Плунжер скважинного насоса Советский патент 1992 года по МПК F04B47/02 F04B21/04 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к насосо- строению, и может быть использовано для плунжеров скважинных насосов.

Известен плунжер скважинного насоса, содержащий выполненные на наружной цилиндрической поверхности параллельные ряды углублений, в каждом из которых установлен упруго поджатый уплотнительный элемент.

Недостатком этой конструкции плунжера являются малые сроки и надежность работы из-за быстрого износа уплотнительных элементов, особенно в цилиндрах с повышенной шероховатостью поверхности, поскольку уплотнительные элементы выполнены из эластичных материалов.

Известен также плунжер скважинного насоса, содержащий корпус в виде трубчатого элемента, параллельные ряды углублений, расположенные изолированно друг от друга с перекрытием относительно соседних рядов и установленные в углублениях с возможностью упругого поджатия уплотнительные элементы, связанные между собой по наружной поверхности посредством ограничительного кольца, трубчатый элемент снабжен установленными на нем шайбами и набором втулок, каждая втулка которого расположена между двумя соседними шайбами, а углубления выполнены на каждой втулке и имеют форму продольных пазов, причем перекрытие соседних рядов углублений относительно друг друга образовано смещением упомянутых пазов по окружности.

Недостатком известного плунжера является то, что уплотнительные элементы,

VI

СП Сл) О

N

вязанные между собой по наружной поверности посредством ограничительного ольца, имеют ограничение в радиальном еремещении, что препятствует полной геретизации в паре плунжер-цилиндр, Суще- твенным недостатком известной конструкции плунжера является то, что в процессе эксплуатации зазоры между уп- отнительными элементами плунжера забиваются мехпримесями и парафином, что акже негативно сказывается на герметизации зазора в паре плунжер-цилиндр.

Цель изобретения - повышение долговечности путем обеспечения возможности компенсации износа пары плунжер-цилиндр, повышение возможности работы в цилиндрах с повышенной шероховатостью поверхности.

Поставленная цель достигается за счет того, что плунжер скзажинного насоса содержит секции со средствами уплотнения, которые установлены с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуча, уплотнительный элемент каждой секции выполнен в виде эластичного кольца, втулка выполнена резрезной и снабжена на сторонах, обращенных к шайбам, участками внутренней конической поверхности, а каждая шайба снабжена участком наружной конической поверхности для сопряжения с соответствующим участком внутренней конической поверхности втулки, при этом пружины охватывают корпус и установлены между упорами и секциями.

На фиг. 1 представлена предлагаемая конструкция плунжера (а - положение уп- лотнитёльных элементов при ходе вверх, б - то же, при ходе вниз); на фиг. 2 - шайба (стрелкой А показана наружная поверх: ность взаимодействия с разрезной втулкой); на фиг. 3 - разрезная втулка (стрелкой Б показана внутренняя поверхность взаимодействия с шайбами, стрелкой В - фигур- ная выемка для размещения в ней кольцевого уплотнительного элемента); на фиг. 4 - кольцевой уплотнительный элемент.

Предлагаемый плунжер скважинного насоса содержит полый корпус 1, секцион- но выполненные уплотнительныеузлы, каждый из которых включает верхнюю 2 и нижнюю 3 шайбы, верхние 4 и нижние 5 разрезные втулки, кольцевой уплотнительный элемент 6, осевой механизм подпружи- нивания, состоящий из отдельных пружин 7 заданной жесткости, и опору 8. В нижней части полого корпуса 1 смонтирован нагнетательный клапан 9, а в верхней - соединительная муфта 10 для соединения полого корпуса 1 с тяговым органом 11.

Плунжер скважинного насоса работает следующим образом.

В начале хода плунжера вверх (фиг. 1а),

после того, как закончилось линейное удлинение тягового органа 11, нагнетательный клапан 9 закрывается, а всасывающий клапан открывается (не показан), начинается

0 процесс всасывания скважинной жидкости в цилиндр насоса и, одновременно, подъем жидкости, поступившей в надплунжерную полость насоса в предыдущем цикле, на устье. Во время движения плунжера вверх на

5 него начинает действовать нагрузка от веса столба жидкости, находящейся в надплун- жерной полости. Под действием этой нагрузки секционно выполненные уплотнительные элементы начинают пере0 мещаться вниз, сжимая пружины 7. Причем процесс передачи нагрузки от секции к секции является продолжительным во времени, что объясняется следующим.

