RU2201528C2

RU2201528C2 - Oil-well screw pump shaft seal

Info

Publication number: RU2201528C2
Application number: RU2000120005A
Authority: RU
Inventors: В.А. Рослов; М.Т. Козлов; А.П. Котин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "РосНефтеКомплект"
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2003-03-27

Abstract

FIELD: oil producing industry. SUBSTANCE: device is designed for use in pump building and can be employed in sealing devices of rotating shafts of oil-well pumps provided with surface drive. Proposed device contains cylindrical housing accommodating seal unit installed with clearance. Seal packing members are arranged in multiple rows with tilting to pump shaft axis. Seal is provided with flexible cup with ring projections on outer surface. Said cup is installed in bores of sleeve and lower support bushing. Seal is furnished also with flat disk spring pressing up seal packing as they wear in process of pump operation. EFFECT: reduced service expenses, provision of normal ecological situation at site. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области насосостроения, а именно к уплотнительным устройствам вращающихся валов скважинных насосов с поверхностным приводом. The invention relates to the field of pump engineering, and in particular to sealing devices of rotating shafts of borehole pumps with surface drive.

Известно сальниковое уплотнение вращающегося вала насосной установки, состоящее из набора сальниковых набивок, опорной и нажимной втулок, разделительного кольца и масленки (1). A stuffing box seal of a rotating shaft of a pumping unit is known, consisting of a set of stuffing box packing, support and pressure bushings, a spacer ring and a lubricator (1).

Недостатки устройства:
- необходимость в частом обслуживании уплотнительного узла вследствие увеличения утечек из-за разрушения набивок по причине биения вала;
- необходимость в принудительной смазке уплотнительного узла для предотвращения повышенного его нагрева.The disadvantages of the device:
- the need for frequent maintenance of the sealing unit due to increased leaks due to the destruction of the packings due to runout of the shaft;
- the need for forced lubrication of the sealing assembly to prevent increased heating.

Известно также уплотнение вала скважинного винтового насоса, состоящее из корпуса, сальниковых набивок, манжет и прижимной втулки (2). Also known is the shaft seal of a borehole screw pump, consisting of a housing, stuffing box packing, cuffs and a pressure sleeve (2).

Недостатками устройства являются
- значительные эксплуатационные расходы, обусловленные тем, что операции поджатия и замены уплотнений невозможно осуществить без демонтажа и монтажа привода;
- ускоренный износ вала и уплотнительных элементов из-за их нагрева вследствие отсутствия смазки между ними.The disadvantages of the device are
- significant operating costs due to the fact that the operation of preloading and replacing the seals cannot be carried out without dismantling and mounting the drive;
- accelerated wear of the shaft and sealing elements due to their heating due to the lack of lubrication between them.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уплотнение винтовой насосной установки фирмы "НЕТЦШ", состоящее из цилиндрического корпуса, в котором размещены сальниковые набивки, опорной и нажимной втулок (3). The closest in technical essence to the proposed one is the sealing of a screw pump installation of the company "NETTSSH", consisting of a cylindrical body in which the stuffing box, support and pressure bushings (3) are placed.

К основным недостаткам устройства относятся
- значительные эксплуатационные расходы, обусловленные частыми заменами и поджатием сальниковых набивок из-за радиальных биений вала, имеющих место при работе;
- неудовлетворительная экологическая обстановка в зоне расположения насосной установки вследствие утечек пластовой жидкости через сальниковые уплотнения.The main disadvantages of the device include
- significant operating costs due to frequent replacements and preloading stuffing box packing due to radial runout of the shaft occurring during operation;
- poor environmental conditions in the area of the pumping unit due to leakage of reservoir fluid through the packing.

