CN107524420B - 随动对中两级有杆系统密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种随动对中两级有杆系统密封装置，应用于有杆系统井口的密封。该有杆系统密封装置采用两级非金属密封技术并结合对中机构和调偏机构，实施两级密封作业、径向自动调偏作业和自行随动对中调斜作业；一级密封器的外形呈柱状盒体，通过V带盘根及其各层间的多级脂油环形成V带盘根第一级非金属密封，并实现不停机更换盘根；二级密封器的外形呈厚壁筒体，通过八角形密封圈产生良好的径向补偿，而形成八角形密封圈第二级非金属密封；对中器的外形呈长管体，依据对中机构和抽吸杆偏磨环面的侧向力完成密封装置的自行随动对中调斜；调偏器的外形呈扁盘体，依据调偏机构和抽吸杆偏磨环面的侧向力完成两级密封器的径向自动调偏。

Description

随动对中两级有杆系统密封装置

技术领域

本发明涉及一种石油工程领域有杆系统井口的密封装置，特别是涉及一种随动对中调斜、径向调偏和两级密封的有杆系统密封装置及其密封方法。

背景技术

目前我国大部分油气田已进入机械开采期，煤层气、页岩气等非常规气井的开采也已经进入商业开采阶段，常规油气井和非常规气井所用的开采设备通常为抽油泵、抽油杆和油管等组成的有杆设备，对于有杆设备，井口处抽吸杆密封装置的性能直接影响到整个有杆抽吸系统的效率和油气的产量。

现有的有杆抽吸系统井口密封技术归纳为：1)常规井口密封装置，该技术的密封盘根是依靠压盖轴向压紧实现其密封功能的，结构简单，操作方便，然而其缺点是更换密封盘根时必须停机、无调偏机构和调斜机构。2)改进型井口密封装置，压帽通过螺纹传递压力到压盖使压盖压缩密封盘根，密封盘根产生径向变形而完成密封，当需要更换密封盘根时，转动调节丝杠让半圆形密封圈压紧在抽吸杆上，此装置相对于常规井口密封装置增加了防喷功能，而其缺陷是无调偏机构、调斜机构和扶正机构，防喷部件结构复杂并使生产制造的成本增加，且需要同时转动两个调节丝杠进而增加工人的操作难度。3)新型井口密封装置，上压套压紧锥形盘根并使其产生径向变形从而达到密封的目的，同时下压盖产生对矩形盘根的作用力来实现防喷作用，而且设计调偏机构，实现水平方向上一定量的调偏，但在使用过程中发现其缺陷为密封圈的形状和材质选用不合理而使其密封效果不甚理想，密封圈的安装和拆卸均不方便，调偏机构不能实现随动对中调斜而使得密封圈的失效率仍然较高。

发明内容

为了克服现有油气井和非常规气井有杆抽吸系统井口密封技术存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种适合有杆系统抽吸杆密封用的随动对中两级有杆系统密封装置。该有杆系统密封装置采用V带盘根和八角形密封圈组成的两级非金属密封技术，并结合对中器的对中机构和调偏器的调偏机构，实现有杆系统的两级密封、不停机更换盘根、自行随动对中调斜和径向自动调偏功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种随动对中两级有杆系统密封装置，主要由一级密封器、二级密封器、对中器和调偏器几部分组成，一级密封器、二级密封器、对中器和调偏器均采用阶梯回转体构造且由上而下依次同轴心布置。密封作业中，一级密封器通过一级压环和一级衬套夹紧V带盘根而在抽吸杆和一级密封体间形成V带盘根第一级非金属密封，二级密封器通过二级压环和二级衬套夹紧八角形密封圈而在抽吸杆和对中体间形成八角形密封圈第二级非金属密封，对中器依据对中机构和抽吸杆偏磨环面的侧向力而使得往复运动中两级密封器自行与抽吸杆调整至同轴心，完成密封装置的自行随动对中调斜，调偏器依据调偏机构和抽吸杆偏磨环面的侧向力而使得往复运动中两级密封器随对中器自行补偿与抽吸杆之间的偏移量，完成径向自动调偏。

