Уплотнительное устройство штока поршневого насоса Советский патент 1979 года по МПК F04B47/02 F16J15/40 

1

Изобретение относится к уплотнениям, а именно к устройствам для уплотнения П1токов поршневых насосов, и .может быть исполь зоваио для уплотнения штока игтанговой глубиннонасосной установки для добычи нефти.

Известно уплотнение штока насоса, содержащее уплотнительную набивку, размещенную в резиновой втул.ке, закрештенной по копца.м в корпусе и обжимаемую вокруг штока действием жидкости, подводи.мой в кольцевую камеру с наружной стороны втулки из цилиндра насоса (1).

Однако подвод жидкости для обжима набивки из цилиндра насоса не позволяет достигнуть высокой надежности уплотнения, так как контакгное давление между штоком и набивкой не превышает давления уилотняемой жидкости.

Наиболее близки.м к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для уплотнения штока поршневого насоса, имеющее корпус, кольцевую полость вокруг Н1тока, заполняемую уплотняющей средой. В этом устройстве с целью создания в кольцевой полости давления уплотняющей среды, равного или превьилающего давлепие перекачиваемой жидкости, применен подппточн1)1Й насос, выкид которого сообщен с кольцевой полостью, два сливпых трубопровода с редукционным клапапо.м, сообщенным канало.м с нри-емом нодпиточногО насоса, а трубопровод д,1я подачи уплотняющей среды снабжен обратным клапаном |2|.

Указанное устройство с. по конструкции, так как содержит несколько трубопроводов с регулпруюп1ей и запо)ной арматурой, специа,И1Ный привод подгшточного насоса, емкость д,1я слива уплотняющей среды, са,1ьник для предотвраи1е)1ия утечек уплотняющей среды из кольцевой кахеры в атмосферу и цилиндр насоса. Больиюе чис,40 соединений. находянл1.чся под давлением, превыщающим давление уплотняемой среды, снижает надежность рабогы устройства, а выполнение нлтока с ко.чьцевой проточкой не позволяет примепять устройство для установок с большой д,1иной .хода, нанример для штанговой глубипнонасосной установки, так как в этом случае длина проточки должна быть больше длнны хода, что ведет к неоправ.тапному уве,П1ченпю длины узла уплотнения.

Целью изобретения является повышение надежности устройства и увеличение длины хода штока.

Цель достигается тем, что в уплотнительном устройстве подпиточный насос и редукционный клапан размеа1ены в кольцевой полости корпуса над уплотнителем, причем шток снабжен толкателем для взаимодействия с рабочим органом подпиточного насоса, а в корпусе выполнена дополнительная кольцевая полость, сообщенная с приемом подпиточного насоса.

Благодаря такому выполнению устройства, длина хода штока не ограничивается и отпадает необходимость в специальном приводе подпиточного насоса, соединительных трубопроводах, запорной арматуре, емкости для слива уплотняюшей среды, сальниках для предотвращения утечек из кольцевой камеры, значительно сокращается число соединений, находящихся под избыточным давлением, превышающим давление уплотняемой среды.

На фиг. 1 изображен продольный разрез уплотнительного устройства штока поршневого насоса; на фиг. 2 - нижняя часть устройства по фиг. 1; на фиг. 3 - узел на фиг. 1.

Уплотнительное устройство штока штанговой глубиннонасосной установки содержит корпус, состоящий из двух частей 1 и 2. В нижней части 2 корпуса размещена эластичная мембрана 3, внутри которой вокруг штока 4 расположен уплотнитель 5, например стружка фторопласта с графитом. Эластичная мембрана закреплена по концам в корпусе при помощи втулок б и 7, поджимаемых соответственно верхней частью 1 корпуса и гайкой 8. Первоначальный поджим уплотнителя осуществляется при помощи грундбуксы 9 и накидной гайки 10. Над уплотнителем в верхней части корпуса размещен подпиточный насос, включающий в себя цилиндр 11, рабочий орган 12, пружину 13, всасывающий клапан 14. Выкид 15 подпиточного насоса сообщен с выполненной в корпусе кольцевой полостью 16. Всасывающий клапан 14 сообщен через каналы 17 и 18с цилиндром 11, а нагнетательный клапан 19 сообщен каналами 20 и 21 соответственно с цилиндром 11 насоса и с кольцевой полостью 16, которая, в свою очередь, через каналы 22 сообщена полостью 23, образованной наружной поверхностью мембраны 3 и внутренней поверхностью нижней части корпуса.

В корпусе выполнена дополнительная кольцевая полость 24, сообщенная с приемом 25 подпиточного насоса. Кольцевая полость 16 через канал сообщена также с приемом редукционного клапана 26, размещенного в отверстии 27 верхней части корпуса. Выкид этого клапана через канал 28, выполненный в регулировочной, гайке 29, и отверстие 30 сообщен с кольцевой полостью 24, а следовательно, и с приемом 25 подпиточного насоса. В корпусе выполнен также канал 31, перекрываемый пробкой 32, а отверстие 30 имеет место 33 для установки пробКи 34. На штоке 4 установлен толкатель 35, который благодаря цанговому зажиму 36,-зажимаемому гайкой 37, может быть закреплен на любом участке щтока. Ход рабочего органа 12 вверх ограничен гайкой 38. В

верхней части корпуса выполнена присоединительная резьба 39.

