УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА ВИНТОВОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА Российский патент 2003 года по МПК F04B47/00 F16J15/54 

Изобретение относится к области насосостроения, а именно к уплотнительным устройствам вращающихся валов скважинных насосов с поверхностным приводом.

Известно сальниковое уплотнение вращающегося вала насосной установки, состоящее из набора сальниковых набивок, опорной и нажимной втулок, разделительного кольца и масленки (1).

Недостатки устройства:
- необходимость в частом обслуживании уплотнительного узла вследствие увеличения утечек из-за разрушения набивок по причине биения вала;
- необходимость в принудительной смазке уплотнительного узла для предотвращения повышенного его нагрева.

Известно также уплотнение вала скважинного винтового насоса, состоящее из корпуса, сальниковых набивок, манжет и прижимной втулки (2).

Недостатками устройства являются
- значительные эксплуатационные расходы, обусловленные тем, что операции поджатия и замены уплотнений невозможно осуществить без демонтажа и монтажа привода;
- ускоренный износ вала и уплотнительных элементов из-за их нагрева вследствие отсутствия смазки между ними.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уплотнение винтовой насосной установки фирмы "НЕТЦШ", состоящее из цилиндрического корпуса, в котором размещены сальниковые набивки, опорной и нажимной втулок (3).

К основным недостаткам устройства относятся
- значительные эксплуатационные расходы, обусловленные частыми заменами и поджатием сальниковых набивок из-за радиальных биений вала, имеющих место при работе;
- неудовлетворительная экологическая обстановка в зоне расположения насосной установки вследствие утечек пластовой жидкости через сальниковые уплотнения.

Задачей изобретения является создание уплотнения для вала винтового скважинного насоса, имеющего низкие эксплуатационные расходы и обеспечивающего создание нормальной экологической обстановки в процессе эксплуатации насосной установки.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, включающим цилиндрический корпус, соединенный одним концом с опорным патрубком, а другим - с нажимной гайкой; сальниковые набивки, опорные и нажимные втулки.

Новым является то, что оно снабжено стаканом, установленным во внутренней полости опорного патрубка, и центрирующими втулками, охватывающими наружные поверхности опорных и нажимных втулок и сальниковых набивок, причем центрирующие, нажимные и опорные втулки установлены относительно цилиндрического корпуса с зазором, а последние попарно относительно друг друга фиксированы штифтами; сальниковые набивки установлены многорядно и под наклоном к оси вала насоса так, что предыдущая нажимная втулка является опорной втулкой для последующей сальниковой набивки, причем верхнее сечение ее относительно нижней сдвинуто на величину его высоты; торцы опорных и нажимных втулок, обращенных друг к другу, наклонены к оси вала с расходящимися углами к центру, причем углы между нормалью и скошенной поверхностью втулок в любом сечении выполнены одинаковыми; снабжено эластичной манжетой, выполненной в виде втулки с кольцевыми выступами на наружной поверхности, установленной в симметрично расположенных цилиндрических расточках и кольцевых канавках стакана и нижней опорной втулки, а также снабжено плоской дисковой пружиной, взаимодействующей с нажимной гайкой и кольцом скольжения, установленным на верхней нажимной втулке.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

На фиг.2 - сечение по АА фиг.1.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, навинченного на конец опорного патрубка 2 опоры 3 привода (не показан). На патрубок 2 посажен стакан 4. Внутри цилиндрического корпуса 1 размещен узел сальникового уплотнения, включающий опорные и нажимные втулки 5, 6 и 7, между которыми расположены сальниковые набивки 8, последние установлены многорядно и под наклоном к оси вала 9 насоса. Торцы опорных и нажимных втулок, обращенные друг к другу, наклонены к оси вала насоса, причем углы между нормалью и скошенной поверхностью втулок в любом сечении выполнены одинаковыми (α=const). Наружные поверхности опорных и нажимных втулок 5, 6 и 7 и сальниковых набивок 8 охватывают центрирующие втулки 10, причем все они установлены в корпусе 1 с зазором, т.е. с возможностью поперечного перемещения.

На верхней нажимной втулке 7 находится кольцо скольжения 11 из антифрикционного материала, на котором установлена плоская дисковая пружина 12. Последняя поджимается нажимной гайкой 13, соединенной на резьбе с цилиндрическим корпусом 1. Опорные и нажимные втулки 5, 6 и 7 попарно относительно друг друга фиксированы штифтами 14 (фиг.2).

Устройство снабжено эластичной манжетой 15, выполненной в виде втулки с кольцевыми выступами 16 на наружной поверхности, установленной в симметрично расположенных цилиндрических расточках и кольцевых канавках стакана 4 и нижней опорной втулки 5. Между стаканом 4 и опорным патрубком 2 находится уплотнение 17. Продольное сечение сальниковых набивок 8 в любом нормальном сечении сохраняется постоянным.