一级密封器的外形呈柱状盒体，且它通过V带盘根及其各层间的多级脂油环形成V带盘根第一级非金属密封，并实现不停机更换盘根，一级密封器包括一级手柄、上压盖、一级压环、一级衬套、V带盘根和一级密封体，上压盖、一级压环、一级衬套和一级密封体分别同轴心布置。一级手柄和二级手柄均采用长杆状手柄且由上而下分层排列，一级手柄通过螺纹接于上压盖。上压盖采用柱状筒体，用于传递一级手柄的旋转动力，其外环面的上部车制有沿圆周方向对称布置的螺纹孔，上压盖的中央部位钻有圆形孔眼，该圆形孔眼的孔径大于抽吸杆的杆径，同时上压盖的环腔内壁下部车制密封性管螺纹并与一级密封体进行连接。

V带盘根采用一根废旧的普通V带，V带盘根的外壳采用橡胶帆布，其抗拉体采用化学纤维且加上顶胶和底胶而构成复合材质构造，具有较好的弹性和强度且抗老化性能强，V带盘根螺旋缠绕至抽吸杆外环面，各层V带盘根之间填充满润滑脂而构成多级脂油环。

一级压环采用双层环体，双层环体间构成环形沟槽并填充满润滑脂，一级压环外层环体的轴向长度大于其内层环体的轴向长度，其内层环体的下端面采用螺旋面，该螺旋面与V带盘根绕抽吸杆缠绕后的顶端面保持平齐。一级衬套采用圆环体，其上端面采用螺旋面，一级衬套的螺旋面与一级压环的螺旋面相平行，并通过轴向移动而同时夹紧V带盘根，同时一级衬套的螺旋面与V带盘根绕抽吸杆缠绕后的底端面保持平齐。

一级密封体作为第一级密封的本体，它采用变截面回转体，一级密封体的环腔内壁由下而上依次置入一级衬套、V带盘根和一级压环，且其环腔内壁的变截面结合处形成的轴肩实现一级衬套的定位，同时一级密封体外环面的上部和中部分别车制有密封性管螺纹。一级密封体的上端面铣有环形沟槽，一级密封体的环形沟槽内配置一级压环的外层环体，由此一级密封体的环腔内壁与一级压环内层环体的外环面之间精密配合而构成移动副，且一级密封体环形沟槽的内外沟槽面与一级压环外层环体的内外环面之间同时精密配合而构成移动副。此外，一级压环内层环体的内径、一级衬套的内径以及一级密封体环腔内壁的最小直径均大于抽吸杆的杆径。

二级密封器的外形呈厚壁筒体，且它通过八角形密封圈产生良好的径向补偿而形成八角形密封圈第二级非金属密封，二级密封器包括二级手柄、二级压环、二级衬套、八角形密封圈、上○型密封圈和二级密封体，二级密封体、二级压环、八角形密封圈和二级衬套由上而下同轴心布置。二级手柄通过螺纹接于二级密封体，二级密封体作为第二级密封的本体并传递二级手柄的旋转动力，它采用变截面回转体，二级密封体环腔内壁的上半部分放置一级密封体，且其环腔内壁的变截面结合处形成的轴肩实现一级密封体的定位，同时二级密封体的环腔内壁铣有上下分层排列的环形沟槽，二级密封体的环形沟槽内配置上○型密封圈；二级密封体环腔内壁的下半部分放置二级压环并通过密封性管螺纹与对中体进行连接，且其环腔内壁截面变化处的端面与二级压环的上端面相平齐，此外，二级密封体外环面的中部车制有沿圆周方向对称布置的螺纹孔。

八角形密封圈的材质选用采用氟橡胶，其下端面上设置截面为等腰梯形的环形沟槽，而使得八角形密封圈的截面呈现出“八角”的形状，八角形密封圈的环形沟槽内填充满润滑脂而具有自润滑作用，同时“八角”形独特的截面形状使其具有较好的径向补偿能力。

二级压环采用单层环体，二级压环的下端面与二级衬套的上端面相平行，并通过轴向移动而夹紧八角形密封圈，同时二级压环的外环面与对中体的环腔内壁之间精密配合而构成移动副。二级衬套采用圆环体，其横截面呈矩形。此外，二级压环的内径、二级衬套的内径以及二级密封体环腔内壁的最小直径均大于抽吸杆的杆径。

该有杆系统密封装置的两级密封作业流程为，通过一级手柄旋紧上压盖并依靠一级压环和一级衬套所传递的压紧压力，V带盘根沿轴向移动并产生径向变形而与抽吸杆的外环面和一级密封体的环腔内壁紧密贴合，同时各层V带盘根之间填充满润滑脂而构成多级脂油环，最终形成V带盘根第一级非金属密封。然后，通过二级手柄旋紧二级密封体并依靠二级压环和二级衬套所传递的压紧压力，八角形密封圈沿轴向移动并产生径向变形而与抽吸杆的外环面和对中体的环腔内壁紧密贴合，形成八角形密封圈第二级非金属密封。