Нагрузка от веса столба жидкости дей5 ствует на верхнюю шайбу 2 и верхнюю разрезную втулку 4, которые, в свою очередь, через кольцевой уплотнительный элемент 6 действуют на нижнюю разрезную втулку 5 и нижнюю шайбу 3. В результате этой цепоч0 ки взаимодействий кольцевой уплотнительный элемент 6 прижимается к внутренней стенке цилиндра насоса, разрезные втулки

4и 5 (и верхние, и нижние) своей торцовой частью также прижимаются к внутренней

5 стенке цилиндра насоса, а вся секция продолжает перемещаться вниз, сжимая пружину 7 и следующую секцию уплотнительного узла. Разрезные втулки 4 и

5прижимаются к внутренней стенке цилин- 0 дра насоса за счет сил, возникающих в результате взаимодействия конических поверхностей шайб 2 и 3 с коническими поверхностями разрезных втулок 4 и 5. После того, как все пружины 7 сожмутся и

5 уплотнительные элементы загерметизируют зазор в цилиндре насоса, суммарная осевая нагрузка передается на опору 8 и плунжер в сжатом состоянии поднимается вверх.

0 В начале хода плунжера вниз (фиг, 16), после снятия нагрузки с тягового органа 11, последний вместе с плунжером за счет собственного веса- начинает движение вниз. При этом нагнетательный клапан 9 открыва5 ется, а всасывающий клапан закрывается (не показан), начинается процесс нагнетания скважинной жидкости из цилиндра насоса в надплунжерную полость насоса. Во время этого цикла нагрузка от веса столба жидкости, действующая на плунжер во время хода вверх, снимается и секции уплотни- тельных узлов под действием сил упругости пружин 7 перемещаются вверх относительно полого корпуса 1. При этом шайбы 2 и 3, разрезные втулки 4 и 5 раздвигаются, а кольцевой уплотнительный элемент 6 занимает исходное положение. В результате зтого появляется зазор в паре плунжер-цилиндр, вследствие чего плунжер опускается без сопротивления движению со стороны сил трения о стенку цилиндра, т.е. при ходе плунжера вниз исключается трение уп- лотнительных узлов плунжера о стенку цилиндра.

Применение плунжера предлагаемой конструкции позволяет исключить применение постоянно нагруженных пружин и постоянного контакта герметизирующих элементов со стенкой цилиндра насоса, что повышает срок службы и надежность работы плунжера в цилиндрах с повышенной шероховатостью поверхности.

В предлагаемом плунжере износ уплот- нительных элементов происходит лишь при ходе плунжера вверх, так как только в это время разрезные втулки 4 и 5 и кольцевой уплотнительный элемент 6 прижимаются к внутренней стенке цилиндра насоса, причем износ торцовых поверхностей разрезных втулок 4 и 5 и кольцевого уплотнительного элемента 6 происходит равномерно. Помимо этого, применение плунжера предлагаемой конструкции обеспечивает плавное нараста: ivie нагрузки в тяговом органе 11 при ходе вверх ввиду того, что плунжер обладает демпфирующими

свойствами, что благоприятно сказывается на работе тягового органа 11, поскольку рез ко снижаются динамические нагрузки в его опасных сечениях и, в первую очередь, в точке подвеса.

Формула изобретения

Плунжер скважинного насоса, содержащий трубчатый корпус с нагнетательным клапаном и двумя упорами на наружной поверхности с размещенными между ними средствами уплотнения в виде последова- тельнб расположенных секций, каждая из

которых включает установленную между двумя шайбами втулку с расположенным из ее наружной поверхности дополнительным элементом и пружину для поджатия послед него к стенке цилиндра, отличающийс я тем, что, с целью повышения долговечности путем обеспечения возможности компенсации износа пары плунжер-цилиндр, секции со средствами уплотнения установлены с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса, уплотнительный элемент каждой секции выполнен в виде эластичного кольца, втулка выполнена разрезной и снабжена на сторонах, обращенных к шайбам, участками внутреиней конической поверхности, а каждая шайба снабжена участком наружной конической поверхности для сопряжения с соответствующим участком внутренней конической поверхности втулки, при этом

пружины охватывают корпус и установлены между упорами и секциями.

Сущность изобретения: между двумя упорами на наружной поверхности трубчатого корпуса с нагнетательным клапаном размещены средства уплотнения в,виде последовательно расположенных секций. Каждая из секций содержит установленную между двумя шайбами втулку с расположенным на ее наружной поверхности дополни- тельным элементом и пружину для поджатия элемента к стенке цилиндра. Секции имеют возможность ограниченного осевого перемещения относительно корпусАч Уплотнительный элемент каждой секции выполнен в виде эластичного кольца, втулка - разрезной и снабжена на сторонах, обращенных к шайбам, участками внутренней конической поверхности. Каждая шайба снабжена участком наружной конической поверхности для сопряжения с соответствующим участком внутренней конической поверхности втулки. Пружины охватывают корпус и установлены между упорами и секциями. 4 ил. СО

Фи&1

Фиг. 2 х

@$sr

,

Фиг.З

В

Фиг Л