устройство для уплотнения устьевого штока

Формула изобретения

Устройство для уплотнения устьевого штока, содержащее корпус, в котором образуя замкнутую кольцевую полость накидной гайкой закреплен подвижный в радиальном направлении фланец с размещенной в нем сферической опорой, имеющей внутреннюю сферическую поверхность, и охватывающую шток наружную сферу с верхним и нижним сальниковыми уплотнительными элементами штока, а также уплотнительный элемент сферической опоры, отличающееся тем, что верхний и нижний сальниковые уплотнительные элементы штока, сферическая опора и ее уплотнительный элемент расположены симметрично плоскости контакта накидной гайки с фланцем, который состоит из двух жестко соединенных между собой частей, образующих внутреннюю сферическую поверхность опоры и плохо обтекаемую в радиальном направлении периферийную поверхность, причем замкнутая полость между фланцем, корпусом и накидной гайкой заполнена маслом под давлением больше атмосферного.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для уплотнения штока штангового насоса в комплектах арматуры устья скважин для добычи нефти.

Одной из причин остановки непрерывного технологического процесса добычи нефти является преждевременный выход из строя сальниковых уплотнительных элементов штанговых насосов, поэтому повышение надежности устройств для уплотнения устьевого штока актульно.

Известно устройство [1] для уплотнения устьевого штока, содержащее корпус и размещенную в нем над пакетом уплотнительных элементов грундбуксу с фланцем, в котором предусмотрен стакан с разнонаправленными резьбами на концах и размещенная в корпусе над пакетом уплотнительных элементов дополнительная грудбукса с фланцем, причем стакан установлен концентрично на корпусе с возможностью вращения и взаимодействует с фланцами грудбукс.

Недостатком этого устройства является то, что при отклонении уплотняемого штока от вертикального положения радиальная нагрузка со стороны штока на уплотнительные элементы оказывается распределенной неравномерно, и на тех участках, где она больше средней происходит интенсивный износ уплотнительных элементов, что снижает долговечность, а следовательно и надежность работы устройства.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является устройство для уплотнения устьевого штока [2], в конструкции которого предусмотрен компенсатор отклонения от соосности оси уплотнительных элементов и оси штока. Устройство содержит корпус, в котором шпильками или накидной гайкой закреплен имеющий возможность перемещения в радиальном направлении до начала работы фланец с размещенной в нем сферической опорой, внутри которой размещаются верхний и нижний уплотнительные элементы, а также уплотнительный элемент сферической опоры.

Недостатком этого устройства является то, что в процессе работы штангового насоса отклонение от соосности оси уплотнительных элементов и оси штанги изменяется, поперечные колебания штанги вызывают неравномерно распределенные динамические нагрузки на уплотнительные элементы и на элементы крепления фланца к корпусу, что приводит к преждевременному износу уплотнительных элементов штанги и сферической опоры снижая таким образом надежность устройства.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности работы устройства для уплотнения устьевого штока штангового насоса для добычи нефти.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известном устройстве для уплотнения устьевого штока, содержащем корпус, в котором образуя замкнутую кольцевую полость накидной гайкой закреплен подвижный в радиальном направлении фланец с размещенной в нем сферической опорой, имеющей внутреннюю сферическую поверхность и охватывающую шток наружную сферу с верхним и нижним сальниковыми уплотнительными элементами штока, а также уплотнительный элемент сферической опоры, верхний и нижний сальниковые уплотнительные элементы штока, сферическая опора и ее уплотнительный элемент расположены симметрично плоскости контакта накидной гайки с фланцем, который состоит из двух жестко соединенных между собой частей, образующих внутреннюю сферическую поверхность опоры и плохо обтекаемую в радиальном направлении периферийную поверхность, причем замкнутая полость между фланцем, корпусом и накидной гайкой заполнена маслом под давлением больше атмосферного.

При оценке соответствия комплекса новых признаков устройства для уплотнения устьевого штока критерию существенные отличия по доступным авторам и заявителю информационным источникам в известных технических решениях признаков, сходных с заявляемыми обнаружить не удалось.

На фиг.1 приведена конструктивная схема устройства для уплотнения устьевого штока, а на фиг.2 - показано поперечное сечение, проходящее через фланец.

