IE1--.A tKr-iiIE1 -. A tKr-ii
Изобретение относитс к глубинно-насосному оборудованию, в частности к элементам штанговых колонн насосных установок, предназначенных дл подъема пластовой жидкости из скважин. Известен амортизатор насосной штанговой колонны, включаюш,ий корпус с выступами на внутренней поверхности, концентрично размешенную в нем т гу с выступами на наружной поверхности и установленные между выступами т ги и корпуса упругие элементы в виде образованных тарельчатыми пружинами секций, между которыми установлены плоские ограничительные шайбы 1. Однако при выполнении ограничительных шайб плоскими не исключена веро тность деформации тарельчатых пружин (под действием пиковых нагрузок) на величину, равную высоте их внутреннего корпуса. При такой величине деформации пружины работают в зоне упругопластических деформаций , в пружинах возникают пластические остаточные деформации, и в результате между пружинами упругого элемента и выступами т ги и корпуса по вл етс зазор, допускающий свободный ход т ги относительно корпуса амортизатора. По вление свободного хода т ги относительно корпуса приводит к возникновению дополнительных ударных нагрузок в процессе работы колонны штанг. В результате действи ударных нагрузок упругие элементы преждевременно выход т из стро , в частности из-за поломки тарельчатых пружин, что снижает долговечность амортизатора. Наиболее близким к предлагаемому вл етс амортизатор насосной штанговой колонны, содержаший корпус с выступами на внутренней поверхности, концентрично размещенную в нем т гу с выступами на наружной поверхности, установленные между выступами т ги и корпуса упругие элементы в виде образованных тарельчатыми пружинами секций и установленные дл взаимодействи с ними ограничительные шайбы 2. Однако нагрузочна способность тарельчатых пружин и амортизатора в целом ограничена . Это св зано с тем, что кажда тарельчата пружина выполн ет амортизационные функции только в пределах нагрузки , при которой деформаци тарельчатой пружины не превышает величины ее максимально допустимой рабочей деформации. При дальнейшем увеличении нагрузки, действующей на штанговую колонну, все тарельчатые пружины, плотно соприкаса сь с конусной торцовой поверхностью ограничительных шайб, работают как абсолютно жесткое тело, т. е. не выполн ют амортизационных функций. Кроме того, кругова лини контакта между тарельчатой пружиной и ограничительной шайбой либо неподвижна (в случае, когда наружный диаметр ограничительной шайбы меньше или равен наружному диаметру тарельчатой пружины), либо перемещаетс на незначительную величину (менее 2 мм) по конусной поверхности ограничительной щайбы в сторону ее наружного диаметра (в случае , когда наружный диаметр ограничительной шайбы больше наружного диаметра таральчатой пружины). При этом величина деформации тарельчатой пружины, взаимодействующей с ограничительной шайбой с конусной торцовой поверхностью, пропорциональна величине восприни.маемой пружиной нагрузки. Величина жесткости и нагрузной способности тарельчатых пружин, взаимодействующих с ограничительными шайбами с конусными торцовыми поверхност ми , равна величине жесткости и нагрузочной способности аналогичных тарельчатых пружин, взаимодействующих с плоскими ограничительными шайбами. Цель изобретени - повышение нагрузочной способности амортизатора при одновременном обеспечении работы упругих элементов в области упругих деформаций. Указанна цель достигаетс тем, что в амортизаторе насосной штанговой колонны, содержащем корпус с выступами на внутренней поверхности, концентрично размещенную в нем т гу с выступами на наружной поверхности, установленные между выступами т ги и корпуса упругие элементы в виде образованных тарельчатыми пружинами секций и установленные дл взаимодействи с ними ограничительные шайбы, торцовые поверхности каждой ограничительной шайбы выполнены в виде выпуклой поверхности вращени . Выпуклые поверхности вращени ограничительных щайб имеют параболическую форму. На фиг. I показан амортизатор, общий вид; на фиг. 2 - ограничительна шайба и тарельчата пружина без нагрузки, продольный разрез; на фиг. 3 - то же, под рабочей нагрузкой; на фиг. 4 - то же, при максимальной допустимой рабочей деформации пружины. Амортизатор насосной колонны содержит корпус 1 с выступами на внутренней поверхности , концентрично размещенную в нем т гу 2 с выступами на наружной поверхности и установленные между выступами корпуса и т ги упругие элементы в виде сек ,ций (фиг. 1). Наружные секции образованы , например, двум тарельчатыми пружинами 3. В каждой секции дл взаимодействи с пружинами 3 установлены ограничительные шайбы 4 с отверсти ми 5. Ось отверсти 5 совпадает с осью т ги 2 и корпуса 1. Торцова поверхность каждой ограничительной щайбы 4 выполнена в виде выпуклой поверхности вращени , имеющей параболическую форму. Эта поверхность образована