ПАКЕТ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ САМОСТИРАЮЩИХСЯ МАНЖЕТ

Техническое решение относится к нефтедобывающей и газовой промышленности и может быть использовано для герметизации устьевого оборудования, штангового, винтового насосов всех типов, эксплуатируемых в настоящее время. Пакет уплотнительных самостирающихся манжет устанавливается в рабочий корпус устьевых сальников в целях герметизации полированного штока, предупреждения разливов нефти, предотвращения частых остановок из-за малого ресурса эксплуатации работы, используемых в настоящее время резиновых, резиново-тканевых, полиуретановых шевронных манжет.
Известно резиново-тканевое шевронное многорядное уплотнение, применяемое для установки в устьевые сальники, состоящее из шевронных манжет, опорного и нажимного колец по ГОСТ 22704-77.
Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения герметичности в зоне контакта уплотняющих поверхностей манжет с поверхностью полированного штока без применения большого неконтролируемого усилия осевого сжатия пакета манжет. Данный недостаток устройства является следствием конструкции манжет, а именно симметричность внутреннего и наружного плеч манжеты в сечении по ГОСТ 22704-77, так как при осевом сжатии пакета шевронных манжет происходит смыкание поверхностей внутренних и наружных плеч соседних манжет, чем ограничивается дальнейшее поджатие внутренних плеч манжет к штоку, то есть поджатие является одноразовым.
Нажимную гайку устьевого сальника операторы добычи нефти затягивают с помощью воротка с крутящим моментом М=(20÷30) кг⋅м, в этом случае усилие F=М/t€, где € - угол подъема витков резьбы для резьбы М76х3, применяемой в устьевых сальниках; в нажимной гайке угол подъема витков равен 2°15'', t€=0,03947, усилие F=30/0,03947=760 кг, шевронные манжеты такой силой раздавливаются, прижимаясь к поверхности штока, и создают высокую силу трения (см. Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.Г. «Монтаж, обслуживание, ремонт нефтепромыслового оборудования». М.: «Недра», 1985 г., с. 42-45).
Применение большого неконтролируемого усилия осевого сжатия пакета манжет приводит к преждевременному выходу из строя манжет, ускоренному износу поверхности дорогостоящего полированного штока и к повышенному расходу электроэнергии при работе станка-качалки.
Известен самоуплотняющийся пакет асимметричных шевронных манжет, состоящий по меньшей мере из двух манжет, установленных в корпусе с натягом опорной и нажимной втулок, у которого из-за асимметрии внутреннего и наружного плеч манжет наружные плечи манжет не соприкасаются, не мешая воздействию внутренних плеч соседних манжет друг на друга, приводящему к возникновению самоуплотняющего эффекта за счет разности углов, контактирующих между собой поверхностей внутренних плеч манжет и герметизации движущегося полированного штока с минимальной силой трения без необходимости осевого сжатия пакета с большой силой (патент RU №2607935, опубл. 11.01.2017).
Недостатком известного изобретения является конструкция конфигурации - между наружным плечом манжет и внутренней полостью рабочего корпуса образуются кольцевые полости, которые уменьшают параметры манжет, снижают ресурс работы, чем ограничивается величина износа, дороговизна в изготовлении асимметричных шевронных манжет, наличие дополнительной опорной втулки, установленной внутри корпуса, параметры асимметричных шевронных манжет изготовлены на увеличенные корпуса (рабочие камеры) в диаметре, превышающем 1,5 раза, что ограничивает возможность их использование.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является самоустанавливающийся, самоуплотняющийся пакет конических уплотнительных манжет, устанавливаемых в корпус устьевого сальника, у которого конические манжеты имеют наружные плечи, не соприкасающиеся друг с другом, не мешая воздействию внутренних плеч соседних манжет друг другу, приводящему к возникновению самоуплотняющегося эффекта расклинивания конических манжет между собой за счет давления жидкости снизу вверх и возникающему сопротивлению против направления жидкости, герметизируя, тем самым, движущийся полированный шток с минимальной силой трения без необходимости осевого сжатия с большой силой, так как эту роль выполняет качаемая из скважины жидкость (патент US №4560176 А, опубл. 24.12.1985 г.).
Недостатком данного устройства является малый ресурс работы устройства, а также высокая трудоемкость изготовления самих манжет ввиду сложности их конструкции. В процессе возвратно-поступательных движений полированного штока сопротивление качаемой жидкости прижимает изнутри внутренние плечи манжет от полированного штока к стенке внутренней полости рабочего корпуса, тем самым открывая проход для жидкости. Внутренние и наружные плечи манжет выполнены в виде конуса с тонкой стенкой, что приводит к быстрому износу внутренних плеч манжет и частую замену мало изношенных манжет, что сокращает ресурс их эксплуатации.
Целью заявляемого технического решения является повышение надежности уплотнения и увеличение ресурса работы манжет.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является равномерное уплотнение манжет в корпусе устьевого сальника.