对中器的外形呈长管体，且它依据对中机构和抽吸杆偏磨环面的侧向力完成密封装置的自行随动对中调斜，对中器包括对中体、对中座和中○型密封圈，对中器中的对中体和对中座构成对中机构，且对中体和对中座由上而下同轴心布置，一级密封器、二级密封器和对中器同时与抽吸杆接触且其接触部位形成抽吸杆偏磨环面。对中体采用柱体和球体相结合的构造，对中体的柱体外环面车制有密封性管螺纹，其柱体和球体结合处设置截面过渡槽，对中体的球体表面加工有精细研磨的圆球面，对中体圆球面的球心在自行随动对中调斜作业中始终位于抽吸杆的轴线，且对中体球体下端的圆形切面始终垂直于抽吸杆的轴线。对中体的环腔内壁由下而上依次置入二级衬套、八角形密封圈和二级压环，且其环腔内壁的变截面结合处形成的轴肩实现二级衬套的定位。

对中座采用圆环体，其环腔内壁由上而下依次加工有半球面和柱形流道，对中座的半球面所在球面的球径等于对中体圆球面的球径，且对中座的半球面与对中体的圆球面之间同球心布置而构成圆球副，同时对中座的柱形流道的直径小于对中体圆形切面的直径。对中体的圆球面和对中座的半球面精细研磨后，须先经退磁处理然后再进行配研，对中体圆球面和对中座半球面的接触带宽度大于对中座轴向长度的三分之一。此外，对中座半球面的上部铣有上下分层排列的环形沟槽，各层环形沟槽的中心线沿圆周方向分别位于不同的圆锥面上，各层环形沟槽中心线所在圆锥面的锥顶与对中体圆球面的球心相重合，且各层环形沟槽中心线所在圆锥面的锥度由上而下依次减小，对中座的环形沟槽内配置中○型密封圈并填充润滑脂。

该有杆系统密封装置的自行随动对中调斜作业流程为，对中器依据对中机构中对中体与对中座之间的圆球副和抽吸杆偏磨环面的侧向力，而使得抽吸杆往复运动中，两级密封器伴随对中器自行进行角度调整且最终与抽吸杆调整至同轴心。

调偏器的外形呈扁盘体，且它依据调偏机构和抽吸杆偏磨环面的侧向力完成两级密封器的径向自动调偏，调偏器包括下压盖、调偏环、调偏座和下○型密封圈，调偏器中的下压盖、调偏环和调偏座构成调偏机构，且下压盖、调偏环和调偏座同轴心布置。下压盖采用柱状筒体，其中央部位钻有圆形孔眼，该圆形孔眼的孔径大于对中体上部柱体的外径，同时下压盖的环腔内壁下部车制密封性管螺纹并与调偏座进行连接。

调偏环采用圆盘体，其外环面的直径小于下压盖环腔内壁的直径同时大于调偏座上部环腔内壁的直径，且调偏环的上端面与下压盖环腔内壁的顶端面之间精密配合同时调偏环的下端面与调偏座的顶端面之间精密配合而构成移动副。调偏环的环腔内壁加工有精细研磨的密封球面，调偏环的密封球面与对中体的圆球面始终同球心布置，且调偏环的密封球面和对中体圆球面的密封带宽度大于对中体圆球面球径的八分之一，以保证调偏环和对中体之间较高的密封性。

调偏座采用变截面回转体，其环腔内壁的上部放置对中体的球体和对中座，而其环腔内壁的变截面结合处形成的轴肩实现对中座的定位，且调偏座环腔内壁的轴肩与对中座的下端面之间精密配合而构成移动副，同时调偏座环腔内壁的轴肩与对中座下端面相结合的部位铣有内外同轴心布置的环形沟槽，调偏座的环形沟槽内配置下○型密封圈并填充润滑脂，同时调偏座环腔内壁的最小直径大于抽吸杆的杆径。调偏座外环面的上部车制密封性管螺纹，而其外环面的下部则设有卡环，并通过卡箍将整个密封装置与井口装置连成一体，调偏座卡环的横截面呈水平放置的直角梯形，调偏座的底端面上铣有环形凹槽，调偏座环形凹槽的横截面呈等腰梯形，调偏座的环形凹槽内配置金属密封环，用来实现整个密封装置与井口装置之间的密封。

