зажим для удержания колонны насосных штанг

Формула изобретения

Зажим для удержания колонны насосных штанг, содержащий корпус с зевом под сальниковый шток, выполненный с возможностью взаимодействия с сальниковым штоком с его зажимом по обеим сторонам от зева, ползун, установленный в корпусе по одну сторону от зева с возможностью ориентации и поперечного перемещения относительно сальникового штока, подвижную плашку, расположенную в корпусе с возможностью контактирования передней стороной с сальниковым штоком, а тыльной стороной - с ползуном через клиновой разъем на трении качения с вершиной клина, ориентированной по направлению силы тяжести колонны насосных штанг, отличающийся тем, что зажим снабжен сменными подкладками, рабочая поверхность которых выполнена в соответствии с диаметром зажимаемого элемента колонны насосных штанг, а материал сменных подкладок выбран исходя из условий его соответствия разноименной паре трения с сальниковым штоком, причем одна из подкладок установлена на передней стороне подвижной плашки, другая - в корпусе, на противоположной от подвижной плашки стороне.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам, используемым для удержания колонны насосных штанг на весу при проведении ремонта насосных скважин, регулировке хода плунжера насоса и т.п.

Известен зажим (патент N 2091560), состоящей из корпуса с зевом под сальниковый шток. По обе стороны от зева в корпусе установлены плашки, контактирующие с одной стороны с сальниковым штоком, а с другой - с клиновым разъемом на трении качения с вершиной клина, ориентированный по направлению силы тяжести колонны насосных штанг. Одна из плашек находится в клиновой паре с ползуном, установленным в корпусе с возможностью ориентации и поперечного перемещения относительно сальникового штока (ближайший аналог).

При аварийных ситуациях, например при так называемом сложном подъеме "труба-штанга" (с прихваченной парафином колонной насосных штанг), может сложиться такое обстоятельство, что, отвернув очередную трубу, обнаруживаем оборванную по телу штангу. Располагая зажимом, способным зацепиться за тело штанги, и элеватором, можно было бы освободить прихваченную колонну насосных штанг путем расхаживания и продолжить сложный подъем. Однако применение известных зажимов не распространяется на насосные штанги, что указывает на отсутствие универсальности зажима.

Материал плашки должен обладать достаточно высокой твердостью, чтобы выдержать контактные напряжения со стороны игольчатых роликов. В то же время, будучи в контакте с сальниковым штоком, во избежание порчи полированной его поверхности, твердость плашки должна быть меньше твердости сальникового штока при максимальном коэффициенте трения между ними. Такое условие может быть обеспечено, например, при использовании разноименной пары трения, снабдив стальную плашку алюминиевой или медной сменной подкладкой с коэффициентом трения 1,05 (см. приложение - фото, И.В.Крагельский. Трение и износ.- М.: Машиностроение, 1968 , с. 249, табл. 27). Последнее условие в этом зажиме не соблюдается, что приводит в некоторых случаях к порче сальникового штока (см. акт. производственных испытаний).

Экспериментально доказано, что для осуществления в зажиме принципа самозаклинивания достаточно иметь одну клиновую (вместо двух, как в прототипе) плашку в паре на трении качения в сочетании с неподвижной другой плашкой, что обуславливает упрощение конструкции, снижение затрат на изготовление и массы зажима.

Цель изобретения состоит в обеспечении универсальности и улучшении показателей технической характеристики зажима.

Сущность изобретения заключается в том, что зажим снабжен сменными подкладками, рабочая поверхность которых выполнена в соответствии с диаметром зажимного элемента колонны насосных штанг, а материал сменных подкладок выбран исходя из условий его соответствия разноименной паре трения с сальниковым штоком, причем одна из подкладок установлена на передней стороне подвижной плашки, другая - непосредственно в корпусе, на противоположной от подвижной плашки стороне.

На фиг. 1 изображен продольный разрез зажима по линии А-А, на фиг. 2 - вид на зажим по стрелке Б на фиг. 1.

