ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА
HORIZONTAL PUMPING UNIT

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к насосным установкам, применяемым для поддержания давления в пласте или в магистральном трубопроводе.
Известна горизонтальная насосная установка, содержащая опорную раму, электродвигатель, последовательно расположенные на одном валу вспомогательный малопроизводительный и основной высокопроизводительный центробежный насос, при этом узел нагнетания вспомогательного насоса совмещен с узлом всасывания основного насоса (Патент №2380577 РФ, F04D 13/06, 2010).
Известна также горизонтальная насосная установка, содержащая опорную раму, электродвигатель, секционный центробежный насос, первая секция которого совмещена с входным модулем и расположена с ним на общем валу, уплотненном торцевым уплотнением, а упорный узел насоса размещен в узле входного модуля, содержащем два дополнительных радиальных подшипника (Патент №2162163 РФ, F04D 13/06, 2001).
Наряду с вышеописанными, известна горизонтальная насосная установка, содержащая электродвигатель, входной узел с тангенциальным патрубком, приводным валом, торцевым уплотнением и подшипником скольжения, насосные секции с соединенными с помощью муфт валами, установленные посредством центраторов в трубчатом контейнере, начало и конец которого снабжены патрубками, связанными трубопроводом с вентилятором, и выкидной патрубок (Патент №2338093 РФ, F04D 1/06, 2008).
Перечисленные горизонтальные насосные установки из-за непростой конструкции сложны в монтаже и обслуживании и имеют высокую стоимость.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является горизонтальная насосная установка, содержащая герметичную колонну и размещенные в ней на центраторах погружной электродвигатель, гидрозащиту и входной модуль, валы которых соединены между собой посредством шлицевых муфт, при этом колонна со стороны электродвигателя сообщена с входным патрубком, а со стороны входного модуля - с погружным центробежным насосом, имеющем осевую опору (Патент на ПМ №84074 РФ, F04D 13/06, 2009).
Недостатком принятой за прототип горизонтальной насосной установки является низкая ремонтопригодность, поскольку герметичная колонна затрудняет доступ к размещенным в ней составляющим установки, например, гидрозащите, которая ко всему прочему имеет сложную и ненадежную конструкцию. Сказанное усложняет выполнение профилактических мероприятий и устранение отказов, в результате чего повышается стоимость и снижается эксплуатационная надежность горизонтальной насосной установки.
Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности горизонтальной насосной установки.
Указанный технический результат достигается тем, что в горизонтальной насосной установке, содержащей насос с осевой опорой, электродвигатель, шлицевую муфту для соединения валов, устройство защиты электродвигателя и входной патрубок, согласно изобретению, электродвигатель оснащен трубчатым валом с проточным каналом, сообщающим входной патрубок с полостью шлицевой муфты и через отверстия в ее стенке - с приемом насоса, устройство защиты образовано торцовыми уплотнениями на трубчатом валу и отдельно размещенным компенсатором, внутренний объем которого разделен на две полости, одна из которых гидравлически сообщена с входным патрубком, а вторая - с электродвигателем.
В некоторых вариантах исполнения осевая опора насоса может быть установлена в электродвигателе и дополнительно подсоединена к системе охлаждения, включающей электродвигатель, сообщающуюся с ним полость компенсатора, теплообменник и циркуляционный насос.
На фиг. 1 схематично изображена заявляемая горизонтальная насосная установка, в которой осевая опора размещена в насосе, на фиг. 2 - то же, осевая опора установлена в электродвигателе и снабжена системой охлаждения.
