устьевое устройство для уплотнения штока глубинного насоса

Формула изобретения

Устьевое устройство для уплотнения штока глубинного насоса, содержащее цилиндрический корпус сальниковой камеры и узел центрирования штока, отличающееся тем, что узел центрирования выполнен в виде двух вкладышей, каждый из которых имеет возможность самоустанавливаться по штоку и быть прижатым к штоку нажимным элементом, а сальниковая камера ограничена с обеих сторон парой нажимных колец, при этом внешние кольца пары имеют зазор со стенкой камеры сальника, а в качестве уплотнительного материала сальниковой камеры использована консистентная смазка с наполнителем, причем устройство снабжено нагнетательным клапаном и техническим средством для обеспечения противодавления уплотнительного материала по отношению к уплотняемой среде.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устьевому оборудованию эксплуатируемых нефтяных скважин, и служит для уплотнения штока станка-качалки глубинного насоса в условиях несоосности, как в радиальной, так и в угловой координатах.

Известно устройство для уплотнения штока по а.с. №2103574, кл. Е 21 В 33/03, включающее в себя сальниковую камеру, корпус которой имеет подвижность в радиальном направлении, что уменьшает влияние несоосности штока на износ устройства.

Недостатком устройства является то, что элементы, обеспечивающие герметичность подвижного корпуса сальника, контактируют с уплотняемой средой и вследствие этого подвержены интенсивной коррозии, что ведет к потере герметичности.

Кроме того, устройство не устраняет влияние несоосности по угловой координате и сложно в изготовлении.

Известно устьевое устройство для уплотнения штока глубинного насоса по а.с. №1696672, кл. Е 21 В 33/03, включающее в себя корпус с сальниковой камерой и узел центратора. Узел центратора имеет ползун с нажимным болтом. Ползун воспринимает радиальное усилие штока, возникающее вследствие его несоосности. По мере износа ползуна, его периодически поджимают нажимным болтом, возвращая шток в исходное положение.

Недостатком конструкции является то, что при износе ползуна одновременно происходит односторонний износ уплотнительных элементов сальниковой камеры и появляется зазор с противоположной стороны штока, то есть, происходит нарушение герметичности штока.

Общим недостатком обоих устройств является то, что для поддержания герметичности уплотнения штока необходимо частое техническое обслуживание устройства. Техническое обслуживание заключается в подтягивании нажимных элементов сальниковой камеры для компенсации выноса уплотнительного материала. Даже при небольшом выносе исчезает противодавление уплотнительного материала по отношению к уплотняемой среде, что практически означает нарушение герметичности штока.

Также недостатком известных устройств является необходимость наличия в конструкции резервной сальниковой камеры, которая в целом снижает надежность устройства и усложняет конструкцию. Снижение надежности всего устройства обусловлено наличием прямого контакта уплотняемой среды с элементами герметизации резервной сальниковой камеры, которое приводит к интенсивной коррозии элементов герметизации и потере герметичности всей системы. Резервная сальниковая камера приводится в рабочее положение только на время замены изношенного уплотнительного материала основной сальниковой камеры.

Задачей изобретения является:

- уменьшение влияния несоосности штока на износ элементов узла центрирования, как по радиальной, так и по угловой координате;

- обеспечение герметичности штока практически при любой степени износа элементов узла центрирования штока;

- устранение необходимости технического обслуживания устройства по компенсации выноса уплотнительного материала вплоть до его полного расходования;

- упрощение конструкции и повышение надежности устройства за счет исключения необходимости наличия резервной сальниковой камеры в конструкции устройства.

При достижении поставленной задачи изобретения достигается следующий технический результат:

- уменьшение нагрузки на узел центрирования штока при его несоосности, как в радиальной, так и в угловой координате;

- сохранение герметичности штока при его перемещении вслед за износом опорного элемента центрирующего узла;

- сохранение герметичности штока независимо от выноса уплотнительного материала вплоть до его полного расходования;

- обеспечение возможности пополнения сальниковой камеры уплотнительным материалом без ее разгерметизации, то есть без необходимости наличия резервной сальниковой камеры.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для уплотнения штока глубинного насоса, содержащем цилиндрический корпус сальниковой камеры и узел центрирования штока, узел центрирования выполнен в виде двух вкладышей, каждый из которых имеет возможность самоустанавливаться по штоку и быть прижатым к штоку нажимным элементом, а сальниковая камера ограничена с обеих сторон парой нажимных колец, при этом внешние кольца пары имеют зазор со стенкой камеры сальника, а в качестве уплотнительного материала сальниковой камеры использована консистентная смазка с наполнителем, причем устройство снабжено нагнетательным клапаном и техническим средством для обеспечения противодавления уплотнительного материала по отношению к уплотняемой среде.

Использование в узле центрирования двух вкладышей, каждый из которых имеет возможность самоустанавливаться по штоку и быть прижатым к штоку нажимным элементом, означает их взаимное центрирование, как в радиальной, так и угловой координатах или вблизи этого положения. В результате вкладыши, выполняющие функции радиальных опор, либо совсем не испытывают радиальную нагрузку, либо нагрузка значительно уменьшается и тем самым уменьшается их износ.