Технический результат достигается тем, что пакет уплотнительных самостирающихся манжет, установленных в рабочий корпус устьевого сальника, у которого каждая манжета выполнена в виде цилиндрической втулки, разрезанной сверху от наружной кромки к центру вниз в виде конуса глубиной менее толщины манжеты.
Новым существенным признаком заявляемого технического решения является выполнение манжет в виде цилиндрической втулки, разрезанной от верхней наружной кромки к центру вниз в виде конуса глубиной менее толщины манжеты, что позволяет равномерное их уплотнение в корпусе устьевого сальника и, как следствие, повышает надежность уплотнения и увеличивает ресурс работы манжет.
Равноценный технический результат достигается и в случае, когда пакет манжет устанавливается в корпусе устьевого сальника, перевернутый верхней стороной вниз (в виде зеркального отображения).
Технический результат достигается тем, что конический кольцевой разрез манжет образует две смежные составляющие - усеченный наружный конус, который гнездится в усеченном внутреннем конусе, образуя форму в виде «чашка в чашке», что делает их самоуплотняющимися, самоустанавливающимися и самостирающимися. Такая конструкция манжет позволяет использовать их в процессе работе станка-качалки до полного их истирания.
Таким образом, использование существенного признака заявляемого технического решения позволяет обеспечить решение поставленной задачи и достичь указанного технического результата, повышение надежности уплотнения и увеличение ресурса работы манжет.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется чертежом, общий вид в разрезе.
Пакет уплотнительных самостирающихся манжет состоит из корпуса 1, опорной втулки 2, установленной внутри корпуса и опирающейся на его кольцевой выступ, штока 3, установленного внутри корпуса в центре манжет 4 (на чертеже условно показаны, как две составляющие 4А и 4Б), и нажимной втулки 5, установленной внутри корпуса 1 над пакетом манжет, и нажимной гайки (на чертеже не показана), установленной над нажимной втулкой 5.
Принцип работы предлагаемого устройства
min
Пакет уплотнительных самостирающихся манжет 4 устанавливается внутри полости рабочего корпуса 1, усеченные конусы направлены вниз к штоку 3, первая манжета снизу опирается на опорную втулку 2, верхние манжеты опираются друг на друга и на первую манжету, над пакетом уплотнительных манжет устанавливается нажимная втулка 5, над ней устанавливается нажимная гайка (не показано), производится поджатие пакета уплотнительных манжет усилием F=2/3 кг нажимной гайкой от усилия руки (без использования воротков). Самостирающийся, самоуплотняющийся и самоустанавливающийся эффект возникает следующим образом :
при осевом поджатии пакета нажимной гайкой нижняя манжета формы 4АБ, опираясь на опорную втулку 2, верхние манжеты формы 4АБ - друг на друга и на нижнюю манжету формы 4АБ, внутренние плечи манжет формы 4А, опираясь в шток 3, наружные плечи манжет формы 4Б, опираясь на внутреннюю стенку рабочего корпуса 1, манжеты формы 4А и формы 4Б - две формы в виде «чашка в чашке» расклиниваются между собой, обеспечивая равномерное уплотнение штока. В процессе работы станка-качалки происходит истирание внутренних плеч манжет формы 4А, вследствие чего верхние манжеты формы 4АБ, конически направленные сверху вниз, начинают гнездиться друг на друга и расклиниваются между собой, манжета формы 4А гнездится в манжету форму 4Б, манжеты формы 4АБ гнездятся в форму 4Б. Верхние манжеты формы 4АБ, опираясь на нижний конус усеченной внутренней манжеты формы 4Б, от поджатия пакета за счет давления качаемой жидкости снизу верх, манжеты расклиниваются между собой, входя друг в друга в виде «чашка в чашке», образуя равномерное уплотнение, прижимаются к штоку 3, в результате возвратно-поступательного движения штока 3 вверх-вниз манжеты формы 4АБ поочередно истираются в нефтяную трассу, т.к. при движении вверх шток 3 смазывается качаемой жидкостью, которая задерживается в устьевом сальнике в уплотнениях штока 3, при движении вниз - шток 3 возвращается в устьевой сальник сухим, первая манжета формы 4Б не стирается, остается внутри рабочего корпуса, образует эффект приема и сжатия верхних манжет формы 4АБ к штоку 3. Вследствие чего образуется эффект уплотнительных самостирающихся манжет формы 4АБ внутри полости рабочего корпуса 1, которые уплотняют и герметизируют шток 3 независимо от изношенности штока 3 в диаметре. По мере износа манжет пакет дополняется новыми манжетами, в результате сокращается время простоев станка-качалки, сокращается сила трения в уплотнениях штока, увеличивается срок эксплуатации полированного штока 3, снижается расход электроэнергии в процессе добычи жидкости.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий.