Устройство для повышения работоспособности уплотнений в подвижном соединении

 

Изобретение может быть использовано в приборах, работающих в жидкости под большим давлением, например, в глубоких нефтяных и газовых скважинах. Уплотнение работает при любых давлениях рабочей жидкости, что достигается путем автоматической регулировки давления жидкости между уплотнительными элементами пропорционально давлению рабочей жидкости. В поршне подвижного соединения установлены пары поршень - шток. Имеются полости между уплотнительными элементами и под поршнями пар. Шток взаимодействует с рабочей жидкостью. Поршень пар - с жидкостью. Полости соединены каналами. Размеры пар рассчитаны. Технический результат - повышение надежности. 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в приборах, спускаемых в скважины и имеющих подвижные соединения.

Известно устройство для повышения работоспособности уплотнений в подвижных соединениях, содержащее несколько уплотнительных элементов с полостями между ними, количество которых установлено по их работоспособности (Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник / Под общей редакцией А.И. Голубева и Л.А.Кондакова. Издание 2-е. М.: Машиностроение, 1994, с. 139-166. Термостойкие комплектующие изделия и термостойкие материалы СГП. Справочник / Под редакцией В.Л.Демидова. Тверь: Герс, 1993, с. 232-241).

Недостатком известного устройства является ограниченная работоспособность, выражающаяся в том, что уплотнения выдерживают давление жидкости в скважинах не более 200-300 кгс/см² (20-30 Н).

Этот недостаток устранен в другом известном устройстве повышения работоспособности уплотнений в подвижных соединениях, принятом за прототип (SU 777298 А, 07.11.1980).

Устройство для повышения работоспособности уплотнений в подвижном соединении содержит цилиндр и поршень с несколькими рассчитанными по их работоспособности уплотнительными элементами с полостями между ними, в которые подается жидкость от насоса, а ее давление регулируется отдельным прибором.

Устройство является сложным, а регулировка давления жидкости между уплотнениями в зависимости от давления рабочей жидкости выполняется неудовлетворительно, что снижает работоспособность уплотнений.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков прототипа.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого изобретения, является автоматическая регулировка давления жидкости между уплотнительными элементами в зависимости от давления рабочей жидкости, что обеспечивает работоспособность уплотнений в подвижных соединениях при любых практически возникающих давлениях рабочей жидкости.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для повышения работоспособности уплотнений в подвижном соединении, содержащем цилиндр и поршень с несколькими рассчитанными по их работоспособности уплотнительными элементами с полостями между ними, рабочей жидкостью и воздухом, согласно изобретению в поршне подвижного соединения установлены с возможностью перемещения пары поршень - шток, также имеющие уплотнительные элементы с полостями между ними и под поршнями пар, при этом шток пар взаимодействует с рабочей жидкостью, а поршень пар - с жидкостью, соединенной каналами с полостями между уплотнительными элементами поршня и пар поршень - шток, а диаметральные размеры элементов пары поршень - шток рассчитаны из условия обеспечения расчетного перепада давления между полостями рабочей жидкости, уплотнительных элементов и воздушной камеры.

Выполнение пар поршень - шток в поршне подвижного соединения и соединение их канала с полостями уплотнительных элементов поршня и пар поршень - шток позволяет (путем расчетов соответствующих диаметров поршней и штоков) создать расчетные давления на каждый элемент уплотнения, в результате чего уплотнение становится надежным при любом рабочем давлении жидкости.

Устройство для повышения работоспособности уплотнений в подвижном соединении показано на чертеже в продольном сечении и содержит цилиндр 1, поршень 2, уплотнительные элементы 3, 4, 5 на поршне 2 с полостями 6, 7, 8, 9 между рабочей жидкостью 10 с давлением Р1, уплотнительными элементами 3, 4, 5 и воздушной камерой 11 с давлением Р4; пары поршень 12 и 13 - шток 14 и 15, также имеющие уплотнительные элементы 16, 17, 18, 19, 20 и 21, 22, 23, 24 с полостями между ними 25, 26, 27 и 28, 29 и полостями 30, 31 под поршнями 12 и 13, с давлением жидкости в полостях 30 и 31 Р2 и Р3, при этом штоки 14 и 15 взаимодействуют с рабочей жидкостью 10, а поршни 12 и 13 с жидкостью в полостях 30 и 31, соединенных каналами с полостями 7, 8 между уплотнительными элементами 3, 4, 5 поршня 2 и с полостями 25, 26, 27, 28, 29 пар поршень 12 и 13 - шток 14 и 15, диаметральные размеры которых рассчитаны из условия обеспечения расчетного перепада давления между полостями 6, 7, 8, 9; 25, 26, 27, 28, 29 рабочей жидкости 10, уплотнительных элементов 3, 4, 5; 16, 17, 18, 19, 20; 21, 22, 23, 24, воздушной камеры 11.

Устройство работает следующим образом. Рабочая жидкость 10 воздействует давлением Р1 на штоки 14 и 15, выполненные разным диаметром по расчету и передающие поэтому разные усилия, пропорциональные площади штоков 14 и 15. Так как поршни 12 и 13 выполнены по расчету одинакового диаметра в качестве одного из возможных вариантов, то давление жидкости Р2 в полости 30 превысит давление жидкости в полости 31. Например, при давлении Р1=90 Н давления Р2 и Р3 составляют, например, Р2=60 Н, Р3=30 Н. Давление Р2 по каналам передается в полости 7, 25 и 28, а давление Р3 по другим каналам передается в полости 8, 26 и 29. Следовательно, между соседними полостями 6, 7, 8, 9 перепад давления будет составлять примерно 30 Н. Такой перепад давления является для уплотнений удовлетворительным, и они работают надежно. Такой же перепад давления имеет место и между соседними полостями уплотнительных элементов 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24.

Следовательно, предложенное устройство, являясь сравнительно несложным, обеспечивает постоянный перепад давления жидкости между соседними полостями независимо от величины давления рабочей жидкости, и уплотнения работают надежно.

Формула изобретения

Устройство для повышения работоспособности уплотнений в подвижном соединении, содержащем цилиндр и поршень с несколькими рассчитанными по их работоспособности уплотнительными элементами с полостями между ними, рабочей жидкостью и воздухом, отличающееся тем, что в поршне подвижного соединения установлены с возможностью перемещения пары поршень - шток, также имеющие уплотнительные элементы с полостями между ними и под поршнями пар, при этом шток пар взаимодействует с рабочей жидкостью, а поршень пар - с жидкостью, соединенной каналами с полостями между уплотнительными элементами поршня и пар поршень - шток, а диаметральные размеры элементов пары поршень - шток рассчитаны из условия обеспечения расчетного перепада давления между полостями рабочей жидкости, уплотнительных элементов и воздушной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1