DE2617658A1

DE2617658A1 - Stopfbuechse

Info

Publication number: DE2617658A1
Application number: DE19762617658
Authority: DE
Inventors: Henry Wayne Blackwell
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1975-06-02
Filing date: 1976-04-21
Publication date: 1976-12-23
Also published as: US3967678A; EG12465A; CA1044597A

Description

PATENTANWALTSBÜRO

BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen -LiW J S~fc Berlin, dsn

OT-74-24 Fall 310 Mü-98

Dresser Industries, Inc.

Executive Offices

Dresser Building, Elm and Akard Streets Dallas, Texas 75 221 / USA

Stopfbüchse

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stopfbüchse für eine Pumpenstange, insbesondere auf eine Stopfbüchse mit einem mit dieser verbundenen Kontroll- bzw. Steuersystem mit Einrichtungen zur Erhöhung des sogenannten ^wpack-off"-Druckes in der Stopfbüchse, nachdem die Leckverluste ein bestimmtes Maß erreicht haben.

Die meisten herkömmlichen Vorrichtungen zur Abdichtung

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BORO MÖNCHEN:	TELEX:	TELEGRAMM:	TELEFON:	BANKKONTO:	POSTSCHECKKONTO:
8 MÖNCHEN 22	1-856 44	INVENTION	BERLIN	BERLINER BANK AG.	W. MEISSNER, BLN-W
ST. ANNASTR. 11	INVEN d	BERLIN	030/885 60 3?	BERLIN 31	122 82 -109
TEL.: 089/22 35 44			030/886 23 82	3695716000

von polierten Stangen sind derart beschaffen, daß die Einrichtung, welche die Stopfdichtungen fest bzw. dicht an die polierte Stange andrückt, lediglich manuell verstellbar ist. Diese Stopfbüchsen müssen von einem Handwerker aus der Nähe überwacht werden, um einen Verlust der Brunnen- bzw* Schachtflüssigkeiten und eine Verunreinigung der Umwelt zu verhindern.

Mit Hilfe des Erfindungsgegenstandes werden die bei den bisher bekannten Geräten auftretenden Probleme dadurch beseitigt, daß zur Entdeckung bzw. zur Ermittlung von undichten Stopfbüchsendichtungen und zur Einstellung der Stopfdichtungen in Abhängigkeit einer bestimmten Austrittsmenge ein automatisches System geschaffen wird. Bei weiterer Undichtheit nach Einstellung der Stopfdichtungen wird die Pumpe abgeschaltet. Sollte die Undichtheit auch nach Abstellung der Pumpe noch fortbestehen, wird die an der polierten Stange angeordnete Stopfbüchse als Ganzes entfernt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie aus der in der Anlage beigefügten Zeichnung.
Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Stopfbüchse gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des mit der Stopfbüchse verbundenen Kontroll- bzw. Steuersystems und

Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.

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In Fig. 1 ist eine Stopfbüchse 10 dargestellt, die im wesentlichen einen unteren zylindrischen Brunnen- bzw. Schachtkopfanschluß 11 aufweist, an dem ein einen "Düchsenartigen Kolben 13 enthaltender Kolbenzylinder 12 angeschraubt ist. Der Kolben 13 ist zwischen einem oberen Rand 14 des Brunnenanschlusses 11 und einem unteren Rand 15 des Zylinders 12 dicht angeordnet. Der büchsenartige Kolben 13 liegt gleitbar und unter Druck an einer querschnittlich kreisförmigen konischen elastomeren "pack-off"-Büchse 16 an. Im oberen Teil des Zylinders 12 ist ein oberes Gehäuse 17 eingeschraubt, das einen oder mehrere kreisförmige, aus einem Elastomer gefertigte Dichtungsringe 18 aufweist.

Am Gehäuse 17 ist ein Kolbengehäuse 19 angeschraubt, in dem eine zylindrische Kolbenbüchse 20 gleitbar und an den Dichtungsringen 18 dicht anliegend angeordnet ist. In der Wand des Gehäuses 19 ist ein B'lüssigkeitsauslaß 21 ausgebildet, in den eine Flüssigkeitsleitung 22 eingeschraabt ist. Das Kolbengehäuse 19 weist einen oberen Kammerbereich 23 auf, der mehrere Dichtungsringe 24 aufnehmen kann. Das obere Snde des Gehäuses 19 weist ein Außengewinde 27 auf, auf das eine mit einem Innengewinde versehene Kappe 25 aufgeschraubt ist, welch letztere außenseitig zu ihrer Handhabung Greifvorsprünge 26 aufweist. Die Kappe 25 weist an ihrer Oberseite eine Öffnung 28 sowie eine diese Öffnung 28 umgebende, nach innen ragende ringförmige Flanschschulter 29 auf. Die Flanschschulter 29 liegt an einer Büchse 30 an, die sie nach unten gegen die Ringdichtungen 24 drückt. Beim Anschrauben der Kappe 25 auf das Gehäuse 19 wird die Büchse 30 gegen die flexiblen Dichtungen 24 gedrückt, wodurch sie radial nach innen gegen eine sie durchsetzende polierte Stange gedrückt werden.

Ss sei bemerkt, daß alle Bestandteile der Stopfbüchse 10 eine polierte Stange oder ein poliertes Futterstück bzw. Futterrohr aufnehmen können, welche die Bohrungen durchsetzen, die im wesentlichen koaxial zur zentralen Längsachse

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jeder dieser Komponenten angeordnet sind. Die Korbenbüchsen 20 und 13 sind zur Abdichtung gegenüber dem Gehäuse 19 der Stopfbuchse 10 mit Dichtungen, etwa mit O-Ringen, 31 bzw. 32 versehen. Jede Kolbenbüchse 13 und 20 ist außerdem mit von Druck beaufschlagbaren Flächen 33 bzw. 34 versehen.

