Самоуплотняющийся пакет асимметричных шевронных манжет


 


Владельцы патента RU 2607935:

Нарбутовских Альгиманта Альгиманто (RU)

Изобретение относится к самоуплотняющемуся пакету асимметричных шевронных манжет, служащему для установки в устьевые сальники для герметизации движущегося полированного штока в целях предупреждения разливов нефти, загрязнения окружающей среды и предотвращения частых остановок процесса добычи нефти при механизированном способе добычи нефти с применением штанговых глубинных насосов. Пакет состоит из не менее двух асимметричных манжет, установленных в корпус устьевого сальника, опорной и нажимной втулки, обладающих самоуплотняющим эффектом с минимальной силой трения в области контакта уплотняющих кромок асимметричных манжет с поверхностью полированного штока, и способен герметизировать движущийся полированный шток без осевого сжатия пакета уплотнений, с многократным увеличением срока службы уплотнений без замены, увеличением срока службы полированных штоков, сокращением расхода электроэнергии для привода станков-качалок. 2 ил.

 

Изобретение «Самоуплотняющийся пакет асимметричных шевронных манжет» относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения движущихся с большой осевой скоростью (от 0,3 до 3 м/с) длинных (свыше 2000 мм) полированных штоков, в частности, для установки в устьевые сальники при добыче нефти с помощью штанговых глубинных насосов (ШГН).

Одной из главных причин остановки непрерывного процесса добычи нефти с помощью штанговых глубинных насосов является преждевременный выход из строя сменных уплотнений из-за повышенной силы трения в зоне контакта уплотнений с поверхностью полированного штока и потеря герметичности устьевого сальника, приводящая к разливам нефти на устье скважины и загрязнению окружающей среды. Повышенная сила трения возникает из-за неконтролируемого усилия сжатия пакета уплотнений в осевом направлении, в результате работа силы трения преобразуется в тепло, температура в зоне контакта уплотняющих кромок манжет с поверхностью штока повышается, что приводит к перегреву уплотнений и преждевременному выходу из строя, особенно в период «сухого трения» при отсутствии жидкости в устьевом сальнике.

Известно резино-тканевое шевронное многорядное уплотнение, применяемое для установки в устьевые сальники, состоящее из шевронных манжет, опорного и нажимного колец по ГОСТ 22704-77, выбранное в качестве прототипа.

Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения герметичности в области контакта уплотняющих кромок манжет с поверхностью полированного штока без осевого сжатия, поэтому многорядные уплотнения по ГОСТ 22704-77 эффективно уплотняют полированный шток только при осевом сжатии уплотнений с большим неконтролируемым усилием F (Фиг.1), способствующим росту величины силы трения в сальниковом узле, преждевременному выходу из строя уплотнений, преждевременному износу поверхности дорогостоящего полированного штока, повышенному расходу электроэнергии при работе станка-качалки. Нажимную гайку устьевого сальника (см. Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.Г. «Монтаж, обслуживание, ремонт нефтепромыслового оборудования». М.: «Недра», 1985 г., с.42-45) 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. К недостаткам конструкции манжеты относится симметричность внутреннего и наружного плеча манжеты в сечении Фиг.1, так как при осевом сжатии пакета шевронных манжет по ГОСТ 22704-77 происходит смыкание поверхностей внутренних и наружных плеч соседних манжет, чем ограничивается дальнейшее поджатие внутренних плеч манжет к штоку, то есть поджатие является одноразовым.

Изобретение направлено на обеспечение герметичности в области контакта уплотняющих кромок шевронных манжет с поверхностью полированного штока в сочетании с минимальной силой трения за счет самоуплотняющего эффекта взаимодействующих между собой асимметричных шевронных манжет.

Технический результат достигается тем, что контактирующие между собой нижняя и верхняя манжеты имеют разные углы наклона поверхностей, которые воздействуют друг на друга в осевом направлении и плечи манжеты (внутреннее и наружное) асимметричны.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг.1 - сечение многорядного шевронного уплотнения по ГОСТ 22704-77.

Фиг.2 - сечение самоуплотняющегося пакета асимметричных шевронных манжет.

Самоуплотняющийся пакет асимметричных шевронных манжет устанавливается с натягом в корпус (поз.1) Фиг.2, опирается на опорную втулку (поз.3) и состоит минимум из двух манжет (на Фиг.2 показан пакет из трех манжет), сверху пакета имеется нажимная втулка (поз.4). Максимальное количество манжет не ограничено, но для рабочей камеры устьевого сальника достаточно восьми манжет, это заключение было получено опытным путем в результате опытно-промышленных испытаний на нефтяных скважинах, оборудованных штанговыми глубинными насосами на предприятиях: ОАО «Лукойл», ОАО «Роснефть», ОАО «Татнефть», ОАО «Сургутнефтегаз», ООО «Русснефть».

