ГЛУБИННЫЙ НАСОС

ГЛУБИННЫЙ НАСОС


RU (11) 2151325 (13) C1

(51) 7 F04B47/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96119831/06 
(22) Дата подачи заявки: 1996.10.01 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1996.10.01 
(45) Опубликовано: 2000.06.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 628338 A, 24.08.78. SU 6917 A, 31.10.28. WO 88/04365 A1, 16.06.88. 
(71) Заявитель(и): Задумин Сергей Семенович; Хохлов Александр Владимирович 
(72) Автор(ы): Задумин С.С.; Хохлов А.В. 
(73) Патентообладатель(и): Задумин Сергей Семенович; Хохлов Александр Владимирович 
Адрес для переписки: 410038, г. Саратов, 1-й Соколовогорский пр. 11, КБ ОАО "Саратовнефтегаз", отдел промышленной собственности 

(54) ГЛУБИННЫЙ НАСОС 

Изобретение предназначено для использования в области гидромашиностроения, в частности в глубинно-насосных установках для добычи нефти и откачки других пластовых жидкостей. Насос содержит цилиндр с всасывающим клапаном в его нижней части и размещенный в цилиндре полый плунжер с несущим штоком и нагнетательным клапаном; плунжер выполнен в виде размещенной вокруг несущего штока винтовой пружины сжатия. Винтовая пружина сжатия установлена на штоке с возможностью ограниченного осевого перемещения. Концы пружины зафиксированы от взаимного поворота вокруг штока и перемещения в радиальном направлении. Витки пружины сжатия в поперечном сечении имеют форму равнобокого треугольника, основание которого контактирует с цилиндром, а боковые стороны образуют с основанием угол =40-45°. Нагнетательный клапан выполнен тарельчатым, при этом его седло прикреплено к нижнему торцу пружины, а тарелка - к нижнему концу штока. Глубинный насос снабжен устройством наладочного регулирования натяжения винтовой пружины сжатия, выполненным в виде двух подвижно установленных на штоке и расположенных одна на другой круглых пластин с окнами для прохода откачиваемой жидкости, верхняя из которых зафиксирована от поворота вокруг штока, а нижняя может быть повернута вокруг него, при этом к поворотной пластине жестко прикреплен верхний конец винтовой пружины сжатия. Винтовая пружина сжатия установлена на несущем штоке с зазором, образующим осевой канал. Повышается надежность и долговечность работы глубинного насоса. 2 з.п.ф-лы, 5 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к глубинным насосным установкам для добычи нефти, и может быть использовано при откачке других пластовых жидкостей.

Известен глубинный насос, включающий цилиндр с всасывающим клапаном в его нижней части и размещенный в цилиндре полый плунжер с нагнетательным клапаном и фонарем в верхней части, уплотненный относительно цилиндра с помощью манжет, выполненных из кожи или из пропитанных специальным составом текстильных материалов и размещенных в кольцевых профильных канавках, выполненных на наружной поверхности плунжера [1].

Недостаток такого насоса - малые межремонтные сроки, т. к. уплотнительные манжеты из кожи или текстильных материалов при работе в условиях среды с большим содержанием механических примесей, каковой является продукция нефтяных скважин, быстро изнашиваются и насос выходит из строя.

Для устранения этого недостатка известно применение для уплотнения зазора между плунжером и цилиндром глубинного насоса разрезных упругих металлических колец, устанавливаемых на плунжере в выполненных на нем кольцевых канавках [2].

Однако, вследствие того, что силой упругости эти кольца постоянно поджимаются к стенке цилиндра (и при ходе плунжера вверх, и при ходе плунжера вниз), глубинный насос с таким уплотнением тоже недостаточно долговечен.

Известно решение, направленное на повышение долговечности глубинного насоса, состоящее в том, что в глубинном насосе, содержащем цилиндр со всасывающим клапаном в нижней части и размещенный в цилиндре полый плунжер с несущим штоком и нагнетательным клапаном, плунжер выполнен в виде размещенной вокруг несущего штока винтовой пружины сжатия соединенным со штоком нижним концом и свободным верхним концом, образующей со штоком и стенкой цилиндра винтовой канал для прохода откачиваемой жидкости, а нагнетательный клапан выполнен в виде круглой пластины со смещенным относительно выходного отверстия плунжера проходным окном, установленной на несущем штоке с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с верхним торцом пружины [3].

Такая конструкция позволяет обеспечить контактирование плунжера с цилиндром только при рабочем ходе штока, что способствует снижению износа трущихся поверхностей. Однако в этом устройстве верхний конец пружины свободен, что не позволяет самостоятельно обеспечить прижимное усилие рабочей поверхности пружины на зеркало цилиндра и при работе насоса возможны варианты или неполного прилегания витков пружины к цилиндру при ее сжатии, или воздействие чрезмерного усилия пружины на цилиндр и ее заклинивание.

