Устройство для уплотнения движущегося штока с сечением некруглой формы, неэластичным износостойким материалом

 

Использование: в нефтяных скважинах. Сущность изобретения: в камере размещен пакет уплотняющих шайб, охватывающих шток и поджатых нажимным средством с возможностью регулирования усилия прижима к штоку. Плоские клинья пакета направлены усилиями навстречу друг другу. В пакете клиньев размещен пакет шайб, выполненных цилиндрическими из неэластичной износостойкой полимерной композиции и сопрягающихся по отдельности с соответствующим клином. Клины установлены с возможностью радиального перемещения относительно камеры. Нажимное средство выполнено в виде расположенных соосно с осью сечения штока для каждого пакета поршней, под которые установлены предварительно сжатые пружины и подведено давление запирающей среды. Внутреннее отверстие шайб выполнено совпадающим по форме с поперечным сечением штока. 4 ил.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения на устье эксплуатационной нефтяной скважины движущегося возвратно-поступательного гибкого штока типа ленты в длинноходовых глубинно-насосных установках, а также для уплотнения штоков, сечение которых имеет некруглую форму в виде многоугольника, эллипса и т.п.

Известно уплотнение, служащее для герметизации устья скважины при проходе через него плоской ленты [1] Недостатком известного устройства является отсутствие автоматической корректировки усилия поджима уплотняющего элемента по величине давления запираемой уплотнением среды в процессе работы.

Известно уплотнение движущегося плоского многослойного гибкого штока, выполненного в виде размещенного в замкнутой камере набора уплотняющих шайб из полиуретана с фторопластовыми пленками между ними и гибким штоком с обеих сторон штока, а нажимной элемент выполнен в виде пружины и натяжной гайки [2] Недостатком известного устройства является то, что в основу работы заложено свойство упругости материала уплотняющих элементов, имеющих низкую износостойкость, и это не позволяет применять в этих конструкциях уплотняющие элементы из современных композиций на основе пластмасс.

Задача изобретения состоит в повышении надежности и ресурса работы уплотнения штока с сечением некруглой формы, неэластичным износостойким материалом.

Технический результат достигается тем, что известное устройство снабжено пакетом плоских клиньев, направленных уклонами навстречу друг другу, в котором размещен пакет уплотняющих шайб, выполненных цилиндрическими из неэластичной износостойкой полимерной композиции и сопрягающихся по отдельности с соответствующим клином, причем последние установлены с возможностью радиального перемещения относительно камеры, а нажимное средство выполнено в виде расположенных соосно с осью сечения штока для каждого из упомянутых пакетов поршней, под которые установлены предварительно сжатые пружины и подведено давление запираемой среды, при этом внутреннее отверстие шайб выполнено совпадающим по форме с поперечным сечением штока.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид, в разрезе; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3, 4 фрагменты поперечного сечения устройства с износом уплотняющих шайб по штоку с вариантами сечений штока в виде треугольника, чечевицы.

Устройство для уплотнения движущегося штока с сечением некруглой формы, неэластичным износостойким материалом состоит из корпуса 1, к которому болтами 2 прикреплен с уплотнением стыка прокладкой 3 стакан 4, имеющий поперечное сечение прямоугольной формы. Внутри стакана размещен нанизанный на шток 5 пакет уплотняющих круглых шайб 6, выполненных из неэластичного износостойкого материала, например из фторополимерной композиции Ф4К20, имеющих каждая в центре отверстие, соответствующее по форме в плане поперечному сечению штока 5, и запрессованных каждая в обойму 7 из металла.

Весь пакет шайб 6 с обоймами 7 посажен внутрь пакета плоских прямоугольных в плане клиньев 8, имеющих для этого в центре отверстие, причем каждая шайба 6 сопрягается с отдельным "своим" клином 8, уклон которого направлен в противоположную сторону направлению уклона соседнего клина 8. Трущиеся поверхности клиньев облицованы антифрикционным материалом, например фторопластом Ф4. Пакет клиньев с пакетом шайб размещен внутри стакана 4 с небольшими зазорами между клиньями и стаканом по двум боковым сторонам параллельным направлению уклонов клиньев, необходимыми для обеспечения "плавания" клиньев, и с большими зазорами по торцам, предусмотренными для перемещения клиньев 8 при износе шайб 6.

Пакет шайб 6 прижат вдоль оси штока 5 пружиной 9 и поршнем 10 под давлением среды, запираемой устройством к торцу стакана 4. Торцы поршня 10 и стакана 4 облицованы антифрикционным материалом.