Асимметричные манжеты имеют следующие параметры:

1. Угол плоскости внутреннего плеча нижней манжеты β меньше угла плоскости внутреннего плеча верхней манжеты α, поэтому при воздействии нижней манжеты на верхнюю в точке К Фиг.2 происходит поджатие уплотняющей кромки внутреннего плеча верхней манжеты к поверхности штока (поз.2). В частности, для этого типоразмера асимметричных шевронных манжет оптимальным соотношением является: α=55°, β=45°.

2. Угол плоскости наружного плеча манжеты в верхней части γ=65°, поэтому при сжатии пакета наружные плечи манжеты не соприкасаются и ничто не препятствует воздействию нижней манжеты на верхнюю в точке К в течение длительного времени работы пакета.

Самоуплотняющий эффект возникает в пакете асимметричных шевронных манжет следующим образом.

При незначительном поджатии пакета (Фиг.2) усилием F min=2÷3 кг нажимной гайки (не показана) от усилия руки (без использования воротков) нижняя манжета, опираясь своими плечами на опорную втулку (поз.3,) поджимается к поверхности штока (поз.2), в зоне контакта Т возникает сила трения, увлекающая при движении штока нижнюю манжету, которая воздействует в точке К на внутреннее плечо верхней манжеты, мгновенно сдвигает все верхние манжеты и каждая верхняя манжета, воздействуя на точку К, поджимает уплотняющую кромку следующей верхней манжеты к поверхности штока. Назначение верхней нажимной втулки (поз.4) - ограничить перемещение пакета манжет вслед за движущимся штоком.

Так как герметичность в области контакта уплотняющих кромок внутреннего плеча асимметричных шевронных манжет с поверхностью штока наступает без необходимости осевого сжатия пакета манжет с большой силой, а только за счет силы трения материала манжеты о поверхность полированного штока, то в данном случае сила трения минимальна и определяется коэффициентом трения, в частности коэффициентом трения полиуретана по полированной стали, являющимся одним из самых низких среди материалов, применяемых для изготовления шевронных манжет. Опытно-промышленные испытания на протяжении 150 суток показали, что герметичность при давлении скважинной жидкости 1÷2 МПа обеспечивается при свободно вращающейся (не зажатой) нажимной гайке устьевого сальника только за счет самоуплотнения пакета асимметричных шевронных манжет. Нагревания поверхности штока не наблюдается даже при сухом трении (при отсутствии скважинной жидкости на устье скважины), что свидетельствует о минимальной силе трения в области контакта уплотнительных кромок манжет с поверхностью штока.

Между наружными плечами нижней и верхней манжеты за счет разности углов образуются кольцевые полости А, заполняемые при сборке пакета жидкой смазкой, которая служит для смазывания поверхностей манжет для лучшего скольжения по контактирующим поверхностям.

Источники информации

1. ГОСТ 22704-77.

Самоуплотняющийся пакет асимметричных шевронных манжет, состоящий по меньшей мере из двух манжет, установленных в корпус с натягом, опорной и нажимной втулки, отличающийся тем, что 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к уплотнительной технике. Герметичное соединение, в частности, для жидкости, находящейся под давлением, содержит опорный вкладыш (2) с осевой боковой полкой (3) и радиальной боковой полкой (4) и герметичную прокладку (5), выполненную из ПТФЭ, которая размещена на упомянутом вкладыше, покрывая по меньшей мере частично внешнюю поверхность (3') осевой боковой полки (3) и образуя внутренний гибкий уплотнительный край (6), предназначенный для наложения против герметизируемого конструктивного элемента, такого как вал.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к главным цилиндрам. Главный цилиндр содержит основной корпус цилиндра, поршень и поршневое уплотнение.

Изобретение относится к уплотнительной системе для уплотнения подшипника качения, в частности подшипника колеса, между первым (30, 32) и вторым элементом (31). Оба элемента подшипника (30, 31, 32) выполнены с возможностью вращения относительно друг друга и образуют как осевое промежуточное пространство (61), так и радиальное промежуточное пространство (60) по отношению к общей оси вращения.

Изобретение относится к области автомобилестроения, а именно к главным тормозным цилиндрам. Главный тормозной цилиндр содержит основной корпус цилиндра, поршень и уплотнительный элемент, установленный в круговой канавке.

Изобретение относится к уплотнительной прокладке. Уплотнительная прокладка выполнена с возможностью установки в сверлении или в подобном отверстии корпуса и образована, с одной стороны, несущим кольцом с осевым фланцем, и радиальным фланцем, связанным с осевым фланцем и, с другой стороны, уплотнительной шайбой, которая расположена или установлена на несущем кольце, и окружает осевой фланец по внешнему периметру, и закрывает сторону радиального фланца, противоположную осевому фланцу.

