опорный узел погружной одновинтовой насосной установки. Опорный узел глубинного насоса конструкция


Опорный узел для погружных винтовых насосов

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в производстве оборудования для добычи высоковязкой нефти.

Известен опорный узел, содержащий корпус, вал и опорные секции, состоящие из закрепленных на валу подвижных упоров и зафиксированных в корпусе неподвижных опор. (Патент №2235226, 2004. 04. 10, F16C 17/26).

Недостатком данной конструкции опорного узла можно считать низкую надежность при восприятии осевых нагрузок, создаваемых винтовым насосом, так как его опорные элементы находятся в контакте с пластовой жидкостью, что неблагоприятно влияет на работу устройства.

Известна также конструкция разгрузочного узла (прототип), у которого опорные элементы не контактируют с внешней средой ввиду того, что находятся в герметичной камере, заполненной гидравлическим маслом. Опорные элементы в этом узле снабжены регулировочными винтами, затяжкой которых обеспечивается равномерное распределение осевой нагрузки. (Патент №46317, 2005.03.28, F16С 17/26, F16В 17/00).

К недостатку данной конструкции можно отнести то, что затяжка регулировочных винтов для достижения равномерного распределения осевой нагрузки от винтового насоса требует от слесарей сборщиков высокой квалификации и не гарантирует качественный конечный результат. Это связано с тем, что объективно имеющие место определенные перекосы плоскостей деталей вращения, воспринимающих осевую нагрузку, неизбежно приведут к неравномерному его распределению по опорам и преждевременному разрушению перегруженной опоры.

Технической задачей является создание конструкции устройства, способного воспринимать и равномерно распределить, направленную вниз к

электродвигателю, осевую нагрузку по опорным элементам, так, чтобы возможность перегрузки какой-либо опоры исключалась.

Данная задача решается тем, что опорный узел для погружных винтовых насосов, содержащий корпус, вал с опорными элементами, отличается тем, что опорный узел выполнен в виде пакетов тарельчатых пружин, которые установлены в резьбовой обойме.

Технический результат достигается тем, что в узле опорном содержащем корпус, вал с размещенными на нем опорными элементами, согласно полезной модели опорные элементы выполнены в виде осевых упорных подшипников, которые не контактируют с внешней средой ввиду (резина термостойкая) того, что находятся в герметичной камере, заполненной гидравлическим маслом. Опорные элементы затягиваются вручную пакетами тарельчатых пружин, которые предварительно отрегулированы в резьбовых обоймах на восприятие части осевой нагрузки, обеспечивающих равномерное распределение по опорным элементам полной осевой нагрузки. На фиг.1. изображен опорный узел для погружных винтовых насосов.

Узел опорный содержит корпус 1, вал 2, герметичную камеру с сообщающимися полостями 3, 4, заполненными гидравлическим маслом, обеспечивающим охлаждение и смазку подшипников узла, а также основных опорных элементов 5, 6, 7. Подшипники 5, 6, 7, расположенные в нижней части камеры затягиваются от руки пакетами тарельчатых пружин 8, которые в составе резьбовой обоймы 9 предварительно регулируются с помощью упора 10 на усилие страгивания равной части осевой нагрузки, обеспечивающих равномерное распределение по опорным элементам полной осевой нагрузки.

При запуске электродвигателя (на фиг.1 не показан) крутящий момент передается через вал 2 к винтовому насосу. При этом осевые нагрузки, направленные вниз к электродвигателю от винтового насоса через торец 11 вала узла опорного по упорным втулкам на валу 2 воспринимаются и гасятся подшипниками 6, 7, а нагрузки, направленные вверх - подшипником 5. При

этом осевые нагрузки через подшипники 5, 6, 7 и резьбовые обоймы 9 передаются на корпус 1 и гасятся им.

Преимущество предлагаемой полезной модели по сравнению с известными в том, что:

- эксплуатация опорного узла не требует квалификации;

- доступность сборки за счет простоты конструкции;

- возможность предварительного регулирования на восприятие части осевой нагрузки;

- равномерное распределение полной осевой нагрузки по опорным элементам.

bankpatentov.ru

Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки

Изобретение относится к технике добычи нефти, а именно к погружным одновинтовым скважинным насосам, и может быть использовано в нефтедобывающих отраслях промышленности. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки состоит из последовательно соединенных подшипникового узла, соединительного устройства и гидрокомпенсатора. Вал гидрокомпенсатора соединен с одной стороны с валом протектора электродвигателя, а с другой через соединительное устройство - с входным концом вала подшипникового узла. На валу подшипникового узла размещены масляный насос, уплотнения, устройство предварительного натяжения и фиксации подшипниковых модулей на валу, с двух концов радиальные роликовые подшипники и последовательно расположенные между ними упорные осевые подшипниковые модули, включающие упорные роликовые подшипники с цилиндрическими или коническими роликами, кольцевые нажимные и опорные обоймы с кольцевыми канавками по поверхности соприкосновения с подшипниковыми кольцами, внутренние и внешние втулки. В обоймах упорных осевых подшипниковых модулей в кольцевых углублениях установлены кольцевые демпферы из проволочного проницаемого материала, выступающие над опорной поверхностью обойм, обращенной к подшипниковому кольцу. Изобретение направлено на увеличение нагрузочной способности, повышение надежности и долговечности. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Устройство относится к технике добычи нефти, а именно к погружным одновинтовым скважинным насосам с приводом от погружного электродвигателя, и может быть использовано в нефтедобывающих отраслях промышленности при подъеме пластовых жидкостей на большую высоту.

Известно устройство гидрозащиты погружного электродвигателя типов ГЗН, ПБ92, ГБ52 / Международный транслятор. Установки погружных ценробежных насосов для добычи нефти. Под ред. В.Ю.Алекперова, В.Я.Кершенбаума. Москва, 1999 г., RU №96112091 А. Протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя/. Устройство предназначено для защиты погружных маслозаполненных электродвигателей от проникновения пластовой жидкости в их внутреннюю полость, компенсации утечки масла и тепловых изменений его объема при эксплуатации. Гидрозащита содержит головку, верхний, средний и нижний ниппель, два корпуса и основание, последовательно соединенные между собой резьбой. На валу гидрозащиты установлены три радиальных подшипника скольжения. Осевые нагрузки на вал через пяту воспринимаются верхним и нижним подпятниками (опорными подшипниками скольжения). На обоих концах вала выполнены шлицы для соединения с электродвигателем и насосом. На валу последовательно установлены три торцевых уплотнения, зафиксированных пружинными кольцами. Внутри корпусов размещены две эластичные диафрагмы - верхняя и нижняя, концы которых хомутами герметично закреплены на опорах.

Недостатком данного устройства является низкая несущая способность опорного подшипника скольжения (пяты и подпятников), которая не допускает эксплуатацию погружного винтового насоса с осевой нагрузкой на вал более 600…700 кг, что ограничивает высоту подъема пластовой жидкости. Кроме того, расположение опорного подшипника скольжения в нижней части гидрозащиты ведет к потере валом гидрозащиты продольной устойчивости, его прогибам и колебаниям. В целом снижается надежность устройства и уменьшается его долговечность.

Наиболее близким по своей сути является устройство, описанное в и принятое за прототип. Разгрузочный узел для погружных винтовых насосов содержит корпус, вал с размещенными на нем опорными элементами, при этом узел снабжен герметичной камерой, заполненной гидравлическим маслом, с системой обратных клапанов и диафрагмой, служащей для выравнивания давления внутри камеры с давлением пластовой жидкости, а опорные элементы выполнены в виде осевых упорных подшипников, размещенных в герметичной камере, с регулировочными винтами, обеспечивающими равномерное распределение осевой нагрузки /Патент RU №2290539. Разгрузочный узел для погружных винтовых насосов/.

Недостатками прототипа являются:

Низкая несущая способность разгрузочного узла вследствие расположения опорных элементов в нижней части устройства. Вал, размещенный в верхней части устройства в подшипниках скольжения, испытывает значительные радиальные нагрузки от ротора винтового насоса, совершающего планетарное вращение, а так же испытывает сжимающие напряжения от действия осевой нагрузки. Радиальная нагрузка приводит к повышенному износу подшипников скольжения, а передаваемая осевая сила может вызвать потерю продольной устойчивости вала, его прогибы и колебания.

- Низкая надежность из-за наличия регулировочных винтов для выравнивания осевой нагрузки между опорными подшипниками и необходимости технологической операции регулировки при сборке устройства.

- Низкая надежность из-за отсутствия масляного насоса, обеспечивающего циркуляцию гидравлического масла и теплоотвод от упорных подшипников, что может привести к локальному перегреву зоны опорных элементов.

Задачей изобретения является увеличение нагрузочной способности одновинтовой насосной установки, повышение надежности и долговечности устройства за счет равномерности распределения нагрузки и, тем самым, снижение затрат на спускоподъемные операции погружного оборудования, обеспечение непрерывной работы оборудования и безостановочной добычи нефти, а также упрощение технологии изготовления за счет исключения регулировочно-установочных работ.

