ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

К современным буровым и нефтепромысловым насосам предъявляются высокие требования: большая мощность (до 1000 кВт), высокое давление рабочей среды на выходе (до 53 МПа), большая производительность (подача), возможность работы в агрессивных и абразивосодержащих средах. Это обусловлено необходимостью прокачки особого бурового раствора на большие расстояния - до 12 км в одну сторону и столько же обратно (при бурении горизонтальных скважин), новыми методами гидроразрыва пласта с применением (под высоким давлением) абразивных сред, химических реагентов и т.п. В изменяющихся условиях работы с нефтегазовыми скважинами, серийные и “модернизированные” уплотнения поршней буровых и нефтепромысловых насосов становятся практически неработоспособными. До внедрения указанных новых технологий технический ресурс уплотнений поршней достигал 100 часов, а при более сложных условиях эксплуатации не превышает 50 часов. Это не только снижает эффективность новых технологий (из-за частых замен поршней с разборкой гидравлической части насосов), но может привести к аварийным экологически опасным ситуациям.

Предлагаемое принципиально новое пакетное манжетное уплотнение лишено этих серьезных недостатков и предназначено для использования в указанных сложных условиях при реализации перспективных технологий бурения, обустройства, эксплуатации и капитального ремонта нефтегазовых скважин. Пакетное манжетное уплотнение включает рабочие манжеты 1 (см. рисунок) и комбинированную кольцевую нажимную опору 2-3, совмещающую в себе функции нажимной (глухой) манжеты и эластичного нажимного кольца (так в прототипе). В состав пакета входит также металлическое опорное кольцо 4 с кольцевой канавкой. Каждая рабочая манжета 1 имеет пружинные язычки с уплотняющей и опорной поверхностями, центральный кольцевой выступ переменной толщины и соответствующую ему кольцевую канавку на противоположном торце манжеты. Количество рабочих манжет зависит от давления среды: при давлении до 35 МПа количество манжет две, а при давлении до 53 МПа - три (как показано на рисунке). В кольцевой нажимной опоре 2-3 имеется выступающий упор, входящий в кольцевую канавку примыкающей манжеты, и скошенные наружу поверхности по бокам упора. В металлическом опорном кольце 4 предусмотрены скосы в сторону манжет. Сборка пакета производится на консистентной смазке непосредственно на поршне (см. рис.), при этом выступ первой манжеты входит в кольцевую канавку опорного кольца 4, выступ второй манжеты входит в кольцевую канавку первой манжеты, также взаимодействуют между собой третья и вторая манжеты, а выступающий упор нажимной опоры 2-3 входит в канавку последней манжеты. Предварительное поджатие пакета на величину от нуля (нет поджатия) до одного мм производится гайкой на поршне, при этом происходит некоторая деформация лишь центральных кольцевых выступов манжет и частично упора на нажимной опоре (пружинные язычки по бокам выступа не нагружаются).

При воздействии давления рабочей среды со стороны опорного кольца 4 основная нагрузка передается центральными кольцевыми выступами рабочих манжет 1 и посредством выступающего упора гасится в относительно массивной кольцевой нажимной опоре 2-3. Одновременно с этим происходит деформация боковых язычков манжет, причем язычки разворачиваются относительно центрального выступа за счет “слабых” перемычек. Вследствие этого при максимальном давлении рабочей среды опорные поверхности язычков ложатся (входят в соприкосновение) на скошенные наружу поверхности нажимной опоры 2-3 (это касается последней манжеты) или на скошенные торцевые поверхности язычков (касается первых двух манжет). Во всех трех манжетах уплотняющие поверхности несколько деформируются и прижимаются к уплотняемой поверхности цилиндра. Эти эволюции язычков манжет тем интенсивнее, чем больше давление рабочей среды, но при любом давлении, включая максимальное, манжеты и ее язычки не раздавливаются (как это происходит в традиционных манжетах), а основную нагрузку воспринимают центральные выступы. Благодаря этому пакетное манжетное уплотнение при минимуме деформации обеспечивают герметизацию цилиндро-поршневой пары при высоких и сверхвысоких давлениях среды, при этом сила трения между манжетами и цилиндром в 3,0-3,5 раза меньше. а износостойкость уплотнения в 25-30 раз выше. Острые кромки (несколько сплющенные) язычков при обратном ходе поршня несут функции скребков - очищают цилиндр от вязкой и абразивосодержащей среды. работоспособность уплотнения в агрессивной среде обеспечивается подбором материала манжет и нажимной опоры - их конфигурация и принцип действия не требуют применения обычной маслобензостойкой резины.