In der Wand des Brunnenanschlusses 11 ist. ein Druckleitungssystem 35 eingeschraubt, das mit einem Flüssigkeiten durchlassenden Kanal 36 in Verbindung steht. Über den Kanal kann eine Druckflüssigkeit auf die am Kolben 13 ausgebildete Fläche 33 wirken. In der Wand des Gehäuses 19 ist in ähnlicher Weise ein Druckleitungssystem 37 eingeschraubt, das mit einem Druckmittel durchlassenden Durchlaß 38 in Verbindung steht, über den Druckflüssigkeit auf die am Kolben 20 ausgebildete Fläche 34 wirken kann.

Das Druckleitungssystem 35 weist eine Anschlußeinheit 39 auf, die mit einer Versorgungsleitung 40 verbunden ist. Die Anschlußeinheit 39 ist zur Verhinderung des Rückflusses der Druckflüssigkeit vorzugsweise mit einem Rückschlagventil 41 versehen. Auch das Druckleitungssystem 37 weist eine Anschlußeinheit 42 auf, welche mit einer mit einem den Rückfluß der Druckflüssigkeit verhindernden Rückschlagventil 44 versehenen Versorgungsleitung 43 verbunden ist.

Ein innerhalb der Stopfbüchse 10 angeordneter T-förmiger Fundamentring bzw. Grundring 45 liegt relativ bündig auf dem bzw. innerhalb des oberen Endes des Randes 14. Auf dem Ftiiig 45 ruht die Büchse 16, an deren entgegengesetztem Ende eine Scheibe 46 angeordnet ist, welche an der innerhalb des Kolbenzylinders 12 ausgebildeten, innenseitig angeordneten ringförmigen Schulter 47 anliegt. Ebenso liegen die Dichtungsringe 18 an einem oberen Stützring 48 an, der auf einer im Gehäuse 17 ausgebildeten unteren Schulter 49 ruht.

Die Kolbenbüchse 20 weist einen im allgemeinen zylindrisch

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ausgebildeten Büchsenkörper auf, der mit einer nach außen ragenden ringförmigen Schulter 50 versehen ist. An der Oberseite der Schulter 50 ist eine von einem Druckmittel beaufschlagbare Fläche 34 angeordnet. Am Außenumfang der Schulter 50 ist eine einen O-Ring 31 aufnehmende Ringnut 51 ausgebildet, Innerhalb des oberen Teils 23 des Gehäuses 19 sind direkt auf der Schmierbüchse 53 Dichtungsringe 24 angeordnet. Die Schmierbüchse 53 ist innerhalb des Teils 23 des Gehäuses gleitbar gelagert und umfaßt einen mit einer im oberen Teil 23 des Gehäuses 19 eingeschraubten Schmieranschlußeinheit in Verbindung stehenden Schmierdurchlaß 54.

An der Unterseite des Ringes bzw. der Schmierbüchse 53 liegen untere Dichtungen 56 an, die ihrerseits auf einem auf einer nach innen vorspringenden ringförmigen Schulter 57 des Gehäuses 19 aufliegenden Haltering 52 ruhen. Die Stopfbüchse 10 kann mit Hilfe eines an ihrem unteren Ende ausgebildeten Gswindas 58 in eine Brunnen- bzw. Bohrlochstandardanordnung eingeschraubt werden, welche eine sie durchsetzende, nach oben ragende polierte Stange aufweist. Mit Hilfe einer Überwurfmutter 59 ist an der Flüssigkeitsauslaßleitung 22 ein Flüssigkeitsniveauermittlungs- und meldesystem 60 angebracht. Das System 60 ist mit Hilfe eines Gewindestutzens 61 mit der Überwurfmutter 59 verbunden. Das Flüssigskeitsniveaumeldesystem weist einen praktisch rohrförmigen Behälter 62 auf, der von einem Mehrfach-Anschlußkopf 63 aus nach unten verläuft. Der Anschlußkopf 63 weist einen ihn in Längsrichtung durchsetzenden Durchlaß 64 auf, der über Bohrungen 65 bzw. 66 des Gewindestutzens 61 bzw. der Leitung 22 mit dem Flüssigkeitsauslaß 21 in Verbindung steht. Der Durchlaß 64 dient als Entlüftung in die Atmosphäre, um überschüssiges Gas dorthin entweichen zu lassen. Die die Büchsen 16 durchströmende und an den Stopfdichtungen 18 austretende Flüssigkeit gelangt über den Auslaß 21 in den Behälter 62.

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Ein aus einem Satz von drei wirksam miteinander verbundenen, druckempfindlichen Schaltern 69, 70 und 71 gebildeter Druckschalter 68 ist am Boden des Behälters 62 angeordnet und steht mit dessen Kammer 67 in Verbindung. Jeder dieser drei Druckschalter 69, 70 und 71 wird vom Flüssigkeitsdruck der innerhalb der Kammer 67 angesammelten Quellflüssigkeit bzw. Brunnenflüssigkeit 72 betätigt. Jeder dieser drei Schalter kann außerdem so ausgelegt sein, daß er bei einem Flüssigkeitsdruck anspricht, der vom Ansprechdruck der beiden anderen Schalter abweicht. Die Schalter sind somit derart ausgelegt, daß sie schrittweise ansprechen, wenn die Flüssigkeit innerhalb der Kammer 67 auf ein höheres Niveau steigt.

Weitere Flüssigkeitsaustritt-Meldeeinrichtungen können beispielsweise im Behälter 62 angeordnete Schwimmschalter, entlang der Vertikalhöhe des Behälters 62 verteilt angeordnete Photozellen, entlang der vertikalen Ausdehnung der Behälterwand angeordnete, mit einem auf dem Flüssigkeitsniveau schwimmenden magnetischen Schwimmer zusammenwirkende Magnetschalter oder von einem im Behälter 62 schwimmenden Schwimmkörper mechanisch betätigte Mikroschalter sein. An Stelle der Verwendung dreier am Boden des Behälters 62 angeordneter, auf Druck ansprechender Schalter von unterschiedlicher Empfindlichkeit können auch drei auf Druck ansprechende Schalter mit im wesentlichen gleichgroß ausgebildeter Empfindlichkeit an in vertikaler Richtung unterschiedlicher Höhe im Behälter 62 angeordnet werden, wobei der Abstand zwischen diesen Schaltern die Differenz der verschiedenen, die Schalter betätigenden Flüssigkeitsaustrittsmengen bestimmt. Am Boden des Flussigkeitsniveaumeßsystems 60 ist ein Flüssigkeitsablaufventil 73 derart angeordnet, daß, wenn das System 60 einmal betätigt und nachgestellt bzw. nachgerichtet bzw. ausgelöst ist, die innerhalb der Kammer 67 angesammelte Flüssigkeit in einen geeigneten Behälter abgelassen werden kann, so daß die Flüssigkeit von der Bohrstelle entfernt werden kann, ohne daß die Gefahr einer Verunreinigung der Umgebung besteht. Von den Schaltern 69, 70 und 71 gelangt

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das elektrische Signal über die Leitung 74 zum Schaltgehäuse 68 sowie auf ein Steuerpult 80, wie in Fig. 2 gezeigt.

Gemäß Fig. 2 weist die Kontroll- bzw. Schaltpulteinheit 80 ein Steuerpultgehäuse 81 auf, das eine elektrische Klemmleiste 82 enthält, an die Signallampen 83, 84 und 85 angeschlossen sind. Mit der Klemmleiste 82 ist ein mit der Leitung 87 in Verbindung stehendes Sekundärmagnetventil 86 verbunden, während ein Primärmagnetventil 88 über eine Leitung 89 mit der Klemmleiste 82 verbunden ist. Das Sekundärmagnetventil 86 ist mit einer Druckleitung 40 verbunden, die mit der Fläche 33 der unteren Kclbenbüchse 13 in Verbindung steht. Das Primärmagnetventil 88 steht über eine Druckleitung 43 mit der druckwirksaraen Fläche 34 der.oberen Kolbenbüchse in Verbindung.

Ein innerhalb des Steuergehäuses 81 angeordneter Druckgaserzeuger 90 steht über Ventile 91 und 92, eine Leitung 93 und ein T-Stück 94 mit dem Primärrnagnetventil 88 bzw. dem Sekundärmagnetventil 86 in Verbindung. Im Drucksystem können außerdem ein Druckregler 95 sowie Manometer 96 und 97 angeordnet sein, welche die Überwachung und Kontrolle des an die Kolbenbüchsen 20 und 13 gelieferten Luftdrucks erlauben.

95
Der Druckregler/ist in der zu den primären Dichtungsringen 18 führenden Druckspeiseleitung 43 derart eingestellt, daß der Betrag der Zusammendrückung der Dichtungsringe 18 durch den Kolben 20 genau kontrolliert bzw. gesteuert werden kann. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Dichtungsringe 18 zu stark komprimiert werden, was zu hoher Reibung zwischen diesen Ringen und der polierten Stange sowie zum Aufreißen der Dichtungsringe 18 führen würde. Der gewünschte Betrag der Zusammendrückung der primären Dichtungsringe 18 wird dadurch erzielt, daß man den Druckregler 95 auf das gewünschte Druckniveau an der Kolbenbüchse 20 einstellt.

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Andererseits kann der Bereich der auf Druck ansprechenden Fläche 24 während der Anlage des Systems geändert werden, um den Betrag des auf die ersten Druckringe 18 wirkenden Druckes zu begrenzen. Eine zweite Alternative würde darin bestehen, den Betrag der Bewegung der Kolbenbüchse 20 im Gehäuse 19 dadurch zu begrenzen, daß man direkt unter dem Koben 20 im Gehäuse 17 eine die Bewegung begrenzende Schulter ausbildet.

In der vom Druckerzeuger 90 führenden Leitung 93 ist ein T-Stück 98 vorgesehen, so daß darin der Gasdruck nachgeladen bzw. wieder aufgeladen werden kann. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man das Ventil 92 schließt und die Ventile 91 und 99 in der Ladeleitung 101 öffnet, i-.it der Ladedüse 100 ist eine Gasladequelle verbunden. Es wird solange unter Druck stehendes Gas eingeführt, bis eine ausreichende Füllung der Flasche 90 erreicht ist. Das Ventil 99 kann dann geschlossen und das Ventil.92 wieder geöffnet werden, so daß

ist
das System wieder geladen/und für den weiteren Betrieb

zur Verfügung steht.

In Gebrauchslage ist die Stopfbüchse 10 über die polierte Stange geschoben und in den Brunnen- bzw. Schachtkopf eingeschraubt. Die Kappe 30 kann angezogen werden, um gegenüber der polierten Stange über den normalen Dichtungsringen 18 und der Dichtbüchse 16 eine Abdichtung (pack-off) zu bilden. Durch das Aufschrauben des Gehäuses 19 auf das Gehäuse 17 wird über die Büchse 20 ein Längsdruck auf die Dichtungsringe 18 bewirkt, wodurch sie in radialer Richtung nach innen expandiert und mit der polierten Stange in Berührung gebracht werden.

Iiachdem die verschiedenen Schraubbewegungen beendet und die Dichtungsringe gegen die polierte Stange zur Erzielung der erwünschten Dichtwirkung in geeigneter Weise angeordnet sind,

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polierten

ohne daß dadurch die Bewegung der durch sie hindurchgeführten / Stange durch Reibung zwischen den Dichtungen und der Stange unnötigerweise eingeschränkt, wird, kann der Pumpbetrieb begonnen werdeü. Lde Dichtungsringe 13 beginnen sich abzunutzen, wenn die Stangenpumpe über eine längere Zeitperiode in Betrieb ist.

Hierzu sei bemerkt, daß es während des Einbaus der Stopfbüchse 10 vorteilhaft ist, den größten Teil der Abdichtung gegenüber der polierten Stange dadurch zu erzielen, daß man Dichtungsringe 16 verwendet, die die Dichtungsbüchse 16 als Reservedichtungskapazität halten, und laß man eine Dichtungspackung 24 benutzt, die in erster Linie Schmierzwecken dient. Wenn die Dichtungsringe 18 sich spürba., abzunutzen beginnen, tritt Flüssigkeit aus, wobei die ausgetretene Flüssigkeit durch die Kolbenbüchse 20 nach oben gelangt, bis sie über den Auslaß 21 austritt. Die über den Auslaß 21 ausgetretene Flüssigkeit gelangt entlang der Bohrungen 66 und 65 zum Durchlaß 64, wonach sie nach unten in den Kammerbereich 67 strömt und sich im Bereich 72 sammelt.

Wenn sich das Flüssigkeitsniveau im Zyüiider 62 zu heben beginnt, spricht der erste der druckempfindlichen Schalter 69 bis 71 ar,., welcher natürlich der druckempfindlichste Schalter ist, und erzeugt über.die Leitung 74 ein Signal. Dieses Signal gelangt zu einem bestimmten Teil der elektrischen Klemmleiste 82, der Ausgangsleitungen zur Lampe ö3 und zum Primärmagnetventil 88 aufweist. Nach Betätigen dieses Teils der Schaltanordnung leuchtet die Lampe 83 auf und das Primärmagnetventil 88 wird betätigt, so daß Druckgas von der Druckgasquelle 90 über die Leitung 43 zu der an der Kolbenbüchse 20 ausgebildeten druckwirksamen Fläche 34 gelangen und diese beaufschlagen kann. Durch das die Kolbenbüchse 20 beaufschlagende Druckgas wird der Kolben nach unten bewegt, wobei er sich an den Dichtungsringen 18 anlegt und diese

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in Längsrichtung zusammendrückt, während sie dabei gleichzeitig in radialer Richtung nach innen gegen die polierte Stange gedrückt werden.

Diese Maßnahme sollte dazu ausreichen, jeglichen Flüssigkeitsaustritt zu unterbinden, und sollte es ermöglichen, daß man aus dem Brunnen bzw. aus dem Schacht über einen längeren kontinuierlichen Zeitraum Flüssigkeit herauspumpen kann. Die fortgesetzte Betriebsperiode sollte sich über die Zeit hinweg erstrecken, die normalerweise für das Überwachungspersonal zur Überprüfung des Brunnens bzw. des Schachtes erforderlich ist. Bei Überprüfung des Brunnens bzw. des Schachtes wird der Bedienungsmann durch die beleuchtete Signallampe 83 darüber informiert, daß aus der Stopfbüchse 10 Flüssigkeit austritt und daß ein erster Schritt zur Abhilfe dieses Zustandes von dem das Austreten von Flüssigkeiten verhindernden automatischen System vorgenommen worden ist.

Zu diesem Zeitpunkt möchte der Bedienungsmann das Signal deaktivieren, indem er die angesammelte Flüssigkeit 72 über das Ablaßventil 73 abläßt, bis das erste auf Druck ansprechende Ventil 69 deaktiviert bzw. außer Betrieb gesetzt ist. Zu diesem Zeitpunkt schaltet das Magnetventil 88 ab, wodurch die Druckquelle nicht mehr länger mit der Kolbenbüchse 20 in Verbindung steht. Der in der Leitung 43 herrschende Druck kann abgebaut werden. Der Bedienungsmann dichtet die Dichtungsringe 18, indem er das Kolbengehäuse 19 am mit einem Gewinde versehenen Teil des Gehäuses 17 nach unten schraubt, wodurch gleichzeitig der Kolben 20 in Längsrichtung bzw. in axialer Richtung auf die Dichtungsringe 18 drückt. Sollte der Bedienungsmann den verstellten Zustand der Dichtungsringe infolge des gegen den Kolben 20 ausgeübten Drucks nicht bemerken, wird die von diesen Ringen hervorgerufene Dichtwirkung noch Qber einen längeren Zeitraum aufrechterhalten. Nach Ablauf dieser Zeitspanne

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tritt jedoch durch Abnutzung der Dichtungsringe bzw. durch Materialermüdung erneut eine Undichtheit auf, wobei diese Undichtheit zur Erhöhung des Flüssigkeitsniveaus 72 führt.