Работа уплотнения осуществляется следующим образом.

Первоначально сборку узла сальникового уплотнения осуществляют при демонтированном приводе.

Замену сальниковых набивок 8 выполняют в следующем порядке. Отворачивают нажимную гайку 13 и цепляют ее вместе с пружиной 12, кольцом скольжения 11 и верхней нажимной втулкой 7 к приводу. Затем извлекают верхнюю изношенную набивку и вытаскивают втулку 6 и ее также цепляют к приводу. После этого извлекают нижнюю изношенную набивку и на ее место устанавливают заготовку новой сальниковой набивки. Она представляет из себя половинку сальниковой набивки, разделенной по плоскости симметрии с отверстиями под штифты 14. На нее сажают вторую половину по плоскости симметрии так, чтобы разрезы половинок располагались на диаметрально противоположных местах. В дальнейшем сажают втулку 6, потом аналогично устанавливают верхнюю сальниковую набивку, а на нее втулку 7, кольцо 11, пружину 12 и зажимают гайкой 13.

При вращении вала насоса из-за его биения возникают радиальные силы, действующие на сальниковые набивки, которые с поворотом вала меняют свое направление, образуя как бы вращающийся вектор. Под действием этой силы узел сальникового уплотнения (детали 5, 6, 7, 8 и 10) смещается в сторону действия радиальных сил, деформируя манжету 15. Вал совершает колебательное движение.

При работе насоса сила трения между стаканом 4 и втулкой 5 отсутствует или имеет минимальное значение, а между втулкой 7 и кольцом скольжения 11 эта сила определяется выражением

где ρ - рабочее давление;
f - коэффициент трения
и должна отвечать условию Ррад.>Ртр., где
Ррад. - радиальная сила;
Ртр. - сила трения между втулкой 7 и кольцом скольжения 11.

Благодаря тому что сальниковые набивки расположены под углом к оси вала и возможности поперечных колебаний узла сальникового уплотнения, в каждый момент времени с сальниковой набивкой в контакте находится половина поверхности вала насоса, а вторая половина свободна от контакта, что резко улучшает условия смазки контактных поверхностей, обеспечивает равномерный износ и повышает долговечность сальникового уплотнения. Обеспечение постоянного и гарантированного прижима сальниковой набивки сводит к минимуму или исключает совсем утечки добываемой жидкости и тем самым улучшает экологическую обстановку на объекте использования предлагаемого устройства.

Источники информации
1. Аналог. Скважинные насосные установки для воды. Каталог "Молдавгидромаша", ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1973 г.

2. Аналог. Патент РФ 2189448, МКИ F 04 B 47/02, 1999.

3. Прототип. Насосы системы "Немо", проспект фирмы НЕТЦШ, 1995 г.

Устройство предназначено для использования в области насосостроения, в уплотнительных устройствах вращающихся валов скважинных насосов с поверхностным приводом. Устройство включает цилиндрический корпус, в котором с зазором установлен узел сальникового уплотнения, причем сальниковые набивки расположены многорядно и с наклоном к оси вала насоса. Снабжено эластичной манжетой с кольцевыми выступами на наружной поверхности, установленной в расточках стакана и нижней опорной втулки, а также плоской дисковой пружиной, поджимающей сальниковые набивки по мере их износа во время работы насоса. Устройство позволило снизить эксплуатационные расходы и обеспечить нормальную экологическую обстановку на объекте эксплуатации. 2 ил.

Уплотнение вала винтового скважинного насоса, включающее цилиндрический корпус, соединенный одним концом с опорным патрубком, а другим - с нажимной гайкой, сальниковые набивки, опорные и нажимные втулки, отличающееся тем, что оно снабжено стаканом, установленным во внутренней полости опорного патрубка, центрирующими втулками, охватывающими наружные поверхности опорных и нажимных втулок, и сальниковых набивок, причем центрирующие, нажимные и опорные втулки установлены относительно цилиндрического корпуса с зазором, а последние попарно относительно друг друга фиксированы штифтами, сальниковые набивки установлены многорядно и под наклоном к оси вала насоса так, что предыдущая нажимная втулка является опорной втулкой для последующей сальниковой набивки, причем верхнее сечение ее относительно нижней сдвинуто на величину его высоты, торцы опорных и нажимных втулок, обращенные друг к другу, наклонены к оси вала с расходящимися углами к центру, причем углы между нормалью и скошенной поверхностью втулок в любом сечении выполнены одинаковыми, снабжено эластичной манжетой, выполненной в виде втулки с кольцевыми выступами на наружной поверхности, установленной в симметрично расположенных цилиндрических расточках и кольцевых канавках стакана, и нижней опорной втулки, а также снабжено плоской дисковой пружиной, взаимодействующей с нажимной гайкой и кольцом скольжения, установленным на верхней нажимной втулке.