Горизонтальная насосная установка смонтирована на несущей раме (не показана) и содержит входной патрубок 1, электродвигатель (ЭД) 2, снабженный трубчатым валом 3, насос 4 и компенсатор 5 (фиг. 1). В качестве ЭД может быть применен маслонаполненный асинхронный или вентильный электродвигатель. Каждый из них может эксплуатироваться с электроцентробежным, объемно-роторным или винтовым насосом. Трубчатый вал 3 ЭД 2 соединен со сплошным валом 6 насоса 4 посредством шлицевой муфты 7, имеющей центральную полость 8 и отверстия 9 в стенке. Проточный канал 10 в трубчатом валу 3 сообщает входной патрубок 1 с центральной полостью 8 в шлицевой муфте 7, а через отверстия 9 в ее стенке - с приемом насоса 4. Площадь сечения проточного канала 10 и суммарная площадь отверстий 9 сопоставимы по величине для устранения потери напора перекачиваемой жидкости. В ЭД 2 трубчатый вал 3 уплотнен со стороны входного патрубка 1 и со стороны насоса 4 торцовыми уплотнениями 11, которые отделяют маслонаполненную полость 12 от перекачиваемой жидкости, находящейся в передней 13 и задней 14 камерах. Компенсатор 5 представляет собой сосуд высокого давления, внутренний объем которого разделен подпружиненным поршнем 15 на две полости 16 и 17, при этом полость 16 заполнена перекачиваемой жидкостью, а полость 17 - маслом. Полость 16 гидравлически сообщена передающей трубкой 18 с передней камерой 13, а полость 17 посредством передающей трубки 19 - с маслонаполненной полостью 12 ЭД 2. Компенсатор 5 и торцовые уплотнения 11 на трубчатом валу 3 образуют устройство защиты ЭД 2 от проникновения перекачиваемой жидкости. Осевая опора 20 установлена на валу 7 насоса 4. В некоторых вариантах исполнения осевая опора 21 может быть размещена в маслонаполненной полости 12 (фиг. 2), которая при этом может быть дополнительно закольцована вместе с полостью 17 компенсатора 5 в контур охлаждения, содержащий теплообменник 22 и циркуляционный насос 23.
Горизонтальная насосная установка работает следующим образом.
В горизонтальную насосную установку перекачиваемая жидкость поступает под начальным давлением, достаточным для функционирования насоса 4 без срыва подачи. При этом через входной патрубок 1 заполняется передняя камера 13, а заполнение задней камеры 14 происходит через проточный канал 8 трубчатого вала 3. В результате на торцовые уплотнения 11 со стороны перекачиваемой жидкости действует входное давление. Из передней камеры 13 входное давление передается по передающей трубке 18 в полость 16 компенсатора 5 и воздействует на подпружиненный поршень 15. Поршень 15 перемещается и сжимает масло в маслонаполненной полости 17 компенсатора 5 и, как следствие, в сообщающейся с ней по передающей трубке 19 маслонаполненной полости 12 ЭД 2 до тех пор, пока давление масла не сравняется с входным давлением перекачиваемой жидкости. В результате на торцовые уплотнения 11 с двух сторон будет действовать одинаковое давление, что исключит проникновение перекачиваемой жидкости в ЭД 2 и утечку из него масла.
При работе ЭД 2 вращающий момент от трубчатого вала 3 передается через шлицевую муфту 7 на вал 6, на котором насажены рабочие органы 24 насоса 4. При вращении рабочих органов 24 перекачиваемая жидкость по проточному каналу 10 трубчатого вала 3 проходит в полость 8 шлицевой муфты 7, откуда через отверстия 9 в ее стенке попадает на прием насоса 4. После прохождения через насос 4 давление перекачиваемой жидкости значительно возрастает, и она, например, закачивается в нагнетательную скважину. Во время движения по трубчатому валу 3 перекачиваемая жидкость забирает тепло, выделяемое работающим ЭД 2, что предохраняет его от перегрева и тем самым повышает долговечность и надежность. Осевая опора 20 (фиг. 1) или 21 (фиг. 2) воспринимает действующие на вал 7 осевые и радиальные нагрузки насоса 4, причем, будучи установленной в маслонаполненной полости 12, осевая опора 21 может работать в режиме жидкостного трения при более высоких нагрузках, поскольку масло в отличие от перекачиваемой жидкости не содержит механических частиц. Кроме того, для осевой опоры 21 возможно обеспечить постоянные температурные условия эксплуатации и повысить тем самым ее ресурс работы. Для этого циркуляционный насос 23 отбирает нагретое масло из маслонаполненной полости 12 и направляет его в теплообменник 22, где тепло от масла передается, например, в окружающий воздух. Далее охлажденное масло попадает в маслонаполненную полость 17 компенсатора 5 и по передающей трубке 19 возвращается в маслонаполненную полость 12 ЭД 2. И так далее.
По сравнению с прототипом предлагаемая горизонтальная насосная установка имеет более простую и надежную конструкцию без габаритной колонны и входного модуля, так как перекачиваемая жидкость поступает в насос по трубчатому валу ЭД. Кроме того, в ней отпадает необходимость в использовании сложной и ненадежной гидрозащиты, поскольку функцию последней успешно выполняют торцовые уплотнения на трубчатом валу, отделяющие перекачиваемую жидкость от масла, и отдельно размещенный компенсатор, создающий противодавление со стороны масла. Горизонтальная насосная установка удобна в монтаже и обслуживании, так как входящие в нее узлы открыты для манипуляций и при необходимости легко могут быть демонтированы и заменены новыми.