Durch erhöhten hydrostatischen Druck infolge des höheren Flüssigkeitsniveaus 72 in der Kammer 16 wird ein zweites, aus Druck ansprechendes Ventil 70 aktiviert. Durch Aktivierung dieses Ventils wird über eine Leitung 74 ein zweiter Bereich der elektrischen Klemmleiste 82 angesteuert, wodurch eine Lampe 84 zum Aufleuchten gebracht und der Pumpenantrieb abgeschaltet wird. Nachdem die Pumpe außer Betrieb gesetzt ist, hört die Quelle infolge des niedrigen Flüssigkeitsdruckes, der nicht dazu ausreicht, Flüssigkeit durch die Stopfbüchse und aus den Dichtungen herauszudrücken, auf zu fließen.

Manche Brunnen werden jedoch unter gewissen Umständen fortlaufend Flüssigkeit durch die Stopfbüchse austreten lassen, selbst wenn die Pumpe außer Betrieb gesetzt ist. Unter diesen Umständen steigt die aus den Dichtungen 18 austretende Flüssigkeit 72 im Behälter 62 weiter an, bis sie ein Niveau mit einem ausreichend großen hydrostatischen Druck erreicht, um den auf den schwächsten Druck ansprechenden Schalter 71 zu aktivieren. Durch Aktivierung des Schalters 71 wird über das Leitungsrohr 74 an der elektrischen Klemmleiste 82 ein Signal erzeugt, das einen Bereich der elektrischen Klemmleiste 82 aktiviert und dabei eine Lampe 84 zum Aufleuchten bringt und ein Sekundärmagnetventil 86 betätigt. Durch Aktivierung des Sekundarmagnetventilß 86 wird die Leitung 40 gegenüber dem aus dem Druckbehälter 90 durch das T-Stück 94 einströmenden Druck geöffnet. Das Druckgas fließt über die Leitung 40 und den Durchlaß 36 zu der an der Kolbenbüchse 13 ausgebildeten Druckfläche 33. Diese Druckkraft treibt die Kolbenbüchse 13 nach oben, bis sie an der "pack-off"-Büchse 16 zur Anlage gelangt, wodurch letztere fest um die polierte Stange herum angedrückt wird.

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Hier sei festgestellt, daß die Empfindlichtkeit der Schalter 70 und 71 einen ausreichend unterschiedlichen Bereich aufweisen sollte, um für die Pumpeinheit einen ausreichenden zeitlichen Spielraum zu erzielen, um vollständig abzuschalten und jegliche Bewegung der polierten Stange zu beenden. Dies dient der Verhinderung der Zerstörung der "pack-off'-Büchse 16, wenn diese dicht um die polierte Stange herum verklemmt ist. Ein querschnittlich T-förmiger Ring 45 und eine Scheibe 46 dienen der Büchse 16 als Stützflächen, um ein Herausdrücken derselben zu verhindern. Dieser dritte und letzte Verfahrensschritt besteht in einem permanenten, sehr festen Abdichten in der Stopfbüchse an der in dieser angeordneten polierten Stange, wobei die Dichtwirkung so groß ist, daß jedes weitere Austreten von Flüssigkeit durch die Stopfbüchse absolut unterbunden wird. Der Abschluß ist dicht genug, um eine Gleitbewegung der polierten Stange durch die "pack-off'-Büchse zu verhindern. Durch diesen letzten Folgeschritt wird jegliches Austreten von Flüssigkeit aus der Stopfbüchsenanordnung und jegliche Verunreinigung der Umgebung um die Bohrstelle herum unterbunden. Bei Inspektion der Bohrstelle kann der Bedienungsmann aus der Anzahl der an dem Kontrollgehäuse aufleuchtenden Lampen auf einfache Art und Weise exakt feststellen, welcher Zustand des Stopfbüchsenabdichtungssystems zu diesem Zeitpunkt herrscht. Sollten alle drei Lampen aufleuchten, weiß der Bedienungsmann, daß anschließend eine Überholung des Abdichtungssystems erforderlich ist, bevor die Produktion an der Bohrstelle wieder aufgenommen werden kann.

Als Alternative zu dem oben erläuterten positiven Leuchtanzeigelampensystem mag es auch erwünscht sein, ein negatives Leuchtanzeigesystem zu verwenden, wobei, wenn die verschiedenen auf Druck ansprechenden Schalter betätigt werden, die kontinuierlich aufleuchtenden Lampen schrittweise abgeschaltet werden. Wenn der Bedienungsmann also eine Bohrstelle überprüft und dabei feststellt, daß eine oder mehrere

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Lampen nicht aufleuchten, so weiß er, daß irgendetwas an der Bohrstelle überprüft werden muß. Der Vorteil dieses Systems gegenüber dem vorstehend beschriebenen positiven Leuchtanzeigesystem wird deutlich, wenn man bedenkt, welche Auswirkung eine defekt gewordene Birne bzw. Lampe in beiden Systemen hat. Eine oder mehrere ausgebrannte bzw. defekt gewordene Birnen bei dem vorstehend erläuterten positiven Leuchtanzeigesystem kann die Tatsache verschleiern, daß einer oder mehrere aufeinanderfolgende Schritte durch das Stopfbüchsensystem bereits ausgeführt wurden. Der Bedienungsmann könnte dann nicht feststellen, daß das System bereits in Betrieb war und daß ein weiteres mechanisches Anpressen der Dichtungen nunmehr vorgenommen werden muß. Dagegen zeigt eine ausgebrannte Birne beim negativen System an, daß der Bedienungsmann irgendwelche Handlungen vornehmen muß. Natürlich sollte er zunächst die Lampen auf ihre Funktionstüchtigkeit hin überprüfen.

In Fig. 3 ist schematisch ein Schaltplan des elektrischen Systems zur Überwachung einer Stopfbüchse dargestellt.

Die elektrische Klemmleiste 82 ist über Anschlußleitungen 102 unter Zwischenschaltung einer Sicherung 103 an eine verfügbare elektrische Energiequelle angeschlossen. Über eine Leitung 104 fließt Strom zu den gemeinsamen Klemmen C der Schalter 69, 70 und 71. Zu den normalerweise geschlossenen Kontakten NC der mit den Signallampen 83, 84 und 85 verbundenen Schalter 69, 70 und 71 fließt ebenfalls Strom. Dieses Schaltbild verkörpert das oben erläuterte Warnsystem mit kontinuierlich aufleuchtenden Lampen und betrifft das sogenannte negative Leuchtanzeigesystem. Die Verdrahtung für das positive Leuchtanzeigesystem würde vorliegen, wenn die Lampenverbindungen anstatt zu den NC-Klemmen zu den normalerweise offenen NO-Klemmen führen würden.

Die normalerweise offenen Kontakte NO der auf Druck an-

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sprechenden Schalter 69, 70 und 71 sind durch Verbindungsleitungen mit ihren verschiedenen Betriebskomponenten, wie etwa mit dem Primärmagnetventil 88 und dem Sekundärmagnetventil 86 sowie mit einer zur Motorsteuerung führenden elektrischen Versorgungsleitung 105 verbunden. Nach Betätigen der auf Druck ansprechenden Schalter öffnet sich der NC-Kontakt und schließt sich der NO-Kontakt, wodurch eine Signallampe abschaltet und gleichzeitig entweder ein Magnetventil oder die Motorsteuerung in Betrieb gesetzt wird.

Die Motorsteuerung kann entweder elektrisch, mechanisch oder pneumatisch vorgenommen werden und ist dazu bestimmt, entweder die Stromzufuhr zum Motor oder die mechanische Verbindung zwischen Motor und Stangenpumpeneinheit zu unterbrechen. Durch Schließen des NO-Kontaktes des Schalters wird der Motorsteuerung Strom zugeführt, welcher die Motorsteuerung aktiviert und den Pumpenmotor abschaltet. Wenn beispielsweise eine durch Gas oder durch einen flüssigen Kraftstoff angetriebene Brennkraftmaschine zum Antrieb der Pumpeneinheit verwendet wird, könnte die Motorsteuerung ein elektrisch betriebenes Unterbrechungsventil in der Kraftstoffversorgungsleitung sein. Die Steuerung für eine elektrisch angetriebene Pumpeneinheit könnte ein Magnetschalter oder ein Stromkreisunterbrecher in der zum Pumpenmotor führenden elektrischen Anschlußleitung sein.

Es ist somit festzustellen, daß der Erfindungsgegenstand in drei aufeinanderfolgenden Betriebszuständen arbeitet. Der Erfindungsgegenstand ist dazu bestimmt, die Dichtfähigkeit einer Stopfbüchsenanordnung gegenüber einer polierten Stange zu erhöhen. Wenn die Dichtfähigkeit beträchtlich abgenommen hat, wird erfindungsgemäß die Pumpeneinheit abgeschaltet, um eine sehr feste Abdichtung an der polierten Stange zur Verhinderung jeglicher Verunreinigung der Umgebung zu schaffen.

Obwohl vorstehend bestimmte bevorzugte Ausführungsformen

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der Erfindung zur Erläuterung der Grundprinzipien der Erfindung beschrieben wurden, sei an dieser Stelle hervorgehoben, daß verschiedene Änderungen und Innovationen an der beschriebenen Stopfbüchse und dem dazugehörigen Steuersystem vorgenommen werden können, ohne daß man dabei von diesen Prinzipien abweicht. Beispielsweise ist es selbstverständlich, daß man in der Stopfbüchse jede beliebige Zahl von Dichtungseinheiten zusätzlich anordnen kann, indem man den Flüssigkeitsbehälter 60 lediglich zusätzliche Druckschalter hinzufügt. Es können im Kontroll- bzw. Steuergehäuse ferner zusätzliche Magnetventile vorgesehen sein, wobei von den Magnetventilen zu den zusätzlichen Dichtungsanordnungen Druckgasleitungen geführt sind. Es ist auch klar, daß das Stopfbüchsenkontrollsystem dadurch modifiziert werden kann, daß man entweder einen oder beide Druckkolben 13 und 20 entfernt und diese Kolben und die mit diesen verbundenen elastomeren Dichtungseinheiten durch 'Dichtungselemente ersetzt, welche um ihren Außenumfang herum Druckexpansionsnuten aufweisen. Der Betrieb eines derartigen modifizierten Gerätes würde die Übertragung von unter Druck stehenden Gas zu dem an der Außenperipherie dieser modifizierten Dichtelemente angeordneten Kanal mit sich bringen, wobei das Druckgas diese Dichtungen radial nach innen noch fester an die polierte Stange andrückt. Die Verwendung dieser auf Druck ansprechenden Dichtungen würde die Notwendigkeit beseitigen, an den elastomeren Dichtungsringen anstoßende bzw. anliegende, gleitende Druckkolben vorsehen zu müssen.

Durch derartige Änderungen müßten nur kleine Veränderungen des Stopfbüchsengehäuses vorgenommen werden, um den Kolbenkammerbereich zu beseitigen und um einen Dichtungskammerbereich zu schaffen, der in bezug auf eine Druckzuführöffnung entlang des Außenumfanges des Dichtungselementes in Längsrichtung relativ bündig angeordnet ist, wobei das Dichtungselement über die in diesem ausgebildete Drucknut durch

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einen in der Gehäusewand ausgebildeten Bypaß mit den an die Druckquelle angeschlossenen Leitungen 40 und 43 in Verbindung steht.

