Устройство разгрузки винтового погружного насоса

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам и узлам разгрузки погружной насосной установки нефтедобывающего оборудования, воспринимающим повышенные осевые нагрузки, действующие на вал в процессе работы.
Известно устройство разгрузки винтового погружного насоса (по патенту RU197906), состоящее из приводного вала, на котором последовательно расположены верхний узел торцевых уплотнений, мембранный узел, подшипниковый узел, нижний узел торцевых уплотнений. На приводном валу расположены верхний, средний и нижний ниппели, опертые посредством радиальных подшипников на приводной вал. Подшипниковый узел расположен между средним и нижним ниппелями. При работе устройства, его внутренние полости заполнены маслом. Из-за недостаточного теплообмена, подшипниковый узел может перегреваться, кроме того происходит масляное голодание узла верхнего торцового уплотнения.
Известно устройство разгрузки винтового погружного насоса (по патенту RU2375604, выбран в качестве прототипа), состоящий из приводного вала, на котором последовательно расположены верхний узел торцевых уплотнений, мембранный узел, подшипниковый узел, нижний узел торцевых уплотнений. На приводном валу расположены верхний, средний и нижний ниппели. Подшипниковый узел расположен между средним и нижним ниппелями. Приводной вал снабжен многозаходной резьбой прямоугольного профиля, которая при взаимодействии с аналогичной резьбой, размещенной в нижнем ниппеле, образует масляный насос, который обеспечивает прокачку масла через все подшипники опорного узла. Возврат масла к насосу происходит по осевому каналу внутри приводного вала. Изготовление полого вала технологически сложная операция.
Задачей полезной модели является повышение технологичности изготовления устройства. Техническим результатом полезной модели является упрощение изготовления устройства.
Технический результат достигается в устройстве разгрузки винтового погружного насоса (далее, также - устройство), содержащем последовательно расположенные на приводном валу: верхний узел торцевых уплотнений, верхний ниппель, мембранный узел с корпусом, средний ниппель с одним или двумя предохранительными клапанами, установленным в продольном канале, выполненным в среднем ниппеле и сообщающим внутреннее пространство с внешней средой, подшипниковый узел с корпусом, нижний ниппель, нижний узел торцевых уплотнений. Верхний, средний и нижний ниппели опираются на приводной вал посредством радиальных подшипников скольжения. Верхний ниппель с внешней стороны соединен с корпусом мембранного узла и с всасывающей трубой. Нижний ниппель с внешней стороны соединен с корпусом подшипникового узла и цилиндрическим корпусом, с расположенным в нем нижним узлом торцевых уплотнений.  В цилиндрическом корпусе расположена кулачковая муфта, соединенная с приводным валом, свободный конец цилиндрического корпуса соединен с опорным элементом для присоединения протектора. Приводной вал выполнен сплошным, на приводном валу, в полости среднего ниппеля, установлена крыльчатка. В полости среднего ниппеля установлен цилиндрический стакан, с отверстиями на боковой поверхности. На приводном валу, в нижнем ниппеле установлена крыльчатка.
Полезная модель поясняется рисунком: показано устройство разгрузки винтового погружного насоса в разрезе.
Устройство разгрузки винтового погружного насоса содержит последовательно расположенные на приводном валу 1: верхний узел 2 торцевых уплотнений, верхний ниппель 3, мембранный узел 4 с корпусом 5; средний ниппель 6 с одним или с двумя предохранительными клапанами 7, установленными в продольном канале 8, выполненном в среднем ниппеле 6 и сообщающим внутреннее пространство с внешней средой; подшипниковый узел 9 с корпусом 10; нижний ниппель 11; нижний узел 12 торцевых уплотнений.
Нижний конец приводного вала 1 может быть соединен с промежуточным валом 13, связанным с протектором (не показан) посредством кулачковой муфты 14 с возможностью обеспечения односторонней связи с приводным валом 1, допускающей вращение приводного вала 1 относительно промежуточного вала 13 в одну сторону.
На верхней, средней и нижней частях приводного вала 1 расположены соответственно верхний, средний и нижний ниппели 3, 6 и 11, которые опираются на приводной вал посредством подшипников 15, предназначенных для компенсации радиальных нагрузок на приводной вал 1. Подшипники 15 могут быть выполнены в виде радиальных подшипников качения или в виде радиальных подшипников скольжения (например, из твердого сплава, вольфрамокобальтового сплава).
