ВИНТОВОЙ НАСОС ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В НЕФТЯНОЙ ОТРАСЛИ
SCREW PUMP FOR USE IN OIL INDUSTRY

Область техники
Настоящее изобретение относится к области специализированных насосам для нефтедобычи, и более конкретно к цельнометаллическому конусному комбинированному винтовому насосу, приспособленному для применения в нефтяной отрасли.
Уровень техники
Добыча нефти путем закачки газа ориентирована на вязкую неочищенную нефть, при этом происходит нагнетание горячего пара в месторождения нефти, со снижением таким образом вязкости тяжелой нефти, что облегчает процесс добычи.
В связи с тем, что горячий пар ускоряет старение резины винтового насоса с резиновым уплотнением, при нагнетании газа необходимо сперва поднять и извлечь винтовой насос с резиновым уплотнением, что затрачивает много рабочего времени и приводит к низкой эффективности. Статор и ротор цельнометаллического винтового насоса изготовлены из металла, который устойчив к высокой температуре и не нуждается в извлечении в процессе нагнетания газа. Таким образом, при нефтедобыче путем нагнетания газа использование цельнометаллического винтового насоса обладает несравненным преимуществом по сравнению с применением винтового насоса с резиновым уплотнением.
Из уровня техники (CN 104047846 А, 17.09.2014) известен износостойкий одновинтовой насос высокого давления, в котором винт и полость втулки имеют форму конуса, сужающегося от входного отверстия к выходному, а на соединительной части между винтом и втулкой расположено устройство регулирования положения; при износе винта и втулки винт перемещают в сторону выпускного конца, чтобы увеличить натяг между роторами и, таким образом, компенсировать износ; винт и втулка зацепляются друг с другом, образуя герметичную полость, объем которой при поперечном движении постепенно уменьшается, так что давление увеличивается; длина втулки увеличивается в несколько раз по сравнению с шагом винта, а износ эквивалентен последовательному соединению нескольких винтов, и, таким образом, максимальное давление нагнетания может быть значительно увеличено.
В документе CN 101120173 А, 06.02.2008 описан малогабаритный эксцентриковый винтовой насос, содержащий статор с винтовой полостью и эксцентрично расположенный в указанной полости винтообразный ротор; головка ротора соединена с шарниром, при этом между ротором и шарниром установлено уплотнение, повторяющее движение эксцентрикового ротора; при этом указанное уплотнение состоит из скользящего кольца и уплотнительного диска, а головка ротора или выступ ротора в области между ротором и уплотнительным диском имеет по меньшей мере одно уменьшение диаметра.
Однако указанные технические решения не решают описанных выше проблем уровня техники.
Краткое описание изобретения
Радиальные размеры статора и ротора используемого в настоящее время металлического винтового насоса одинаковы в продольном направлении. В процессе использования статор и ротор изнашиваются из-за песка, смешанного с неочищенной нефтью, что приводит к увеличению зазора между статором и ротором. Снижение давления откачки металлического винтового насоса и общего давления откачки приводит к невозможности откачки неочищенной нефти, то есть необходимо будет заменять винтовой насос, вот почему срок службы винтового насоса короткий; кроме того, при снижении давления откачки или после прекращения подачи электроэнергии песок оседает в зазоре между статором и ротором, и ротор легко застревает, другими словами, возникает феномен песочного застревания.
Техническая задача заявленного изобретения заключается в предоставлении винтового насоса для применения в нефтяной области, имеющего больший срок службы и более высокую эффективность в сравнении с известными насосами.
В настоящем изобретении предложен цельнометаллический конический комбинированный винтовой насос, приспособленный для применения в нефтяной области, который может полностью решить существующие технические проблемы цельнометаллического винтового насоса, такие как короткий срок службы и застревание в песке.
Техническое решение заключается в том, что цельнометаллический конический комбинированный винтовой насос, приспособленный для применения в нефтяной отрасли, содержит статор, ротор, корпус и насосную штангу, при этом статор обеспечен криволинейной поверхностью с внутренней винтовой нарезкой, и в статоре установлен ротор, при этом ротор обеспечен криволинейной поверхностью с внешней винтовой нарезкой, которая совпадает с криволинейной поверхностью с внутренней винтовой нарезкой, при этом корпус соединен со статором, и насосная штанга установлена в корпусе, при этом он характеризуется следующим: криволинейная поверхность с внутренней винтовой нарезкой и криволинейная поверхность с внешней винтовой нарезкой имеют коническую винтовую конструкцию и одинаковую конусность, и конец криволинейной поверхности с внутренней винтовой нарезкой и криволинейной поверхности с внешней винтовой нарезкой с большим радиальным размером соединены с насосной штангой; цельнометаллический конический комбинированный винтовой насос также содержит упругий телескопический узел, при этом упругий телескопический узел содержит подвижную часть, неподвижную часть и упругую часть, причем подвижная часть неподвижно соединена с ротором, неподвижная часть неподвижно соединена с насосной штангой, подвижная часть и неподвижная часть образуют посадку с возможностью скольжения в направлениях вниз и вверх, и могут передавать крутящий момент на насосную штангу и ротор. Один конец упругой части прилегает к подвижной части или ротору, а другой конец прилегает к неподвижной части или насосной штанге, при этом упругая часть способна упруго сжиматься или упруго расширяться вдоль направления скольжения подвижной части.
