ПЛУНЖЕР СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА Российский патент 1997 года по МПК F04B47/02 F04B53/14 

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к скважинным штанговым насосам, а именно, к их плунжерам и может быть использовано в нефтяной и газовой отраслях при добыче маловязкой нефти из глубоких скважин с низким динамическим уровнем.

Известны плунжеры глубинных штанговых насосов, выполненные из полого стержня с нанесенными кольцевыми канавками на наружной поверхности для обеспечения дополнительного уплотнения зазора между контактирующими поверхностями плунжер-цилиндр (Насосы скважинные нефтяные и опоры замковые к ним. Технические условия. ОСТ 26-16-06-86 ст.8 п.1.6).

Недостатком известных плунжеров является то, что при повышенной непрямолинейности плунжера или канала цилиндра, полученных в процессе их изготовления, не обеспечивается собираемость плунжера с цилиндром при допустимом зазоре между рабочими поверхностями, обеспечивающими необходимую компрессию.

Известен плунжер скважинного насоса (авт. св. СССР N 1137241, F 04 B 47/02, 21/04), содержащий стержень с размещенными на нем с зазором втулками, которые разделены между собой разъединителями, установленными между торцами соседних втулок, и уплотнители в виде упругих колец.

Уплотнители установлены в кольцевых канавках, образованных фасками, выполненными на встречных торцах втулок и торцами разъединителей. Упругие кольца обеспечивают уплотнение между втулками и стержнем, и центрирование втулок относительно стержня.

При прохождении плунжера через непрямолинейную часть цилиндра, благодаря имеющимся зазорам между втулками и стержнями и между торцами втулок и разъединителями, втулки самоустанавливаются по изогнутой поверхности цилиндра и обеспечивают проходимость плунжера в цилиндре.

Этот плунжер, как наиболее близкий по технической сути, взят авторами за прототип.

Недостатком известного плунжера является то, что при ходе плунжера вверх поднимающийся столб жидкости (нефти) давит на втулки, которые смещаются относительно стержня вниз, сжимают при этом упругие уплотнительные кольца, выбирают имеющийся зазор между торцами втулок и разъединителями, что в результате ограничивает возможность самоустановки втулок по искривленному отверстию цилиндра. Кроме того, с каждым подъемом и опусканием плунжера в цилиндре насоса втулки совместно с разъединителями и уплотнительными кольцами, будут перемещаться вдоль стержня на суммарную величину зазоров между торцами втулок и разъединителей, что приведет к быстрому износу уплотнительных колец.

Задачей разработки предлагаемого технического решения является создание конструкции втулочного варианта плунжера скважинного штангового насоса, позволяющего получить технический результат, заключающийся в обеспечении надежного самоустанавливания втулок, по искривленному каналу цилиндра и плавное перемещение плунжера в цилиндре при допустимом оптимальном зазоре, обеспечивающим необходимую компрессию с одновременным увеличением ресурса работы насоса.

Технический результат достигается тем, что на торцах втулок выполнены наружные сферические поверхности, а разъединитель выполнен в виде втулки с кольцевой канавкой внутри под уплотнительное кольцо и внутренними конусами или сферическими поверхностями на торцах, при этом, плунжер дополнительно снабжен упругим элементом, например, пружиной сжатия, установленной на стержне между верхней упорной муфтой и разъединителем.

Такое техническое решение обеспечивает легкое и плавное поворачивание втулок на величину зазора между внутренним диаметром втулки и наружным диаметром стержня вокруг центра сферической поверхности, выполненной на торцах втулок при прохождении плунжера через искривленную часть цилиндра, при этом беззазорное сопряжение сферических торцов втулок с разъединителями, исключает возможность перемещения втулок относительно стержня, что увеличивает долговечность уплотнительных колец.

На фиг. 1 изображен предлагаемый плунжер; на фиг. 2 узел I на фиг. 1.

Плунжер скважинного штангового насоса содержит стержень 1, на котором размещены с зазором S втулки 2 и разъединитель 3. Зазор S между втулкой 2 и стержнем 1 определяется из расчета предполагаемой возможной кривизны цилиндра. Втулки 2 и разъединители 3 через упругий элемент 4, например, пружину, стянуты между собой упорными муфтами: нижней муфтой 5 и верхней муфтой 6. Пружина 4 установлена между верхней муфтой 6 и разъединителем 7.

На торцах втулок 2 выполнены наружные сферические поверхности 8 с радиусом R, определяемым по формуле:

где: d внутренний диаметр втулки 2 мм
L длина втулки, мм.

На торцевых поверхностях разъединителей 3 выполнены внутренние конуса или сферические поверхности 9 с радиусом не менее радиуса сферических поверхностей втулок 2. На разъединителях 7 выполнен внутренний конус только на одном торце, со стороны втулки 2. На внутреннем диаметре разъединителей 3 и 7 выполнены кольцевые канавки 10 под уплотнительные кольца 11.

Плунжер работает следующим образом. При прохождении плунжера через искривленную часть цилиндра (на чертеже не показан), втулки 2 своими сферическими поверхностями 8 свободно поворачиваются между разъединителями 3 до величины зазора S и самоустанавливаются по каналу цилиндра, при этом, благодаря постоянно действующему усилию пружины 4 не нарушается контакт сопрягаемых поверхностей 8 и 9, что исключает возможность утечки жидкости при ее подъеме через контактирующие поверхности.

Уплотнительные кольца 11 установленные в кольцевых канавках 10 разъединителей 3 и 7 служат для уплотнения зазора по стержню 1 на тот случай, если по каким то непредвиденным причинам произойдет утечка жидкости между контактирующими поверхностями 8 втулки 2 и сферической поверхностью разъединителя 3.

Такое техническое решение обеспечивает надежное самоустанавливание втулок, как по прямому, так и по искривленному каналу цилиндров с плавным перемещением плунжера в цилиндре при обеспечении заданной компрессии и долговечности насоса.

Использование: в гидромашиностроении, скважинных штанговых насосах. Сущность изобретения: содержит стержень 1, на котором размещены с зазором втулки 2, с выполненными на торцах наружными сферическими поверхностями, и разъединители 3. На торцевых поверхностях разъединителей выполнены внутренние конусы или сферические поверхности 9 с радиусом, не менее радиуса сферических поверхностей втулок 2. Втулки 2 и разъединители 3 стянуты между собой упорными муфтами 5 и 6 через упругий элемент 4, например, пружину. На внутреннем диаметре разъединителей 3 и 7 выполнены кольцевые канавки 10 под уплотнительные кольца 11. 2 ил.

Плунжер скважинного штангового насоса, содержащий стержень с установленными на нем с зазором втулками и разъединителями, расположенными между торцами соседних втулок, верхнюю и нижнюю упругие муфты и уплотнительные кольца, размещенные в кольцевых канавках, отличающийся тем, что на торцах втулок выполнены наружные сферические поверхности, а разъединители выполнены в виде втулок с кольцевой канавкой внутри под уплотнительное кольцо и внутренними конусами или сферическими поверхностями на торцах, при этом плунжер дополнительно снабжен упругим элементом, например пружиной сжатия, установленной на стержне между верхней упорной муфтой и разъединителем.