Требуемый результат достигается тем, что опорный узел погружной одновинтовой насосной установки, состоящий из последовательно соединенных подшипникового узла, соединительного устройства и гидрокомпенсатора, вал которого соединен с одной стороны с валом протектора электродвигателя, а с другой через соединительное устройство - с входным концом вала подшипникового узла, на котором размещены масляный насос, уплотнения, устройство предварительного натяжения и фиксации подшипниковых модулей на валу, с двух концов радиальные роликовые подшипники и последовательно расположенные между ними упорные осевые подшипниковые модули, включающие упорные роликовые подшипники с цилиндрическими или коническими роликами, кольцевые нажимные и опорные обоймы с кольцевыми канавками по поверхности соприкосновения с подшипниковыми кольцами, внутренние и внешние втулки, при этом в обоймах упорных осевых подшипниковых модулей в кольцевых углублениях установлены кольцевые демпферы из проволочного проницаемого материала, выступающие над опорной поверхностью обойм, обращенной к подшипниковому кольцу, причем профиль поперечного сечения кольцевого демпфера повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления, при этом профиль поперечного сечения кольцевого демпфера не повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления, корпус подшипникового узла выполнен составным из головки и трубы, причем верхнее торцевое уплотнение размещено в головке, а гидрокомпенсатор выполнен в виде поршневого модуля.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Фиг.1. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки с упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическими роликами.

Фиг.2. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки с упорными роликовыми подшипниками с коническими роликами.

Фиг.3. Подшипниковый узел с упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическими роликами и ступенчатыми обоймами.

Фиг.4. Подшипниковый узел с упорными роликовыми подшипниками с коническими роликами и фасочными обоймами.

Фиг.5. Подшипниковый узел с упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическим роликами и фасочными обоймами.

Фиг.6. Компоновка погружной одновинтовой насосной установки.

Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки (фиг.1) предназначен для восприятия осевых и радиальных сил, возникающих при работе винтового насоса, и устанавливается между винтовым насосом и протектором (гидрозащитой) погружного электродвигателя. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки (фиг.1, 2) состоит из подшипникового узла 1 и гидрокомпенсатора 2, соединенных ниппелем 3. Непосредственно подшипниковый узел 1 предназначен для восприятия осевых и радиальных нагрузок, возникающих при подъеме нефти или иной пластовой жидкости. Гидрокомпенсатор 2 служит для размещения масла, используемого для смазки и отвода тепла и компенсации его температурного расширения. Ниппель 3 предназначен для соединения между собой подшипникового узла и гидрокомпенсатора.

Подшипниковый узел 1 (фиг.1, 2) состоит из головки 4, цилиндрического корпуса 5 и установленного в нем вала 6 со шлицами с обоих концов. На валу установлены подшипники 7, 8, 9, 10, образующие несколько опор. Радиальные роликовые подшипники 8 и 9 предназначены для восприятия радиальных сил, действующих на вал, и установлены по разные стороны от середины вала. Применение радиальных роликовых подшипников позволяет существенно повысить радиальные нагрузочные возможности погружной одновинтовой насосной установки. Для восприятия осевых нагрузок предназначены упорные осевые подшипниковые модули, устанавливаемые последовательно между радиальными подшипниками 8 и 9. Упорные осевые подшипниковые модули включают в себя роликовые подшипники с цилиндрическими роликами 7 (фиг.1) или упорные роликовые подшипники с коническими роликами 10 (фиг.2). Применение для упорных подшипниковых модулей стандартных серийно выпускаемых упорных роликоподшипников с цилиндрическими или коническими роликами позволяет упростить технологию изготовления опорного узла.

Упорные цилиндрические 7 (фиг.3, 5) или упорные конические 10 (фиг.4) роликоподшипники устанавливлены между нажимной 11 и опорной 12 обоймами (фиг.3, 4, 5), имеющими форму кольцевого диска, между внутренней 13 и наружной 14 цилиндрическими втулками, так что образован унифицированный упорный осевой подшипниковый модуль. Цилиндрические кольцевые обоймы 11, 12 могут иметь различный профиль поперечного сечения (фиг.3, 4, 5), но такой, чтобы сопряженные поверхности двух соседних обойм различных подшипниковых модулей не соприкасались друг с другом и обеспечивали прохождение масла или охлаждающей жидкости по кольцевым зазорам. Наличие кольцевых зазоров достигается не только за счет профиля сечения нажимной и опорной обойм, но и за счет высоты проставочных втулок 13, 14, которые должны быть одного размера, что обеспечивает равномерность зазора между различными подшипниками. В случае, если установочные размеры подшипниковых колец одинаковы, на втулках выполняют пояски, имеющие для внутренних втулок больший наружный размер, для наружных втулок меньший внутренний диаметр. Такая конструкция втулок обеспечивает кольцевые зазоры для смазывающей и охлаждающей жидкости, а также модульность конструкции.

В нажимных и опорных обоймах со стороны поверхностей, обращенных к кольцам подшипников, выполнены кольцевые углубления, в которых размещены демпферы 15 (фиг.3, 4, 5). Профиль поперечного сечения кольцевого углубления может быть произвольным, но технологически более простым является прямоугольный. Демпферы 15 выполнены в форме кольца из проволочного проницаемого материала, представляющего собой определенным образом ориентированную проволочную спираль, которая в результате холодного прессования образует проницаемую во всех направлениях открытую пористую систему, обеспечивающую требуемую механическую прочность и упругость, гидравлическую проницаемость для масла и хорошую теплопроводность для отвода от зоны контакта с кольцом подшипника тепла. Профиль поперечного сечения кольцевого демпфера либо повторяет профиль поперечного сечения кольцевого углубления в обоймах, либо отличается. Но, в любом случае, демпфер должен выступать над опорной поверхностью обоймы, обращенной к кольцу упорного подшипника.

Между радиальными роликовыми подшипниками с обоих концов вала 6 установлены устройства предварительного натяжения 16, представляющие собой цилиндрические втулки с аксиальными отверстиями и расположенными внутри них цилиндрическими пружинами.

Все упорные осевые подшипниковые модули, радиальные подшипники и устройства предварительного натяжения 7, 8, 9, 10, 16 установлены на вал, который со стороны головки 4 снабжен упорным буртиком, а с другой стороны имеет резьбовую пару 40 (фиг.1, 2), обеспечивающую фиксацию всех узлов на валу.

Вал 6 за пределами опор снабжен многозаходной резьбой прямоугольного профиля, которая при взаимодействии с аналогичной резьбой, размещенной в головке 4, образует масляный насос 17. Масляный насос обеспечивает прокачку масла через все подшипники 7, 8, 9, 10 опорного узла. Возврат масла к насосу происходит по осевому каналу внутри вала.

Гидрокомпенсатор 2 (фиг.1, 2) состоит из цилиндрического корпуса 18, основания 19 и переходника 20. Внутри корпуса на валу 24 установлена специальная цилиндрическая втулка 21 с двумя предохранительными клапанами 23, расположенными со стороны ниппеля 3 аксиально валу 24, с размещенной на ней в средней части эластичной диафрагмой 22, образующей полость для масла. В полости, образованной эластичной диафрагмой 22, находится запас масла, предназначенный для компенсации утечек и компенсации теплового расширения. Предохранительные клапаны 23, установленные последовательно, предохраняют эластичную диафрагму 22 от разрушения в случае чрезмерного повышения давления масла во внутренней полости устройства путем отвода масла в окружающую пластовую жидкость (внешнюю среду).

Вал 24, проходящий внутри корпуса, основания и переходника, опирается на радиальные подшипники скольжения и передает крутящий момент от электродвигателя через вал 6 подшипникового узла 1 к винтовому насосу. Вал 24 гидрокомпенсатора 2 соединен с валом 6 подшипникового узла 1 посредством шлицевой муфты 41.

Для повышения интенсивности охлаждения масла и обеспечения работы при повышенных температурах, а также для уменьшения габаритных размеров опорного узла эластичная диафрагма может быть заменена компенсатором изменения объема масла поршневого типа. В этом случае на вал устанавливается кольцевой поршень, перемещение которого обеспечивает компенсацию утечек и температурных расширений масла.

Подшипниковый узел 1, ниппель 3 и гидрокомпенсатор 2 образуют общую масляную полость. Герметичность этой полости обеспечивается конструкцией резьбовых соединений корпуса, ниппеля и основания, уплотненных резиновыми кольцами. Также в головке 4 подшипникового узла 1 и в основании 19 гидрокомпенсатора 2 установлены торцевые уплотнения 25 и 26, предотвращающие попадание пластовой жидкости в подшипниковый узел и в гидрокомпенсатор.

Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки 27 (фиг.6) устанавливается между винтовым насосом 28 и протектором 29 погружного электродвигателя 30. Крутящий момент от электродвигателя 30 через протектор 29 передается на вал 24 гидрокомпенсатора 2 (фиг.1, 2), далее через шлицевую муфту 41 - на вал 6 подшипникового узла 1 и далее через гибкий вал 32 - на ротор 31 винтового насоса 28 (фиг.6). Забор пластовой жидкости производится через перфорированный корпус 33 винтового насоса, внутри которого и размещен гибкий вал 32.

Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки работает следующим образом. При подъеме пластовой жидкости реактивная осевая сила от ротора 31 винтового насоса через гибкий вал 32 передается на вал 6 подшипникового узла 1 и воспринимается упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическими 7 (фиг.1) или коническими 10 (фиг.2) роликами. Пропорциональное разделение осевой силы по числу упорных подшипников обеспечивает снижение действующей нагрузки на каждый подшипник и, тем самым, повышает несущую способность конструкции в целом. Технологические неточности изготовления нажимных 11 и опорных 12 кольцевых обойм, внутренних 13 и наружных 14 цилиндрических втулок компенсируют упругие демпферы 15 подшипникового узла за счет их формы и свойств материала, что повышает равномерность разделения нагрузки между упорными подшипниками.

Радиальная нагрузка от гибкого вала 32 передается на вал 6 подшипникового узла через шлицевую муфту или резьбовое соединение и воспринимается радиальными роликовыми подшипниками 8 и 9.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить нагрузочную способность одновинтовой насосной установки, увеличить надежность и долговечность устройства за счет равномерности распределения нагрузки, упростить технологию изготовления и, тем самым, снизить затраты на спускоподъемные операции погружного оборудования, обеспечив непрерывную работу оборудования и безостановочную добычу нефти, а также упростить технологию изготовления за счет исключения регулировочно-установочных работ.

За счет применения заявляемой конструкции существенно упрощается технология изготовления установки в целом, не требуется применения дорогостоящей технологической оснастки и обеспечивается высокая надежность конструкции.

Заявляемое устройство позволяет улучшить технические и технологические показатели погружных насосных установок и таким образом расширить сферу применения данного класса изделий.

1. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки, состоящий из последовательно соединенных подшипникового узла, соединительного устройства и гидрокомпенсатора, вал которого соединен с одной стороны с валом протектора электродвигателя, а с другой - через соединительное устройство с входным концом вала подшипникового узла, на котором размещены масляный насос, уплотнения, устройство предварительного натяжения и фиксации подшипниковых модулей на валу, с двух концов радиальные роликовые подшипники и последовательно расположенные между ними упорные осевые подшипниковые модули, включающие упорные роликовые подшипники с цилиндрическими или коническими роликами, кольцевые нажимные и опорные обоймы с кольцевыми канавками по поверхности соприкосновения с подшипниковыми кольцами, внутренние и внешние втулки, при этом в обоймах упорных осевых подшипниковых модулей в кольцевых углублениях установлены кольцевые демпферы из проволочного проницаемого материала, выступающие над опорной поверхностью обойм, обращенной к подшипниковому кольцу.

2. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения кольцевого демпфера повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления.

3. Опорный по п.1, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения кольцевого демпфера не повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления.

4. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что корпус подшипникового узла выполнен составным из головки и трубы, причем верхнее торцевое уплотнение размещено в головке.

5. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что гидрокомпенсатор выполнен в виде поршневого модуля.

www.findpatent.ru

опорный узел погружной одновинтовой насосной установки - патент РФ 2375604

Изобретение относится к технике добычи нефти, а именно к погружным одновинтовым скважинным насосам, и может быть использовано в нефтедобывающих отраслях промышленности. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки состоит из последовательно соединенных подшипникового узла, соединительного устройства и гидрокомпенсатора. Вал гидрокомпенсатора соединен с одной стороны с валом протектора электродвигателя, а с другой через соединительное устройство - с входным концом вала подшипникового узла. На валу подшипникового узла размещены масляный насос, уплотнения, устройство предварительного натяжения и фиксации подшипниковых модулей на валу, с двух концов радиальные роликовые подшипники и последовательно расположенные между ними упорные осевые подшипниковые модули, включающие упорные роликовые подшипники с цилиндрическими или коническими роликами, кольцевые нажимные и опорные обоймы с кольцевыми канавками по поверхности соприкосновения с подшипниковыми кольцами, внутренние и внешние втулки. В обоймах упорных осевых подшипниковых модулей в кольцевых углублениях установлены кольцевые демпферы из проволочного проницаемого материала, выступающие над опорной поверхностью обойм, обращенной к подшипниковому кольцу. Изобретение направлено на увеличение нагрузочной способности, повышение надежности и долговечности. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство относится к технике добычи нефти, а именно к погружным одновинтовым скважинным насосам с приводом от погружного электродвигателя, и может быть использовано в нефтедобывающих отраслях промышленности при подъеме пластовых жидкостей на большую высоту.

Известно устройство гидрозащиты погружного электродвигателя типов ГЗН, ПБ92, ГБ52 / Международный транслятор. Установки погружных ценробежных насосов для добычи нефти. Под ред. В.Ю.Алекперова, В.Я.Кершенбаума. Москва, 1999 г., RU № 96112091 А. Протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя/. Устройство предназначено для защиты погружных маслозаполненных электродвигателей от проникновения пластовой жидкости в их внутреннюю полость, компенсации утечки масла и тепловых изменений его объема при эксплуатации. Гидрозащита содержит головку, верхний, средний и нижний ниппель, два корпуса и основание, последовательно соединенные между собой резьбой. На валу гидрозащиты установлены три радиальных подшипника скольжения. Осевые нагрузки на вал через пяту воспринимаются верхним и нижним подпятниками (опорными подшипниками скольжения). На обоих концах вала выполнены шлицы для соединения с электродвигателем и насосом. На валу последовательно установлены три торцевых уплотнения, зафиксированных пружинными кольцами. Внутри корпусов размещены две эластичные диафрагмы - верхняя и нижняя, концы которых хомутами герметично закреплены на опорах.

Недостатком данного устройства является низкая несущая способность опорного подшипника скольжения (пяты и подпятников), которая не допускает эксплуатацию погружного винтового насоса с осевой нагрузкой на вал более 600опорный узел погружной одновинтовой насосной установки, патент № 2375604 700 кг, что ограничивает высоту подъема пластовой жидкости. Кроме того, расположение опорного подшипника скольжения в нижней части гидрозащиты ведет к потере валом гидрозащиты продольной устойчивости, его прогибам и колебаниям. В целом снижается надежность устройства и уменьшается его долговечность.

Наиболее близким по своей сути является устройство, описанное в и принятое за прототип. Разгрузочный узел для погружных винтовых насосов содержит корпус, вал с размещенными на нем опорными элементами, при этом узел снабжен герметичной камерой, заполненной гидравлическим маслом, с системой обратных клапанов и диафрагмой, служащей для выравнивания давления внутри камеры с давлением пластовой жидкости, а опорные элементы выполнены в виде осевых упорных подшипников, размещенных в герметичной камере, с регулировочными винтами, обеспечивающими равномерное распределение осевой нагрузки /Патент RU № 2290539. Разгрузочный узел для погружных винтовых насосов/.

Недостатками прототипа являются:

Низкая несущая способность разгрузочного узла вследствие расположения опорных элементов в нижней части устройства. Вал, размещенный в верхней части устройства в подшипниках скольжения, испытывает значительные радиальные нагрузки от ротора винтового насоса, совершающего планетарное вращение, а так же испытывает сжимающие напряжения от действия осевой нагрузки. Радиальная нагрузка приводит к повышенному износу подшипников скольжения, а передаваемая осевая сила может вызвать потерю продольной устойчивости вала, его прогибы и колебания.

- Низкая надежность из-за наличия регулировочных винтов для выравнивания осевой нагрузки между опорными подшипниками и необходимости технологической операции регулировки при сборке устройства.

- Низкая надежность из-за отсутствия масляного насоса, обеспечивающего циркуляцию гидравлического масла и теплоотвод от упорных подшипников, что может привести к локальному перегреву зоны опорных элементов.

Задачей изобретения является увеличение нагрузочной способности одновинтовой насосной установки, повышение надежности и долговечности устройства за счет равномерности распределения нагрузки и, тем самым, снижение затрат на спускоподъемные операции погружного оборудования, обеспечение непрерывной работы оборудования и безостановочной добычи нефти, а также упрощение технологии изготовления за счет исключения регулировочно-установочных работ.

