3. 3. 2. 1. Механиеское уплотнение

Механическое уплотнение служит для повышения надежности за счет создания максимального гидравлического сопротивления в зазоре между цилиндром и плунжером насоса [7].

На (рис. 24) изображено уплотнение, разрез; на (рис. 25) - сечение А-А ; на (рис. 26) показана в качестве примера схема установки пакета из четырех пар колец.

Уплотнение включает цилиндр 1, в котором размещен плунжер 2, на корпусе плунжера 2 имеется упругая обойма 3, на которой размещены жесткие эксцентричные кольца 4. Кольца 4 установлены попарно так, что центры их эксцентрично смещенных окружностей развернуты на 180^о. Внутренние цилиндрические поверхности колец в местах своей наибольшей ширины имеют продольные пазы 5.

Уплотнение работает следующим образом.

При установке плунжера 2 с эксцентричными кольцами 4 в цилиндр 1 центры наружных поверхностей колец стремятся совпасть с осью цилиндра, а внутренние поверхности колец вдавливаются в упругую обойму 3 тем больше, чем больше эксцентриситет кольца. Упругая обойма 3 прижимает эксцентричные кольца 4 в месте их наибольшей ширины к стенкам цилиндра 1. При этом резина обоймы частично затекает в паз 5. В местах прижатия колец 4 к цилиндру 1 (см. рис. 24, точки, а-г) зазор равен нулю. С противоположной от точки касания стороны зазор между кольцом и цилиндром максимальный. Однако ввиду того, что кольца 4 по торцам плотно прижаты одно к другому и развернуты, между стенками цилиндра и набором колец образуется сложная лабиринтная щель и, следовательно, большое гидравлическое сопротивление потоку жидкости [7].

Для того, чтобы утечки через уплотнение плунжера были минимальными и с целью получения равномерного износа стенок цилиндра, предлагается эксцентричные кольца устанавливать так, чтобы точки касания колец делили окружность цилиндра на равные части. Например, если в пакете имеется четыре кольца, то кольца развернуты под 90^о одно относительно другого, причем первое и второе кольца развернуты под 180^о, а вторая пара повернута относительно первой на 90^о (см.рис.24).

Еще больший эффект можно получить, если кольца устанавливать попарно, причем так, чтобы зазор в щели не получился в виде винта.

Для этого каждую последующую пару колец, начиная с третьей, нужно поворачивать в сторону, противоположную повороту предыдущей пары. В этом случае поток жидкости (утечка) будет резко менять направление движения и в щели будет создаваться дополнительное гидравлическое сопротивление.

На (рис. 25) показан пример установки пакета колец из четырех пар. Стрелки указывают направление поворота пары колец по отношению к предыдущей. Устанавливая несколько пакетов, можно добиться равномерного износа цилиндра и минимальной утечки, причем пакеты могут состоять из трех, четырех, пяти и т.д. пар колец.

Выполнение на внутренних поверхностях, на их широких участках, продольных пазов 5 (см.рис.24) позволяет более надежно фиксировать каждое кольцо 4 на упругой обойме 3 за счет затекания массы резины в указанные пазы и предотвращения углового смещения колец во время работы. Упругая обойма 3 за счет того, что она привулканизирована к поверхности плунжера 3, надежно зафиксирована на плунжере [7].

Уплотнение плунжера имеет следующие положительные свойства: износ пары трения плунжер-цилиндр компенсируется за счет упругих свойств резиновой обоймы, причем сама резина не подвергается износу, т.е. уплотнение будет более долговечным; уплотнение работоспособно на изношенных цилиндрах; герметичность узла плунжера со временем повышается за счет притирки; плунжер легко поддается ремонту; уменьшена вероятность заклинивания плунжера в цилиндре. В заключении следует перечислить те преимущества, которые можно получить при использовании механических уплотнений в штанговых насосах:

– повышение КПД насосов на 10-15 % по сравнению с КПД серийных насосов с щелевым уплотнением;

– увеличение наработки на отказ плунжерно-цилиндровой пары до 10 раз;

– возможность создавать насосы с минимальным диаметром 20 мм и максимальной длиной хода до 100 м;

– возможность насосам работать в скважинах с осложненными условиями (высокая вязкость, наклонные и искривленные скважины и др.);

Рис. 24 Рис. 25

Рис. 26