путем вращени части ветви параболы вокруг ее оси, проход щей через ось т ги 2. Амортизатор работает следующим образом . Под действием раст гивающих или сжимающих нагрузок, действующих на колонну щтанг, пружины 3 деформируютс . При этом происходит изменение таких линейных параметров, как уклон тарельчатой пружины 3 и диаметр круговой линии контакта пружины 3 с шайбой 4. Кругова лини контакта поверхностной пружины 3 и щайбы 4 перемещаетс по всей образующей концевой поверхности пружины 3 и выпуклой поверхности шайбы 4 в процессе изменени нагрузки на амортизатор. Так как кругова лини контакта между поверхност ми пружины 3 и шайбы 4 перемещаетс в сторону оси амортизатора по мере увеличени деформации пружины 3, то рабочий диаметр пружины 3 уменьшаетс , а жесткость-пружины 3 соответственно увеличиваетс , т. е. упругие свойства пружины 3 по мере ее деформации измен ютс . Чем больше величина деформации тарельчатой пружины 3, тем выше ее жесткость, а значит и ее нагрузочна способность. При достижении максимально допустимой рабочей деформации пружины 3 (фиг. 4) внутренн конусна поверхность тарельчатой пружины прилегаетк поверхности ограничительной шайбы 4 у отверсти 5. При этом пружина 3 перестает выполн ть амортизационные функции и работает совместно с шайбой 4 как жесткое тело, не деформиру сь при дальнейшем увеличении нагрузки. В предлагаемом амортизаторе дл деформации пружины 3 на величину, равную максимально допустимой рабочей деформации, требуетс приложить нагрузку, существенно превыщающую усилие, потребное дл создани максимально допустимой рабочей деформации аналогичной тарельчатой пружины , взаимодействующей с конусной ограничительной щайбой. При разгружении секций тарельчатых пружин 3 лини контакта перемещаетс в сторону внешнего диаметра шайбы 4 и пружины 3. Рабочий диаметр пружины 3 увеличиваетс , а жесткость пружины уменьшаетс . Подобное изменение жесткости пружин 3 в процессе работы приводит к тому, что нагрузочна способность как отдельных пружин, так и самих секций возрастает. Вследствие этого повышаетс и нагрузочна способность амортизатора в целом. При использовании предлагаемого устройства снижаетс расход материалов на восстановление амортизаторов, сокращаютс затраты на спуско-подъемные операции колонны штанг дл ремонта, а также увеличиваетс объем текущей добычи нефти.The invention relates to downhole pumping equipment, in particular, to elements of sucker rod columns of pumping units designed to lift formation fluid from wells. A shock absorber of a pumping rod column is known; it includes a body with protrusions on the inner surface, concentrically placed in it a string with protrusions on the outer surface and elastic elements installed between the protrusions of the tee and the body in the form of sections formed by cup springs, between which there are flat limiting washers 1. However, when performing flat washers with flat ones, the probability of deformation of the disk springs (under the effect of peak loads) by an amount equal to the height of their internal his body. With this amount of deformation, the springs operate in the zone of elastoplastic deformations, plastic residual deformations occur in the springs, and as a result, a gap appears between the springs of the elastic element and the lugs of the thrust and the body, allowing free running of the thrust relative to the shock absorber body. The occurrence of free travel in relation to the hull leads to the appearance of additional shock loads during the operation of the rod string. As a result of the impact of shock loads, the elastic elements are prematurely damaged, in particular because of the failure of the disc springs, which reduces the durability of the shock absorber. Closest to the present invention, there is a shock absorber of a sucker rod string containing a body with protrusions on the inner surface, a rod with protrusions on the outer surface concentrically located therein, elastic elements in the form of sections formed by cup springs and mounted for interaction between protrusions of the tee and body. with them restrictive washers 2. However, the load capacity of the disc springs and the shock absorber is generally limited. This is due to the fact that each spring mat performs damping functions only within the limits of the load at which the deformation of the disc spring does not exceed the value of its maximum allowable working strain. With a further increase in the load acting on the rod column, all cup springs, tightly in contact with the conical end surface of the restriction washers, work as an absolutely rigid body, i.e., they do not perform damping functions. In addition, the circular line of contact between the cup spring and the restrictive washer is either stationary (in the case when the outer diameter of the restriction washer is less