Амортизатор насосной штанговой колонны Советский патент 1985 года по МПК E21B17/07 

IE1--.A tKr-ii

Изобретение относится к глубинно-насосному оборудованию, в частности к элементам штанговых колонн насосных установок, предназначенных для подъема пластовой жидкости из скважин. Известен амортизатор насосной штанговой колонны, включаюш,ий корпус с выступами на внутренней поверхности, концентрично размешенную в нем тягу с выступами на наружной поверхности и установленные между выступами тяги и корпуса упругие элементы в виде образованных тарельчатыми пружинами секций, между которыми установлены плоские ограничительные шайбы 1. Однако при выполнении ограничительных шайб плоскими не исключена вероятность деформации тарельчатых пружин (под действием пиковых нагрузок) на величину, равную высоте их внутреннего корпуса. При такой величине деформации пружины работают в зоне упругопластических деформаций, в пружинах возникают пластические остаточные деформации, и в результате между пружинами упругого элемента и выступами тяги и корпуса появляется зазор, допускающий свободный ход тяги относительно корпуса амортизатора. Появление свободного хода тяги относительно корпуса приводит к возникновению дополнительных ударных нагрузок в процессе работы колонны штанг. В результате действия ударных нагрузок упругие элементы преждевременно выходят из строя, в частности из-за поломки тарельчатых пружин, что снижает долговечность амортизатора. Наиболее близким к предлагаемому является амортизатор насосной штанговой колонны, содержаший корпус с выступами на внутренней поверхности, концентрично размещенную в нем тягу с выступами на наружной поверхности, установленные между выступами тяги и корпуса упругие элементы в виде образованных тарельчатыми пружинами секций и установленные для взаимодействия с ними ограничительные шайбы 2. Однако нагрузочная способность тарельчатых пружин и амортизатора в целом ограничена. Это связано с тем, что каждая тарельчатая пружина выполняет амортизационные функции только в пределах нагрузки, при которой деформация тарельчатой пружины не превышает величины ее максимально допустимой рабочей деформации. При дальнейшем увеличении нагрузки, действующей на штанговую колонну, все тарельчатые пружины, плотно соприкасаясь с конусной торцовой поверхностью ограничительных шайб, работают как абсолютно жесткое тело, т. е. не выполняют амортизационных функций. Кроме того, круговая линия контакта между тарельчатой пружиной и ограничительной шайбой либо неподвижна (в случае, когда наружный диаметр ограничительной шайбы меньше или равен наружному диаметру тарельчатой пружины), либо перемещается на незначительную величину (менее 2 мм) по конусной поверхности ограничительной щайбы в сторону ее наружного диаметра (в случае, когда наружный диаметр ограничительной шайбы больше наружного диаметра таральчатой пружины). При этом величина деформации тарельчатой пружины, взаимодействующей с ограничительной шайбой с конусной торцовой поверхностью, пропорциональна величине восприни.маемой пружиной нагрузки. Величина жесткости и нагрузной способности тарельчатых пружин, взаимодействующих с ограничительными шайбами с конусными торцовыми поверхностями, равна величине жесткости и нагрузочной способности аналогичных тарельчатых пружин, взаимодействующих с плоскими ограничительными шайбами. Цель изобретения - повышение нагрузочной способности амортизатора при одновременном обеспечении работы упругих элементов в области упругих деформаций. Указанная цель достигается тем, что в амортизаторе насосной штанговой колонны, содержащем корпус с выступами на внутренней поверхности, концентрично размещенную в нем тягу с выступами на наружной поверхности, установленные между выступами тяги и корпуса упругие элементы в виде образованных тарельчатыми пружинами секций и установленные для взаимодействия с ними ограничительные шайбы, торцовые поверхности каждой ограничительной шайбы выполнены в виде выпуклой поверхности вращения. Выпуклые поверхности вращения ограничительных щайб имеют параболическую форму. На фиг. I