Задачей изобретения является создание уплотнения для вала винтового скважинного насоса, имеющего низкие эксплуатационные расходы и обеспечивающего создание нормальной экологической обстановки в процессе эксплуатации насосной установки. The objective of the invention is to provide a seal for the shaft of a helical borehole pump having low operating costs and ensuring the creation of a normal environmental situation during the operation of the pumping unit.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, включающим цилиндрический корпус, соединенный одним концом с опорным патрубком, а другим - с нажимной гайкой; сальниковые набивки, опорные и нажимные втулки. This problem is solved by the proposed device, including a cylindrical body connected at one end to a support pipe, and the other to a pressure nut; stuffing box, support and pressure bushings.

Новым является то, что оно снабжено стаканом, установленным во внутренней полости опорного патрубка, и центрирующими втулками, охватывающими наружные поверхности опорных и нажимных втулок и сальниковых набивок, причем центрирующие, нажимные и опорные втулки установлены относительно цилиндрического корпуса с зазором, а последние попарно относительно друг друга фиксированы штифтами; сальниковые набивки установлены многорядно и под наклоном к оси вала насоса так, что предыдущая нажимная втулка является опорной втулкой для последующей сальниковой набивки, причем верхнее сечение ее относительно нижней сдвинуто на величину его высоты; торцы опорных и нажимных втулок, обращенных друг к другу, наклонены к оси вала с расходящимися углами к центру, причем углы между нормалью и скошенной поверхностью втулок в любом сечении выполнены одинаковыми; снабжено эластичной манжетой, выполненной в виде втулки с кольцевыми выступами на наружной поверхности, установленной в симметрично расположенных цилиндрических расточках и кольцевых канавках стакана и нижней опорной втулки, а также снабжено плоской дисковой пружиной, взаимодействующей с нажимной гайкой и кольцом скольжения, установленным на верхней нажимной втулке. What is new is that it is equipped with a cup mounted in the inner cavity of the support pipe and centering sleeves covering the outer surfaces of the support and pressure bushings and stuffing box packing, the centering, pressure and support sleeves being installed relative to the cylindrical body, and the latter are pairwise relative to each other other fixed with pins; stuffing box packing is installed multilayer and inclined to the axis of the pump shaft so that the previous pressure sleeve is a support sleeve for the subsequent stuffing box, and its upper section relative to the bottom is shifted by its height; the ends of the support and pressure bushings facing each other are inclined to the axis of the shaft with diverging angles to the center, and the angles between the normal and the beveled surface of the bushings in any section are identical; equipped with an elastic cuff made in the form of a sleeve with annular protrusions on the outer surface, mounted in symmetrically arranged cylindrical bores and ring grooves of the glass and the lower supporting sleeve, and also equipped with a flat disc spring interacting with a compression nut and a sliding ring mounted on the upper pressure sleeve .

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе. Figure 1 shows the proposed device in longitudinal section.

На фиг.2 - сечение по АА фиг.1. Figure 2 is a section along AA of figure 1.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, навинченного на конец опорного патрубка 2 опоры 3 привода (не показан). На патрубок 2 посажен стакан 4. Внутри цилиндрического корпуса 1 размещен узел сальникового уплотнения, включающий опорные и нажимные втулки 5, 6 и 7, между которыми расположены сальниковые набивки 8, последние установлены многорядно и под наклоном к оси вала 9 насоса. Торцы опорных и нажимных втулок, обращенные друг к другу, наклонены к оси вала насоса, причем углы между нормалью и скошенной поверхностью втулок в любом сечении выполнены одинаковыми (α=const). Наружные поверхности опорных и нажимных втулок 5, 6 и 7 и сальниковых набивок 8 охватывают центрирующие втулки 10, причем все они установлены в корпусе 1 с зазором, т.е. с возможностью поперечного перемещения. The device consists of a cylindrical body 1 screwed onto the end of the support pipe 2 of the support 3 of the drive (not shown). A nozzle 4 is planted on the nozzle 2. Inside the cylindrical body 1, an stuffing box assembly is placed, including support and pressure bushings 5, 6 and 7, between which the stuffing boxes 8 are located, the latter are installed in multi-row and inclined to the axis of the pump shaft 9. The ends of the support and pressure bushings facing each other are inclined to the axis of the pump shaft, and the angles between the normal and the sloping surface of the bushings in any section are made the same (α = const). The outer surfaces of the support and pressure bushings 5, 6 and 7 and stuffing box 8 cover the centering bushings 10, all of which are installed in the housing 1 with a gap, i.e. with the possibility of transverse movement.