than or equal to the outer diameter of the disc spring) or moves by a small amount (less than 2 mm) along the conical surface of the restriction plate on its side outer diameter (in the case when the outer diameter of the restrictive washer is larger than the outer diameter of the talral spring). In this case, the amount of deformation of the disc spring interacting with the restrictive washer with a conical end surface is proportional to the value of the perceived load of the spring. The value of stiffness and load capacity of the cup springs interacting with restrictive washers with tapered face surfaces is equal to the value of stiffness and load capacity of similar disk washers interacting with flat limit washers. The purpose of the invention is to increase the load capacity of the shock absorber while ensuring the operation of the elastic elements in the field of elastic deformations. This goal is achieved by the fact that the shock absorber of the pump rod column contains a housing with protrusions on the inner surface, a concentrically arranged therethrough with protrusions on the outer surface, elastic elements in the form of sections formed by cup springs and installed for interaction with them restrictive washers, end surfaces of each restrictive washer made in the form of a convex surface of rotation. The convex surfaces of rotation of the limiting shields are parabolic. FIG. I shows the shock absorber, general view; in fig. 2 - restrictive washer and spring spring without load, longitudinal section; in fig. 3 - the same, under the workload; in fig. 4 - the same, with the maximum allowable working strain of the spring. The shock absorber of the pumping column contains a housing 1 with protrusions on the inner surface, concentrically placed therein with 2 protrusions on the outer surface and mounted between the protrusions of the housing and the elastic elements in the form of sections (Fig. 1). The outer sections are formed, for example, by two cup springs 3. In each section, limiting washers 4 with holes 5 are installed to interact with springs 3. The axis of the hole 5 coincides with the axis of the rod 2 and body 1. The front face of each restrictive plate 4 is made in the form of a convex rotational surface having a parabolic shape. This surface is formed by rotating a part of the branch of a parabola around its axis, passing through the axis of the rod 2. The shock absorber works as follows. Under the action of tensile or compressive loads acting on the string Shtang, the springs 3 are deformed. When this occurs, such linear parameters as the slope of the cup spring 3 and the diameter of the circular line of contact of the spring 3 with the washer 4 change. The circular line of contact of the surface spring 3 and the clamp 4 moves along the entire generatrix of the end surface of the spring 3 and the convex surface of the washer 4 during load variation on the shock absorber. Since the circular line of contact between the surfaces of the spring 3 and the washer 4 moves towards the axis of the shock absorber as the deformation of the spring 3 increases, the working diameter of the spring 3 decreases and the spring-rigidity 3 increases accordingly, i.e., the elastic properties of the spring 3 as its deformations change. The greater the amount of deformation of the disc spring 3, the higher its rigidity, and hence its load capacity. When the maximum allowable working strain of the spring 3 (Fig. 4) is reached, the inner conical surface of the disc spring rests against the surface of the restrictor washer 4 at the opening 5. At the same time, the spring 3 ceases to perform damping functions and works together with the washer 4 as a rigid body without deforming further increase the load. In the proposed shock absorber, in order to deform the spring 3 by an amount equal to the maximum allowable working strain, it is necessary to apply a load substantially exceeding the force required to create the maximum allowable working strain of a similar belleville spring interacting with a tapered limiting plate. When the sections of the disc springs 3 are unloaded, the contact line moves toward the outer diameter of the washer 4 and the spring 3. The working diameter of the spring 3 increases, and the spring stiffness decreases. Such a change in the stiffness of the springs 3 in the process of work leads to the fact that the load capacity of both the individual springs and the sections themselves increases. As a result, the load capacity of the shock absorber increases as a whole. When using the proposed device, the consumption of materials for the recovery of shock absorbers is reduced, the costs for lowering and lifting operations of the rod string for repair are reduced, and the volume of current oil production is also increased.