3.5.2 Плунжери

Плунжери свердловинних штангових насосів мають такі виконання:

П1Х – з кільцевими канавками, циліндричною розточкою на верхньому кінці і хромовим покриттям зовнішньої поверхні; П2Х – те ж, без циліндричної розточки на верхньому кінці; П1А – з кільцевими канавками, циліндричною розточкою на верхньому кінці і азотованою зовнішньою поверхнею; П2А–те ж, без циліндричної розточки на верх-ньому кінці; П1И – з кільцевими канавками, циліндричною розточкою на верхньому кінці і ущільненням зовнішньої поверхні методом напилення; П2И – те ж, без циліндричної розточки на верхньому кінці; П1НХ – з кільцевими канавками, циліндричною розточкою на верхньому кінці і хромовим покриттям зовнішньої поверхні і зовнішньою приєднувальною різьбою; П1НИ – з кільцевими канавками, циліндричною розточкою на верхньому кінці, зміцненням зовнішньої поверхні методом напилення і зовнішньою приєднувальною різьбою; П1Нм - з манжетними (металічними і неметалічними) ущільненнями і зовнішньою приєднувальною різьбою (див. рис. 3.12, в).

Крім вказаних типів плунжерів, допускається конструкція плунжерів з гладкою циліндричною поверхнею і з гвинтовою канавкою.

Плунжери виготовляються з стальних безшовних горячекатаних труб з товщиною стінки від 5 до 9,5 мм і довжиною 1200, 1500 і 1800 мм.

Основний матеріал для виготовлення плунжерів – сталь 45. Для досягнення заданої чистоти механічної обробки і стійкості проти спрацювання зовнішня поверхня плунжера покривається шаром хрому товщиною 0,075 мм, шліфується і полірується до необхідного номінального діаметра. Застосування хромового покриття підвищує стійкість металу до корозійно-механічних руйнувань і зменшує коефіцієнт тертя (зусилля тертя) в циліндрово-плунжерній парі. Допускається замість хромування застосовувати хіміко-термічну (азотування), термічну обробку (гартування СВЧ) або нанесення порошкових покриттів.

Аналізуючи різні виконання плунжерів слід відмітити, що канавки на зовнішній поверхні плунжерів виконують подвійну функцію. По-перше, вони покращують умови мащення пари «циліндр-плунжер», по-друге, в них відкладаються механічні домішки, які в результаті недостатньої герметичності пари разом з рідиною проникають в радіальний зазор між циліндром і плунжером.

а – виконання П1Х, П1А,П1И; б – виконання П2Х, П2А.П2И; в – виконання П1Нм

Рисунок 3.12 - Конструкції плунжерів ШСН

Основна перевага гумованих манжетних плунжерів – це надійна герметичність циліндро-плунжерної пари при відносно більших, в порівнянні з металевими плунжерами, радіальних зазорах. Такі плунжери чутливі до впливу механічних домішок і придатні для роботи в свердловинах, в продукції яких механічні домішки відсутні. Крім того, при переміщенні гумованих плунжерів виникають значні сили тертя.

3.5.3 Клапанні вузли

Клапани штангових свердловинних насосів - це кулькові пристрої, призначені для перекриття зворотного протікання рідини. Насоси комплектуються всмоктувальними і нагнітальними клапанами. Нагнітальні клапани, в переважній більшості ШСН, встановлюються в нижній частині плунжера, всмоктувальні - в нижній частині циліндра.

Клапани можуть мати два виконання за конструкцією сідла клапана – з циліндричним сідлом і з циліндричним сідлом з буртом. Обидва виконання за конструкцією можуть мати нормальний або зменшений діаметр кульки. В залежності від характеру відкачуваного середовища деталі клапанів виготовляються із різних матеріалів приведених в таблиці. Твердість матеріалу кульки на 15 - 20 HRС більша від твердості матеріалу сідла.

а – клапан КБ; б – клапан К

Рисунок 3.13 - Конструктивні виконання сідел клапанів

Для ефективної роботи насосів клапанні вузли комплектуються здвоєними нагнітальними та всмоктувальними клапанами.

Способи кріплення всмоктувальних клапанів визначаються типом та конструкцією насоса. У невставних насосів всмоктувальний клапанний вузол повинен мати спеціальний захоплювальний пристрій для можливості його заміни без піднімання НКТ.

Економічність і надійна робота клапанів визначаються герметичністю пари «сідло-кулька». Забезпечення її герметичності досягається селективним підбиранням сідла і кульки та випробовуванням герметичності клапанів на спеціальних стендах.

Специфічні умови експлуатації підземного нафтового обладнання визначають характерні конструктивно-технологічні вимоги, які забезпечують нормальну працездатність і експлуатаційну надійність обладнання. Домінуюче значення при цьому має технологія виготовлення деталей ШСН і особливо його заключна стадія - складання.

Таблиця 3.1 – Матеріали деталей клапанів свердловинних штангових насосів

Матеріал кульки	Матеріал сідла
Нержавіюча загартована сталь	Нержавіюча загартована сталь
Нержавіюча загартована сталь	Зпечений металопорошок
Нержавіюча загартована сталь	Твердий сплав (карбід вольфраму)
Нержавіюча загартована сталь	Нержавіюча загартована сталь з кільцем із твердого сплаву (карбід вольфраму)
Твердий сплав (карбід вольфраму)	Твердий сплав (карбід вольфраму)
Металокераміка	Нержавіюча загартована сталь з кільцем із твердого сплаву (карбід вольфраму)
Стеліт (сплав кобальта, нікеля і хрому)	Стеліт (сплав кобальта, нікеля і хрому)

Основною особливістю складання штангових свердловинних насосів є досягнення високої точності спряження пари "циліндр-плунжер", що досягається селективним сортуванням втулок, з яких складається втулковий циліндр і підбором для нього відповідного плунжера.

Втулки виготовляються з високою точністю. Допустимі відхилення - діаметр, не прямолінійність осей отвору та не перпендикулярність торцевої поверхні до осі отвору не повинні перевищувати 0,03 мм. Після складання втулкового циліндра і встановлення плунжера по всій довжині насоса, повинен бути забезпечений постійний діаметральний зазор.

Якість складання циліндро-плунжерної пари контролюється зусиллям, яке виникає при контакті плунжера і циліндра, що записується на картограмах, які додаються до паспорта насоса.