Zusammengefaßt bezieht sich die Erfindung somit auf eine Stopfbüchse mit an diese angeschlossenem Kontroll- bzw. Steuersystem, das Einrichtungen aufweist, reiche Undichtheiten der um eine polierte Stange angeordneten Dichtungen ermitteln bzw. feststellen und die durch Einstellen bzw. durch Verstellen dieser Dichtungen die Undichtheiten korrigiert bzw. behebt, wobei ein druckbetätigtes Kolbensystem zum Andruck dieser Dichtungen an der polierten Stange vorgesehen ist. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, die dem Bedienungsmann die Undichtheit melden, so daß er die Pumpeinheit abschalten und den Schaden beheben kann.

Zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes ist vorstehend nur eine Ausführungsform desselben an Hand der in der Anlage beigefügten Zeichnung beschrieben. Selbstverständlich kann der auf diesem Gebiet bewanderte Fachmann diese AusfUhrungsform verändern oder abwandeln, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

■I

Patentansprüche

ί1J Stopfbüchse zur Anordnung an einem Schacht- bzw. Brunnenkopf mit einer Stangenpumpeneinheit, gekennzeichnet durch ein eine polierte Kolbenstange umgebendes und an einem Schacht- bzw. Brunnenkopf anbringbares Gehäuse (17,19), durch in dem Gehäuse (17,19) angeordnete, an die Gehäusewand und die das Gehäuse (17,19) durchsetzende polierte Stange fest bzw. dicht andrückbare Dichtungselemente (18), durch einen gleitbar im Gehäuse (17,19) angeordneten Kolben (20) mit einer an diesem ausgebildeten, auf Druck ansprechenden Fläche (34), wobei der Kolben (20) an den Dichtungselementen (18) anliegt,

durch eine der auf Druck ansprechend λ Fläche (34) des Kolbens (20) Druckflüssigkeit zuführende Druckmittelquelle (90),

durch eine mit dem Gehäuse (19) in Verbindung stehende Leckverlustanzeigeeinrichtung bzw. Fühleinrichtung (60) zur Ermittlung von Leckflüssigkeit aus den Dichtungselementen (18) und

durch ein mit der Fühleinrichtung (60) und der Druckmittelquelle (90) verbundenes Betätigungsorgan (68), das nach Feststellung einer bestimmten Leckverlustmenge die Druckmittelquelle (90) steuert.
2. Stopfbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (88) zur Abschaltung des Kraftantriebes vorgesehen ist, welche mit der Leckverlustanzeigeeinrichtung (60) und der Kraftquelle für die Kolbenpumpe wirksam verbunden ist, wobei die Abschalteinrichtung (88) den Antrieb der Pumpe unterbricht, nachdem die Leckverlustanzeigeeinrichtung (60) den Verlust einer die erste Leckverlustmenge übersteigenden zweiten Leckverlustmenge ermittelt bzw. festgestellt hat.
3. Stopfbüchse nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine im

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Gehäuse (12) angeordnete "pack-off"-Einrichtung (Dichtungseinrichtung) (13,16), welche am Gehäuse (12) und einer dieses durchsetzenden polierten Stange fest bzw. dicht andrückbar ist, sowie durch eine zweite Wirkeinrichtung (86), die mit der Leckverlustanzeigeeinrichtung (60) und der " pack-off"-Einrichtung (13,16) wirksam verbunden ist und letztere betätigt, wenn sie eine die zweite Leckverlustmenge übersteigende dritte Leckverlustmenge feststellt.
4. Stopfbüchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die "pack-off"-Einrichtung einen flexiblen Dichtungsring (16) und eine an diesem anliegende Kolbenbüchse (13) aufweist, die mit einer über die zweite Wirkeinrichtung (86) mit der Druckquelle (90) in Wirkverbindung bringbaren, auf Druck ansprechenden Fläche (33) versehen ist.
5. Stopfbüchse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckverlustanzeigeeinrichtung (60) einen mit einer auf Druck ansprechenden Schalteinrichtung (68) versehenen Sammelbehälter (62) aufweist, wobei die Schalteinrichtung (68) von dem Druck der im Behälter (62) gesammelten Leckflüssigkeit (72) betätigbar ist.
6. Stopfbüchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (68) drei auf Druck ansprechende, jeweils in Abhängigkeit von dem auf sie einwirkenden Druck ein elektrisches Signal erzeugende, elektromechanische Schalter (69,70,71) aufweist, wobei die Schalter (69,70,71) infolge veränderlicher Leckflüssigkeitsmengen (72) im Behälter

(62) nacheinander schaltbar sind.
7. Stopfbüchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Signalwirkeinrichtung (88,86) jeweils von einem elektrisch betätigbaren Magnetventil gebildet sind.
8. Stopfbüchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Schalteinrichtung (68) drei auf Druck ansprechende Schalter (69,70,71) aufweist, welche jeweils bei einem bestimmten, von den Schaltdrücken der anderen Schalter unterschiedlichen Druck schaltbar sind und daß die drei Schalter (69,70,71) am Boden des Behälters (62) angeordnet sind.
9. Stopfbüchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (68) drei im Behälter (62) in unterschiedlicher vertikaler Höhe angeordnete, auf Druck ansprechende Schalter aufweist.
10. Stopfbüchse nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine visuelle Anzeigeeinrichtung (82), welche mit den Betätigungsorganen bzw. Wirkeinrichtungen (88,86) wirksam verbunden ist und die Aktivierung der Betätigungsorgane bzw. Wirkeinrichtungen (88,86) visuell anzeigt.
11. Stopfbüchse mit einem automatischen Leckverlustkontrollsystem, gekennzeichnet