На верхней нажимной втулке 7 находится кольцо скольжения 11 из антифрикционного материала, на котором установлена плоская дисковая пружина 12. Последняя поджимается нажимной гайкой 13, соединенной на резьбе с цилиндрическим корпусом 1. Опорные и нажимные втулки 5, 6 и 7 попарно относительно друг друга фиксированы штифтами 14 (фиг.2). On the upper pressure sleeve 7 there is a slip ring 11 made of antifriction material on which a flat disc spring is mounted 12. The latter is pressed by a pressure nut 13 connected to a thread with a cylindrical body 1. The support and pressure sleeves 5, 6 and 7 are fixed in pairs relative to each other by pins 14 (FIG. 2).

Устройство снабжено эластичной манжетой 15, выполненной в виде втулки с кольцевыми выступами 16 на наружной поверхности, установленной в симметрично расположенных цилиндрических расточках и кольцевых канавках стакана 4 и нижней опорной втулки 5. Между стаканом 4 и опорным патрубком 2 находится уплотнение 17. Продольное сечение сальниковых набивок 8 в любом нормальном сечении сохраняется постоянным. The device is equipped with an elastic cuff 15, made in the form of a sleeve with annular projections 16 on the outer surface, mounted in symmetrically arranged cylindrical bores and annular grooves of the cup 4 and the lower support sleeve 5. Between the glass 4 and the support pipe 2 there is a seal 17. The longitudinal section of the stuffing box packing 8 in any normal section is kept constant.

Работа уплотнения осуществляется следующим образом. The seal is as follows.

Первоначально сборку узла сальникового уплотнения осуществляют при демонтированном приводе. The initial packing assembly is carried out with the drive removed.

Замену сальниковых набивок 8 выполняют в следующем порядке. Отворачивают нажимную гайку 13 и цепляют ее вместе с пружиной 12, кольцом скольжения 11 и верхней нажимной втулкой 7 к приводу. Затем извлекают верхнюю изношенную набивку и вытаскивают втулку 6 и ее также цепляют к приводу. После этого извлекают нижнюю изношенную набивку и на ее место устанавливают заготовку новой сальниковой набивки. Она представляет из себя половинку сальниковой набивки, разделенной по плоскости симметрии с отверстиями под штифты 14. На нее сажают вторую половину по плоскости симметрии так, чтобы разрезы половинок располагались на диаметрально противоположных местах. В дальнейшем сажают втулку 6, потом аналогично устанавливают верхнюю сальниковую набивку, а на нее втулку 7, кольцо 11, пружину 12 и зажимают гайкой 13. Replacement of stuffing box packing 8 is performed in the following order. Unscrew the pressure nut 13 and hook it together with the spring 12, the slip ring 11 and the upper pressure sleeve 7 to the drive. Then remove the upper worn packing and pull out the sleeve 6 and it also clings to the drive. After that, the lower worn packing is removed and a blank of a new stuffing box is installed in its place. It is a half of the stuffing box packing, divided along the symmetry plane with holes for pins 14. The second half is planted on it on the symmetry plane so that the cuts of the halves are located in diametrically opposite places. In the future, put the sleeve 6, then similarly install the upper stuffing box, and on it the sleeve 7, the ring 11, the spring 12 and clamp the nut 13.

При вращении вала насоса из-за его биения возникают радиальные силы, действующие на сальниковые набивки, которые с поворотом вала меняют свое направление, образуя как бы вращающийся вектор. Под действием этой силы узел сальникового уплотнения (детали 5, 6, 7, 8 и 10) смещается в сторону действия радиальных сил, деформируя манжету 15. Вал совершает колебательное движение. When the pump shaft rotates due to its beating, radial forces arise that act on the stuffing box packing, which change direction with the rotation of the shaft, forming a kind of rotating vector. Under the action of this force, the stuffing box assembly (parts 5, 6, 7, 8, and 10) shifts toward the action of radial forces, deforming the cuff 15. The shaft oscillates.