При прохождении перекачиваемой жидкости по рабочему винтовому каналу между витками пружины происходят дополнительные потери на трение, а также снижение производительности при рабочем ходе плунжера за счет зазора между плунжером и цилиндром, что в конечном итоге ведет к снижению коэффициента наполнения цилиндра. Кроме этого, при длительной работе насоса износы рабочих поверхностей плунжера и цилиндра вызывают нарушение контакта этих поверхностей при ходе плунжера сверху вниз.

Технической задачей изобретения является повышение надежности и долговечности работы глубинного насоса.

Сформулированная техническая задача решается следующим образом: в глубинном насосе, содержащем цилиндр со всасывающим клапаном в его нижней части и размещенный в цилиндре полый плунжер с несущим штоком и нагнетательным клапаном, выполненный в виде размещенной вокруг несущего штока винтовой пружины сжатия, винтовая пружина сжатия в целом установлена на штоке с возможностью ограниченного осевого перемещения, при этом концы пружины зафиксированы от возможного поворота вокруг штока и перемещения в радиальном направлении, витки пружины сжатия в поперечном сечении имеют форму равнобокого треугольника, основание которого контактирует с цилиндром, а боковые стороны наклонены к основанию под углом = 40 - 45o, а нагнетательный клапан выполнен тарельчатым, при этом его седло прикреплено к нижнему торцу пружины, а тарелка - к нижнему концу штока.

Кроме того, насос снабжен устройством наладочного регулирования натяжения винтовой пружины сжатия, выполненным в виде двух подвижно установленных на штоке и расположенных одна на другой круглых пластин с окнами для прохода откачиваемой жидкости, верхняя из которых зафиксирована от поворота вокруг штока, и нижняя может быть повернута вокруг него, при этом к поворотной пластине жестко прикреплен верхний конец винтовой пружины сжатия.

Винтовая пружина сжатия установлена на несущем штоке с зазором, образующим осевой канал.

Как показали испытания, указанная форма сечения витков пружины и фиксирование ее концов от взаимного поворота и перемещения в радиальном направлении обеспечивают повышение долговечности работы глубинного насоса, т.к. при этом обеспечивается уплотнение плунжера в цилиндре с учетом износа его рабочей поверхности (основания треугольника). При износе рабочей поверхности плунжера за счет наклонной боковой поверхности его витки имеют возможность при рабочем ходе сжаться на большую величину, чем у нового плунжера, и тем самым, увеличиваясь в диаметре, компенсировать износ. Величина угла наклона боковой поверхности к большему основанию треугольника выбирается исходя из условия обеспечения полного прилегания витков плунжера к цилиндру при их износе. Использование в сечении витков плунжера равнобокого треугольника дополнительно позволяет удалять абразивные частицы, находящиеся в перекачиваемой жидкости, из зоны контакта основания треугольника с зеркалом цилиндра в рабочую полость насоса при рабочем ходе плунжера, т.е. самоочищаться плунжеру. Фиксирование концов пружины в радиальном положении обеспечивает при рабочем ходе плунжера сжатие витков, увеличение диаметра пружины и надежное уплотнение в цилиндре. Установка пружины на штоке с зазором, образующим осевой канал, позволяет снизить гидравлическое сопротивление и увеличить производительность насоса. Обеспечение принудительного механического открывания и закрывания нагнетательного клапана несущим штоком, на котором смонтирована его тарелка, повышает надежность его работы.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 изображен описываемый глубинный насос в поперечном разрезе, на фиг. 2 - сечение А-А, на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 4 - сечение В-В на фиг.1, на фиг. 5 - положение витков пружины сжатия в большем масштабе при износе рабочей поверхности плунжера.

В цилиндре 1 глубинного насоса размещен полый плунжер 2 в виде винтовой пружины сжатия, который собран на несущем штоке 3, имеющим квадратное сечение, а нижняя его часть оканчивается нагнетательным клапаном 4, выполненным в виде тарелки. Нижняя опора 5 жестко закреплена с нижней частью плунжера 2 и является корпусом нагнетательного клапана 4, в котором выполнено его седло. В нижней части цилиндра 1 размещен всасывающий клапан 6. Верхняя опора - круглая пластина 7 жестко крепится с верхней частью плунжера 2 через круглую регулировочную пластину 8, с которой жестко соединен верхний конец пружины. Верхняя часть штока 3 имеет ограничитель 9. Квадратная форма центральных посадочных отверстий верхней 7 и нижней 5 опор плунжера (фиг. 2 и фиг. 4) обеспечивает свободу ограниченного осевого перемещения пружины сжатия 2 между ограничителем 9 и тарелкой 4 нагнетательного клапана и фиксацию концов пружины от поворота вокруг штока 3. Пружина сжатия установлена на штоке 3 с зазором. Свободное пространство между витками плунжера 2 составляет рабочую полость 10 плунжера и служит также каналом прохода жидкости. Верхняя опора 7, регулировочная пластина 8 и нижняя опора 5 имеет проходные окна 11, а регулировочная пластина 8 - пазы 12, с помощью которых болтами 13 и гайками 14 ее совместно фиксируют с верхней опорой 7. Опора 7 и регулировочная пластина 8 образуют устройство наладочного регулирования винтовой пружины. Витки пружины в поперечном сечении имеют форму равнобокого треугольника, основание которого контактирует с цилиндром 1, а боковые стороны наклонены к основанию под углом = 40 - 45o (фиг. 5 ).