Требуемый результат достигается тем, что опорный узел погружной одновинтовой насосной установки, состоящий из последовательно соединенных подшипникового узла, соединительного устройства и гидрокомпенсатора, вал которого соединен с одной стороны с валом протектора электродвигателя, а с другой через соединительное устройство - с входным концом вала подшипникового узла, на котором размещены масляный насос, уплотнения, устройство предварительного натяжения и фиксации подшипниковых модулей на валу, с двух концов радиальные роликовые подшипники и последовательно расположенные между ними упорные осевые подшипниковые модули, включающие упорные роликовые подшипники с цилиндрическими или коническими роликами, кольцевые нажимные и опорные обоймы с кольцевыми канавками по поверхности соприкосновения с подшипниковыми кольцами, внутренние и внешние втулки, при этом в обоймах упорных осевых подшипниковых модулей в кольцевых углублениях установлены кольцевые демпферы из проволочного проницаемого материала, выступающие над опорной поверхностью обойм, обращенной к подшипниковому кольцу, причем профиль поперечного сечения кольцевого демпфера повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления, при этом профиль поперечного сечения кольцевого демпфера не повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления, корпус подшипникового узла выполнен составным из головки и трубы, причем верхнее торцевое уплотнение размещено в головке, а гидрокомпенсатор выполнен в виде поршневого модуля.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Фиг.1. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки с упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическими роликами.

Фиг.2. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки с упорными роликовыми подшипниками с коническими роликами.

Фиг.3. Подшипниковый узел с упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическими роликами и ступенчатыми обоймами.

Фиг.4. Подшипниковый узел с упорными роликовыми подшипниками с коническими роликами и фасочными обоймами.

Фиг.5. Подшипниковый узел с упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическим роликами и фасочными обоймами.

Фиг.6. Компоновка погружной одновинтовой насосной установки.

Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки (фиг.1) предназначен для восприятия осевых и радиальных сил, возникающих при работе винтового насоса, и устанавливается между винтовым насосом и протектором (гидрозащитой) погружного электродвигателя. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки (фиг.1, 2) состоит из подшипникового узла 1 и гидрокомпенсатора 2, соединенных ниппелем 3. Непосредственно подшипниковый узел 1 предназначен для восприятия осевых и радиальных нагрузок, возникающих при подъеме нефти или иной пластовой жидкости. Гидрокомпенсатор 2 служит для размещения масла, используемого для смазки и отвода тепла и компенсации его температурного расширения. Ниппель 3 предназначен для соединения между собой подшипникового узла и гидрокомпенсатора.

Подшипниковый узел 1 (фиг.1, 2) состоит из головки 4, цилиндрического корпуса 5 и установленного в нем вала 6 со шлицами с обоих концов. На валу установлены подшипники 7, 8, 9, 10, образующие несколько опор. Радиальные роликовые подшипники 8 и 9 предназначены для восприятия радиальных сил, действующих на вал, и установлены по разные стороны от середины вала. Применение радиальных роликовых подшипников позволяет существенно повысить радиальные нагрузочные возможности погружной одновинтовой насосной установки. Для восприятия осевых нагрузок предназначены упорные осевые подшипниковые модули, устанавливаемые последовательно между радиальными подшипниками 8 и 9. Упорные осевые подшипниковые модули включают в себя роликовые подшипники с цилиндрическими роликами 7 (фиг.1) или упорные роликовые подшипники с коническими роликами 10 (фиг.2). Применение для упорных подшипниковых модулей стандартных серийно выпускаемых упорных роликоподшипников с цилиндрическими или коническими роликами позволяет упростить технологию изготовления опорного узла.

Упорные цилиндрические 7 (фиг.3, 5) или упорные конические 10 (фиг.4) роликоподшипники устанавливлены между нажимной 11 и опорной 12 обоймами (фиг.3, 4, 5), имеющими форму кольцевого диска, между внутренней 13 и наружной 14 цилиндрическими втулками, так что образован унифицированный упорный осевой подшипниковый модуль. Цилиндрические кольцевые обоймы 11, 12 могут иметь различный профиль поперечного сечения (фиг.3, 4, 5), но такой, чтобы сопряженные поверхности двух соседних обойм различных подшипниковых модулей не соприкасались друг с другом и обеспечивали прохождение масла или охлаждающей жидкости по кольцевым зазорам. Наличие кольцевых зазоров достигается не только за счет профиля сечения нажимной и опорной обойм, но и за счет высоты проставочных втулок 13, 14, которые должны быть одного размера, что обеспечивает равномерность зазора между различными подшипниками. В случае, если установочные размеры подшипниковых колец одинаковы, на втулках выполняют пояски, имеющие для внутренних втулок больший наружный размер, для наружных втулок меньший внутренний диаметр. Такая конструкция втулок обеспечивает кольцевые зазоры для смазывающей и охлаждающей жидкости, а также модульность конструкции.

В нажимных и опорных обоймах со стороны поверхностей, обращенных к кольцам подшипников, выполнены кольцевые углубления, в которых размещены демпферы 15 (фиг.3, 4, 5). Профиль поперечного сечения кольцевого углубления может быть произвольным, но технологически более простым является прямоугольный. Демпферы 15 выполнены в форме кольца из проволочного проницаемого материала, представляющего собой определенным образом ориентированную проволочную спираль, которая в результате холодного прессования образует проницаемую во всех направлениях открытую пористую систему, обеспечивающую требуемую механическую прочность и упругость, гидравлическую проницаемость для масла и хорошую теплопроводность для отвода от зоны контакта с кольцом подшипника тепла. Профиль поперечного сечения кольцевого демпфера либо повторяет профиль поперечного сечения кольцевого углубления в обоймах, либо отличается. Но, в любом случае, демпфер должен выступать над опорной поверхностью обоймы, обращенной к кольцу упорного подшипника.

Между радиальными роликовыми подшипниками с обоих концов вала 6 установлены устройства предварительного натяжения 16, представляющие собой цилиндрические втулки с аксиальными отверстиями и расположенными внутри них цилиндрическими пружинами.

Все упорные осевые подшипниковые модули, радиальные подшипники и устройства предварительного натяжения 7, 8, 9, 10, 16 установлены на вал, который со стороны головки 4 снабжен упорным буртиком, а с другой стороны имеет резьбовую пару 40 (фиг.1, 2), обеспечивающую фиксацию всех узлов на валу.

Вал 6 за пределами опор снабжен многозаходной резьбой прямоугольного профиля, которая при взаимодействии с аналогичной резьбой, размещенной в головке 4, образует масляный насос 17. Масляный насос обеспечивает прокачку масла через все подшипники 7, 8, 9, 10 опорного узла. Возврат масла к насосу происходит по осевому каналу внутри вала.

Гидрокомпенсатор 2 (фиг.1, 2) состоит из цилиндрического корпуса 18, основания 19 и переходника 20. Внутри корпуса на валу 24 установлена специальная цилиндрическая втулка 21 с двумя предохранительными клапанами 23, расположенными со стороны ниппеля 3 аксиально валу 24, с размещенной на ней в средней части эластичной диафрагмой 22, образующей полость для масла. В полости, образованной эластичной диафрагмой 22, находится запас масла, предназначенный для компенсации утечек и компенсации теплового расширения. Предохранительные клапаны 23, установленные последовательно, предохраняют эластичную диафрагму 22 от разрушения в случае чрезмерного повышения давления масла во внутренней полости устройства путем отвода масла в окружающую пластовую жидкость (внешнюю среду).

Вал 24, проходящий внутри корпуса, основания и переходника, опирается на радиальные подшипники скольжения и передает крутящий момент от электродвигателя через вал 6 подшипникового узла 1 к винтовому насосу. Вал 24 гидрокомпенсатора 2 соединен с валом 6 подшипникового узла 1 посредством шлицевой муфты 41.

Для повышения интенсивности охлаждения масла и обеспечения работы при повышенных температурах, а также для уменьшения габаритных размеров опорного узла эластичная диафрагма может быть заменена компенсатором изменения объема масла поршневого типа. В этом случае на вал устанавливается кольцевой поршень, перемещение которого обеспечивает компенсацию утечек и температурных расширений масла.

Подшипниковый узел 1, ниппель 3 и гидрокомпенсатор 2 образуют общую масляную полость. Герметичность этой полости обеспечивается конструкцией резьбовых соединений корпуса, ниппеля и основания, уплотненных резиновыми кольцами. Также в головке 4 подшипникового узла 1 и в основании 19 гидрокомпенсатора 2 установлены торцевые уплотнения 25 и 26, предотвращающие попадание пластовой жидкости в подшипниковый узел и в гидрокомпенсатор.

Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки 27 (фиг.6) устанавливается между винтовым насосом 28 и протектором 29 погружного электродвигателя 30. Крутящий момент от электродвигателя 30 через протектор 29 передается на вал 24 гидрокомпенсатора 2 (фиг.1, 2), далее через шлицевую муфту 41 - на вал 6 подшипникового узла 1 и далее через гибкий вал 32 - на ротор 31 винтового насоса 28 (фиг.6). Забор пластовой жидкости производится через перфорированный корпус 33 винтового насоса, внутри которого и размещен гибкий вал 32.

Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки работает следующим образом. При подъеме пластовой жидкости реактивная осевая сила от ротора 31 винтового насоса через гибкий вал 32 передается на вал 6 подшипникового узла 1 и воспринимается упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическими 7 (фиг.1) или коническими 10 (фиг.2) роликами. Пропорциональное разделение осевой силы по числу упорных подшипников обеспечивает снижение действующей нагрузки на каждый подшипник и, тем самым, повышает несущую способность конструкции в целом. Технологические неточности изготовления нажимных 11 и опорных 12 кольцевых обойм, внутренних 13 и наружных 14 цилиндрических втулок компенсируют упругие демпферы 15 подшипникового узла за счет их формы и свойств материала, что повышает равномерность разделения нагрузки между упорными подшипниками.

Радиальная нагрузка от гибкого вала 32 передается на вал 6 подшипникового узла через шлицевую муфту или резьбовое соединение и воспринимается радиальными роликовыми подшипниками 8 и 9.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить нагрузочную способность одновинтовой насосной установки, увеличить надежность и долговечность устройства за счет равномерности распределения нагрузки, упростить технологию изготовления и, тем самым, снизить затраты на спускоподъемные операции погружного оборудования, обеспечив непрерывную работу оборудования и безостановочную добычу нефти, а также упростить технологию изготовления за счет исключения регулировочно-установочных работ.

За счет применения заявляемой конструкции существенно упрощается технология изготовления установки в целом, не требуется применения дорогостоящей технологической оснастки и обеспечивается высокая надежность конструкции.

Заявляемое устройство позволяет улучшить технические и технологические показатели погружных насосных установок и таким образом расширить сферу применения данного класса изделий.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки, состоящий из последовательно соединенных подшипникового узла, соединительного устройства и гидрокомпенсатора, вал которого соединен с одной стороны с валом протектора электродвигателя, а с другой - через соединительное устройство с входным концом вала подшипникового узла, на котором размещены масляный насос, уплотнения, устройство предварительного натяжения и фиксации подшипниковых модулей на валу, с двух концов радиальные роликовые подшипники и последовательно расположенные между ними упорные осевые подшипниковые модули, включающие упорные роликовые подшипники с цилиндрическими или коническими роликами, кольцевые нажимные и опорные обоймы с кольцевыми канавками по поверхности соприкосновения с подшипниковыми кольцами, внутренние и внешние втулки, при этом в обоймах упорных осевых подшипниковых модулей в кольцевых углублениях установлены кольцевые демпферы из проволочного проницаемого материала, выступающие над опорной поверхностью обойм, обращенной к подшипниковому кольцу.

2. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения кольцевого демпфера повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления.

3. Опорный по п.1, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения кольцевого демпфера не повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления.

4. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что корпус подшипникового узла выполнен составным из головки и трубы, причем верхнее торцевое уплотнение размещено в головке.

5. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что гидрокомпенсатор выполнен в виде поршневого модуля.

www.freepatent.ru

Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки

Изобретение относится к технике добычи нефти, а именно к погружным одновинтовым скважинным насосам, и может быть использовано в нефтедобывающих отраслях промышленности. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки состоит из последовательно соединенных подшипникового узла, соединительного устройства и гидрокомпенсатора. Вал гидрокомпенсатора соединен с одной стороны с валом протектора электродвигателя, а с другой через соединительное устройство - с входным концом вала подшипникового узла. На валу подшипникового узла размещены масляный насос, уплотнения, устройство предварительного натяжения и фиксации подшипниковых модулей на валу, с двух концов радиальные роликовые подшипники и последовательно расположенные между ними упорные осевые подшипниковые модули, включающие упорные роликовые подшипники с цилиндрическими или коническими роликами, кольцевые нажимные и опорные обоймы с кольцевыми канавками по поверхности соприкосновения с подшипниковыми кольцами, внутренние и внешние втулки. В обоймах упорных осевых подшипниковых модулей в кольцевых углублениях установлены кольцевые демпферы из проволочного проницаемого материала, выступающие над опорной поверхностью обойм, обращенной к подшипниковому кольцу. Изобретение направлено на увеличение нагрузочной способности, повышение надежности и долговечности. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство относится к технике добычи нефти, а именно к погружным одновинтовым скважинным насосам с приводом от погружного электродвигателя, и может быть использовано в нефтедобывающих отраслях промышленности при подъеме пластовых жидкостей на большую высоту.

Известно устройство гидрозащиты погружного электродвигателя типов ГЗН, ПБ92, ГБ52 / Международный транслятор. Установки погружных ценробежных насосов для добычи нефти. Под ред. В.Ю.Алекперова, В.Я.Кершенбаума. Москва, 1999 г., RU №96112091 А. Протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя/. Устройство предназначено для защиты погружных маслозаполненных электродвигателей от проникновения пластовой жидкости в их внутреннюю полость, компенсации утечки масла и тепловых изменений его объема при эксплуатации. Гидрозащита содержит головку, верхний, средний и нижний ниппель, два корпуса и основание, последовательно соединенные между собой резьбой. На валу гидрозащиты установлены три радиальных подшипника скольжения. Осевые нагрузки на вал через пяту воспринимаются верхним и нижним подпятниками (опорными подшипниками скольжения). На обоих концах вала выполнены шлицы для соединения с электродвигателем и насосом. На валу последовательно установлены три торцевых уплотнения, зафиксированных пружинными кольцами. Внутри корпусов размещены две эластичные диафрагмы - верхняя и нижняя, концы которых хомутами герметично закреплены на опорах.

Недостатком данного устройства является низкая несущая способность опорного подшипника скольжения (пяты и подпятников), которая не допускает эксплуатацию погружного винтового насоса с осевой нагрузкой на вал более 600…700 кг, что ограничивает высоту подъема пластовой жидкости. Кроме того, расположение опорного подшипника скольжения в нижней части гидрозащиты ведет к потере валом гидрозащиты продольной устойчивости, его прогибам и колебаниям. В целом снижается надежность устройства и уменьшается его долговечность.

Наиболее близким по своей сути является устройство, описанное в и принятое за прототип. Разгрузочный узел для погружных винтовых насосов содержит корпус, вал с размещенными на нем опорными элементами, при этом узел снабжен герметичной камерой, заполненной гидравлическим маслом, с системой обратных клапанов и диафрагмой, служащей для выравнивания давления внутри камеры с давлением пластовой жидкости, а опорные элементы выполнены в виде осевых упорных подшипников, размещенных в герметичной камере, с регулировочными винтами, обеспечивающими равномерное распределение осевой нагрузки /Патент RU №2290539. Разгрузочный узел для погружных винтовых насосов/.

Недостатками прототипа являются:

Низкая несущая способность разгрузочного узла вследствие расположения опорных элементов в нижней части устройства. Вал, размещенный в верхней части устройства в подшипниках скольжения, испытывает значительные радиальные нагрузки от ротора винтового насоса, совершающего планетарное вращение, а так же испытывает сжимающие напряжения от действия осевой нагрузки. Радиальная нагрузка приводит к повышенному износу подшипников скольжения, а передаваемая осевая сила может вызвать потерю продольной устойчивости вала, его прогибы и колебания.

- Низкая надежность из-за наличия регулировочных винтов для выравнивания осевой нагрузки между опорными подшипниками и необходимости технологической операции регулировки при сборке устройства.

- Низкая надежность из-за отсутствия масляного насоса, обеспечивающего циркуляцию гидравлического масла и теплоотвод от упорных подшипников, что может привести к локальному перегреву зоны опорных элементов.

Задачей изобретения является увеличение нагрузочной способности одновинтовой насосной установки, повышение надежности и долговечности устройства за счет равномерности распределения нагрузки и, тем самым, снижение затрат на спускоподъемные операции погружного оборудования, обеспечение непрерывной работы оборудования и безостановочной добычи нефти, а также упрощение технологии изготовления за счет исключения регулировочно-установочных работ.

Требуемый результат достигается тем, что опорный узел погружной одновинтовой насосной установки, состоящий из последовательно соединенных подшипникового узла, соединительного устройства и гидрокомпенсатора, вал которого соединен с одной стороны с валом протектора электродвигателя, а с другой через соединительное устройство - с входным концом вала подшипникового узла, на котором размещены масляный насос, уплотнения, устройство предварительного натяжения и фиксации подшипниковых модулей на валу, с двух концов радиальные роликовые подшипники и последовательно расположенные между ними упорные осевые подшипниковые модули, включающие упорные роликовые подшипники с цилиндрическими или коническими роликами, кольцевые нажимные и опорные обоймы с кольцевыми канавками по поверхности соприкосновения с подшипниковыми кольцами, внутренние и внешние втулки, при этом в обоймах упорных осевых подшипниковых модулей в кольцевых углублениях установлены кольцевые демпферы из проволочного проницаемого материала, выступающие над опорной поверхностью обойм, обращенной к подшипниковому кольцу, причем профиль поперечного сечения кольцевого демпфера повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления, при этом профиль поперечного сечения кольцевого демпфера не повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления, корпус подшипникового узла выполнен составным из головки и трубы, причем верхнее торцевое уплотнение размещено в головке, а гидрокомпенсатор выполнен в виде поршневого модуля.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Фиг.1. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки с упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическими роликами.