○型密封圈采用耐腐蚀和耐压性能强的非金属密封圈，它包含上○型密封圈、中○型密封圈和下○型密封圈，上○型密封圈用来实现一级密封体与二级密封体之间的非金属密封，中○型密封圈用来实现对中体与对中座之间圆球副的非金属密封，而下○型密封圈则用来实现对中座与调偏座之间的非金属密封。

该有杆系统密封装置的径向自动调偏作业流程为，调偏器通过调偏机构中调偏环与下压盖和调偏座之间的移动副以及调偏座与对中座之间的移动副，并依据抽吸杆偏磨环面的侧向力，而使得抽吸杆往复运动中，两级密封器和对中器一起进行径向位移调整，且自行补偿与抽吸杆之间的偏移量。

本发明所能达到的技术效果是，该有杆系统密封装置采用V带盘根和八角形密封圈组成的两级非金属密封技术，并结合对中器的对中机构和调偏器的调偏机构，实施两级密封作业、径向自动调偏作业和自行随动对中调斜作业；一级密封器的外形呈柱状盒体，通过V带盘根及其各层间的多级脂油环形成V带盘根第一级非金属密封，并实现不停机更换盘根，二级密封器的外形呈厚壁筒体，通过八角形密封圈产生良好的径向补偿，而形成八角形密封圈第二级非金属密封；对中器的外形呈长管体，依据对中机构和抽吸杆偏磨环面的侧向力完成密封装置的自行随动对中调斜；调偏器的外形呈扁盘体，依据调偏机构和抽吸杆偏磨环面的侧向力完成两级密封器的径向自动调偏。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1是根据本发明所提出的随动对中两级有杆系统密封装置的典型结构简图。

图2是随动对中两级有杆系统密封装置中一级密封器的结构简图。

图3是随动对中两级有杆系统密封装置中二级密封器的结构简图。

图4是随动对中两级有杆系统密封装置中对中器的结构简图。

图5是随动对中两级有杆系统密封装置中调偏器的结构简图。

图6是随动对中两级有杆系统密封装置的两级密封作业流程简图。

图7是随动对中两级有杆系统密封装置的径向自动调偏作业流程简图。

图8是随动对中两级有杆系统密封装置的自行随动对中调斜作业流程简图。

图中1－一级密封器，2－二级密封器，3－对中器，4－调偏器，5－抽吸杆，6－一级手柄，7－上压盖，8－一级压环，9－V带盘根，10－一级密封体，11－一级衬套，12－二级密封体，13－上○型密封圈，14－二级手柄，15－二级压环，16－八角形密封圈，17－二级衬套，18－对中体，19－对中座，20－中○型密封圈，21－下压盖，22－调偏环，23－调偏座，24－下○型密封圈。

具体实施方式

在图1中，随动对中两级有杆系统密封装置由一级密封器1、二级密封器2、对中器3和调偏器4组成。一级密封器1、二级密封器2、对中器3和调偏器4采用阶梯回转体构造且由上而下依次同轴心布置，该有杆系统密封装置采用两级非金属密封技术，一级密封器1通过一级压环和一级衬套夹紧V带盘根而形成V带盘根第一级非金属密封，二级密封器2通过二级压环和二级衬套夹紧八角形密封圈而形成八角形密封圈第二级非金属密封，同时对中器3依据对中机构实施自行随动对中调斜作业，调偏器4依据调偏机构实施径向自动调偏作业，由此实现有杆系统井口处密封装置与抽吸杆5之间的密封。

在图1中，随动对中两级有杆系统密封装置进行组装之前，一级密封器1的上压盖和一级密封体、二级密封器2的二级密封体以及调偏器4的下压盖和调偏座的外表面分别进行喷漆防腐处理，一级密封器1的一级密封体以及对中器3的对中体的环形空腔内依次填充满润滑脂。一级密封器1的一级压环置于一级密封体中往复移动，应轻快灵活且无阻滞；对中器3的对中体置于对中座中转动，应轻快灵活且无阻滞。保持一级密封器1的一级密封体、二级密封器2的二级密封体以及调偏器4的调偏座环腔内壁的清洁，同时检查二级密封器2的八角形密封圈有无损伤，检查各螺纹联接处是否牢固且有无锈蚀。

在图1中，随动对中两级有杆系统密封装置进行组装时，调偏器4的调偏座套入抽吸杆5，而后对中器3的对中体和对中座通过调偏器4的调偏环以及下压盖与调偏座间的螺纹连接而进行定位，依次将二级密封器2的二级衬套、八角形密封圈和二级压环置于对中器3的对中体中，而后旋紧二级密封器2的二级密封体与对中器3的对中体之间的螺纹，一级密封器1的一级密封体通过螺纹而接于二级密封器2，而后依次将一级密封器1的一级衬套、V带盘根和一级压环置于一级密封体内，并盖好一级密封器1的上压盖。

在图1中，随动对中两级有杆系统密封装置的型号和规格大小依据抽吸杆5的杆径变化进行调整，一级密封器1的V带盘根的缠绕圈数和二级密封器2的八角形密封圈规格的选取需考虑井口处油压的最大值。

在图2中，一级密封器1通过V带盘根9及其各层间的多级脂油环形成V带盘根9第一级非金属密封，V带盘根9由一根废旧的普通V带进行截取，一级密封体10环腔内壁的直径与V带盘根9的规格和抽吸杆5的杆径保持一致，上压盖7与一级密封体10之间螺纹的强度依据一级压环8和一级衬套11所传递最大压紧压力进行设计，一级手柄6的规格则依据旋紧上压盖7所需要拧紧力矩的最大值进行选择。

在图2中，一级密封器1的一级密封体10内由下而上依次置入一级衬套11、V带盘根9和一级压环8，而后一级密封体10的环腔内壁内填充满润滑脂并盖好上压盖7，一级密封器1工作一段时间且V带盘根9产生磨损而影响其正常密封时，通过一级手柄6旋紧上压盖7，并依靠一级压环8和一级衬套11同时压紧V带盘根9，而使V带盘根9与抽吸杆5的外环面和一级密封体10的环腔内壁再次紧密贴合并实现密封。

在图3中，一级密封器1通过八角形密封圈16产生良好的径向补偿而形成八角形密封圈16第二级非金属密封，八角形密封圈16的规格选取需满足有杆系统维修作业期间可能产生井喷油压的最大值，二级压环15和二级衬套17的规格与八角形密封圈16的规格保持一致，二级密封体12与对中器3的对中体之间螺纹的强度依据二级压环15和二级衬套17所传递最大压紧压力进行设计，二级手柄14的规格则依据旋紧二级密封体12所需要拧紧力矩的最大值进行选择，上○型密封圈13的规格依据井口处油压的最大值进行选型。

在图3中，二级密封器2的二级衬套17、八角形密封圈16和二级压环15依次置入对中器3的对中体，而后对中器3对中体的环腔内壁内填充满润滑脂并盖好二级密封体12。二级密封器2工作前，通过二级手柄14旋紧二级密封体12并依靠二级压环15和二级衬套17同时压紧八角形密封圈16，而使八角形密封圈16与抽吸杆5的外环面和对中器3对中体的环腔内壁紧密贴合而形成密封。有杆系统维修作业之前，依靠二级压环15和二级衬套17进一步压紧八角形密封圈16，并使八角形密封圈16在原变形的基础上产生更大的径向变形，进而控制可能产生的井喷。

在图4中，对中器3依据对中机构实施自行随动对中调斜作业，对中体18环腔内壁的直径与八角形密封圈16的规格和抽吸杆5的杆径保持一致，中○型密封圈20的规格依据井口处油压的最大值进行选型，对中体18环腔内壁的最小直径需满足一级密封器1和二级密封器2伴随对中器3自行进行角度调整的要求。

在图4中，对中器3的对中机构包含对中体18和对中座19，对中器3通过对中体18和二级密封体12之间的螺纹而接于二级密封器2的下端，对中体18和对中座19之间构成圆球副，从而使得一级密封器1和二级密封器2可以伴随对中器3自行进行角度调整。

在图5中，调偏器4依据调偏机构实施径向自动调偏作业，下压盖21环腔内壁的直径需满足调偏环22进行径向位移调整的最大偏移量要求，调偏座23环腔内壁的最大直径需满足一级密封器1和二级密封器2伴随对中器3进行径向位移调整的最大偏移量要求，而调偏座23环腔内壁的最小直径和下压盖21圆形孔眼的孔径均需满足一级密封器1和二级密封器2伴随对中器3自行进行角度调整的要求，调偏环22和对中体18之间的密封带宽度依据井口处油压的最大值进行设计，同时下○型密封圈24的规格也依据井口处油压的最大值进行选型。

在图5中，调偏器4的调偏机构包含下压盖21、调偏环22和调偏座23，对中器3的下端通过调偏座23环腔内壁的变截面结合处形成的轴肩进行定位，调偏环22同时与下压盖21和调偏座23之间构成移动副，且调偏座23与对中座19之间也构成移动副，从而使得一级密封器1和二级密封器2可以伴随对中器3进行径向位移调整。

在图6中，随动对中两级有杆系统密封装置的两级密封作业流程为，首先将各一级手柄6分别旋入上压盖7的螺纹孔内，然后通过一级手柄6用力旋紧上压盖7和一级密封体10之间的螺纹，而使得上压盖7沿轴向移动，依靠一级压环8和一级衬套11所传递的压紧压力以及一级压环8双层环体与一级密封体10之间的移动副，缠绕的V带盘根9受挤压而伴随一级压环8沿轴向移动Δh₁并产生径向变形，而后V带盘根9与抽吸杆5的外环面和一级密封体10的环腔内壁同时紧密贴合，加之各层V带盘根9之间填充满润滑脂而构成多级脂油环，最终形成V带盘根9第一级非金属密封，而后拆下各一级手柄6。接着，将各二级手柄14分别旋入二级密封体12的螺纹孔内，然后通过二级手柄14用力旋紧二级密封体12和对中体18之间的螺纹，而使得二级密封体12沿轴向移动，依靠二级压环15和二级衬套17所传递的压紧压力以及二级压环15与对中体18之间的移动副，八角形密封圈16受挤压而伴随二级压环15沿轴向移动Δh₂并产生径向变形，而后八角形密封圈16与抽吸杆5的外环面和对中体18的环腔内壁同时紧密贴合，形成八角形密封圈16第二级非金属密封，最后拆下各二级手柄14。

在图7中，随动对中两级有杆系统密封装置的径向自动调偏作业流程为，首先旋松下压盖21与调偏座23之间的螺纹，调偏器4通过其调偏机构中调偏环22与下压盖21和调偏座23之间的移动副以及调偏座23与对中座19之间的移动副，并依据抽吸杆5偏磨环面的侧向力，而使得抽吸杆5往复运动中，一级密封器1、二级密封器2和对中器3一起随抽吸杆5进行径向位移调整，并自行补偿一级密封器1、二级密封器2和对中器3与抽吸杆5之间的偏移量Δe，最后旋紧下压盖21与调偏座23之间的螺纹。

在图8中，随动对中两级有杆系统密封装置的自行随动对中调斜作业流程为，首先旋松下压盖21与调偏座23之间的螺纹，对中器3依据其对中机构中对中体18和对中座19之间的圆球副和抽吸杆5偏磨环面的侧向力，而使得抽吸杆5往复运动中，一级密封器1和二级密封器2伴随对中器3自行进行角度调整，并自行补偿一级密封器1、二级密封器2和对中器3与抽吸杆5之间的倾斜角Δθ，且最终使一级密封器1、二级密封器2和对中体18与抽吸杆5调整至同轴心，最后旋紧下压盖21与调偏座23之间的螺纹。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种随动对中两级有杆系统密封装置，其一级密封器、二级密封器、对中器和调偏器均采用阶梯回转体构造且由上而下依次同轴心布置，该有杆系统密封装置采用V带盘根和八角形密封圈组成的两级非金属密封技术，并结合对中器的对中机构和调偏器的调偏机构，实施两级密封作业、径向自动调偏作业和自行随动对中调斜作业，其特征在于：

一一级密封器；所述一级密封器的外形呈柱状盒体，它包括一级手柄、上压盖、一级压环、一级衬套、V带盘根和一级密封体，且一级密封器通过V带盘根及其各层间的多级脂油环形成V带盘根第一级非金属密封；一级手柄和二级手柄均采用长杆状手柄且由上而下分层排列，上压盖采用柱状筒体，V带盘根螺旋缠绕至抽吸杆外环面，各层V带盘根间填充润滑脂而构成多级脂油环；一级压环采用双层环体且双层环体间构成环形沟槽，一级压环内层环体的下端面采用螺旋面，一级衬套采用圆环体，其上端面采用螺旋面；一级密封体采用变截面回转体，其上端面铣有环形沟槽，一级密封体的环形沟槽内配置一级压环的外层环体；

一二级密封器；所述二级密封器的外形呈厚壁筒体，它包括二级手柄、二级压环、二级衬套、八角形密封圈、上○型密封圈和二级密封体，且二级密封器通过八角形密封圈产生良好的径向补偿而形成八角形密封圈第二级非金属密封；二级密封体采用变截面回转体，其环腔内壁铣有上下分层排列的环形沟槽，二级密封体的环形沟槽内配置上○型密封圈；八角形密封圈的下端面上设置截面为等腰梯形的环形沟槽，而使其截面呈现出“八角”的形状，同时二级压环采用单层环体，且二级衬套采用圆环体；

一对中器；所述对中器的外形呈长管体，它包括对中体、对中座和中○型密封圈，且对中器依据对中机构和抽吸杆偏磨环面的侧向力完成密封装置的自行随动对中调斜，对中器中的对中体和对中座构成对中机构，一级密封器、二级密封器和对中器同时与抽吸杆接触且其接触部位形成抽吸杆偏磨环面；对中体采用柱体和球体相结合的构造，对中体的球体表面加工有精细研磨的圆球面；对中座采用圆环体，其环腔内壁由上而下依次加工有半球面和柱形流道，对中座的半球面与对中体的圆球面之间同球心布置而构成圆球副，且对中体圆球面和对中座半球面的接触带宽度大于对中座轴向长度的三分之一；对中座半球面的上部铣有上下分层排列的环形沟槽，各层环形沟槽的中心线沿圆周方向分别位于不同的圆锥面上，对中座的环形沟槽内配置中○型密封圈；

一调偏器；所述调偏器的外形呈扁盘体，它包括下压盖、调偏环、调偏座和下○型密封圈，且调偏器依据调偏机构和抽吸杆偏磨环面的侧向力完成两级密封器的径向自动调偏，调偏器中的下压盖、调偏环和调偏座构成调偏机构；下压盖采用柱状筒体，调偏环采用圆盘体，调偏环的环腔内壁加工有精细研磨的密封球面，调偏环的密封球面与对中体的圆球面始终同球心布置；调偏座采用变截面回转体，其环腔内壁的轴肩与对中座下端面相结合的部位铣有内外同轴心布置的环形沟槽，调偏座的环形沟槽内配置下○型密封圈，调偏座外环面的下部设有卡环，调偏座的底端面上铣有环形凹槽。

2.根据权利要求1所述的随动对中两级有杆系统密封装置，其特征在于：所述一级密封器的上压盖、一级压环、一级衬套和一级密封体分别同轴心布置；

所述一级手柄通过螺纹接于上压盖，上压盖外环面的上部车制有沿圆周方向对称布置的螺纹孔，上压盖的中央部位钻有圆形孔眼，该圆形孔眼的孔径大于抽吸杆的杆径；

所述V带盘根采用一根废旧的普通V带；

所述一级密封体作为第一级密封的本体，其环腔内壁由下而上依次置入一级衬套、V带盘根和一级压环，且其环腔内壁的变截面结合处形成的轴肩实现一级衬套的定位；一级密封体的环腔内壁与一级压环内层环体的外环面之间精密配合而构成移动副，且一级密封体环形沟槽的内外沟槽面与一级压环外层环体的内外环面之间同时精密配合而构成移动副。

3.根据权利要求1或2所述的随动对中两级有杆系统密封装置，其特征在于：所述一级压环的环形沟槽内填充满润滑脂，一级压环外层环体的轴向长度大于其内层环体的轴向长度，一级压环内层环体的螺旋面与V带盘根绕抽吸杆缠绕后的顶端面保持平齐；

所述一级衬套的螺旋面与一级压环的螺旋面相平行，同时一级衬套的螺旋面与V带盘根绕抽吸杆缠绕后的底端面保持平齐。

4.根据权利要求1所述的随动对中两级有杆系统密封装置，其特征在于：所述二级密封器的二级密封体、二级压环、八角形密封圈和二级衬套由上而下同轴心布置；

所述二级手柄通过螺纹接于二级密封体，二级密封体作为第二级密封的本体，其环腔内壁的上半部分放置一级密封体，且其环腔内壁的变截面结合处形成的轴肩实现一级密封体的定位；二级密封体环腔内壁的下半部分放置二级压环且其环腔内壁截面变化处的端面与二级压环的上端面相平齐，二级密封体外环面的中部车制有沿圆周方向对称布置的螺纹孔。