Перед работой глубинного насоса его собирают так, чтобы при сжатии пружины плунжера 2 обеспечивался надежный контакт его рабочей поверхности с поверхностью цилиндра. Это обеспечивается путем поворачивания регулировочной пластины 8 относительно верхней опоры 7 за счет пазов 12 и при достижении нужного положения совместной фиксацией этих деталей болтами 13 и пиками 14.

При ходе штока 3 вниз плунжер 2 через ограничитель 9, верхнюю опору 7 и регулировочную пластину 8 перемещается тоже вниз. Плунжер находится в полусжатом состоянии и не контактирует с цилиндром, т.е. не изнашивается. Открывается нагнетательный клапан 4 и через него и проходные окна 11 откачиваемая жидкость поступает в рабочую полость 10 плунжера 2 и далее в насосно-компрессорные трубы (не показаны).

При ходе штока 3 вверх на нижнюю опору 5 действует вес столба жидкости в подъемных трубах, нагнетательный клапан 4 закрывается и сжимается плунжер 2, что увеличивает его наружный диаметр, и осуществляется уплотнение плунжера в цилиндре 1. Создается разрежение над всасывающим клапаном 6, что заставляет его открыться, и поступающая жидкость заполняет пространство между всасывающим 6 и нагнетательным 4 клапанами.

При длительной работе глубинного насоса рабочие поверхности плунжера и цилиндра изнашиваются, причем, как показала практика, в большей степени изнашивается рабочая поверхность плунжера. Предположим, что для глубинного насоса, имеющего диаметр цилиндра 44 мм, плунжер с формой сечения витков в виде равнобокого треугольника износился по основанию на величину (фиг. 5). Тогда для компенсации износа плунжер необходимо сжать на дополнительную величину h, позволяющую обеспечить необходимое уплотнение плунжера в цилиндре за счет дополнительного увеличения диаметра плунжера. Необходимый угол между боковой поверхностью и поверхностью основания равнобокого треугольника, обеспечивающий уплотнение при сжатом плунжере на продолжительное время работы глубинного насоса, составляет 40o, а с учетом износа гильзы - 45o.

Такие угла наклона между боковой поверхностью и поверхностью основания треугольника позволяют удалять из зоны контакта плунжера с цилиндром продукты износа и абразивные частицы, находящиеся в перекачиваемой жидкости.

Благодаря указанной форме сечении витков пружины и фиксирования ее концов от взаимного поворота и перемещения в радиальном направлении достигается уплотнение плунжера в цилиндре с учетом износа его рабочей поверхности и удаляются абразивные частицы, находящиеся в перекачиваемой жидкости, из зоны контакта основания треугольника с зеркалом цилиндра в рабочую полость насоса при рабочем ходе плунжера. Установка пружины на штоке с зазором позволяет образовать осевой канал между несущим штоком и плунжером насоса. Применение тарельчатого нагнетательного клапана, у которого седло прикреплено к нижнему концу пружины, а тарелка - к нижнему концу штока, обеспечивает принудительное механическое открывание и закрывание этого клапана. Все это увеличивает надежность и долговечность работы, снижает гидравлическое сопротивление насоса.

Источники информации

1. Дрэготеску Н.Д. Глубиннонасосная добыча нефти. - М.: Недра, 1966, с. 241-242, рис.159.

2. То же. стр. 242.

3. Авторское свидетельство СССР N 628 338, кл. F 04 B 47/00, 1978 (прототип). 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Глубинный насос, содержащий цилиндр с всасывающим клапаном в его нижней части и размещенный в цилиндре полый плунжер с несущим штоком и нагнетательным клапаном, выполненный в виде размещенной вокруг несущего штока винтовой пружины сжатия, отличающийся тем, что винтовая пружина сжатия в целом установлена на штоке с возможностью ограниченного осевого перемещения, при этом концы пружины зафиксированы от взаимного поворота вокруг штока и перемещения в радиальном направлении, витки пружины сжатия в поперечном сечении имеют форму равнобокого треугольника, основание которого может контактировать с цилиндром, а боковые стороны образуют с основанием угол = 40 - 45o, нагнетательный клапан выполнен тарельчатым, при этом его седло прикреплено к нижнему торцу пружины, а тарелка - к нижнему концу штока.

2. Глубинный насос по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством наладочного регулирования натяжения винтовой пружины сжатия, выполненным в виде двух подвижно установленных на штоке и расположенных одна на другой круглых пластин с окнами для прохода откачиваемой жидкости, верхняя из которых зафиксирована от поворота вокруг штока, а нижняя может быть повернута вокруг него, при этом к поворотной пластине жестко прикреплен верхний конец винтовой пружины сжатия.

3. Глубинный насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что винтовая пружина сжатия установлена на несущем штоке с зазором, образующим осевой канал.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru