JPS6181585A - 往復ポンプのピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は一般的には往復ポンプの改良に関する。

更に詳細には、本発明はかかるポンプの改良ピストンに
関する。本発明を特にスラッシュ用ポンプ又は泥層ポン
プについて用いられるポンプピストンを参照して説明す
るけれども、ポンプピストンの特定の特徴を他の形式の
往復ポンプに用い或いは使用しうろことは認識されよう
。

スラッシュ用ポンプ又は泥層ポンプは掘削用泥を圧送す
るために油井掘削作業と関連して使用される。かかるポ
ンプは代表的には掘削用の泥をおそらく数百フィートの
掘削ステムを通して圧送する必要があるために高圧で作
動する。更に掘削ビ・ノドを潤滑し且つ冷却するために
、また掘削している地層から掘削くずを取出すための輸
送手段を構成するために、泥を掘削ビットから比較的高
速で流出させることが必要である。

かかる泥層ポンプに用いられるピストン及びシリンダは
掘削用の泥が比重の大きなものであり、またかなり浸食
性であるで濁した研摩性の砂固形物の割合が大きいため
に、高度の摩耗をうけやすい。浸食によりポンプシリン
ダが摩耗するようになると、ピストンとシリンダ壁との
間の小さな環状空間が実質に増す。この結果のために、
かかるポンプの密封についての設計は極めて重要である
。

ポンプが作動しなければならない高圧の研摩性の環境は
、かなりの摩擦が発生するために、又遭遇する水圧がシ
ールをシリンダ壁とピストンとの間の環状空間へ押すた
めに、シールに対して特に有害である。事実、摩擦力は
シールをピストンから外すことすらある。ピストンの移
動で、従来のシールの縁部は、シール材料に起こる切断
作用或いは引裂作用によって非常に迅速に損傷を受ける
ようになる。従来の泥層ポンプのシールについての別の
問題としてこれらのシールがシリンダ壁を適確に「拭く
」ことをしないために加圧掘削用泥がか（してシールと
シリンダ壁との間ににじみ出る。

この摩擦力に抵抗するようにシールをピストンにしっか
りと固定する試みが行なわれた。この問題に対する従来
の解決方法の１つは、シール本体の上に置かれ、スナッ
プリングによって所定の位置に保持される金属製シール
保持体の使用であった。しかしながらこの解決方法の１
つの欠点は追加のシール保持要素及びそのスナップリン
グがピストン構造全体をより高価なものにすることであ
る。また他の欠点として、シールは他の場合よりも可撓
性及び弾力性が幾分小さくなり、かくしてシリンダ壁を
効果的に拭取る能力を低下させる。

この問題に対する、以前提案された他の解決方法は、ピ
ストンハブ構造とかみ合い関係をもつシール要素の使用
であった。この装置の１つの欠点は、使用されるかみ合
い構造を精密にすることであった。すなわち、一般にか
み合い構造は形状が三角形であり、強いかみ合い連結を
つくる程の表面積を提供しない。更に、ピストンのシー
ルは、シリンダ壁に接触する別々の弾性脚部即ちリップ
を持っていない。

シリンダ壁に接触する弾性脚部すなわちリップはエアー
ブレーキ装置或いは油圧ブレーキ装置、及び水ポンプの
固定継手に用いられるピストンのシールでは知られてい
るけれども、これらのシールはスラッシュ用ポンプ又は
泥層ポンプの高圧の研摩性の環境では使用されていない
。この理由の１つは設計のパラメータとしてスラッシュ
用ポンプ又は泥層ポンプに遭遇する高摩擦状態によりシ
ールリングがピストンから外れるのを阻止し得ないため
である。他の理由は、例えばブレーキ装置では、これら
の装置には粒子が存在しないので壁に接触する脚部と内
側脚部との間の間隔が大量の粒子を集めないように設計
されていないためである。かくして、かかるシールをス
ラッシュ用ポンプに使用すると、シールの有効性がすぐ
に減少する。

