ПОГРУЖНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
SUBMERSIBLE PUMP SET

Изобретение относится к области насосного оборудования и может быть использовано для подъема жидкости с большой глубины.
Известен наземный привод штангового насоса, содержащий электродвигатель, кинематически связанный с двухходовым винтом передачи винт-гайка. При вращении винта гайка, соединенная со штангами, совершает возвратно-поступательные движения в осевом направлении по вертикальной направляющей [Патент РФ №2133875 от 1999.07.27]. Недостатком привода является быстрый износ и небольшой срок службы передачи винт-гайка скольжения и низкий КПД вследствие высоких потерь на трение.
Известен также наземный привод скважинного плунжерного насоса, содержащий по меньшей мере два установленных параллельно шариковинтовых привода штанг от реверсивного электродвигателя. Гайки привода, соединенные траверсой с полированным штоком, совершают возвратно-поступательное движение. Винты соединены с электродвигателем и защищены от окружающей среды гофрированными эластичными оболочками. В верхней и нижней точках корпуса установлены концевые выключатели для переключения реверса электродвигателя, а также выключатели аварийного снятия напряжения [Патент США №5404767 от 1995.01.05].
Недостатки привода следующие:
1. Габариты привода, состоящего из двух и более параллельных шариковинтовых передач и траверсы, не позволяют его использовать в погружном варианте.
2. Недостаточная герметизация шариковинтового привода, которая делает его неработоспособным, погруженным в скважину.
3. Использование концевых выключателей для управления реверсом двигателя и аварийного отключения в условиях скважины связано с прокладной отдельной кабельной линии, снижающей надежность агрегата в целом.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является погружной насосный агрегат, включающий корпус, эластичную оболочку, реверсивный электродвигатель, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штангой привода насоса, штанга уплотнена в корпусе и связана с гайкой посредством полого штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение, а внутренние полости корпуса и эластичной оболочки заполнены маслом, причем наружная поверхность оболочки сообщается с полостью скважины, а на винте и полом штоке установлены демпферы, при этом полый шток располагается маслозаполненной эластичной оболочке [Патент РФ №2347947 от 2007.09.04].
Недостатки привода следующие:
1. Быстрый износ и небольшой срок службы передачи винт-гайка качения, обусловленной неудачным способом закрепления винта.
2. Несоответствие требуемых динамических нагрузок, возникающих при работе передачи винт-гайка качения.
Техническим эффектом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы погружного насосного агрегата и увеличение ресурса передачи винт-гайка качения за счет предотвращения ее разрушения, возникающего из-за крутящей и осевой нагрузки, а также возможность повышения критической частоты вращения винта.
Заявленный технический эффект достигается решением технической задачи, направленной на увеличение межремонтного периода погружного насосного агрегата.
Поставленная техническая задача решается за счет того, в погружном насосном агрегате, включающем маслозаполненный корпус с эластичной оболочкой, реверсивный электродвигатель с протектором, ведущий вал которого связан с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штангой привода насоса, которая уплотнена в корпусе и связана с гайкой, которая посредством полого вала, охватывающая винт, соединена с валом электродвигателя и зафиксирована от осевого и радиального перемещения в корпусе с помощью подшипников, а винт, отцентрированный в корпусе и связанный верхним концом со штангой привода насоса, при взаимодействии с гайкой выполнен с возможностью совершать возвратно-поступательные движения внутри полого вала и корпуса, приводя таким образом в действие насос. Демпферы выполнены единым блоком, который связан с винтом и со штангой привода насоса.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в погружном насосном агрегате гайка (передачи винт-гайка качения) с помощью подшипников зафиксирована и отцентрирована в корпусе в осевом и радиальном направлении, а винт, связанный с приводной штангой насоса, испытывает только осевую нагрузку, в отличие от аналога, где на него кроме осевой нагрузки действует крутящий момент. Снижение нагрузки на винт должно существенно повысить надежность работы насосного агрегата. Расположение демпферов единым блоком (на центраторе приводной штанги насоса) упрощает конструкцию.
На фиг.1 схематично изображен скважинный насосный агрегат.
На фиг.2 изображен демпферный блок.
Насосный агрегат содержит маслозаполненный корпус 1, соединенный с реверсивным электродвигателем 2, снабженным гидрозащитой. Электродвигатель 2 соединен кабелем со станцией управления, установленной на поверхности (не показаны). Вал 3 электродвигателя 2 через промежуточный вал 4 соосно соединен с полым валом 5, который в свою очередь соосно соединен с гайкой 6 винтовой передачи (гайка 6, винт 7).
Винт 7 своим верхним концом жестко связан с центратором 8, который посредством выступов 9 входит в подвижное соединение с пазами 10, выполненными в корпусе 1, обеспечивая продольное перемещение винта 7 внутри полого вала 5 и корпуса 1.
Гайка 6 расположена между опорами 11, 12 и центрирована от осевого и радиального перемещения упорно-радиальными подшипниками 13, 14. Демпферы 15, 16 выполнены единым блоком и установлены на подвижной штанге 17 над и под центратором 8. Демпферы 15, 16 выполнены в виде пружин.
Промежуточный вал 4 установлен внутри маслозаполненной эластичной оболочки 18, полость которой сообщается с полостью корпуса 1, а внешняя поверхность - с полостью скважины. Центратор 8 соединен штангой 17 с насосом 19, имеющим выпускные отверстия 20. Штанга 17 уплотнена в корпусе 1 кольцевым уплотнением 21.
Агрегат работает следующим образом.
Вращение вала 3 реверсивного электродвигателя 2 передается через промежуточный вал 4 и полый вал 5 на гайку 6 винтовой передачи качения. При этом винт 7, взаимодействуя с гайкой 6 и одновременно входя в подвижное соединение с пазами 10 корпуса 1 посредством выступов 9 в центраторе 8, совершает продольные перемещения до верхнего (нижнего) положения. Вследствие этого связанная с винтом 7 через центратор 8 штанга 17 перемещает плунжер насоса 19. Жидкость в насос 19 поступает через выпускные отверстия 20, причем длина хода плунжера насоса 19 соответствует числу оборотов двигателя 2 в одном направлении.
При ходе винта 7 вниз и сжатии пружины демпфера 16 ток электродвигателя 2 возрастает. При заданной величине тока, соответствующей деформации пружины демпфера 16 или перемещению винта 7, происходит реверсирование электродвигателя 2. При ходе вверх электродвигатель 2 совершает заданное число оборотов, которое соответствует величине хода винта 7 и плунжера насоса 19, и снова происходит его реверсирование. После чего начинается перемещение вниз винта 7 и связанного с ним через штангу 17 плунжера насоса 19.
При сбое отсчета числа оборотов двигателя 2 и аварийном выходе винта 7 выше крайнего верхнего положения пружина демпфера 15 упирается в корпус 1, что приводит к возрастанию силы тока в двигателе 2 и его отключению станцией управления. При выходе винта 7 ниже крайнего нижнего положения он упирается в пружину нижнего демпфера 16, и, если деформация превышает величину деформации при реверсировании, ток двигателя превышает заданную величину, и двигатель 2 останавливается.
Преимущества предлагаемого насосного агрегата заключаются в том, что данная конструкция обеспечивает надежность и долговечность работы погружного насосного агрегата.