уплотнение плунжера скважинного штангового насоса

Формула изобретения

Уплотнение плунжера скважинного штангового насоса, включающее установленный на трубчатом несущем стержне с возможностью осевого смещения набор чередующихся распорных и уплотнительных колец, выполненных с ответными поверхностями торцов, отличающееся тем, что поверхность торцов распорных колец образована внутренней и наружной взаимопересекающимися выпукло-гладкими поверхностями с непрерывно увеличивающейся кривизной в направлении от вершины пересечения поверхностей к краям кольца, причем поверхности пересекаются на расстоянии 0,1 0,2 ширины кольца от его внутреннего края.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидравлическим машинам, в частности к скважинным штанговым насосам с большими зазорами в паре плунжер цилиндр.

Известно уплотнение плунжера в виде слоя загумированной резины или резиновых манжет на поверхности плунжера. Уплотнение распирается давлением из полости плунжера при его ходе вверх через радиальные каналы в стенке плунжера [I]

Однако область применения таких насосов ограничена малыми и средними перепадами давления по концам плунжера, т.е. для малых и средних глубин динамического уровня жидкости в скважине.

Известно также уплотнение плунжера скважинного штангового насоса, включающее установленный на трубчатом несущем стержне с возможностью осевого смещения набор чередующихся распорных и уплотнительных колец, выполненных с ответными поверхностями торцов. Торцы распорных колец выполнены коническими, а уплотнительные кольца имеют трапецеидальное сечение, обращенное широким основанием наружу. На стержне имеются стяжные средства [2]

Недостатком известного уплотнения плунжера является то, что поверхность контакта между уплотнительным кольцом и распорным кольцом представляют собой в сечении прямую линию и, когда плунжер совершает ход вверх, распорные кольца совершают осевое перемещение, одинаковое по всей длине линии контакта. При этом резина уплотнительных колец сдавливается, но выдавливание ее в сторону зазоров затруднено силами трения и когезии между резиной и металлом, направленным в обратную сторону. Это обстоятельство приводит к тому, что радиальное движение резины происходит преимущественно по среднему сечению кольца. Работает только средняя часть уплотнительного кольца с очень ограниченным ресурсом, т.е. не компенсируется износ кольца о стенку цилиндра, но за счет упомянутых сил трения и когезии даже в малой части работающей резины возникают противоположно действующие внутренние напряжения, что обуславливает быстрое старение и разрушение уплотнительных колец. В результате уменьшается межремонтный период работы скважины.

Задача изобретения состоит в повышении эксплуатационной надежности и качества уплотнения плунжера скважинного штангового насоса.

Технический результат достигается тем, что в уплотнении плунжера скважинного штангового насоса, включающем установленный на трубчатом несущем стержне с возможностью осевого смещения набор чередующихся распорных и уплотнительных колец, выполненных с ответными поверхностями торцов, поверхность торцов распорных колец образована внутренней и наружной взаимопересекающимися выпукло-гладкими поверхностями с непрерывно увеличивающейся кривизной в направлении от вершины пересечения поверхностей к краям кольца, причем поверхности пересекаются на расстоянии 0,1 0,2 ширины кольца от его внутреннего края.

На фиг.1 изображено уплотнение плунжера скважинного штангового насоса в разрезе; на фиг. 2 распорное кольцо; на фиг.3 схема работы уплотнения. На фиг.2 обозначены: b расстояние точки пересечения поверхностей от внутреннего края кольца; a ширина кольца; с точка пересечения поверхностей; ес, cd ширина поверхностей.

Уплотнение плунжера включает трубчатый несущий стержень 1, на котором с возможностью осевого смещения установлен набор чередующихся распорных 2 и уплотнительных 3 колец, торцы которых имеют ответную поверхность. Уплотняется контакт со стенкой цилиндра 4 и стержня 1. Поверхность торцов распорных колец образована внутренней ec и наружной cd взаимопересекающимися выпукло-гладкими поверхностями с непрерывно увеличивающейся кривизной в направлении от вершины пересечения с поверхностей к краям кольца, причем поверхности пересечения на расстоянии b (0,1 0,2)d, т.е. 0,1 0,2 ширины кольца от его внутреннего края. Уплотнение поджато стяжными средствами (не показаны). Уплотнение работает следующим образом.

При ходе несущего стержня 1 плунжера вверх не уплотнение сверху действует сила перепада давления, между распорными кольцами 2 сжимается уплотнительное кольцо 3. Процессом охватывается вся длина уплотнения, поскольку набор колец 2, 3 установлен на трубчатом несущем стержне 1 с возможностью осевого перемещения. При этом уплотнительное кольцо 3 сжимается из-под вершины с в обе стороны, а именно: в сторону трубчатого стержня 1 и в сторону цилиндра 4 насоса, уплотняя соответственно зазоры, причем процессом отжатия в сторону трубчатого стержня охватывается меньшая часть уплотнительного кольца, а в сторону цилиндра большая его часть.

Процесс отжатия проходит беспрепятственно, поскольку отжимаемая поверхность торца состоит по обеим направлениям отжатия из двух выпукло-гладких поверхностей ес и cd, кривизна которых непрерывно увеличивается к краям распорных колец 2.

Благодаря этому же обстоятельству уплотнительное, например резиновое, кольцо 3 будет по мере износа непрерывно отжиматься до его полного расходования. В результате увеличивается ресурс работы и надежность уплотнения, а соответственно повышается межремонтный период работы добывающих скважин.