Кроме того, подвижная часть представляет собой соединительный вал, неподвижная часть представляет собой соединительную установочную деталь, упругая часть представляет собой пружину, упругий телескопический узел дополнительно содержит ограничительный компонент, и соединительный вал вставлен в полость соединительной установочной детали, при этом соединительный вал может двигаться вдоль оси соединительной установочной детали и может передавать крутящий момент путем взаимодействия с соединительной установочной деталью. Пружина надета поверх соединительного вала и/или соединительной установочной детали. Один конец прилегает к соединительной установочной детали или насосной штанге, а другой конец прилегает к соединительному валу или ротору, и ограничительный компонент используется для предотвращения отделения соединительного вала от соединительной установочной детали.
Кроме того, конец ротора, прилегающий к соединительному валу, соединен с первым резьбовым соединением, и конец соединительного вала, примыкающий к ротору, соединен со вторым резьбовым соединением, при этом первое резьбовое соединение и второе резьбовое соединение соединены резьбовой муфтой; соединительная установочная деталь неподвижно установлена на насосной штанге или выполнена заодно с ней.
Кроме того, соединительный вал снабжен уступом, позиционно соответствующим ограничительной пластине.
Кроме того, подвижная часть представляет собой соединительную установочную деталь, неподвижная часть представляет собой соединительный вал, упругая часть представляет собой пружину, упругий телескопический узел дополнительно содержит ограничительный компонент, и соединительный вал вставлен в полость соединительной установочной детали, при этом соединительный вал способен двигаться вдоль оси соединительной установочной детали и способен передавать крутящий момент путем взаимодействия с соединительной установочной деталью. Пружина надета поверх соединительного вала и/или соединительной установочной детали. Один конец прилегает к соединительной установочной детали или ротору, а другой конец прилегает к соединительному валу или насосной штанге, и при этом ограничительный компонент используется для препятствования отделению соединительного вала от соединительной установочной детали.
Кроме того, ограничительный компонент содержит первый наружный фланец и ограничительную пластину, имеющие посадку с ограничением, и первый наружный фланец соединен с концом соединительного вала, прилегающим к соединительной установочной детали, и выступает наружу в направлении диаметра, ограничительная пластина соединена с концом соединительной установочной детали, примыкающим к соединительному валу, и выступает внутрь в направлении диаметра.
Кроме того, конец соединительного вала, примыкающий к первому наружному фланцу, снабжен внешними зубцами, ограничительная пластина снабжена внутренними зубцами, и внешние зубцы входят в зацепление с внутренними зубцами.
Кроме того, первый наружный фланец снабжен внешними зубцами, полость снабжена внутренними зубцами, и внешние зубцы входят в зацепление с внутренними зубцами.
Кроме того, криволинейная поверхность с внутренней винтовой нарезкой представляет собой М-заходную винтовую нарезку, внешняя винтовая нарезка представляет собой N-заходную винтовую нарезку, значение М составляет от 2 до 4, значение N составляет от 1 до 3, и M=N+1.
Кроме того, цельнометаллический конический комбинированный винтовой насос также содержит шнек, шнек содержит центральный вал и винтовую лопасть, окружающую центральный вал и закрепленную на нем, шнек расположен между ротором и насосной штангой, а также между двумя соседними секциями насосной штанги, при этом два конца центрального вала соответственно неподвижно соединены разъемным образом с соответствующим ротором и соответствующей насосной штангой.
Кроме того, статор образован или выполнен заодно с двумя или более блоками статора, неподвижно соединенными в осевом направлении.