5.根据权利要求1或4所述的随动对中两级有杆系统密封装置，其特征在于：所述二级压环的下端面与二级衬套的上端面相平行，同时二级压环的外环面与对中体的环腔内壁之间精密配合而构成移动副；

所述二级衬套的横截面呈矩形，二级压环的内径、二级衬套的内径以及二级密封体环腔内壁的最小直径均大于抽吸杆的杆径。

6.根据权利要求1所述的随动对中两级有杆系统密封装置，其特征在于：所述随动对中两级有杆系统密封装置的两级密封作业流程为，通过一级手柄旋紧上压盖并依靠一级压环和一级衬套所传递的压紧压力，V带盘根沿轴向移动并产生径向变形而与抽吸杆的外环面和一级密封体的环腔内壁紧密贴合，同时各层V带盘根之间填充满润滑脂而构成多级脂油环，最终形成V带盘根第一级非金属密封；然后，通过二级手柄旋紧二级密封体并依靠二级压环和二级衬套所传递的压紧压力，八角形密封圈沿轴向移动并产生径向变形而与抽吸杆的外环面和对中体的环腔内壁紧密贴合，形成八角形密封圈第二级非金属密封。

7.根据权利要求1所述的随动对中两级有杆系统密封装置，其特征在于：所述对中器的对中体和对中座由上而下同轴心布置；

所述对中体的柱体和球体结合处设置截面过渡槽，对中体圆球面的球心在自行随动对中调斜作业中始终位于抽吸杆的轴线，且对中体球体下端的圆形切面始终垂直于抽吸杆的轴线；

所述对中体的环腔内壁由下而上依次置入二级衬套、八角形密封圈和二级压环，且其环腔内壁的变截面结合处形成的轴肩实现二级衬套的定位。

8.根据权利要求1或7所述的随动对中两级有杆系统密封装置，其特征在于：所述对中座的半球面所在球面的球径等于对中体圆球面的球径，且对中座的柱形流道的直径小于对中体圆形切面的直径；

所述对中体的圆球面和对中座的半球面精细研磨后，须先经退磁处理然后再进行配研；对中座各层环形沟槽中心线所在圆锥面的锥顶与对中体圆球面的球心相重合，且各层环形沟槽中心线所在圆锥面的锥度由上而下依次减小；

所述随动对中两级有杆系统密封装置的自行随动对中调斜作业流程为，对中器依据对中机构中对中体与对中座之间的圆球副和抽吸杆偏磨环面的侧向力，而使得抽吸杆往复运动中，两级密封器伴随对中器自行进行角度调整且最终与抽吸杆调整至同轴心。

9.根据权利要求1所述的随动对中两级有杆系统密封装置，其特征在于：所述调偏器的下压盖、调偏环和调偏座同轴心布置；

所述下压盖的中央部位钻有圆形孔眼，该圆形孔眼的孔径大于对中体上部柱体的外径；

所述调偏座的环腔内壁上部放置对中体的球体和对中座，而其环腔内壁的变截面结合处形成的轴肩实现对中座的定位，且调偏座环腔内壁的轴肩与对中座的下端面之间精密配合而构成移动副，同时调偏座环腔内壁的最小直径大于抽吸杆的杆径；调偏座卡环的横截面呈水平放置的直角梯形，而调偏座环形凹槽的横截面则呈等腰梯形。

10.根据权利要求1或9所述的随动对中两级有杆系统密封装置，其特征在于：所述调偏环的外环面直径小于下压盖环腔内壁的直径同时大于调偏座上部环腔内壁的直径；

所述调偏环的上端面与下压盖环腔内壁的顶端面之间精密配合同时调偏环的下端面与调偏座的顶端面之间精密配合而构成移动副；调偏环的密封球面和对中体圆球面的密封带宽度大于对中体圆球面球径的八分之一；

所述随动对中两级有杆系统密封装置的径向自动调偏作业流程为，调偏器通过调偏机构中调偏环与下压盖和调偏座之间的移动副以及调偏座与对中座之间的移动副，并依据抽吸杆偏磨环面的侧向力，而使得抽吸杆往复运动中，两级密封器和对中器一起进行径向位移调整，且自行补偿与抽吸杆之间的偏移量。