В рабочем положении устройство устанавливается в скважине на необходимой глубине (в зависимости от длины хода) при помощи трубы, добываемая продукция

скважины движется в обход уплотнительного устройства по колонне труб, подвешенной на устье скважины концентрично уплотнению. Дополнительная кольцевая полость 24 заполняется рабочей средой, например

0 индустриальным маслом. Шток 4 приводится в возвратно-поступательное движение станком-качалкой и передает это движение через колонну насосных штанг плунжеру глубинного насоса, подвешенного на колонне насосных труб в скважине. Ход плунжера подпиточного насоса составляет сравнительнЪ небольщую часть хода уплотняемого штока, поэтому место установки толкателя 35 на штоке выбирается так, чтобы взаимодействие его с плунжером подпиточного насоса имело место только в нижней части хода штока, при этом в крайнем нижнем положении штока не должно быть смыкания витков пружины 13. При ходе уплотняемого щтока вниз толкатель 35 доходит до рабочего органа 12 подпиточного насоса и перемещает его вниз, при этом пружина 13 сжимается, клапан 14 закрывается, давление в цилиндре 11 поднимается, клапан 19 открывается и рабочая жидкость из цилиндра 11 нагнетается в кольцевые полости 16 и 23. При ходе уплотняемого

штока вверх пружина 13 пере.мещает рабочий орган подпиточного насоса шерх (до упора в гайку 38),. при этом клапан 19 закрывается, а клапан 14 открывается и рабочая жидкость из дополнительной кольцевой полости 24 через каналы 17 и 18 всасывается в цилиндр подпиточного насоса. Таким образом, при каждом ходе уплотняемого штока определенная порция рабочей жидкости из дополнительной кольцевой полости 24 подается подпиточным сосом в- полости 16 и 23, в результате чего в этих полостях создается избыточное давление рабочей жидкости, которое через мембрану 3 прижимает уплотнитель 5 к поверхности уплотняемого щтока. Для поддержания давления рабочей жидкости в полости 23 на определенном уровне служит редукционный клапан 26, который настраивается на необходимый перепад давления

при помощи регулировочной гайки 29. Пока отсутствует износ уплотнительной набивки 5 после заполнения полостей 16 и 23, вся рабочая жидкость, подаваемая подпиточным насосом в эти полости, возоращается через редукционный клапан в полость 16 и вновь поступает на прием 25 подпиточного насоса. По мере износа уплотнителя часть, подаваемой подпиточным насосом рабочей жидкости идет на заполнение объема изношенной набивки, а остальная часть через редукционный клапан возвращается на прием подпиточного насоса. При этом давление рабочей жидкости в полости 23 остается постоянным и определяется только настройкой редукционного клапана. Величина этого давления выбирается такой, чтобы контактное давление между поверхностью уплотняемого штока и уплотнителем было опти.мальным, то есть таким, при котором отсутствует пропуск продукции скважины через уплотнение и минимально изнашивается самоуплотнитель. В результате такого выполнения устройства отпадает необходимость в ручной периодической подтяжке уплотнителя по мере его износа.

В качестве рабочей жидкости в устройстве может использоваться и продукция скважины. Для этого отверстие 30 заглушается пробкой 34, а отверстие 31 открывается. При работе устройства, по мере износа уплотнителя 5, продукция скважины начнет поступать в дополнительную кольцевую полость 24. При достижении уровня этой жидкости приема 25 подпиточного насоса, он начнет подавать ее в полость 23, создавая в ней избыточное давление, величина которого, как и в предыдущем случае, поддерживается редукционным клапаном 26. При этом часть жидкости, подаваемой подпиточным насосом идет на заполнение объема изношенной набивки, а остальная жидкость через редукционный клапан и канал 31 возвращается в скважину. В результате создания в полости 23 избь1точного давления пропуск скважинной жидкости через уплотнитель прекращается и после того, как подпиточный насос откачает жидкость, накопившуюся в дополнительной кольцевой полости 24, в скважину и будет работать в холостую до появления следующего пропуска жидкости.

Регулировка производительности подпиточного насоса в случае необходимости может производиться перемещением толкателя 35 по щтоку 4 и гайки 38 по резьбе корпуса.

Такое выполнение уплотнительного устройства позволяет увеличить длину хода глубиннонасосной установки без подъема J фундамента привода на любую необходимую величину.

Применение длинноходового режима откачки жидкости из скважины значительно расширяет возможности штанговой глубиннонасосной установки по добыче, улучшает

0 основные показатели ее работы: увеличивается коэффициент наполнения и подачи глубинного насоса и срок его службы, уменьшаются вредные инерционные нагрузки, действующие в глубиннонасосной установке, увеличивается срок службы штанг и труб. Конструкция позволяет полностью ликвидировать утечки через уплотнение продукции скважины, что способствует охране окру жаюшей среды. Кроме того, значительно упрощается и облегчается труд оператора и

0 повышается безопасность обслуживания, так как отпадает необходимость в периодической ручной подтяжке уплотнителя. Благодаря цанговому зажиму муфты и регулировочной гайке, ограничивающей ход плунжера, значительно упрощается наст ройка и регулировка устройства как в период пуска, так и в процессе эксплуатации.

Формула изобретения

Уплотнительное устройство штока поршС невого насоса, содержащее корпус с размещенным в нем штоком и уплотнителем, подпиточный насос, кольцевую полость в корпусе, сообщенную с выкидом подпиточного насоса, редукционный клапан, сообщенный каналами с приемом подпиточного на5 coca, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства и увеличения длины хода щтока, подпиточный насос и редукционный клапан размещены в кольцевой полости корпуса над уплотнителем,

причем шток снабжен толкателем для взаимодействия с рабочим органом подпиточного насоса, а в корпусе выполнена дополнительная кольцевая полость, сообщенная с приемом подпиточного насоса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 142529, кл. F 16 J 15/18, 1961.

2.Авторское свидетельство СССР № 100902, кл. F 16 3 15/40, 1951.

m.J

Й/2.2

2.3