従って、前述及び他の困難に打ち勝つ新規且つ改良され
た往復ポンプピストンを開発することが望ましいと考え
られてきた。

発明の要約 本発明によれば、シールリングを備えたピストンハブを
有する新規且つ改良した往復ポンプピストンを提供する
。シールリングはハブに容易に取付けることができ、且
つピストンが関連したシリンダ内に作動可能に配置され
るとき、ハブからのシールリングの外れを効果的に阻止
するように形づくられている。

更に詳細には、本発明によれば、往復ポンプのピストン
はシリンダ内に配置されるようになっているピストンロ
ッドを有する。ピストンのハブはピストンロッドによっ
て往復運動するように、ピストンロッドに取付けられる
。ハブは、シリンダの内径よりも僅かに小さな直径の円
筒形外周を持つフランジ部分と、フランジ部分の直径よ
り小さな直径を持つ全体に円筒形の本体部分とを含む。

ピストンの環状シールリングがハブの本体部分に位置決
めされる。シールリングは本体部分に対して嵌合関係に
配置されている内側脚部と、環状密封リップを構成する
外側脚部とを有する。内側脚部はシールリングのハブへ
の取付を容易にするため半径方向外方に撓むことができ
る。ハブの本体部分はフランジから遠く間隔を隔てられ
たハブの本体部分の前方端に隣接して円周溝を有し、シ
ールリングの内側脚部は溝にぴったりと嵌合する部分を
有する。外側脚部はピストンを関連したポンプのシリン
ダに挿入するとき、半径方向内方に撓み、かかる撓みは
ハブの本体部分の溝に取付けられているシールリングの
内側脚部の外れを阻止する。

本発明の他の観点によれば、シールリングの内側脚部と
外側脚部との間に、軸線方向に延びた開口部が設けられ
て、シールリングの選択的な撓みを可能にする。好まし
くは開口部の側壁は互いにほぼ３０“の挟角に配置され
ている。

本発明の別の観点によれば、ハブの本体部分にはシール
リングとハブのフランジ部分との間に押出防止部材が配
置されている。本発明によれば、押出防止部材はナイロ
ン製であり、シールリングはゴム状材料で出来ている。

押出防止部材をシールリングと一体に成形することもで
きる。

本発明の更に別の観点によれば、ピストンのハブとピス
トンのロッドとの間にシール手段が介在させである。

本発明の目的は改良往復ポンプピストンを提供すること
である。

本発明の利点の１つは、ピストンの環状シールリングが
ピストンのハブに設けられている合致した受入れ溝に配
置される内側脚部を有することを特徴とするかかるピス
トン構造を提供することである。

本発明の他の利点は受入れ溝内にスナップ化めすること
ができ、且つピストンを関連したシリンダ内に位置決め
するときに外れないようにされているピストンのシール
リングを提供することである。

本発明の更に他の利点は環状シールリップを構成する弾
性外側脚部を有するピストンのシールリングを提供する
ことである。

本発明の別の利点は、シールリングと関連した環状押出
防止部材を提供することである。

本発明の更に別の利点は以下の詳細な説明を読み且つ理
解することによって当業者に明らかになるであろう。

本発明は特定の部品及び部品の配置に物理的形態を施し
、本発明の好ましい実施例を本明！Ｉ書に詳細に説明し
、また本明細書の一部を構成する添付図面に示す。

実施例の詳細な説明 図面を参照すると、その図はもっばら本発明の好ましい
実施例を示すためのものであってこれを限定するための
ものでなく、第１図は綱長いポンプシリンダＢ内に配置
されたピストンＡを示す。

ピストンＡは油井掘削作業に用いる、掘削泥を圧送する
際のポンプピストンとして用いるのに特に適している。

しかしながら、このピストンＡを他の用途の圧送目的に
用いることもできる。第１図に示すピストン構造は単一
型式のポンプ装置に用いられる型式のものであるけれど
も、ポンプ構造は複式のものであってもよいことは明ら
かである。