Ограничение сальниковой камеры с обеих сторон парой нажимных колец, в каждой из которых внешнее кольцо имеет зазор со стенкой камеры сальника, и использование в качестве уплотнительного материала консистентной смазки с наполнителем обеспечивает повышенную пластичность и вследствие этого сохранение герметичности штока при его перемещении вслед за износом опорного элемента центрирующего узла.

Наличие технического средства для обеспечения противодавления уплотнительного материала по отношению к уплотняемой среде в совокупности с повышенной пластичностью уплотнительного материала сальниковой камеры и достаточно большим его объемом, позволяет длительное время обеспечивать уплотнение штока независимо от выноса уплотнительного материала вплоть до его полного расходования.

Нагнетательный клапан в совокупности с уплотнительным материалом повышенной пластичностью позволяет по мере выноса уплотнительного материала производить его поднабивку без разгерметизации штока и, следовательно, без необходимости наличия резервной сальниковой камеры.

При поиске не обнаружено в уровне техники аналогов, которые содержали бы существенные отличительные от прототипа признаки заявленного технического решения. Включение в конструкцию устройства заявленных отличительных признаков в совокупности с общими позволяет получить новый технический результат, не присущий известным аналогам, а также известным признакам порознь.

Таким образом, заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, так как не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

На фиг.1 изображен общий вид устройства.

На фиг.2 изображен профиль уплотнительных поверхностей нажимных колец.

Устройство состоит из корпуса 1, в верхней части которого размещен узел центрирования, состоящий из стакана 2 и пары опорных вкладышей 3, выполненных из антифрикционного материала. Вкладыши 3 прижаты к штоку 4 нажимными винтами 5. Стакан стопорится от поворота винтом 6. Сальниковая камера устройства ограничена сверху и снизу парой нажимных колец - внешних 7 и внутренних 8. Внешнее кольцо 7 имеет зазор со стенкой корпуса 1. Характер уплотнительных поверхностей нажимных колец 7 и 8 представлен на фиг.2. Полость сальниковой камеры заполнена уплотнительным материалом 9, представляющим собой смесь консистентной смазки (основы) с наполнителем, в котором присутствует, например, волокнистая составляющая.

Для заполнения камеры уплотнительным материалом предусмотрен узел нагнетательного клапана 10. Снизу уплотнительный материал через нажимные кольца 7 и 8 поджимается пружиной 11. Пружина 11 предназначена для обеспечения противодавления уплотнительного материала 9 по отношению к уплотняемой среде.

Устройство работает следующим образом. При монтаже устройства на скважину производят установку опорных вкладышей 3 по штоку 4. Если несоосность штока 4 при этом полностью не выбирается, то стакан 2 поворачивают в положение, при котором один из вкладышей 3 сможет воспринимать радиальную нагрузку штока 4. Положение стакана 2 фиксируется винтом 6. Через узел нагнетательного клапана 10 с помощью ручного нагнетателя смазки сальниковая камера заполняется уплотнительным материалом 9. Пружина 11 сжимается и в сальниковой камере создается давление, превышающее давление уплотняемой среды на величину, соответствующую усилию пружины 11.

За счет избыточного давления уплотнительного материала 9 шток 4 надежно герметизируется. Торцевые поверхности нажимных колец 7 и 8 также постоянно прижаты друг к другу. Нижняя пара колец 7 и 8 прижата друг к другу с меньшим усилием, чем верхние, так как часть усилия от давления уплотнительного материала 9 на кольцо 8 воспринимается давлением уплотняемой среды. Тем не менее, пружина 11 в любом случае обеспечивает контактное давление при взаимодействии торцевых поверхностей колец 7 и 8 больше, чем давление уплотнительного материала 9 в сальниковой камере, что обеспечивает герметичность по торцевым поверхностям нажимных колец 7 и 8.

В процессе нагнетания уплотнительного материала 9, а также при повышении давления уплотняемой среды, происходит временная экструзия основы уплотнительного материала. Возле мест экструзии происходит самопрессование наполнителя и прежде всего его волокнистой составляющей (см. фиг.2). Со временем наполнитель становится непроницаемым для основы уплотнительного материала. Самопрессование волокнистых фракций у мест возникновения зазоров способствует сохранности внутренней поверхности кольца 7 вплоть до полного прекращения износа.

Внутренние цилиндрические поверхности уплотнительных колец 8 могут выполнять функции центратора до определенной степени своего износа, временно разгружая от работы вкладыши 3.

Наличие в сальниковой камере достаточно большого количества уплотнительного материала 9, обеспечение избыточного давления в камере, долговечность уплотнительных поверхностей кольца 7 и способность уплотнительного материала 9 самопрессоваться у мест возникновения зазоров обеспечивают резкое увеличение межремонтного периода и периода времени между очередными техническими обслуживаниями.