專利名稱：一種抽油泵用密封短接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種石油天然氣油井中使用的井下工具，特別是一種抽油泵用密封短接。
背景技術(shù)：
隔膜式防砂卡抽油泵能有效解決油井出砂造成泵磨損回油和砂卡住柱塞兩大技術(shù)難題。隔膜式防砂抽油泵在工作時，必須保證隔膜兩邊都有液體，而柱塞兩端的隔膜腔是通過環(huán)隙連通的，且環(huán)隙兩端在下沖程時產(chǎn)生的壓差小于在上沖程是產(chǎn)生的壓差；在一個沖程中，柱塞下端的隔膜腔中清潔液量增多，而柱塞上端的隔膜腔中清潔液量減少。若不采取必要的密封技術(shù)，該平衡體系就會被破壞。另外，井下抽油泵更換密封短接需要起泵。因此用于隔膜式防砂抽油泵的密封件的壽命必須和隔膜工作壽命一致。在現(xiàn)有的密封技術(shù)中，密封環(huán)的密封界面的接觸壓力分布在低壓側(cè)的壓力梯度不等于高壓側(cè)的壓力梯度，當(dāng)開始運動時，粘附在泵筒壁面上的油膜被攜帶到收斂性狹縫，流體動壓效應(yīng)導(dǎo)致這部分油膜的壓力比環(huán)隙兩端的壓力大，油膜被擠到彈性密封材料的表面凹坑出，隨著運動進行，油膜從一個坑依次向下一個坑推移形成泄漏，在一個往復(fù)運動的行程中，會產(chǎn)生漏失，最終破壞隔膜平衡體系。另外，密封環(huán)提供密封預(yù)緊力，其開始預(yù)緊力較大，密封環(huán)迅速磨損；隨著工作磨損，預(yù)緊力快速減小，直至失效，密封短接的整體壽命不夠長。抽油泵空間狹小，密封短接的體積和結(jié)構(gòu)受到限制。中國專利公開號CN 2391029Y, 授權(quán)公告日2000年8月9日，實用新型專利的名稱為強彈力防砂卡抽油泵，該申請案公開了“該泵的柱塞體外層是由密封環(huán)和襯套相嵌形成多個組合排列，密封環(huán)采用復(fù)合彈性材料制成，靠膨脹原理起密封作用”，該方案密封效果差和耐磨時間短；中國專利公開號 CN100376794C，授權(quán)公告日2008年3月沈日，發(fā)明專利的名稱為帶長塞環(huán)封和進油沉砂通道的防稠防砂液力反饋抽油泵，該申請案公開了 “長塞環(huán)封密封總成依次設(shè)置若干道刮砂環(huán)和金屬環(huán)及非金屬環(huán)”，磨損后自動補償?shù)脑矶际菑椥泽w恢復(fù)變形，密封效果和耐磨性都不適用于隔膜式防砂抽油泵的密封，其次，機械自封式柱塞泵的皮碗緊貼在泵筒內(nèi)壁，由于皮碗和泵筒內(nèi)壁長時間接觸，皮碗會出現(xiàn)磨損，柱塞的壽命短。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)不足而提供一種能在隔膜式抽油泵中正常工作、泄漏量接近于零、使用壽命長的抽油泵用密封短接。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種抽油泵用密封短接，主要包括密封短接本體、環(huán)形刀架、環(huán)形刀片、環(huán)形壓縮彈簧；其特征在于所述的密封短接本體環(huán)體外周上設(shè)置有環(huán)形刀架，所述環(huán)形刀架中間設(shè)置有一環(huán)狀細(xì)縫，所述環(huán)形刀片設(shè)置在細(xì)縫里；所述環(huán)形彈簧圈與環(huán)形刀片相接觸地嵌入在細(xì)縫內(nèi)且位于環(huán)形刀片的內(nèi)層。按上述方案，所述環(huán)形刀架由主固定架和副固定架組成；所述主固定架是截面為L形的圓環(huán)；所述副固定架為內(nèi)環(huán)一角被去掉一部分且橫截面為四邊形的圓環(huán)。按上述方案，所述細(xì)縫為主固定架和副固定架夾合構(gòu)成的縫隙，細(xì)縫的外端為可容納環(huán)形刀片水平移動外張的狹縫，細(xì)縫的內(nèi)端為可容納環(huán)形刀片的端頭刀柄和環(huán)形壓縮彈簧在水平方向相對推靠運動的矩形和圓形結(jié)合孔。按上述方案，所述環(huán)形刀片為周向環(huán)形刀片，由片狀矩形卷繞而成且兩個卷繞邊相互重疊；重疊部分占總圓周長度的五分之一到二分之一。按上述方案，所述環(huán)形壓縮彈簧由壓縮螺旋彈簧的兩端相連接構(gòu)成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果(1)通過環(huán)刀結(jié)構(gòu)將密封界面處油膜的壓力梯度急劇加大變陡，從而實現(xiàn)環(huán)隙中在柱塞一個沖程里液體的泄漏量幾乎為零。