Фиг.2. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки с упорными роликовыми подшипниками с коническими роликами.

Фиг.3. Подшипниковый узел с упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическими роликами и ступенчатыми обоймами.

Фиг.4. Подшипниковый узел с упорными роликовыми подшипниками с коническими роликами и фасочными обоймами.

Фиг.5. Подшипниковый узел с упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическим роликами и фасочными обоймами.

Фиг.6. Компоновка погружной одновинтовой насосной установки.

Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки (фиг.1) предназначен для восприятия осевых и радиальных сил, возникающих при работе винтового насоса, и устанавливается между винтовым насосом и протектором (гидрозащитой) погружного электродвигателя. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки (фиг.1, 2) состоит из подшипникового узла 1 и гидрокомпенсатора 2, соединенных ниппелем 3. Непосредственно подшипниковый узел 1 предназначен для восприятия осевых и радиальных нагрузок, возникающих при подъеме нефти или иной пластовой жидкости. Гидрокомпенсатор 2 служит для размещения масла, используемого для смазки и отвода тепла и компенсации его температурного расширения. Ниппель 3 предназначен для соединения между собой подшипникового узла и гидрокомпенсатора.

Подшипниковый узел 1 (фиг.1, 2) состоит из головки 4, цилиндрического корпуса 5 и установленного в нем вала 6 со шлицами с обоих концов. На валу установлены подшипники 7, 8, 9, 10, образующие несколько опор. Радиальные роликовые подшипники 8 и 9 предназначены для восприятия радиальных сил, действующих на вал, и установлены по разные стороны от середины вала. Применение радиальных роликовых подшипников позволяет существенно повысить радиальные нагрузочные возможности погружной одновинтовой насосной установки. Для восприятия осевых нагрузок предназначены упорные осевые подшипниковые модули, устанавливаемые последовательно между радиальными подшипниками 8 и 9. Упорные осевые подшипниковые модули включают в себя роликовые подшипники с цилиндрическими роликами 7 (фиг.1) или упорные роликовые подшипники с коническими роликами 10 (фиг.2). Применение для упорных подшипниковых модулей стандартных серийно выпускаемых упорных роликоподшипников с цилиндрическими или коническими роликами позволяет упростить технологию изготовления опорного узла.

Упорные цилиндрические 7 (фиг.3, 5) или упорные конические 10 (фиг.4) роликоподшипники устанавливлены между нажимной 11 и опорной 12 обоймами (фиг.3, 4, 5), имеющими форму кольцевого диска, между внутренней 13 и наружной 14 цилиндрическими втулками, так что образован унифицированный упорный осевой подшипниковый модуль. Цилиндрические кольцевые обоймы 11, 12 могут иметь различный профиль поперечного сечения (фиг.3, 4, 5), но такой, чтобы сопряженные поверхности двух соседних обойм различных подшипниковых модулей не соприкасались друг с другом и обеспечивали прохождение масла или охлаждающей жидкости по кольцевым зазорам. Наличие кольцевых зазоров достигается не только за счет профиля сечения нажимной и опорной обойм, но и за счет высоты проставочных втулок 13, 14, которые должны быть одного размера, что обеспечивает равномерность зазора между различными подшипниками. В случае, если установочные размеры подшипниковых колец одинаковы, на втулках выполняют пояски, имеющие для внутренних втулок больший наружный размер, для наружных втулок меньший внутренний диаметр. Такая конструкция втулок обеспечивает кольцевые зазоры для смазывающей и охлаждающей жидкости, а также модульность конструкции.

В нажимных и опорных обоймах со стороны поверхностей, обращенных к кольцам подшипников, выполнены кольцевые углубления, в которых размещены демпферы 15 (фиг.3, 4, 5). Профиль поперечного сечения кольцевого углубления может быть произвольным, но технологически более простым является прямоугольный. Демпферы 15 выполнены в форме кольца из проволочного проницаемого материала, представляющего собой определенным образом ориентированную проволочную спираль, которая в результате холодного прессования образует проницаемую во всех направлениях открытую пористую систему, обеспечивающую требуемую механическую прочность и упругость, гидравлическую проницаемость для масла и хорошую теплопроводность для отвода от зоны контакта с кольцом подшипника тепла. Профиль поперечного сечения кольцевого демпфера либо повторяет профиль поперечного сечения кольцевого углубления в обоймах, либо отличается. Но, в любом случае, демпфер должен выступать над опорной поверхностью обоймы, обращенной к кольцу упорного подшипника.

Между радиальными роликовыми подшипниками с обоих концов вала 6 установлены устройства предварительного натяжения 16, представляющие собой цилиндрические втулки с аксиальными отверстиями и расположенными внутри них цилиндрическими пружинами.

Все упорные осевые подшипниковые модули, радиальные подшипники и устройства предварительного натяжения 7, 8, 9, 10, 16 установлены на вал, который со стороны головки 4 снабжен упорным буртиком, а с другой стороны имеет резьбовую пару 40 (фиг.1, 2), обеспечивающую фиксацию всех узлов на валу.

Вал 6 за пределами опор снабжен многозаходной резьбой прямоугольного профиля, которая при взаимодействии с аналогичной резьбой, размещенной в головке 4, образует масляный насос 17. Масляный насос обеспечивает прокачку масла через все подшипники 7, 8, 9, 10 опорного узла. Возврат масла к насосу происходит по осевому каналу внутри вала.

Гидрокомпенсатор 2 (фиг.1, 2) состоит из цилиндрического корпуса 18, основания 19 и переходника 20. Внутри корпуса на валу 24 установлена специальная цилиндрическая втулка 21 с двумя предохранительными клапанами 23, расположенными со стороны ниппеля 3 аксиально валу 24, с размещенной на ней в средней части эластичной диафрагмой 22, образующей полость для масла. В полости, образованной эластичной диафрагмой 22, находится запас масла, предназначенный для компенсации утечек и компенсации теплового расширения. Предохранительные клапаны 23, установленные последовательно, предохраняют эластичную диафрагму 22 от разрушения в случае чрезмерного повышения давления масла во внутренней полости устройства путем отвода масла в окружающую пластовую жидкость (внешнюю среду).

Вал 24, проходящий внутри корпуса, основания и переходника, опирается на радиальные подшипники скольжения и передает крутящий момент от электродвигателя через вал 6 подшипникового узла 1 к винтовому насосу. Вал 24 гидрокомпенсатора 2 соединен с валом 6 подшипникового узла 1 посредством шлицевой муфты 41.

Для повышения интенсивности охлаждения масла и обеспечения работы при повышенных температурах, а также для уменьшения габаритных размеров опорного узла эластичная диафрагма может быть заменена компенсатором изменения объема масла поршневого типа. В этом случае на вал устанавливается кольцевой поршень, перемещение которого обеспечивает компенсацию утечек и температурных расширений масла.

Подшипниковый узел 1, ниппель 3 и гидрокомпенсатор 2 образуют общую масляную полость. Герметичность этой полости обеспечивается конструкцией резьбовых соединений корпуса, ниппеля и основания, уплотненных резиновыми кольцами. Также в головке 4 подшипникового узла 1 и в основании 19 гидрокомпенсатора 2 установлены торцевые уплотнения 25 и 26, предотвращающие попадание пластовой жидкости в подшипниковый узел и в гидрокомпенсатор.

Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки 27 (фиг.6) устанавливается между винтовым насосом 28 и протектором 29 погружного электродвигателя 30. Крутящий момент от электродвигателя 30 через протектор 29 передается на вал 24 гидрокомпенсатора 2 (фиг.1, 2), далее через шлицевую муфту 41 - на вал 6 подшипникового узла 1 и далее через гибкий вал 32 - на ротор 31 винтового насоса 28 (фиг.6). Забор пластовой жидкости производится через перфорированный корпус 33 винтового насоса, внутри которого и размещен гибкий вал 32.

Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки работает следующим образом. При подъеме пластовой жидкости реактивная осевая сила от ротора 31 винтового насоса через гибкий вал 32 передается на вал 6 подшипникового узла 1 и воспринимается упорными роликовыми подшипниками с цилиндрическими 7 (фиг.1) или коническими 10 (фиг.2) роликами. Пропорциональное разделение осевой силы по числу упорных подшипников обеспечивает снижение действующей нагрузки на каждый подшипник и, тем самым, повышает несущую способность конструкции в целом. Технологические неточности изготовления нажимных 11 и опорных 12 кольцевых обойм, внутренних 13 и наружных 14 цилиндрических втулок компенсируют упругие демпферы 15 подшипникового узла за счет их формы и свойств материала, что повышает равномерность разделения нагрузки между упорными подшипниками.

