зажим для удержания колонны насосных штанг

Формула изобретения

Зажим для удержания колонны насосных штанг, контактирующий с зажимаемым элементом посредством плашек, расположенных в корпусе с открытым пазом, включающий ползун, установленный в корпусе с возможностью ориентации и перемещения относительно зажимаемого элемента и сочлененный с одной из плашек по клиновому разъему на трении качения с вершиной клина, ориентированной по направлению силы тяжести колонны насосных штанг, отличающийся тем, что ползун расположен в тупиковом конце открытого корпуса так, что направление паза совпадает с направлением перемещения ползуна, а другая плашка выполнена съемной и установлена на входе в открытый паз корпуса на замковом соединении, причем плашки снабжены сменными подкладками с рабочими поверхностями, выполненными в соответствии с диаметром зажимаемого элемента колонны насосных штанг, а материал сменных подкладок выбран исходя из условий его соответствия разноименной паре трения с зажимаемым элементом.

Описание изобретения к патенту

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

Известен зажим (патент Российской Федерации РИ 2091560 C1), состоящий 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, ориентированной по направлению силы тяжести колоны насосных штанг. Одна из плашек находится в клиновой паре с ползуном, установленным в корпусе с возможностью ориентации и поперечного перемещения относительно сальникового штока.

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 можно обеспечить, например, при использовании разноименной пары трения, снабдив стальную плашку алюминиевой или медной сменной подкладкой с коэффициентом трения 1,05 (И.В.Крагельский. Трение и износ.- М.: Машиностроение, 1968, с. 249, таб. 27). Последнее условие в зажиме-прототипе не соблюдается, что приводит в некоторых случаях к порче сальникового штока.

Экспериментально доказано, что для осуществления в зажиме принципа самозаклинивания достаточно иметь одну вместо двух, как в прототипе, плашку с клиновой парой на трение качения в сочетании с неподвижной другой плашкой, что обуславливает упрощение конструкции, снижение затрат на изготовление и массы зажима. Кроме того, основную массу зажима составляет его корпус, который в процессе работы оказывается в сложнонапряженном состоянии изгиб с растяжением, в результате чего приходится заведомо "раздувать" размеры корпуса. A такого рода переносной инструмент, как зажим, должен обладать наименьшей массой, что относится к одному из основных показателей технической характеристики зажима.

Техническая задача выражается в обеспечении универсальности и улучшении показателей технической характеристики зажима.

Сущность изобретения заключается в том, что ползун расположен в тупиковом конце открытого паза корпуса так, что направление паза совпадает с направлением перемещения ползуна, а другая плашка выполнена съемной и установлена на входе в открытый паз корпуса на замковом соединении, причем плашки снабжены сменными подкладками с рабочей поверхностью, выполненной в соответствии с диаметром зажимаемого элемента колонны насосных штанг, а материал сменных подкладок выбран исходя из условий его соответствия разноименной паре трения скольжения с зажимаемым элементом.

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

Зажим состоит из корпус 1 с открытым пазом 2, в котором установлена клиновая пара, состоящая из ползуна 3 и подвижной плашки 4, сопряженных по клиновому разъему с вершиной клина, ориентированной по направлению силы тяжести колонны насосных штанг - вниз. Клиновая пара выполнена на трении качения и содержит игольчатые ролики 5, расположенные в сепараторе 6 с боковиной 7 и стяжкой 8. Клиновая пара относительно сальникового штока 9 может передвигаться благодаря связи ползуна 3 со сферической головкой 10 приводного винта 11 с отверстиями 12 под усилитель (не указан). Назначение сферической головки 10 заключается в обеспечении степени свободы ползуна 3 с подвижной плашкой 4 при их ориентации на сальниковый шток.

На входе в открытый паз 2 корпуса 1 на замковом соединении, например, в виде "ласточкина хвоста" установлена съемная плашка 13 с опорными поверхностями 14. Съемная плашка 13 фиксируется на корпусе 1 с помощью установочного винта 15 и перекладины 16 с клиновой поверхностью 17 для обеспечения жесткости корпуса 1. Установочный винт 15 от выпадания из перекладины 16 защищен штифтом 18, установленным в отверстии 19 перекладины 16, выполненном на уровне кольцевой канавки 20 винта 15.

Подвижная 21 и неподвижная 22 сменные подкладки зафиксированы в плашка 4, 13 прижимами соответственно 23, 24 с помощью болтов 25. Клиновой разъем от попадания мусора защищен кожухом 26.

Зажим работает следующим образом.

Отпускаются установочный винт 15 и съемная плашка вместе с перекладиной 16 в сборе снимается с корпуса 1 зажима. Вращая приводной винт 11, ползун 3 вместе с подвижной плашкой 4 и сепаратором 6 в сборе отводится в тупик открытого паза 2. С помощью станка-качалки (не указан) сальниковый шток 9 останавливается на требуемом уровне при его движении вниз. Зажим подводится к сальниковому штоку 9, устанавливается съемная плашка 13 вместе со сменной неподвижной подкладкой 22 и посредством установочного винта 15 и перекладины 16 фиксируется на корпусе 1. Вращая винт 11, подвижная плашка 4 со сменной подкладкой 21 прижимается к сальниковому штоку 9, что необходимо совместить с одновременным воздействием на корпус 1 некоторым усилием вниз, обеспечив 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 4 с подкладкой 21, находясь на трении скольжения с сальниковым штоком 9, смещается вниз на роликах 5 клинового разъема по пути наименьшего сопротивления. Одновременно происходит проскальзывание сальникового штока 9 по сменной неподвижной подкладке 22 и зажим заклинивается автоматически под действием собственного веса колоны насосных штанг, при этом сносится некоторый микрослой с рабочей поверхности подкладки 22, после чего остается на ней новая чистая металлическая поверхность, которая впоследствии создает благоприятные условия для более качественного зацепления с сальниковым штоком при значительном коэффициенте трения разноименных пар - 1,05 (алюминий-сталь или медь-сталь, И.В.Крагельский. Трение и износ.- М.: Машиностроение, 1968, с. 294, таб. 27).

Описанный выше факт проскальзывания сальникового штока 9 по неподвижной сменной подкладке 22 со своими особенностями, причем не повреждая полированную поверхность сальникового штока 9, служит основанием для применения одной клиновой пары на трении качения вместо двух, как было заложено в прототипе.

Выполнив предусмотренные технологией операции, зажим снимается с сальникового штока. Посредством станка-качалки зажим отводится от нажимной гайки, раскрепляются приводной 11 и установочный 15 винты, снимается съемная плашка 13 в сборе с винтом 15 и перекладиной 16 и зажим снимается с сальникового штока 9.

Введение в конструкцию съемной плашки в сочетании с принципиально иным расположением плашек относительно открытого паза позволяет уменьшить массу корпуса как главную составляющую массы всего зажима.

Заложенный принцип работы зажима, рассчитанный на самозаклинивание, повышает его надежность, создает удобства в обслуживании в сочетании с оперативностью. Оснащенность зажима сменными подкладками из пластического 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.