При работе насоса сила трения между стаканом 4 и втулкой 5 отсутствует или имеет минимальное значение, а между втулкой 7 и кольцом скольжения 11 эта сила определяется выражением

где ρ - рабочее давление;
f - коэффициент трения
и должна отвечать условию Ррад.>Ртр., где
Ррад. - радиальная сила;
Ртр. - сила трения между втулкой 7 и кольцом скольжения 11.When the pump is running, the friction force between the cup 4 and the sleeve 5 is absent or has a minimum value, and between the sleeve 7 and the slip ring 11, this force is determined by the expression

where ρ is the working pressure;
f - coefficient of friction
and must meet the condition Rad.> Rtr., where
Rrad. - radial force;
Rtr - the friction force between the sleeve 7 and the slip ring 11.

Благодаря тому что сальниковые набивки расположены под углом к оси вала и возможности поперечных колебаний узла сальникового уплотнения, в каждый момент времени с сальниковой набивкой в контакте находится половина поверхности вала насоса, а вторая половина свободна от контакта, что резко улучшает условия смазки контактных поверхностей, обеспечивает равномерный износ и повышает долговечность сальникового уплотнения. Обеспечение постоянного и гарантированного прижима сальниковой набивки сводит к минимуму или исключает совсем утечки добываемой жидкости и тем самым улучшает экологическую обстановку на объекте использования предлагаемого устройства. Due to the fact that the stuffing box packing is located at an angle to the axis of the shaft and the possibility of lateral vibrations of the stuffing box assembly, at each moment of time with the stuffing box packing, half the surface of the pump shaft is in contact, and the other half is free of contact, which dramatically improves the lubrication conditions of the contact surfaces, provides uniform wear and increases the durability of the packing. Providing a constant and guaranteed clamp gland packing minimizes or eliminates completely leakage of produced fluid and thereby improves the environmental situation at the facility of use of the proposed device.

Источники информации
1. Аналог. Скважинные насосные установки для воды. Каталог "Молдавгидромаша", ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1973 г.Sources of information
1. The analogue. Well pumping units for water. Moldavgidromash catalog, TsINTIHIMNEFTEMASH, Moscow, 1973

2. Аналог. Патент РФ 2189448, МКИ F 04 B 47/02, 1999. 2. The analogue. RF patent 2189448, MKI F 04 B 47/02, 1999.

3. Прототип. Насосы системы "Немо", проспект фирмы НЕТЦШ, 1995 г. 3. The prototype. Pumps of the Nemo system, prospect of the company NETTSSh, 1995

Claims

The shaft seal of a screw borehole pump, comprising a cylindrical body connected at one end to a support pipe, and the other to a pressure nut, stuffing box, support and pressure bushings, characterized in that it is provided with a glass mounted in the inner cavity of the support pipe, centering bushings, covering the outer surfaces of the support and pressure bushings, and stuffing box packing, and the centering, pressure and support bushings are installed relative to the cylindrical body with a gap, and the latter in pairs relative to each other are fixed with pins, stuffing box packings are installed in multi-row and inclined to the axis of the pump shaft so that the previous pressure sleeve is a support sleeve for the subsequent stuffing box, and its upper section is relative to the lower section shifted by its height, the ends of the support and pressure bushings facing to each other, inclined to the axis of the shaft with diverging angles to the center, and the angles between the normal and the beveled surface of the bushings in any section are the same, equipped with an elastic cuff, you filled in the form of a sleeve with annular protrusions on the outer surface, mounted in symmetrically arranged cylindrical bores and ring grooves of the glass, and the lower support sleeve, and is also equipped with a flat disc spring interacting with the compression nut and the slip ring mounted on the upper pressure sleeve.