показан амортизатор, общий вид; на фиг. 2 - ограничительная шайба и тарельчатая пружина без нагрузки, продольный разрез; на фиг. 3 - то же, под рабочей нагрузкой; на фиг. 4 - то же, при максимальной допустимой рабочей деформации пружины. Амортизатор насосной колонны содержит корпус 1 с выступами на внутренней поверхности, концентрично размещенную в нем тягу 2 с выступами на наружной поверхности и установленные между выступами корпуса и тяги упругие элементы в виде сек,ций (фиг. 1). Наружные секции образованы, например, двумя тарельчатыми пружинами 3. В каждой секции для взаимодействия с пружинами 3 установлены ограничительные шайбы 4 с отверстиями 5. Ось отверстия 5 совпадает с осью тяги 2 и корпуса 1. Торцовая поверхность каждой ограничительной щайбы 4 выполнена в виде выпуклой поверхности вращения, имеющей параболическую форму. Эта поверхность образована путем вращения части ветви параболы вокруг ее оси, проходящей через ось тяги 2. Амортизатор работает следующим образом. Под действием растягивающих или сжимающих нагрузок, действующих на колонну щтанг, пружины 3 деформируются. При этом происходит изменение таких линейных параметров, как уклон тарельчатой пружины 3 и диаметр круговой линии контакта пружины 3 с шайбой 4. Круговая линия контакта поверхностной пружины 3 и щайбы 4 перемещается по всей образующей концевой поверхности пружины 3 и выпуклой поверхности шайбы 4 в процессе изменения нагрузки на амортизатор. Так как круговая линия контакта между поверхностями пружины 3 и шайбы 4 перемещается в сторону оси амортизатора по мере увеличения деформации пружины 3, то рабочий диаметр пружины 3 уменьшается, а жесткость-пружины 3 соответственно увеличивается, т. е. упругие свойства пружины 3 по мере ее деформации изменяются. Чем больше величина деформации тарельчатой пружины 3, тем выше ее жесткость, а значит и ее нагрузочная способность. При достижении максимально допустимой рабочей деформации пружины 3 (фиг. 4) внутренняя конусная поверхность тарельчатой пружины прилегаетк поверхности ограничительной шайбы 4 у отверстия 5. При этом пружина 3 перестает выполнять амортизационные функции и работает совместно с шайбой 4 как жесткое тело, не деформируясь при дальнейшем увеличении нагрузки. В предлагаемом амортизаторе для деформации пружины 3 на величину, равную максимально допустимой рабочей деформации, требуется приложить нагрузку, существенно превыщающую усилие, потребное для создания максимально допустимой рабочей деформации аналогичной тарельчатой пружины, взаимодействующей с конусной ограничительной щайбой. При разгружении секций тарельчатых пружин 3 линия контакта перемещается в сторону внешнего диаметра шайбы 4 и пружины 3. Рабочий диаметр пружины 3 увеличивается, а жесткость пружины уменьшается. Подобное изменение жесткости пружин 3 в процессе работы приводит к тому, что нагрузочная способность как отдельных пружин, так и самих секций возрастает. Вследствие этого повышается и нагрузочная способность амортизатора в целом. При использовании предлагаемого устройства снижается расход материалов на восстановление амортизаторов, сокращаются затраты на спуско-подъемные операции колонны штанг для ремонта, а также увеличивается объем текущей добычи нефти.

1. АМОРТИЗАТОР НАСОСНОЙ ШТАНГОВОЙ КОЛОННЫ, содержащий корпус с выступами на внутренней поверхности, концентрично размещенную в нем ВСЕСОЮЗВД I «ч UATEHTHO- ТЕХНЙЧЕШму; I БНБЛИОТША I F ;3DRb:saBbti:&s:ii тягу с выступами на наружной поверхности, установленные между выступами , тяги и корпуса упругие элементы в виде образованных тарельчатыми пружинами секций и установленные для взаимодействия с ними ограничительные шайбы, отличающийся тем, что, с целью повышения нагрузочной способности амортизатора при одновременном обеспечении работы упругих элементов в области упругих деформаций, торцовые поверхности каждой ограничительной шайбы выполнены в виде выпуклой поверхности враш.ения. 2. Амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что выпуклые поверхности вращения ограничительных 1иайб имеют параболическую форму. G eg «SEIIE 4i.