Положительные результаты
Положительные результаты изобретения приведены ниже: (1) В отношении износа статора и ротора, поверхность с внутренней винтовой нарезкой и поверхность с внешней винтовой нарезкой изнашиваются равномерно, и степень износа повсюду одинакова, поскольку поверхность с внутренней винтовой нарезкой и поверхность с внешней винтовой нарезкой представляют собой конические винтовые конструкции, и их конусность одинакова, при изнашивании изменение осевого положения ротора, то есть перемещение ротора вниз, может привести к тому, что поверхность с внешней винтовой нарезкой большего радиального размера, расположенная на роторе выше перед перемещением вниз, совмещается с изношенной поверхностью статора, расположенной ниже, после перемещения вниз. При этом увеличенная площадь внутреннего винта при взаимодействии приводит к сохранению зазора между поверхностями с внутренним и внешним винтами на уровне до изнашивания, тем самым обеспечивая сохранение давления откачки цельнометаллического конического комбинированного винтового насоса и обеспечивая сохранение откачки неочищенной нефти. Это может эффективно продлить срок службы цельнометаллического конического комбинированного винтового насоса, и в то же время может улучшить эффективность винтового насоса и уменьшить потребление энергии. (2) После изнашивания статора и ротора не нужны дополнительные трудовые затраты. За счет упругого расширения упругой части в упругом телескопическом узле и собственного веса ротора ротор перемещается вниз относительно насосной штанги, так что зазор между поверхностью с внутренней винтовой нарезкой и поверхностью с внешней винтовой нарезкой может быть скомпенсирован автоматически, и упругое действие упругой части также может обеспечить эффективный контакт ротора и уплотнение между поверхностью с внешней винтовой нарезкой и поверхностью с внутренней винтовой нарезкой статора, с достижением при этом сохранения давления, создаваемого рабочим телом насоса, и эффективности откачки, обеспечивая выкачивание песка и предотвращая застревание в песке. (3) Концы с большими значениями радиального размера поверхности с внутренней винтовой нарезкой и поверхности с внешней винтовой нарезкой ротора находятся вблизи насосной штанги. При работе ротор и статор имеют коническую конструкцию с большими верхними и маленькими нижними областями. Даже при оседании песка в зазоре между статором и ротором после аварийного отключения питания застревание ротора затруднено. (4) При отключении питания песок откладывается в зазоре между статором и ротором. После включения питания, во время вращения ротора, отложенный песок оказывает на ротор направленное вверх толкающее усилие. В то же время, благодаря упругому сжатию упругой части упругого телескопического узла, ротор имеет условное пространство, где насосная штанга движется вверх, и затем ротор движется вверх, при этом зазор между поверхностью с внутренней винтовой нарезкой и поверхностью с внешней винтовой нарезкой увеличивается для реализации высвобождения. (5) Благодаря упругой амортизации упругих частей упругого телескопического узла в процессе сборки можно избежать повреждения ротора. (6) В настоящем изобретении дополнительно добавлен шнек, при этом шнек, как и ранее, оказывает эффект переноса в отношении песка, выкачиваемого ротором, и затем падает вниз. В частности, каждый шнек оказывает направленное вверх толкающее усилие на падающий песок. Песок образует непрерывный цикл подъема-падения между соседними шнеками, что может эффективно предотвращать отложение песка между ротором и статором, тем самым эффективно снижая износ и продлевая срок службы насоса. (7) Когда измерительный прибор показывает уменьшение выхода жидкости, каждый шнек продолжает вращение, продолжает оказывать направленное вверх толкающее воздействие на падающий песок и дополнительно предотвращает заклинивание ротора. Таким образом, это может эффективно предотвратить накопление крутильной нагрузки и снизить риск разлома. (8) Даже после аварийного отключения питания песок может также частично осаждаться на винтовых лопастях каждого шнека, скапливаясь в меньшем количестве в зазоре между статором и ротором, и это дополнительно препятствует заклиниванию ротора; (9) Благодаря увеличению срока службы цельнометаллического конического комбинированного винтового насоса частота замен, производимых в отношении него, может быть уменьшена, что снижает затраты времени на замены, производимые в отношении цельнометаллического конического винтового насоса, и увеличивает добычу неочищенной нефти.