Изобретение относится к кассетному уплотнению для герметизации радиального подшипника. Уплотнение установлено между первой деталью (1) и второй деталью (2) радиального подшипника.

Щеточное уплотнение, проходящее в окружном направлении, расположенное между неподвижным и вращающимся компонентами механизма и в процессе эксплуатации механизма имеющее область повышенного давления на впускной стороне и область пониженного давления на выпускной стороне, содержит щетинки, образующие блок щетинок, нажимную пластину и подкладку для блока щетинок.

Изобретение относится к уплотнительной технике. У сальника для уплотнения валов от жидкости с креплением в жестко зафиксированных опорных кольцах предусмотрено, что сальник выполнен с зажимным элементом и установленным посредством проставки изогнутым элементом с рабочей кромкой, в котором посредством упругого элемента обеспечивается давление прижима.

Изобретение относится к уплотнительной технике. Уплотнительный узел подвижного соединения содержит по меньшей мере одну пару манжетных уплотнений с соответствующими проставками, каждое из которых выполнено в виде цилиндрической втулки с продольно выступающей уплотнительной губкой и сформировано посредством спиральной навивки полосы из фольги, содержащей слой терморасширенного графита с равномерно распределенным по его ширине расправленным углеродным жгутом, с последующей подпрессовкой в осевом направлении.

Изобретение относится к области изготовления уплотнений, может быть использовано для производства многослойных уплотнений из эластомерных материалов методом литья.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Система двигателя (10) внутреннего сгорания содержит датчик (30) давления в цилиндре, датчик (42) угла поворота коленчатого вала, уплотнительный участок и электронный блок управления (40).

Изобретение относится к тканевому уплотнению (100), предназначенному для использования с турбинными компонентами (90, 91). Тканевое уплотнение содержит по меньшей мере первый и второй тканевые слои (60, 65).

Изобретение относится к уплотнительному узлу для ротационной машины. Уплотнительный узел содержит уплотнительную вставку, содержащую уплотнительные пластины, образующие С-образную или коробчатую уплотнительную вставку.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Браслетное контактное уплотнение вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя летательного аппарата установлено между масляной полостью и полостью суфлирования передней опоры.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для оборудования, работающего под внутренним давлением среды, в частности на подогревателях, химических аппаратах или другом оборудовании.

Изобретение относится к судостроению, а именно к устройству уплотнения силовой установки судна. Устройство уплотнения в судне включает в себя сальник, который герметизирует цилиндрическую поворотную часть, и содержит набор кольцевых сальников.
Изобретение относится к плоским слоистым уплотнительным материалам (паронитам) и различным прокладкам из них, предназначенным для эксплуатации в уплотнительных узлах с плоскими уплотняемыми поверхностями, в процессе эксплуатации которых материал подвергается переменным термическим и механическим нагрузкам - периодическим сжатиям, нагревам и др.

Изобретение относится к кассетным уплотнениям. Кассетное уплотнение содержит внутреннее кольцо, содержащее цилиндрический участок для опоры на вращающийся элемент машины, закрывающий участок, который выступает в радиальном направлении из цилиндрического участка, и покрывающий участок, который выступает в осевом направлении из закрывающего участка.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для оборудования, работающего с внутренним давлением среды, в частности в арматуре, трубопроводных компенсаторах и другом оборудовании.

Изобретение может использоваться для герметичного соединения подвижных частей устройств, работающих в пищевой промышленности с жидкостями и газами. Уплотнительное устройство установлено на полом валу в компрессоре и включает корпус со съемной крышкой в форме стакана, крепимой к корпусу с помощью приваренных к цилиндрическому выступу корпуса резьбовых элементов, проходящих сквозь отверстия ушек стакана, и скрепляют корпус к крышке гайками.

Изобретение относится к пассивному запирающему уплотняющему устройству (20) для блока главного циркуляционного насоса реактора, содержащему: разъемное уплотнительное кольцо (23), имеющее неактивированное положение, в котором разрешен поток утечки и активированное положение, в котором указанное кольцо останавливает указанный поток утечки; по меньшей мере один поршень (22), предназначенный для расположения указанного разъемного уплотнительного кольца (23) в его активированном положении; блокирующее/разблокирующее устройство (25), предназначенное для блокирования указанного по меньшей мере одного поршня (22) в его неактивированном положении, когда температура блокирующего/разблокирующего устройства находится ниже пороговой температуры, и для освобождения указанного по меньшей мере одного поршня (22), когда температура указанного блокирующего/разблокирующего устройства находится выше указанной пороговой температуры; эластичные устройства (24), предназначенные для перемещения указанного по меньшей мере одного поршня (22), когда указанный поршень высвобожден, с тем чтобы поместить указанное уплотнительное кольцо (23) в его активированное положение. Изобретение повышает надежность работы устройства во время аварийной ситуации. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх