УПЛОТНЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ КОЛОННЫ В УСТЬЕВОЙ АРМАТУРЕ Российский патент 1997 года по МПК F16J15/18 

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к манжетам уплотнения с пластической набивкой, применяемых в устьевой арматуре для нефтегазодобывающей промышленности.

Известен узел уплотнения рабочих поверхностей гидроцилиндра, содержащий установленную в расточке V-образную манжету, защитное металлическое кольцо, состоящее из 2-х разрезных, соприкасающихся общей конусной поверхностью под ∠45^° двух частей его.

Недостатком данного уплотнения является установка колец с натягом.

Известен узел уплотнения технической колонны устьевой арматуры, содержащий кольцевую камеру, манжету, пластичную набивку, защитные металлические разрезные кольца с прямым разрезом. Недостатком данного уплотнения является недостаточная надежность.

Задачей данного изобретения является повышение надежности при высоких давлениях путем исключения выдавливания в зазор кромок манжеты.

Указанная задача достигается наличием разреза у металлических защитных колец, выполненного в двух наклонных плоскостях, причем толщина кольца и ширина паза находятся в следующей зависимости от углов наклона плоскостей паза:

где S толщина кольца;
h ширина паза;
W момент сопротивления поперечного сечения манжеты, проходящего по ширине паза;
[σ_и] предел текучести при изгибе материала манжеты;
q давление пластичной набивки;
α угол наклона паза кольца;
b угол сборки замка кольца;
T технологический размер, обусловленный радиусом притупления кромки;
K коэффициент превышения величины перекрытия ступеней замка кольца над разницей между длинами окружностей;
d_max максимальный диаметр технической колонны;
d_min минимальный диаметр технической колонны.

На фиг.1 изображена устьевая арматура с уплотнением технической колонны; на фиг. 2 элемент Д; на фиг.3 элемент А; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 сечение В-В (только кольцо 15) на фиг.4; на фиг.6 элемент Г только кольца 15.

Устьевая арматура, состоящая из кондукторной трубы 1, колонной головки 2, технической колонны 3, узла клиновой подвески 4, уплотнительного кольца 5, насосно-компрессорной трубы 6, катушки 7, внутри которой находятся два манжетных уплотнения технической колонны 3. Каждое манжетное уплотнение имеет кольцевую камеру 8, соединенную с атмосферой каналом нагнетания 9 и каналом дренажа 10, в которых находится пластичная набивка 11. Канал нагнетания закрывается пробкой 12. Канал дренажа закрывается пробкой 13. В кольцевой камере 8 расположена манжета 14. В крайних канавках по внутреннему диаметру манжеты 14 расположены два кольца 15. Техническая колонна 3 имеет номинальный диаметр d и на верхнем торце выполнена фаска C₁. Кольцо 15 в свободном состоянии имеет внутренний диаметр D₁, соответствующий D₁ d_min + 5% и фаски C₂. Катушка 7 имеет внутренний диаметр D₂, соответствующий D₂= d_max+5% Между диаметром D₂ и диаметром d образуется зазор. Кольцо 15 имеет паз, выполненный под ∠α, предназначенный для образования перекрытия между ступенями замка. Паз также выполнен под ∠β, предназначенный для уменьшения диаметра кольца за счет перемещения одной ступени внутри кольца при сборке уплотнения. Минимальная ширина паза h_min изготавливается при внутреннем диаметре D₁. Внутренний диаметр манжеты 14 в свободном состоянии соответствует диаметру D₁. При сборке устьевой арматуры технологическая колонна 3 входит внутрь манжет 14 и колец 15 за счет наличия фасок C₁ и C₂. Пластичнатая набивка 11, используемая в уплотнении, представляет собой пластичную жидкостную однородную по составу массу, которой может быть, например, паста СУ-1 ТУ 6-02-1-783-93. Уплотнение технической колонны в устьевой арматуре работает следующим образом.

При снятых заглушках 12 и 13, в канал 9 с помощью насоса (не показан) подают пластичную набивку 11 до тех пор, пока не вытеснится воздух из канала 9, кольцевой камеры 8 и канала 10. При появлении пластичной набивки 11 во входном отверстии канала 10 его закрывают пробкой 13. Затем с помощью насоса производят первичное нагнетание рабочего давления q пластичной набивки 11. При этом манжета 14 обжимает техническую колонну 3, а также поджимает к ней кольца 15, которые предохраняют выдавливание материала манжеты в зазор d за счет наличия перекрытия между ступенями замка кольца, обеспечиваемого углом ∠α. Под действием давления q материал манжеты начинает изгибаться (вспучиваться) в пазу h. Для предотвращения хладотекучести материала манжеты в пазу h, его размер рассчитывается исходя из значений предела текучести при изгибе материала манжеты, размеров самой манжеты и давления пластичной набивки в кольцевой камере 8.

Испытав герметичность уплотнения, убирают давление в кольцевой камере 8, отсоединяют насос и вновь создают требуемое давление посредством приложения крутящего момента к пробке 12.

Применение предлагаемой конструкции позволит улучшить условия работы уплотнения технической колонны, ее долговечность, возрастает диапазон давлений, при которых может работать уплотнение. Повышение надежности герметизации уплотнения продлевает межремонтное время при эксплуатации устьевой арматуры.

Использование: изобретение относится к манжетным уплотнениям с пластичной набивкой, применяемым в устьевой арматуре для нефтегазодобывающей промышленности. Сущность изобретения: уплотнение содержит манжету 14, расположенную в кольцевой камере 8, по внутреннему диаметру которой расположены два защитных металлических разрезных кольца 15, имеющих паз, выполненный в двух наклонных плоскостях под ∠α и ∠β. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Уплотнение технической колонны в устьевой арматуре, содержащее кольцевую камеру с расположенной в ней манжетой, имеющей два защитных металлических разрезных кольца и пластичную набивку, отличающееся тем, что разрез защитных колец выполнен в двух наклонных плоскостях с шириной паза, определяемой зависимостью

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что толщина защитных колец определяется из соотношения

где S толщина защитного кольца;
h ширина разреза защитного кольца;
W момент сопротивления поперечного сечения манжеты, проходящего по ширине разреза;
[σ_и]- предел текучести при изгибе материала манжеты;
q давление пластичной набивки;
α - угол наклона разреза кольца;
β - угол сборки замка кольца;
Т технологический размер, обусловленный радиусом притупления кромки;
K коэффициент превышения величины перекрытия ступеней замка кольца над разницей между длинами окружностей;
d_m a x максимальный диаметр технической колонны;
d_m i n минимальный диаметр технической колонны.