Верхний ниппель 3 с внешней стороны соединен с корпусом 5 мембранного узла 4, который предохраняет устройство от избыточного давления, и с всасывающей трубой (не показана). С другой стороны корпуса 5, с ним, также с внешней стороны, соединен средний ниппель 6. Далее, с внешней стороны средний ниппель 6 соединен с корпусом 10 подшипникового узла 9, служащего для компенсации осевой (продольной) нагрузки приводного вала 1. Для этого внутри корпуса 10 подшипникового узла 9 на приводном валу 1 на упоры установлены конические роликовые подшипники.
Затем корпус 10 соединен с внешней стороной нижнего ниппеля 11. Нижняя часть нижнего ниппеля 11 соединена с внешней стороны с цилиндрическим корпусом 16, в котором расположены нижний узел 12 торцевых уплотнений и кулачковая муфта 14. Свободный конец цилиндрического корпуса 16 соединен с опорным элементом, выполненным в виде головки 17, для присоединения протектора. Все перечисленные внешние соединения ниппелей выполнены резьбовыми. Верхний конец приводного вала 1 снабжен шлицевыми элементами для соединения с торсионным валом, который, в свою очередь, соединен с ротором винтового насоса (не показано).
В среднем ниппеле 6 выполнен продольный канал 8, соединяющий полость подшипникового узла 9 с полостью, расположенной между мембраной 18 и корпусом 5 и, таким образом, сообщающим внутреннее пространство с внешней средой (в корпусе 5 для этого выполнено отверстие 19). В продольном канале 8 установлен один или два последовательно расположенных предохранительных клапана 7 (обратные клапаны 7). Размещение в продольном канале 8 предохранительного клапана 7 позволяет защитить предохранительный клапан 7 от прямого омывания скважинной жидкостью. Это исключает засорение от попадания механических примесей, содержащихся в скважинной жидкости. Установка двух предохранительных клапанов 7 обеспечивает работоспособность устройства при выходе из строя одного из них. Средний ниппель 6, установленный на приводном валу 1 с помощью радиального подшипника 15, увеличивает осевую устойчивость приводного вала 1 при совокупности радиальных и осевых нагрузок. Указанные особенности выполнения среднего ниппеля 6 повышают эксплуатационную надежность устройства.
Узлы торцевых уплотнений 2, 12  состоят из втулки с буртиком, двух неподвижных колец, одно из которых оперто в буртик, а другое - в верхний и нижний ниппель, соответственно. Между неподвижными кольцами расположено по две группы торцевых уплотнений, выполненных в виде последовательно расположенных: подвижного кольца, торцевого уплотнения в виде упругого сильфона с пружиной, регулировочных колец и одного стопорного кольца, расположенного между регулировочными кольцами.
Приводной вал 1 выполнен сплошным. В среднем ниппеле 6 образована цилиндрическая полость 24, в которой установлен цилиндрический стакан 20 с отверстиями 21 на боковых поверхностях. В указанной полости 24, в цилиндрическом стакане 20, помещена крыльчатка 22, установленная на приводном валу 1. Кроме того, дополнительная крыльчатка 23 может быть установлена на приводном валу 1 в нижнем ниппеле 11.
Устройство работает следующим образом.
При запуске электродвигателя (на чертеже не показан) крутящий момент передается через приводной вал 1 к винтовому насосу. При вращении ротора винтового насоса внутри статора, образуются перемещающиеся герметичные полости, которые захватывая скважинную жидкость, перемещают ее на поверхность по насосно-компрессорным трубам. В результате чего, возникают осевые и радиальные нагрузки, направленные в сторону устройства разгрузки винтового погружного насоса, призванного защитить от этих нагрузок протектор и электродвигатель. Возникающие радиальные нагрузки воспринимаются и гасятся радиальных подшипников 15 скольжения. Осевые нагрузки компенсируются подшипниковым узлом 9. Для обеспечения охлаждения и смазки подшипников, внутренние полости мембранного узла 4 и подшипникового узла 9 заполнены гидравлическим маслом. Герметичность устройства обеспечивают верхний и нижний узлы 2, 12 торцевых уплотнений.
Вращающаяся крыльчатка 22 и дополнительная крыльчатка 23 создают завихренный поток масла, обеспечивающий теплообмен в подшипниковом узле 9. Кроме того, происходит нагнетание масла к верхнему узлу 2 торцевых уплотнений, исключая масляное голодание в нем. Цилиндрический стакан 20 с отверстиями 21 формируют в полости среднего ниппеля 6 направленный циркулирующий поток, улучшающий теплообмен в подшипниковом узле 9. Указанные выше признаки позволяют отказаться от выполнения сквозного канала в приводном валу и выполнять его сплошным, что упрощает изготовление устройства.