кромкой 17, а конец выходит в кольцевую канавку 18 на опорной стороне манжеты перед резиновым кольцом 6 повышенной твердости. Канавки 16 и 18 имеют сегментный профиль с радиусами r»1 мм. Начало канавок сообщается с теплообменником посредством наклонных каналов 19. Кольцевая канавка 18 с помощью «изогнутых» каналов 20 сообщается со штоковой полостью цилиндра 1. Канавки и каналы 19, 20 выполнены в процессе вулканизации манжеты, вследствие чего они «обрамлены» поверхностным слоем с повышенным модулем упругости. При возвратно-поступательном движении поршня со штоком 2 в цилиндре 1 смазочно-охлаждающая жидкость по отверстиям 12 и 13 в штоке, кольцевой проточке 14 и отверстиям 15 в дистанционной втулке 9 под давлением поступает в теплообменник 8 и сердечник 4. Далее жидкость по каналам 19 поступает в начало винтовых двухзаходных канавок 16. Жидкость частично просачивается между манжетой 5 и цилиндром 1, а основной ее объем просачивается в кольцевую канавку 18 и через «изогнутые» каналы 20 сливается в штоковую полость цилиндра и далее - в бак СОЖ. Это способствует снижению температуры внутри поршня и на поверхности контакта манжета-цилиндр, благодаря чему снижается также сила трения в этой паре. Поскольку поверхностный слой 7 манжеты, канавок 16, 18 и каналов 19, 20 имеет повышенный модуль упругости и в 2 раза меньший коэффициент трения, то сохраняется геометрия канавок и каналов (и циркуляция жидкости), снижается сила трения и температура в паре манжета-цилиндр, предотвращается выдавливание опорной части манжеты в уплотняемый зазор (в т.ч. за счет кольца 6 повышенной твердости). Благодаря этому снижаются деформация, контактные напряжения и термодеструкция манжеты, снижается вредное воздействие на цилиндр и энергоемкость устройства, достигается реальное и многократное повышение долговечности манжеты и всего цилиндропоршневого устройства.