Краткое описание графических материалов
Фиг. 1 представляет собой структурную схему цельнометаллического конического комбинированного винтового насоса согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 представляет собой структурную схему упругого телескопического узла настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, цельнометаллический конусный комбинированный винтовой насос, приспособленный для применения в нефтяной отрасли, содержит: статор, ротор 2, корпус 3 и насосную штангу 4, при этом статор образован по меньшей мере двумя блоками 1 статора, соединенными неподвижно в осевом направлении. Статор обеспечен криволинейной поверхностью с внутренней винтовой нарезкой, ротор 2 установлен внутри статора и обеспечен криволинейной поверхностью с внешней винтовой нарезкой, сочетающейся с криволинейной поверхностью с внутренней винтовой нарезкой, при этом криволинейная поверхность с внутренней винтовой нарезкой имеет двухзаходную винтовую нарезку, а внешняя винтовая нарезка является однозаходной винтовой нарезкой. В других вариантах осуществления М для поверхности с внутренней винтовой нарезкой также может быть равно 3 или 4, а N для поверхности с внешней винтовой нарезкой также быть равно 2 или 3, так чтобы M=N+1, при этом статор неподвижно соединен с корпусом 3, и внутри корпуса 3 установлена насосная штанга 4, при этом насосная штанга в целом образована разъемным и жестким соединением некоторого количества секций насосной штанги. Поверхность с внутренней винтовой нарезкой и поверхность с внешней винтовой нарезкой представляют собой конические винтовые конструкции и имеют одинаковую конусность. Концы с большим радиальным размером поверхности с внутренней винтовой нарезкой и поверхности с внешней винтовой нарезкой ротора расположены вблизи насосной штанги 4. На фиг. 1 и 2 представлен вид сбоку. Цельнометаллический конусный комбинированный винтовой насос при использовании находится в вертикальном состоянии, то есть радиальный размер верхнего конца поверхности с внутренней винтовой нарезкой и поверхности с внешней винтовой нарезкой больше, чем радиальный размер нижнего конца. Цельнометаллический конусный комбинированный винтовой насос также содержит упругий телескопический узел, причем упругий телескопический узел содержит подвижную часть, неподвижную часть и упругую часть. Подвижная часть неподвижно соединена с ротором, а неподвижная часть неподвижно соединена с насосной штангой. Подвижная часть и неподвижная часть имеют посадку с возможность скольжения в направлениях вверх и вниз и могут передавать крутящий момент на насосную штангу и двигатель. Один конец упругой части прилегает к подвижной части, а другой конец - к неподвижной части. Упругая часть может упруго сжиматься или расширяться вдоль направления скольжения подвижной части; в частности, подвижная часть представляет собой соединительный вал 6, а неподвижная часть представляет собой соединительную установочную деталь 12, упругий телескопический узел дополнительно содержит пружину 15 и ограничительный компонент, и соединительный вал 6 содержит второе резьбовое соединение 7, второй наружный фланец 8, основное рабочее тело 9, участок 10 зацепления и первый наружный фланец 11, последовательно соединенные в осевом направлении. Соединительная установочная деталь снабжена полостью 13, и в отверстии полости 13 установлена ограничительная пластина 14, проходящая вовнутрь в направлении диаметра. Участок 10 зацепления соединительного вала проходит через ограничительную пластину, и первый наружный фланец 11 вставлен в полость 13 соединительной установочной детали 12, при этом соединительный вал 6 может двигаться вдоль осевого направления соединительной установочной детали 12. Конец соединительного вала 6 примыкает к первому наружному фланцу, то есть участок 10 зацепления снабжен наружными зубцами, ограничительная пластина 14 снабжена внутренними зубцами, и внешние зубцы входят в зацепление с внутренними зубцами, т.е. имеют форму шлицев, при этом соединительный вал может передавать крутящий момент посредством взаимодействия с соединительной установочной деталью 12. Пружина 15 надета поверх соединительного вала 6, и один конец пружины 15 прилегает к соединительной установочной детали 12, а другой конец прилегает ко второму наружному фланцу 8 соединительного вала для реализации функций в виде упругого расширения и сжатия. Ограничительный компонент содержит первый наружный фланец 11 и ограничительную пластину 14. Первый наружный фланец 11 соединен с соединительным валом 6, который примыкает к соединительной установочной детали 12, и выступает наружу в направлении диаметра. Ограничительная пластина 14 соединена с концом соединительной установочной детали 12, примыкающим к соединительному валу 6, и выступает внутрь вдоль направления диаметра, при этом одновременное нахождение в ограничивающем положении взаимодействия первого наружного фланца 11 и ограничительной пластины 14 предотвращает отделение соединительного вала 6 от соединительной установочной детали 12.
Конец ротора, примыкающий к соединительному валу 6, соединен с первым резьбовым соединением 5, и конец соединительного вала 6, примыкающий к ротору, соединен со вторым резьбовым соединением 7. Первое резьбовое соединение 5 и второе резьбовое соединение 7 соединяются, проходя через резьбовую муфту 16. Соединительная установочная деталь 12 встроена в нижний конец насосной штанги или неподвижно закреплена на нижнем конце насосной штанги, при этом неподвижная установка может быть разобрана с помощью резьбовой конструкции.
Между участком 10 зацепления и основным рабочим телом 9 соединительного вала предусмотрен уступ 19, позиционно соответствующий ограничительной пластине 14, для предотвращения сжатия пружины 15 во время сборки, защиты пружины 15 и обеспечения эффективного функционирования пружины 15.
Цельнометаллический конический комбинированный винтовой насос также содержит шнек, который содержит центральный вал 17 и винтовую лопасть 18, окружающую центральный вал 17 и закрепленную на нем. Шнек расположен между ротором 2 и насосной штангой 4, а также между двумя соседними секциями насосной штанги 4, при этом оба конца центрального вала 6 неподвижно соединены разъемным образом с соответствующим ротором 2 и соответствующей насосной штангой 4 через конструкцию с винтовой резьбой и съемную стопорную гайку 7, при этом диаметр центрального вала 17 больше диаметра насосной штанги 4 для увеличения прочности соединения шнека.