durch ein an einem Bohrkopf bzw. Brunnenkopf anbringbares, im wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Gehäuse (11,12), durch eine in diesem Gehäuse (11,12) angeordnete flexible Dichtungseinrichtung (16), die eine das Gehäuse (11,12) durchsetzende polierte Stange abdichtet, durch eine Druckeinrichtung (13) zum wahlweisen Andrücken der Dichtungseinrichtung (16) in radialer Richtung an die polierte Stange, wobei diese Druckeinrichtung (13) von einer sie beaufschlagenden Druckflüssigkeit betätigbar ist, durch eine Druckversorgungseinrichtung (90), die wahlweise mit der Druckeinrichtung (13) in Wirkverbindung bringbar ist, durch eine mit dem Gehäuse (11,12) in Verbindung stehende, die aus der Dichtungseinrichtung (16) austretenden Leckverluste ermittelnde Leckverlustanzeigeeinrichtung (60), und durch ein mit der Leckverlustanzeigeeinrichtung (60) und der Druckversorgungseinrichtung (90) verbundenes, nach Feststellung einer bestimmten Leckverlustmenge die Druckeinrichtung (13) betätigendes Betätigungsorgan (68).

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12. Stopfbüchse nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch wirksam mit der Leckverlustanzeigeeinrichtung (60) verbundene und den Pumpenantrieb in Abhängigkeit einer von der Leckverlustanzeigeeinrichtung festgestellten zweiten Leckverlustmenge abschaltende Einrichtungen.
13. Stopfbüchse nach Anspruch 12, gekennzeichnet

durch eine im Gehäuse (11,12) angeordnete, fest bzw. dicht um eine das Gehäuse (11,12) durchsetzende polierte Stange herum andrückbare "pack-off"-Einrichtung (16), durch eine in der Stopfbüchse (10) angeordnete, die "pack-off"-Einrichtung (16) radial nach innen an die polierte Stange andrückende Druckeinrichtung (13) und durch eine mit der Leckverlustanzeigeeinrichtung (60) und mit der Druckversorgungseinrichtung (90) verbundene, nach Feststellung einer dritten bestimmten Leckverlustmenge die Druckeinrichtung (13) betätigende "pack-off"-Betätigungseinrichtung (86).
14. Sich selbst einstellendes Stopfbüchsensystem für eine Ölquelle mit einer in einer Quelle installierten Stangenpumpe, einem an der Oberseite angeordneten Bohrkopf und einer kraftangetriebenen Pumpenhubvorrichtung, die durch einen Pumpenstangenstrang und eine polierte Stange mit der Stangenpumpe verbunden ist, gekennzeichnet

durch ein am Bohrkopf anbringbares, eine polierte Stange umgebendes, im allgemeinen zylindrisch ausgebildetes Gehäuse (11,12,17,19),

durch eine im Gehäuse (11,12,17,19) angeordnete, um eine dieses durchsetzende polierte Stange herum gleitbar angeordnete dynamische Dichteinrichtung (13,16),

durch eine im Gehäuse (11,12,17,19) angeordnete, die dynamische Dichteinrichtung (13,16) radial nach innen gegen die polierte Stange drückende Druckeinheit (13),

durch eine im Gehäuse (11,12,17,19) angeordnete, auf eine dieses durchsetzende polierte Stange zur Bildung einer flüssig-

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keitsdichten statischen Dichtung radial nach innen drückende "pack-off"-Dichtungseinrichtung (16), durch eine "pack-off"-Druckeinrichtung (13) zum Andrücken der "pack-off"-Dichtungseinrichtung (16) an die polierte Stange radial nach innen zur Bildung einer statischen Verbindung mit letzterer,

durch eine mit dem Gehäuse (11,12,17,19) in Verbindung stehende, die aus der dynamischen Dichtungseinrichtung (13,16) austretenden Leckverluste aufnehmende Flüssigkeitssammeleinrichtung (62),

durch eine in der Flüssigkeitssammeleinrichtung (62) angeordnete, in Abhängigkeit von der im Sammelbehälter (62) gesammelten Flüssigkeitsmenge mehrere aufeinanderfolgende Signale erzeugende Signaleinrichtung (68),

durch eine Druckflüssigkeitsversorgungseinrichtung (90) mit mit dem Gehäuse (11,12,17»19) verbundenen Flüssigkeitsleitungen (40,43),

durch mit der Signaleinrichtung (68) und der Druckflüssigkeitsversorgungseinrichtung (90) verbundene Betätigungsorgane (88,86), welche in Abhängigkeit von den aufeinanderfolgenden Signalen dem Gehäuse (11,12,17*19) wahlweise Druckflüssigkeit zuführt,

durch im Gehäuse (11,12,17,19) angeordnete Durchlässe (35,37), welche die FlUssigkeitsleitungen (40,43) mit der Druckdichtungseinrichtung und der "pack-off'-Druckeinrichtung (13,16) verbindet, und

durch mit der Signaleinrichtung (68) verbundene und auf die aufeinanderfolgenden Signale ansprechende Einrichtung zur Abschaltung des Antriebes, mit welcher der Pumpenantrieb wahlweise unterbrechbar bzw« abschaltbar ist.
15. Stopfbüchse nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine mit der Signaleinrichtung (68) verbundene, auf die aufeinanderfolgenden Signale ansprechende, die Menge der aus dem Gehäuse (11,12,17,19) austretenden Leckflüssigkeit optisch anzeigende visuelle Anzeigeeinrichtung (83,84,85). " ~\<

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