在兩端壓力大小關(guān)系發(fā)生交替變化情況下，抽油泵用密封短接也能保證環(huán)隙泄漏量為零，密封效果好；而其它密封環(huán)的自身結(jié)構(gòu)決定了其在這種復(fù)雜情況下有一定的泄漏量。對于常規(guī)彈性密封環(huán)，柱塞往復(fù)運動時，密封是靠密封短接與泵筒壁面之間油膜的彈性流動壓效果實現(xiàn)的。環(huán)隙的動密封及潤滑機理取決于泵筒壁面帶入密封界面油膜的行為。經(jīng)分析可知，一個沖程H將產(chǎn)生凈泄漏量為Q = KdHQi0-ht) = π Η、式中，h為環(huán)隙高度，d為柱塞直徑，η為液膜的粘度，U0為上沖程速度，Ui為下沖程速度，和別為上沖程或下沖程最大壓力梯度，后續(xù)相同。如果括號內(nèi)的數(shù)值為零或為負(fù)數(shù)，則實現(xiàn)了零泄漏。即在上沖程時，要維持低的泄漏量要求接觸壓力分布在靠近柱塞上端方向較陡，具有較大的壓力梯度，在柱塞下端方向具有較小的壓力梯度；而在下沖程時，要求接觸壓力分布在靠近柱塞下端較陡，具有較大的壓力梯度，在柱塞上端具有較小的壓力梯度而最大壓力梯度主要取決于密封件的結(jié)構(gòu)和材料。對于彈性材料密封件而言， 在柱塞兩端壓力大小關(guān)系發(fā)生交替變化情況下，不能同時滿足以上兩個要求。但是，在密封面中間設(shè)置一個環(huán)形刀，在上沖程和下沖程，最大壓力梯度和接觸壓
力分布曲線最陡點都在中間，即式中，U0為上沖程速度，Ui為下沖程速度，ωε和ωΕ分別為上沖程或下沖程最大壓力梯度。因此，通過該密封短接的泄漏量為零；另外，流體通過密封短接接觸面的量僅決定于流體壓力分布曲線的最大斜率，即壓力分布曲線越陡，油膜厚度越小，在刀架壓力梯度最大附近再設(shè)置環(huán)形刀，可以確定密封間隙中的壓力梯度為
dp 6η Ι— = — OX h0式中ρ為環(huán)隙中流體徑向(X方向)壓力，環(huán)隙高度為hQ，柱塞移動速度U，粘度η， 壓力沿間隙程線性增加，相對于刀架厚度，刀口的厚度較小，使整個密封接觸壓力分布在刀口處突然增大，在刀口達(dá)到最大值，進一步增加該處的壓力分布曲線的坡度，使環(huán)隙泄漏量更少。(2)使用環(huán)狀彈簧圈保證密封短接的環(huán)刀與泵筒壁面的接觸力始終為一個恒定值，從而保證密封短接的使用壽命比現(xiàn)有彈性密封環(huán)的使用壽命長?，F(xiàn)有組合柱塞防卡抽油泵等使用的彈性密封環(huán)是依靠自身的彈性膨脹來實現(xiàn)自動補償磨損量的，預(yù)接觸力大，磨損快。而在本抽油泵用密封短接中，環(huán)形刀架和環(huán)形刀口與井壁的預(yù)接觸力是由細(xì)縫中嵌入的環(huán)形壓縮彈簧提供，可以根據(jù)最合適的預(yù)接觸力大小選擇環(huán)形壓縮彈簧，使刀口與泵筒壁面的間的泄漏量為零，同時保證刀口與泵筒壁面間的接觸力不過大，環(huán)形刀的磨損量適合，使整個密封短接的使用壽命更長。

圖1為抽油泵用密封短接的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為抽油泵用密封短接的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、密封短接本體；2、環(huán)形刀架；3環(huán)形刀片；4、環(huán)形壓縮彈簧；5、主固定架； 6、細(xì)縫；7、副固定架。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步說明，但不限定本實用新型。本實用新型主要包括密封短接本體(1)、環(huán)形刀架( 、環(huán)形刀片( 、環(huán)形壓縮彈簧，其特征在于所述的密封短接本體(1)環(huán)體外周上設(shè)置有環(huán)形刀架O)，所述環(huán)形刀架O)中間設(shè)置有一環(huán)狀細(xì)縫(6)，所述環(huán)形刀片C3)設(shè)置在細(xì)縫(6)里；所述環(huán)形彈簧圈 (4)與環(huán)形刀片(3)相接觸地嵌入在細(xì)縫(6)內(nèi)且位于環(huán)形刀片(3)的內(nèi)層。所述環(huán)形刀架⑵由主固定架(5)和副固定架(7)組成；所述主固定架(5)是截面為L形的圓環(huán)；所述副固定架(7)為內(nèi)環(huán)一角被去掉一部分且橫截面為四邊形的圓環(huán)。