Зажим состоит из корпуса 1 с зевом 2 под сальниковый шток 3. По одну сторону от зева 2 в сквозном пазу 4 корпуса 1 установлен ползун 5 со сферической опорой поверхностью под головку 6 приводного винта 7, что обеспечивает возможность ориентации и поперечного перемещения ползуна 5 относительно сальникового штока 3. Ползун 5 и подвижная плашка 8 сопряжены с клиновым разъемом, в котором расположены игольчатые ролики 9 с сепаратором 10 на стяжках 11. Вершина клина ориентирована по направлению силы тяжести колонны насосных штанг. Боковины 12 сепаратора 10 своими выступами 13 расположены в соответствующих пазах ползуна 5 и подвижной плашки 8. На тыльном конце винта 7 предусмотрены отверстия 14 под усилитель (не показан).

Зажим снабжен сменными подкладками 15, одна из которых установлена на передней стороне подвижной плашки 8, другая - непосредственно в корпусе 1 посредством прижима 16 с болтом 17. Над подвижной 8 и ползуном 5 на корпусе 1 установлен кожух 18, предотвращающий попадание мусора в подшипниковый узел с игольчатыми роликами 9.

Зажим для удержания колонны насосных штанг работает следующим образом.

Вращая винт 7, подвижная плашка 8 отводится от зева. Зажим подводится к сальниковому штоку 3 на его предопределенном участке. Вращая винт 7, подвижная плашка 8 прижимается к сальниковому штоку 3, что необходимо совместить с одновременным воздействием на корпус 1 некоторым усилием вниз, обеспечивая тем самым благоприятные условия для того, чтобы подвижная плашка заняла свое верхнее исходное положение, в котором и фиксируется зажим на сальниковом штоке посредством усилителя. С помощью станка-качалки зажим опускается на нажимную гайку устьевого сальника (не показан), при этом подвижная плашка 8 с подкладкой 15, находясь на трении скольжения с сальниковым штоком, смещается вниз на роликах 9 клинового разъема по пути наименьшего сопротивления и зажим заклинивает автоматически под действием собственного веса колонны насосных штанг, причем чем тяжелее колонна, тем больше усилие зажатия, вот в чем и заключается главное преимущество такого типа зажима.

Для снятия зажима с сальникового штока 3 необходимо его отвести вверх от нажимной гайки устьевого сальника посредством станка-качалки, с помощью усилителя раскрепить винт 7, после чего, отворачивая винт 7 вручную, отвести подвижную плашку 8 от зева 2 и снять зажим с сальникового штока 3.

Когда в процессе самозаклинивания подвижная плашка 8 вместе со сменной подкладкой 15 и сальниковым штоком смещается вниз по клиновому разъему, то в это время сальниковый шток с противоположной стороны проскальзывает по сменной неподвижной подкладке 15, доводя последнюю до состояния пластической деформации, в результате чего достигается наиболее полное ее сопряжение с сальниковым штоком, которое (сопряжение) изначально практически невозможно обеспечить. При этом сальниковым штоком одновременно сносится некоторый микрослой с рабочей поверхности неподвижной сменной подкладки 15, образуя на ней новую чистую металлическую поверхность, которая впоследствии создает благоприятные условия для более качественного зацепления с сальниковым штоком при коэффициенте трения разноименных пар - 1,05 ("алюминий - сталь" или "медь-сталь", стр. 294, таб. 27, И.В.Крагельский. Трение и износ.- М.: Машиностроение, 1968 ).

Таким образом за каждый цикл зажатия неподвижная сменная подкладка 15 будет испытывать некоторый износ, обеспечивая сохранность полированной поверхности сальникового штока 3 и улучшая условия зацепления с ним. Набор сменных подкладок 15 позволяет расширить сферу применения и упростить конструкцию зажима за счет устранения второй клиновой пары плашек на трении качения.

Заложенный принцип работы зажима, рассчитанный на самозаклинивание, повышает его надежность, создает удобства в обслуживании в сочетании с оперативностью. Оснащенность зажима сменными подкладками из пластичного материала, соответствующего разноименной паре трения с сальниковым штоком, в совокупности, обеспечивает его универсальность и позволяет избежать повреждения рабочей поверхности сальникового штока, вследствие чего повышается надежность и срок службы устьевого сальника, от работы которого зависит экология окружающей среды.