ピストンＡはピストンロッド１０に着座させるのがよく
、ピストンロッド１０はねし山付き自由端を有し、これ
に適当なナフト１４が固定されている。ピストンハブ１
６がピストン構造に含まれ、このピストンハブはロッド
１０に対して第１方向に移動しないようにナツト１４で
固定されている。

ハブ１６を反対方向に移動しないように固定するために
、ロッド１０は半径方向外方に延びた肩（図示せず）を
有してもよいし、或いは徐々に増加した直径を備えても
よい。ピストンハブ１６には押出防止部材１８とシール
リング２０とが位置決めされている。

第２図を参照すると、シールリング２０はＹ形をなし、
ステムすなわち本体部分２２と、リップすなわち外側脚
部２４と、ステムの一端からほぼ軸線方向に延びる内側
脚部２６とを有る。外側脚部２４は外側壁２８と、端壁
領域３０と、内側壁３２とから成る。内側脚部２６は外
側壁３４と、端壁領域３６と、軸線方向部分３８及び傾
斜部分４０とから成る内側壁とから成る 外側脚部の外側壁２８は本体２２の外側壁４２に合体し
、内側脚部２６の傾斜部分４０は本体の内側壁４４に合
体する。環状開口部すなわち隙間４６が外側脚部２４と
内側脚部２６との間に、それらの脚部の端壁領域から形
成されており、この溝−は本体２２内に軸線方向に延び
ている。

押出防止部材１８は、第２図に分解図で示しであるけれ
ども、シールリングの押出を阻止することによって、ピ
ストンの適正な作動を確保するためにシールリング２０
と一体であるのが好ましい。

従って押出防止部材１８とシールリング２０をそれらの
間の境界領域で互いに永久的に接着し、シール組立体Ｃ
（第３図参照）を形成する。

押出防止部材１８は、例えば普通の接着剤でシール部材
２０に接着する前に予備硬化される２８層のナイロン布
のようなナイロン布材料でつくられるのがよい。シール
部材２０はアクリロニトリル又はシアン化ビニルとブタ
ジェンとの重合によって得られる合成ゴムでつくられる
のが好ましい。

「ブナ」ゴムとして一般に知られているこの材料は気体
及びほとんどの液体に対して良好な不浸透性を存し、し
かもプラスチックの流れ及び摩耗又は引裂き抵抗が良好
である。しかし−ながら押出防止要素１８及びシールリ
ング２０の両方をつくるのに他の適当な材料を用いるこ
ともできる。

ピストンを組立てるために、シール組立体Ｃをピストン
ハブ１６の本体部分４８に滑べり込ませると、シール組
立体Ｃはついには関連するシリンダの内径よりも僅かに
小さい外径をもつ半径方向フランジ５０に衝合する。シ
リンダ組立体はシールリングの内側脚部２６とハブ本体
の前方端に隣接してハブの本体部分４８に配置されてい
る適当な円周溝５２との協同によってこの衝合位置に保
持される。ａ５２は前方側壁５４と、底壁５６と、傾斜
した後側壁５８とによって構成される。壁５８はハブ本
体の外側壁６０に合体する。

押出防止部材１８はシール組立体Ｃをハブに軸線方向に
挿入するとき、曲がらずにハブの本体部分４８に緊密に
嵌まるように寸法決めされている。

しかしながら、シールリング２０をハブの本体部分に挿
入するとき、内側脚部２６は外方に撓んでその内側壁３
８はハブの本体部分の前方端を通り越すことができる。

内側脚部２６が脚部２４と２６との間の開口部４６内へ
外方に曲る即ち外方に撓むことができるので、このよう
な撓みを可能にする。内側脚部がハブの本体部分の前方
端を通り越したとき、内側脚部はその休止位置に向かっ
て半径方向内方に移動し、内側脚部の内側壁３８は溝５
２の底壁部分５６に接触する。これと同時に、内側脚部
２６の端壁領域３６が溝の前方側壁５４に接触し、傾斜
部分４０が溝の後側壁５８に接触する。シール組立体Ｃ
をピストンＡ上の所定位置に留めた後、ピストンをピス
トンシリンダＢに挿入することができる。

押出防止部材１８の端面６４とフランジ端面との係合に
よって、シールリングがフランジ５０に向ってハブの本
体部分４８に沿って更に軸線方向に移動するのを阻止す
る。ひとたび内側脚部２６が溝５２に嵌込むと、シール
リング２０を押圧してピストンのハブから取外そうとす
る力はシールリングとピストンのハブとの上記かみ合い
関係によって抵抗される。

また、このかみ合い構造は泥即ち掘削流体がシールリン
グとハブ本体部分との間に侵入することを阻止するから
、シールリングは本体部分から膨張することがない。シ
ールリングが本体４８に厳密に受入れられるから、シー
ルリングと本体部分との間の界面領域からあらゆる空気
が絞り出される。吸引工程において生ずる低圧中、捕え
られた空気が膨張し、次にシールリング２０とシリンダ
Ｂとの間の摩擦がシールリングをパブの本体部分から引
離すかもしれないために空気の除去は有効である。

外側脚部の外側壁２８の外径、すなわち最大直径は、関
連するようになるシリンダの内径よりも僅かに大きい。

かくして、外側脚部２４はシリンダＢに挿入されるとき
、内方に撓まなければならない。これはシリンダの開口
部４６があるために容易に行なうことができる。リップ
、すなわち外側脚部２４の撓みにより、外側脚部の円周
縁即ちコーナー７０はシリンダの内壁と密着している。

特に第２図を参照すると、０−リング型のシールア２を
ピストンのハブフランジ５０の！＆側面７６の開口部７
４に設けるのが有利である。この０−リングはピストン
ロッド１０に密封係合して、圧送されている掘削泥又は
他の液体が軸線方向通路７８とピストンロッドとの間に
設けられている僅かな隙間を通してピストンのハブ１６
から漏れないようにする。

第３図を参照すると、外側脚部２４のリップ縁７０は半
径方向リップ傾斜即ち２０°乃至３０゜の角度二を有す
るのが好ましい。ピストン組立体をシリンダ内で往１ｆ
ｔさせるとき、シールリング２０はこのような角度によ
り優れた密封特性を提供しながら容易に摺動することが
できる。

また、脚部２４と２６との間の環状開口部４６の幅は、
密封リングが、関連したシリンダと作動状態にあるとき
、少くとも成る所定の最小幅を有することが重要である
。先行技術のピストンバッキングは狭い開口部を有し、
かかる構造はスラッシュ用のポンプの作動中に泥及び他
の材料で塞がれるようになるトラップを形成するから不
利である。かかる塞がりを阻止するために、外側脚部の
内側壁３２と内側脚部の外側壁３４の両方が開口部４６
を長手方向に三等分する仮想上の円筒に対してほぼ１５
°の角度で、即ち側壁３２と３４とのほぼ３０°の挟角
で外方に末広がりをなすのが好ましい。加圧流体が開口
部に入り込むと、内側脚部２６はハブの本体部分４８に
向かって押圧され、外側脚部２４はシリンダＢの内壁に
向かって押圧される。かくして、比較、的大きな開口部
４６を設けることによって、脚部２４．２６は高圧でそ
れらの意図した機能をよりよ（果たすことができる。

開口部４６は比較的大きいけれども、シール部材２０が
シリンダＢ内の定位置あるときには、リップ叩ち外側脚
部２４が第３図に示す点線のように取付状態まで移動し
て開口部をより狭い寸法に圧縮する。開口部４６の幅Ｗ
は端壁領域３６で内側脚部２６の厚さＷ′よりも小さい
。この関係は部材２０の一定の圧縮性と組合わさって組
立体がシリンダ内にあるときに部材２０が意図的に或い
は不用意に外れないようにする。換言すると、外側脚部
２４と内側脚部２６との間に残る空間はスラッシュ用ポ
ンプが遭遇する高摩擦状況の下でさえ内側脚部がｉ５２
から完全に外れるようになるほど大きくはない。