Радиальная нагрузка от гибкого вала 32 передается на вал 6 подшипникового узла через шлицевую муфту или резьбовое соединение и воспринимается радиальными роликовыми подшипниками 8 и 9.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить нагрузочную способность одновинтовой насосной установки, увеличить надежность и долговечность устройства за счет равномерности распределения нагрузки, упростить технологию изготовления и, тем самым, снизить затраты на спускоподъемные операции погружного оборудования, обеспечив непрерывную работу оборудования и безостановочную добычу нефти, а также упростить технологию изготовления за счет исключения регулировочно-установочных работ.

За счет применения заявляемой конструкции существенно упрощается технология изготовления установки в целом, не требуется применения дорогостоящей технологической оснастки и обеспечивается высокая надежность конструкции.

Заявляемое устройство позволяет улучшить технические и технологические показатели погружных насосных установок и таким образом расширить сферу применения данного класса изделий.

Формула изобретения

1. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки, состоящий из последовательно соединенных подшипникового узла, соединительного устройства и гидрокомпенсатора, вал которого соединен с одной стороны с валом протектора электродвигателя, а с другой - через соединительное устройство с входным концом вала подшипникового узла, на котором размещены масляный насос, уплотнения, устройство предварительного натяжения и фиксации подшипниковых модулей на валу, с двух концов радиальные роликовые подшипники и последовательно расположенные между ними упорные осевые подшипниковые модули, включающие упорные роликовые подшипники с цилиндрическими или коническими роликами, кольцевые нажимные и опорные обоймы с кольцевыми канавками по поверхности соприкосновения с подшипниковыми кольцами, внутренние и внешние втулки, при этом в обоймах упорных осевых подшипниковых модулей в кольцевых углублениях установлены кольцевые демпферы из проволочного проницаемого материала, выступающие над опорной поверхностью обойм, обращенной к подшипниковому кольцу.

2. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения кольцевого демпфера повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления.

3. Опорный по п.1, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения кольцевого демпфера не повторяет форму поперечного сечения кольцевого углубления.

4. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что корпус подшипникового узла выполнен составным из головки и трубы, причем верхнее торцевое уплотнение размещено в головке.

5. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что гидрокомпенсатор выполнен в виде поршневого модуля.

bankpatentov.ru

УСТРОЙСТВО УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ НАСОСА

 

Рабочее колесо является основным рабочим органом насоса. Оно состоит из дисков - переднего ( по ходу жидкости.) в виде кольца с отверстием большого диаметра в центре и заднего - сплошного диска со ступицей (втулкой в центре), через которую проходит вал.

Диски расположены на некотором расстоянии один от другого, а между находятся лопатки, отогнутые назад по направлению вращения колеса (см.рисунок 88). Колеса ЭЦН изготовляют из легированного чугуна иди полиамидной смолы.

 

1 - ловильная головка; 2 - гидравлическая пята; 3 - ниппель; 4 - корпус; 5 - направляющий аппарат; б - рабочее колесо; 7 - вал; 3 - подшипник сколь­жения; 9 -сальник; 10-фильтр

Рисунок 87 - Погружной центробежный насос

 

При входе в колесо жидкость имеет скорость V0и, отклоняясь в насосе в радиальном направлении, приобретает скорость V1 . На выходе из рабочего колеса жидкость получит скорость V2.

Частица жидкости в колесе при вращении вместе с колесом (т.е. получает окружную скорость U) одновременно перемещается вдоль лопатки с относительной скоростью ω (рисунок 89).

Таким образом, абсолютная скорость жидкости V в любой точке канала колеса определяется как геометрическая сумма скоростей u и ω.

Абсолютная скорость v=u+ω.

Чтобы при входе жидкости в колесо на происходило удара и отрыва струи, угол отклонения лопатки β должен быть минимальным (вектор относительной скорости ω должен сближаться с касательной к входной части лопатки).

Теоретический напор рабочего колеса Нт определяется из треугольников скоростей на входе и выходе (согласно уравнению Эйлера):

(2)

где q – ускорение силы тяжести в м2 /с

 

Рис 88. Рабочее колесо ЭЦН

 

Рисунок 89. Треугольник скоростей в рабочем колесе

 

Обычно жидкость в канале центробежного колеса входит радиально, т.е. при . . Тогда

(288)

Известно, что окружная скорость равна:

(289)

где n – частота вращения колеса;

D2 – диаметр рабочего колеса.

Действительный напор рабочего колеса всегда меньше теоретического, т.к. в колесе имеются гидравлические сопротивления, и количество лопаток не может быть бесконечным.

Понижение напора учитывается введением понятий гидравлического КПД и поправочного коэффициента на конечное число лопаток К.

(К<1).

(290)

где h- потеря напора.

Направляющий аппарат предназначен для измерения потока жидкости и преобразования скоростей энергии в давление. Состоит из двух неподвижных дисков с лопатками, напоминающими лопатки рабочего колеса, закрепленного неподвижно в корпусе насоса.

Для разгрузки осевых усилий направляющий аппарат снабжается буртом. Направляющие аппараты изготавливают из легированного чугуна и полиамидной смолы.

По конструкции различают направляющие аппараты с радиальным и осевым входом жидкости, в зависимости от характера входа жидкости в аппарат.

С радиальными аппаратами изготавливаются насосы малой производительности (до 10 м3/сут), с осевыми – от 40 до 700 м3/сут.

Рабочее колесо, собранное совместно с направляющим аппаратом, образуют ступень насоса. Каждая ступень развивает напор 4-7м.

Учитывая, что глубина, с которой приходится поднимать нефть может достигнуть 1,5 – 2 и более км, можно легко рассчитать потребное количество ступеней, образующий насос. И действительно, их количество достигает 400 штук и более.

Вы, очевидно, поняли, что погружной центробежный насос является многоступенчатым и, кроме того, секционным, так как в один корпус такое количество ступеней установить невозможно.

Вал предназначен для передачи вращения рабочим колесам. Пред-ставляется собой цилиндрический стрежень со шпоночным пазом для крепления рабочих колес. Со стороны протектора конец вала имеет шлицы. Длина и диаметр вала регламентируется габаритами насоса. Вал с укрепленными на нем колесами образует ротор насоса. Вал ЭЦН работает в весьма жестких условиях, т.к. имеет незначительный диаметр (17 – 25мм), имеет значительную длину (до 5000мм) и несет на себе значительное количество рабочих колес (до 300).

Материалом для валов является сталь 40Х, 35Х.

Опоры вала новых ЭЦН имеют радиальные подшипники скольжения сверху и снизу (раньше внизу устанавливались шариковые радиально-упорные подшипники). Кроме того каждый направляющий аппарат осуществляет кратковременную разгрузку осевых усилий в колесе посредством упора перемещающегося колеса в аппарат и скольжение его по текстолитовой шайбе. Нижняя опора вала переносится в узел протектора.

Такая конструкция позволяет передавать осевые силы равномерно на все направляющие аппараты. На вал практически действуют силы от собственного веса и силы осевого давления, достигающая у серийных насосов 4000 Н.

Нижняя опора вала в новых конструкциях ЭЦН воспринимает только радиальные нагрузки и является по существу подшипником скольжения. Конструктивно выполнена в виде втулки, укрепляемой в ниппеле, и изготавливаемой из стали.

 

1-корпус; 2-ниппель; 3-втулка; 4- сетка-фильтр; 5-подшипник скольжении; 6-основание; 7-опорное кольцо; 8-вал; 9-шлицевая муфта.

Рисунок 90- Нижняя опора вала ЭЦН.

Верхняя опора вала включает в себя пяту, которая воспринимает деформации насоса (рисунок 91). Кроме того в нее входят: дистанционное кольцо, металлические кольца и кольца из прографиченного прорезиненного белтинга. Белтинг имеет канавки для смазки мест трения.

1 - пята скольжения; 2 - верхний подшипник; 3 - кор­пус;4- рабочее колесо; 5 - направляющий аппарат.

Рисунок 91-Верхняя опора вала.

 

Корпус. Ротор, собранный совместно с направляющими аппаратами, образует пакет степеней, который после сборки вставляется в специальную трубу - корпус ЭЦH. Диаметры корпуса современных насосов составляют 92, 103 и 114 мм, а длина зависит от числа собранных в нем ступеней.

Корпус сверху заканчивается резьбой, с помощью которой он присоединяется к колонне НКТ, и ловильной головкой, обеспечивающей захват насоса при его падении в скважину.

Снизу корпус снабжен фильтром и присоединительными фланцами для соединения с очередной секцией или протектором. Новые насосы соеди­няются со своими узлами с помощью быстросборных байонетных соеди­нений.