Пакет клиньев 8 прижат вдоль оси штока 5 пружиной 11 и поршнем 12 под давлением запираемой среды к торцу стакана 4. Стыки между шайбами 6 и поршнем 10, а также зазоры между поршнями 10, 12 и корпусом 1 герметизированы уплотнительными кольцами 13, 14, 15, 16 из эластомера.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 устанавливается на агрегат или аппарат, например на устье эксплуатационной нефтяной скважины, рабочую среду в котором требуется запереть, через него пропускается шток 5, на который в заранее определенном порядке нанизываются детали устройства, и оба конца его закрепляются надлежащим образом в агрегате.

Детали устройства состыковываются между собой так, как показано на фиг. 1. При закреплении стакана 4 к корпусу 1 происходит предварительное с помощью пружины 9 прижатие шайб 6 друг к другу для обеспечения начальной герметичности стыка между ними и предварительное сжатие с помощью пружины 11 пакета клиньев 8, при котором они, стремясь сдвинуться по направлению уклона за счет конусности, прижимают шайбы 6 к штоку 5, создавая тем самым предварительное уплотнение штока.

Уплотнение штока 5 происходит следующим образом. Шайба 6 усилием клина 8 прижимается, как видно на фиг. 2 сразу к двум сторонам прямоугольного сечения штока 5, уплотняя их. Соседняя шайба 6 прижимается к двум противоположным сторонам прямоугольника, также уплотняя их, и поскольку стык между соседними двумя шайбами 6 плотно сжат и загерметизирован уплотнительным кольцом 16, вокруг штока 5 создается уплотняющий контур. То же самое происходит в каждом стыке между двумя шайбами 6.

Угол между направлением силы прижима шайб 6 к штоку 5 и любой из сторон сечения штока должен быть больше нуля. Износ шайб 6 по сторонам сечения штока будет равномерным, поскольку в случае увеличенного износа по одной из сторон все ранее равномерно распределенное по сторонам сечения усилие прижима автоматически падает на другую сторону и происходит интенсивный износ по перегруженной стороне, пока не восстановится равномерный прижим шайб 6 по всем сторонам сечения.

Подобным же образом уплотнение происходит и при других формах сечений штока 5 (см.фиг. 3,4).

В начале работы шайбы 6 притираются к штоку 5 и сохраняют (возобновляют) "притертость" до конца ресурса. Износ шайб по непритупленным кромкам сечения штока равен износу по сторонам сечения, поскольку материал шайб не обладает в достаточной степени эластичностью, чтобы за счет объемного сжатия "выпучиваться" в этих местах, компенсируя износ по кромкам. Насколько износился материал по поверхностям, настолько же сдвигаются шайбы по кромкам и поэтому износ по кромкам определяется общим уровнем износа по поверхностям.

Среда, запираемая "устройством", проникает под поршни 10 и 12 и своим давлением создает усилие сжатия (помимо предварительного сжатия от пружин) пакетов шайб 6 и клиньев 8, обеспечивая герметизацию стыков между шайбами и уплотнение штока соответственно уровню давления среды. Шайбы 6 вместе с клиньями 8 имеют возможность "плавать" при поперечных смещениях штока 5 относительно корпуса 1.

Данное устройство позволяет повысить надежность и ресурс работы уплотнения штока с сечением некруглой формы, поскольку уплотнение осуществляется уплотнительными элементами, выполненными из неэластичного износостойкого материала, уплотнительные элементы обладают способностью "плавать" относительно корпуса при поперечных перемещениях штока. Усилие прижима уплотняющих элементов к штоку, определяющее эффективность уплотнения, зависит от давления запираемой среды и всегда только той величины, которая достаточна и необходима для обеспечения надежного и эффективного уплотнения при данном давлении среды. Компенсация износа уплотняющих элементов осуществляется смещением элементов под воздействием давления запираемой среды строго по необходимости.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ДВИЖУЩЕГОСЯ ШТОКА С СЕЧЕНИЕМ НЕКРУГЛОЙ ФОРМЫ, НЕЭЛАСТИЧНЫМ ИЗНОСОСТОЙКИМ МАТЕРИАЛОМ, содержащее размещенный в камере пакет уплотняющих шайб, охватывающих шток и поджатых нажимным средством с возможностью регулирования усилия прижима к штоку, отличающееся тем, что оно снабжено пакетом плоских клиньев, направленных уклонами навстречу друг другу, в котором размещен пакет уплотняющих шайб, выполненных цилиндрическими из неэластичной износостойкой полимерной композиции и сопрягающихся по отдельности с соответствующим клином, причем последние установлены с возможностью радиального перемещения относительно камеры, а нажимное средство выполнено в виде расположенных соосно с осью сечения штока для каждого из упомянутых пакетов поршней, под которые установлены предварительно сжатые пружины и подведено давление запираемой среды, при этом внутреннее отверстие шайб выполнено совпадающим по форме с поперечным сечением штока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4