内側脚部２６は実質上シール２０をハブの本体２０から
引き離そうとする摩擦力に打ち勝つのに十分な大きさの
ものであり且つ適当に形作られている。本発明の形状上
の利点の中で最も優れたものは、溝の前方側壁５４に衝
合する内側脚部の端壁領域３６である。面３６と５４が
ピストンの作動軸線にほぼ垂直に配置されているために
、これらの面はいままでのピストンシール固定装置でも
たらされるよりも砂の入った流体の圧送中に遭遇した大
きな摩擦力によく抵抗する。

本発明の利点の中で云えることは、可撓性の外側脚部２
４を設けることにより、摩擦その他の原因で直径が不均
一なシリンタ゛の壁にシールリングを容易に一致させる
ことができる点である。また、本発明による構造により
、ピストンがシリンダ内で「異常震動」したり或いはシ
リンダの壁に引掻き傷をつける傾向を除去する。更に内
側脚部２６の実質的な大きさがハブの本体部分５２に設
けられているほぼ環状の１６５２と組合さってシールリ
ングをピストンのハブから外れないようにする大きな固
定力をもたらす。最後に、外側脚部２４は内側脚部が溝
５２から外れるようになる前に内側脚部２６が外側脚部
２４に接触するようにピストンＡをピストンシリンダ已
に組込むことによって内方に曲げられる。このため、ピ
ストンＡがシリンダＢ内にある限りシール組立体Ｃはピ
ストンのハブ１６に確実に固定されたままである。“本
発明によってつくられたピストンの試験では、予想耐用
年数と構造上の信頼性とに顕著な改良がみうけられた。

また、本発明の往復ポンプピストンはシールリングをピ
ストンのハブの溝の所定位置に容易にスナップ止めする
ことができるために、容易に組立てることができること
がわかった。

好ましい実施例を参照して本発明を示し且つ説明したけ
れども本明細書を読み且つ理解するとき、当業者は変形
態様を思いつくであろう。本発明は添付の特許請求の範
囲に、又はこれと均等の範囲に入る限りこのようなあら
ゆる変形態様を含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って形成されているポンプピストン
を備えているスラッシュ用ポンプ又は泥層ポンプの部分
断面側面図であり、 第２図は第１図のピストンの軸線方向の横断面の分解図
であり、 第３図は第２図に示すピストン部分の組立てた状態の拡
大図である。 Ａ・・・ピストン、　　　　　Ｂ・・・シリンダ、Ｃ・
・・シール組立体、　　　１０・・・ロフト、１６・・
・ハ　ブ、　　　　　１８・・・押出防止部材、２０・
・・シールリング。 手鐵補正ｌ（方式） ％式％ ２、発明の名称　　　往復ポンプのピストン３、補正を
する者 事件との関係　　出願人 ４、代理人

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダ内に配置されるようになっているピスト
   ンロッドと、 前記ピストンロッドに固定され且つ前記ピストンロッド
   によって往復運動されるようになっており、関連するシ
   リンダの直径よりも僅かに小さな円筒形外周を有するフ
   ランジ部分と、前記フランジ部分よりも小さな直径をも
   つ全体に円筒形の本体部分とを有し、前記本体部分が前
   記フランジ部分から遠く間隔を隔てた前方端で終わり、
   且つ前記前方端に隣接して前方側壁をもつ円筒溝を備え
   たピストンのハブと、 前記ハブの本体部分のまわりに緊密に配置されて前記本
   体部分の溝と嵌合する内側脚部と、前記ピストンが関連
   するようになっているシリンダの内径よりも僅かに大き
   い最大外径を持つ環状密封リングを構成する外側脚部と
   を有するピストンの環状シールリングとから成り、 前記内側脚部及び外側脚部は内側脚部の端壁領域を前記
   溝の前記側壁で厳密に境界づけて前記シールリングを前
   記ハブの本体部分に取付ける際、前記内側脚部の半径方
   向外方へ撓みを容易にするため互いに横方向に間隔を隔
   てられ、前記外側脚部はシールリングを関連したシリン
   ダ内に軸線方向に挿入するのに応じて半径方向内方に弾
   力的に撓むようになっており、前記内方への撓みは前記
   内側脚の端壁領域を前記溝の前方側壁と完全に外れる関
   係まで移動させることができる前に前記内側脚部が前記
   外側脚部に接触し、それによって前記シールリングが前
   記ハブの本体部分から外れないようにするような所定程
   度までであることを特徴とするポンプピストン。
2. （２）前記円周溝が底壁と前記前方側壁から前記フラン
   ジ部分に向かって間隔を隔てた傾斜後側壁とを有し、前
   記シールリングの内側脚部が前記溝内に受入れられ且つ
   前記底壁及び後側壁によって夫々緊密に境界づけられて
   いる内側壁部分と傾斜した内側壁部分とを有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のピストン。
3. （３）前記内側脚部と外側脚部との間の隙間が前記シー
   ルリングの軸線方向に延びた開口部によって構成され、
   前記開口部の側壁が個体粒子の閉じ込めを阻止するため
   に前記シールリングの軸線方向に向かって互いに傾斜し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   ピストン。
4. （４）前記開口部の側壁が約３０°の挟角度に互いに配
   置されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項に
   記載のピストン。
5. （５）前記シールリングと前記ハブのフランジ部分との
   間で前記ハブの本体部分に受入れられた押出防止部材を
   更に有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のピストン。
6. （６）前記押出防止部材と前記シールリングとが一体で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載のピ
   ストン。
7. （７）前記押出部材がナイロンでつくられており、前記
   シールリングがゴム状材料でつくられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項に記載のピストン。
8. （８）前記ピストンハブと前記ピストンとの間に介在さ
   せたシール手段を更に有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載のピストン。
9. （９）掘削泥を圧送するようになっているポンプピスト
   ン構造であって、 ピストンロッドと、 前記ピストンロッドに固定され、且つ前記ピストンロッ
   ドによって往復運動されるようになっており、関連した
   ポンプシリンダよりも僅かに小さな直径の円筒形外周を
   持つフランジ部分と、全体に円筒形の本体部分を包含し
   、前記本体部分が前記フランジ部分から遠く間隔を隔て
   た前方端で終わり、且つ前記前方端に隣接して円周溝を
   持つピストンハブと、 前記ハブ本体部分のまわりに厳密に位置決めされた環状
   シール組立体とから成り、 該シール組立体は、前記ハブの本体部分の溝と嵌合する
   関係に配置される軸線方向に延びた環状内側脚部と、関
   連したポンプシリンダの内部と密封関係をなして受入れ
   られるようになっている軸線方向に延びた外側脚部とを
   含み、且つ前記脚部の弾性を高めるために前記内側脚部
   と外側脚部との間に設けられ、一対の傾斜壁の間に構成
   されている軸線方向に延びた環状開口部を有する本体と
   を持つシールリングと、 前記シールリングとハブフランジとの間の環状押出防止
   部材とを有し、 前記シールリングの内側脚部が端壁領域と、軸線方向内
   側壁部分と、前記ハブの本体部分の円周溝に嵌合する傾
   斜した内側壁とを有し、前記内側脚部の端壁領域及び前
   記溝の前方端壁はポンプの往復路に対して一般的に垂直
   であり且つ前記シールリングが前記ピストンのハブから
   外れないように互いに緊密に協働することを特徴とする
   ポンプのピストン構造。