Уплотнения в ЭЦН представлены сальником, расположенным в нижней части насоса, представляющим набор 4 колец, выполненных из свинцовой ваты с графитом. В связи с созданием новой гидрозащиты изменилась и функция сальника, которая теперь сводится к предотвра­щению попадания механических примесей из насоса в протектор.

Кроме того, соединяемые между собой на резьбе части корпуса на­соса снабжены уплотнительными кольцами круглого сечения.

Похожие статьи:

poznayka.org

Разгрузочный узел для погружных винтовых насосов

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в производстве оборудования для добычи высоковязкой нефти. Разгрузочный узел для погружных винтовых насосов содержит корпус, вал с размещенными на нем опорными элементами. Узел снабжен герметичной камерой, заполненной гидравлическим маслом, с системой обратных клапанов и диафрагмой, служащей для выравнивания давления внутри камеры с давлением пластовой жидкости. Опорные элементы выполнены в виде осевых упорных подшипников, размещенных в герметичной камере, с регулировочными винтами, обеспечивающими равномерное распределение осевой нагрузки. Разгрузочный узел способен воспринимать и гасить осевые нагрузки, направленные в противоположные стороны. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в производстве оборудования для добычи высоковязкой нефти.

Известна погружная насосная установка, содержащая погружной винтовой насос, подключенный к двигателю через редуктор, фильтр и опорно-уплотнительный узел с опорным подшипником (RU 2059112 С1, 27.04.1996, F 04 С 29/00).

Недостаток данной установки заключается в том, что наличие двух колонн труб - лифтовой и передающей крутящий момент - усложняет монтаж установки на скважине и не обеспечивает достаточной надежности установки.

Данных недостатков лишена конструкция с погружным приводом (Скважинные насосные установки для добычи нефти, Москва, «Нефть и газ», РГУ Нефти и газа им. И.М.Губкина, 2002 г., с.389). При использовании погружного привода осевые усилия, передаваемые винтовым насосом, разрушительно действуют на пяту гидрозащиты электродвигателя. Для их нейтрализации используют специальные конструкции опорных узлов.

Известен разгрузочный узел, содержащий корпус, вал с размещенными на нем опорными элементами (RU 2235226 С2, 10.04.2004, F 16 С 17/26).

Недостатком данной конструкции опорного узла можно считать низкую надежность при восприятии осевых нагрузок, создаваемых винтовым насосом, так как его опорные элементы находятся в контакте с пластовой жидкостью, что также неблагоприятно влияет на работу устройства.

Технической задачей изобретения является создание конструкции устройства, способного воспринимать и гасить осевые нагрузки, направленные в противоположные стороны как к основанию, так и к головке узла разгрузки.

Данная задача решается тем, что в разгрузочном узле для погружных винтовых насосов, содержащем корпус, вал с размещенными на нем опорными элементами, согласно изобретению, узел снабжен герметичной камерой, заполненной гидравлическим маслом, с системой обратных клапанов и диафрагмой, служащей для выравнивания давления внутри камеры с давлением пластовой жидкости, при этом опорные элементы выполнены в виде осевых упорных подшипников, размещенных в герметичной камере, с регулировочными винтами, обеспечивающими равномерное распределение осевой нагрузки.

На чертеже изображен разгрузочный узел для погружных винтовых насосов.

Разгрузочный узел содержит корпус 1, герметичную камеру с сообщающимися полостями 2, 3, заполненными гидравлическим маслом, обеспечивающим охлаждение и смазку радиальных подшипников 4 вала 5, подшипников скольжения 6 вала 7, а также основных опорных элементов. Герметичность камеры обеспечивают торцовые уплотнения 8, система клапанов 9 и диафрагма 10, служащая также для выравнивания давления внутри полости 2 с давлением пластовой жидкости. Расположенные в верхней части камеры клапаны 9 позволяют также обеспечить выброс излишков масла при температурном расширении диафрагмы 10. Опорные элементы выполнены в виде осевых упорных подшипников 11, 12, 13, расположенных в нижней части камеры и обеспечивающих восприятие осевых нагрузок. Они снабжены регулировочными винтами 14, 15, затяжкой которых достигается равномерное распределение нагрузок от винтового насоса (на чертеже не показан). Валы 5, 7 жестко сочленены муфтой 16 со штифтами 17.

При запуске электродвигателя (на чертеже не показан) крутящий момент передается через валы 7, 5 к винтовому насосу. При этом радиальные нагрузки воспринимаются и гасятся подшипниками 6, 4, а осевые нагрузки, направленные вниз к электродвигателю, от винтового насоса через торец вала 5 по упорным втулкам на валу 7 воспринимаются и гасятся подшипниками 12, 13, а нагрузки, направленные вверх, - подшипником 11. При этом осевые нагрузки через подшипники 11, 12, 13 и регулировочные винты 14, 15 передаются на корпус 1 и гасятся им.

Разгрузочный узел для погружных винтовых насосов, содержащий корпус, вал с размещенными на нем опорными элементами, отличающийся тем, что узел снабжен герметичной камерой, заполненной гидравлическим маслом, с системой обратных клапанов и диафрагмой, служащей для выравнивания давления внутри камеры с давлением пластовой жидкости, при этом опорные элементы выполнены в виде осевых упорных подшипников, размещенных в герметичной камере, с регулировочными винтами, обеспечивающими равномерное распределение осевой нагрузки.

www.findpatent.ru

Разгрузочный узел для погружных винтовых насосов

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в производстве оборудования для добычи высоковязкой нефти.

Известна погружная насосная установка, содержащая погружной винтовой насос, подключенный к двигателю через редуктор, фильтр и опорно-уплотнительный узел с опорным подшипником. (2059112, 04.27.1996 г. F 04 C 29/00)

Недостаток данной установки заключается в том, что наличие двух колонн труб - лифтовой и передающей крутящий момент, усложняет монтаж установки на скважине и не обеспечивает достаточной надежности установки.

Данных недостатков лишена конструкция с погружным приводом. (Скважинные насосные установки для добычи нефти. -М:

ГУЛ Изд. «Нефть и газ» РГУ Нефти и газа им. И.М.Губкина, 2002 -стр.389.) При использовании погружного привода осевые усилия, передаваемые винтовым насосом, разрушительно действуют на пяту гидрозащиты электродвигателя. Для их нейтрализации используют специальные конструкции опорных узлов.

Известен опорный узел, содержащий корпус, вал, и опорные секции, состоящие из закрепленных на валу подвижных упоров и зафиксированных в корпусе неподвижных опор. (Патент №2235226, 2004,04,10, F 16 C 17/26)

Недостатком данной конструкции опорного узла можно считать низкую надежность при восприятии осевых нагрузок, создаваемых винтовым насосом так как его опорные элементы находятся в контакте с пластовой жидкостью, что также неблагоприятно влияет на работу устройства.

Технический результат от использования данной полезной модели заключается в создании конструкции устройства, способного воспринимать и гасить осевые нагрузки, направленные в противоположные стороны, как к основанию, так и к головке узла разгрузки.

Технический результат достигается тем, что в разгрузочном узле, содержащем корпус, одну или несколько камер, вал с размещенными на нем опорными элементами, согласно полезной

модели опорные элементы выполнены в виде осевых упорных подшипников, а камеры загерметизированы торцовыми уплотнениями и заполнены гидравлическим маслом. Разгрузочный узел дополнительно содержит систему обратных клапанов и диафрагму, а опорные элементы снабжены регулировочными винтами, обеспечивающими равномерное распределение осевой нагрузки.

Разгрузочный узел содержит корпус 1 с сообщающимися камерами 2, 3, заполненными гидравлическим маслом, обеспечивающим охлаждение камер и смазку радиальных подшипников 4 вала 5 и подшипников скольжения 6 вала 7. Герметичность камер 2, 3 обеспечивают торцовые уплотнения 8, система клапанов 9 и диафрагма 10, служащая также для выравнивания давления внутри камер 2, 3 с давлением пластовой жидкости. Клапана 9 позволяют также обеспечить выброс излишков масла при температурном расширении. Осевые подшипники 11, 12, 13, расположенные в камере 3 обеспечивают восприятие осевых нагрузок, и снабжены регулировочными винтами 14, 15, затяжкой которых достигается равномерное распределение нагрузок, направленных в противоположные стороны. Валы 5, 7 жестко сочленены муфтой 16 со штифтами 17.

При запуске электродвигателя (на чертеже не показан) крутящий момент передается через валы 7, 9 к винтовому насосу. При этом радиальные нагрузки воспринимаются и гасятся подшипниками 6, 10, а осевые нагрузки, направленные вниз к электродвигателю, воспринимаются и гасятся подшипниками 13, 14, а нагрузки, направленные вверх -подшипником 12..При этом осевые нагрузки через вал 9 и подшипники 12, 13, 14 передаются на корпус 1 и гасятся им.

bankpatentov.ru