Устройство для уплотнения устьевого штока состоит из корпуса 1, в котором образуя замкнутую кольцевую полость 2 накидной гайкой 3 закреплен подвижный в радиальном направлении фланец 4 с размещенной в нем сферической опорой 5, имеющей внутреннюю сферическую поверхность и охватывающую шток наружную сферу с верхним 6 и нижним 7 сальниковыми уплотнительными элементами штока 8, а также уплотнительный элемент 9 сферической опоры 5. Верхний 6 и нижний 7 сальниковые уплотнительные элементы штанги 8, сферическая опора 5 и ее уплотнительный элемент 9 расположены симметрично плоскости контакта накидной гайки 3 с фланцем 4, который состоит из двух жестко соединенных между собой винтами 11 частей, образующих внутреннюю сферическую поверхность опоры и плохо обтекаемую в радиальном направлении периферийную поверхность 10. Для обеспечения герметичности кольцевой полости 2 в устройстве может быть предусмотрено подпружиненное плавающее в осевом направлении кольцо 12. Над уплотнительными элементами 6 и 7 предусмотрено устройство 14 для принудительной смазки штока 8, заполненное консистентной смазкой 15. Замкнутая кольцевая полость 2 между фланцем 4, корпусом 1 и накидной гайкой 3 заполнена маслом под давлением больше атмосферного. Конструктивные элементы для заливки и контроля давления масла условно не показаны. Полость 13 между корпусом 1, фланцем 4, сферической опорой и штоком 8 заполнена рабочей средой (нефтью или водой) под давлением от 4 до 14 МПа.

Устройство для уплотнения устьевого штока работает следующим образом. Его основной функцией является предотвращение утечки рабочей среды из полости 13 в атмосферу, что обеспечивается плотным контактом сальниковых уплотнительных элементов 6 и 7 с имеющим возвратно-поступательное движение относительно корпуса 1 штоком 8. При монтаже устьевого оборудования имеется поперечное и угловое отклонение от соосности расположения штока 8 и ее уплотнительных элементов 6 и 7. В процессе работы величина этого отклонения изменяется вследствие обусловленного природными явлениями смещения отдельных элементов фундамента на котором установлено оборудование, а также наличием зазоров в механизме привода штока 8. Имеют место и поперечные периодические колебания штока 8. Под действием давления рабочей среды фланец 4 постоянно поджат к внутренней торцевой поверхности накидной гайки 3, а так как сферическая опора 5 размещена симметрично плоскости их контакта, радиальная сила, действующая со стороны штока, при этом не вызывает опрокидывающего момента и неравномерности распределения давления в указанной плоскости контакта, что обеспечивает равномерный износ взаимодействующих деталей по всей поверхности их контакта и увеличивает таким образом срок службы устройства, а следовательно его надежность. При симметричном расположении сальниковых уплотнительных элементов 6, 7 и 9 относительно сферической опоры 5, силы, действующие на них, оказываются равными, что обеспечивает их равномерный износ, а следовательно повышает надежность. При поперечных периодических колебаниях штока 8 происходит перетекание масла в кольцевой полости 2 и, за счет того, что периферийная поверхность фланца 4 выполнена плохо обтекаемой, гидравлическое сопротивление повышается [3] и имеет место эффект демпфирования колебаний, что способствует уменьшению динамических нагрузок в сферической опоре 5 и на сальниковые уплотнительные элементы 6 и 7, что также уменьшает их износ и обеспечивает высокую надежность устройства. При использовании устройства на малодебетных нефтяных скважинах, когда периодически полость 13 оказывается не заполнена нефтью, для исключения сухого трения в зоне контакта штока 8 с уплотнительными элементами 6 и 7, производится постоянная смазка штока с помощью смазочного устройства 14, что также обеспечивает требуемую надежность устройства для уплотнения штока.

Таким образом предлагаемая конструкция устройства для уплотнения устьевого штока позволяет исключить неравномерность распределения радиальной нагрузки на сальниковые уплотнительные элементы устройства и уменьшить динамические нагрузки на элементы конструкции, что обеспечивает повышение надежности, увеличивает межремонтный цикл и дает положительный экономический эффект.

Источники информации, принятые во внимание

1. Авторское свидетельство СССР №1382997, МПК Е 21 В 33/00. Устройство для уплотнения устьевого штока /Авт. Р.Д.Джабаров и др., БИО №11, 1988.

2. Паспорт на компенсатор сальника устьевого 613-ООСБ. Министерство топлива и энергетики РФ, 000 "Юго-Камский машиностроительный завод нефтепромыслового оборудования", 2001 г.

3. Каминер А.А., Яхно О.М. Гидромеханика в инженерной практике. - К.: Технiка, 1987, 175 с.