所述細(xì)縫(6)為主固定架(5)和副固定架(7)夾合構(gòu)成的縫隙，細(xì)縫(6)的外端為可容納環(huán)形刀片(3)水平移動外張的狹縫，細(xì)縫(6)的內(nèi)端為可容納環(huán)形刀片( 的端頭刀柄和環(huán)形壓縮彈簧(4)在水平方向相對推靠運動的矩形和圓形結(jié)合孔。所述環(huán)形刀片( 為周向環(huán)形刀片，由片狀矩形卷繞而成且兩個卷繞邊相互重疊，重疊部分占總圓周長度的五分之一到二分之一。在工作中磨損一部分后，環(huán)形刀片(3) 在環(huán)形壓縮彈簧(4)作用下從密封短接本體(1)內(nèi)側(cè)往外側(cè)移動而張開，從而實現(xiàn)補償磨損掉的部分。所述環(huán)形壓縮彈簧由壓縮螺旋彈簧的兩端相連接構(gòu)成。由于磨損量小，所述環(huán)形壓縮彈簧(4)發(fā)生較小彈性變形就能將環(huán)形刀片( 推靠在泵筒壁面，這個過程中，彈性力的損失并不大，即環(huán)形刀片( 對泵筒壁面的接觸力變化不大。以上僅是實現(xiàn)本實用新型的一種實施例，基于本實用新型權(quán)利要求本原理的其它形式在本范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種抽油泵用密封短接，主要包括密封短接本體、環(huán)形刀架、環(huán)形刀片、環(huán)形壓縮彈簧；其特征在于所述的密封短接本體環(huán)體外周上設(shè)置有環(huán)形刀架，所述環(huán)形刀架中間設(shè)置有一環(huán)狀細(xì)縫，所述環(huán)形刀片設(shè)置在細(xì)縫里；所述環(huán)形彈簧圈與環(huán)形刀片相接觸地嵌入在細(xì)縫內(nèi)且位于環(huán)形刀片的內(nèi)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封短接，其特征在于所述環(huán)形刀架由主固定架和副固定架組成；所述主固定架是截面為L形的圓環(huán)；所述副固定架為內(nèi)環(huán)一角被去掉一部分且橫截面為四邊形的圓環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封短接，其特征在于所述細(xì)縫為主固定架和副固定架夾合構(gòu)成的縫隙，細(xì)縫的外端為可容納環(huán)形刀片水平移動外張的狹縫，細(xì)縫的內(nèi)端為可容納環(huán)形刀片的端頭刀柄和環(huán)形壓縮彈簧在水平方向相對推靠運動的矩形和圓形結(jié)合孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的密封短接，其特征在于所述環(huán)形刀片為周向環(huán)形刀片，由片狀矩形卷繞而成且兩個卷繞邊有相互重疊部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的密封短接，其特征在于所述重疊部分占總圓周長度的五分之一到二分之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封短接，其特征在于所述環(huán)形壓縮彈簧由壓縮螺旋彈簧的兩端相連接構(gòu)成。
專利摘要本實用新型涉及一種抽油泵用密封短接，主要包括密封短接本體、環(huán)形刀架、環(huán)形刀片、環(huán)形壓縮彈簧；其特征在于所述的密封短接本體環(huán)體外周上設(shè)置有環(huán)形刀架，所述環(huán)形刀架中間設(shè)置有一環(huán)狀細(xì)縫，所述環(huán)形刀片設(shè)置在細(xì)縫里；所述環(huán)形彈簧圈與環(huán)形刀片相接觸地嵌入在細(xì)縫內(nèi)且位于環(huán)形刀片的內(nèi)層。通過環(huán)刀結(jié)構(gòu)將密封界面處油膜的壓力梯度急劇加大變陡，從而實現(xiàn)環(huán)隙中在柱塞一個沖程里液體的泄漏量幾乎為零；同時使用環(huán)狀彈簧圈保證密封短接的環(huán)刀與泵筒壁面的接觸力始終為一個恒定值，從而保證密封短接的使用壽命比現(xiàn)有彈性密封環(huán)的使用壽命長。
文檔編號F04B53/00GK202100442SQ20112018520
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者丁永偉, 劉運榮, 王四虎, 類歆, 褚建軍, 鐘磊, 陳向軍 申請人:中國石化集團江漢石油管理局石油機械研究院, 中國石油化工集團公司