МУФТА ГИБКАЯ
FLEXIBLE COUPLING

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в установках электроприводных центробежных насосов для добычи нефти из наклонно-направленных и искривленных скважин.
Известна установка погружных центробежных насосов, содержащая насосный агрегат в виде модульных секций, соединенных между собой подвижным устройством, выполненным в виде втулки-основания, с одного конца соединенной резьбой с корпусом одной модульной секции насосного агрегата, а со второго - сферическим сегментом с упругим уплотнительным элементом и со стопором посредством резьбового соединения, накидной гайки с резьбой, соединяющей втулку-основание с другой модульной секцией, валы, соединенные между собой муфтами, обеспечивающими их угловое смещение (патент РФ 2218481, МПК7 F04D 13/10, 29/62, опубл. 22.08.2001).
Недостатком данной установки погружных центробежных насосов является отсутствие возможности передачи осевой нагрузки от вала вышерасположенной секции насоса к валу нижерасположенной секции насоса или валу гидрозащиты погружного электродвигателя, что приводит к невозможности применения данного устройства в установках электроприводных центробежных насосов, в которых секции насоса не имеют осевых опор, а осевая нагрузка на валах секций насоса воспринимается только осевым подшипником, расположенным в гидрозащите погружного электродвигателя. Кроме того, недостатки передачи вращающего момента через канаты: неравномерность вращения ведомого конца вала при значительных нагрузках, относительно небольшая и неодинаковая долговечность, значительные колебания крутильной жесткости у одинаковых валов. Указанная неравномерность вращения также снижает коэффициент полезного действия лопаточного центробежного насоса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту является гибкая шарнирная муфта, содержащая два корпуса, соединенные между собой посредством кольца со сферической наружной поверхностью, выполненного с крестовиной из пальцев, посредством которых кольцо соединено с корпусами, промежуточный вал с двумя шарнирными муфтами, равноудаленными от центра симметрии крестовины (патент РФ 2230233, МПК7 F04D 29/62, 13/10, опубл. 11.09.2002).
Недостатком данной гибкой шарнирной муфты является отсутствие возможности передачи осевой нагрузки от вала вышерасположенной секции насоса к валу нижерасположенной секции насоса или валу гидрозащиты погружного электродвигателя, что приводит к невозможности применения данного устройства в установках электроприводных центробежных насосов, в которых секции насоса не имеют осевых опор, а осевая нагрузка на валах секций насоса воспринимается только осевым подшипником, расположенным в гидрозащите погружного электродвигателя Кроме того, герметизация внутренней полости гибкой шарнирной муфты обеспечивается герметичным гофрированным металлорукавом, что приводит к снижению надежности герметичности устройства вследствие истирания металлорукава от взаимодействия с внутренней стенкой эксплуатационной колонны при спуске устройства в скважину.
Задачей изобретения является возможность использования гибкого шарнирного соединения в установках электроприводных центробежных насосов, в которых секции насоса не имеют осевых опор, а осевая нагрузка на валах секций насоса воспринимается только осевым подшипником, расположенным в гидрозащите погружного электродвигателя, путем передачи осевой нагрузки и вращающего момента через валы и шарнирные муфты валов, а также снижение изгибающих напряжений в установках электроприводных центробежных насосов путем изгиба корпусов муфты гибкой относительно друг друга, при их эксплуатации в наклонно-направленных и искривленных скважинах.
Поставленная задача решается тем, что в муфте гибкой, содержащей два корпуса, соединенные между собой посредством кольца со сферической наружной поверхностью, выполненного с крестовиной из пальцев, посредством которых кольцо соединено с корпусами, размещенный внутри крестовины промежуточный вал с двумя шарнирными муфтами, равноудаленными от центра симметрии крестовины и предназначенными для сочленения валов секций погружного электронасоса, каждая из шарнирных муфт, расположенных между промежуточным валом и валами секций погружного насоса, выполнена с возможностью передачи осевой нагрузки и включает вилки, соединенные с валами шлицами, имеющими возможность осевого перемещения, крестовину, выполненную со сферической поверхностью, имеющей центр на пересечении оси вращения вала с осью пальца крестовины, и валы, упирающиеся торцами в сферическую поверхность крестовины. Кроме того, торцы валов, упирающиеся в сферическую поверхность крестовины, могут иметь вогнутую сферическую, с радиусом сферы не больше радиуса сферической поверхности крестовины, либо вогнутую коническую поверхность. Также между торцами валов и сферической поверхностью крестовины может размещаться втулка со сферической или конической поверхностью со стороны крестовины.
На Фиг.1 показан общий вид муфты гибкой. На Фиг.2 показан вариант исполнения шарнирной муфты. На Фиг.3 показан вариант исполнения шарнирной муфты.
Муфта гибкая состоит из корпусов 1 и 2, соединенных кольцом 3 со сферической наружной поверхностью пальцами 4 и уплотнительным элементом 5, валов 6 и 7, соединенных с одной стороны с валами секций погружного электронасоса (не показано), а с другой стороны с промежуточным валом 8 шарнирными муфтами, состоящими из вилок 9, крестовин 10 со сферическими поверхностями, штифтов 11 и пальцев крестовин 12. Возможен вариант установки втулок 13 со сферической или конической поверхностью.
При работе устройства в наклонно-направленной или искривленной скважине, в составе установки электроприводного центробежного насоса, смонтированной либо между секциями насоса, либо между гидрозащитой электродвигателя и входным модулем насоса, оси корпусов 1 и 2 размещаются под углом относительно друг друга благодаря их шарнирному герметичному соединению, образованному кольцом 3, пальцами 4 и уплотнительным элементом 5. Осевая нагрузка от вала 6 передается на сферическую поверхность крестовины 10, размещенной в верхней шарнирной муфте, от которой передается на промежуточный вал 8 и дальше через еще одну крестовину 10. размещенную в нижней шарнирной муфте, на вал 7. Для уменьшения удельного давления между сферической поверхностью крестовин 10 и торцами валов 6, 7 и 8, упирающихся в крестовины 10, торцы валов 6, 7 и 8 могут иметь вогнутую сферическую, с радиусом сферы не больше радиуса сферической поверхности крестовины 10, либо вогнутую коническую поверхность.
Вращающий момент от вала 7 передается через шлицевое соединение на шарнирную муфту, включающую вилки 9, пальцы крестовины 12 и крестовину 10, затем на промежуточный вал 8, от которого через другую аналогичную шарнирную муфту передается на вал 6. Шлицевое соединение вилок 9 с валами 6, 7 или 8 имеет возможность ограниченного осевого перемещения, т.к. штифты 11, жестко закрепленные в вилках 9, могут перемещаться относительно валов 6, 7 или 8 в пределах пазов 14, что исключает передачу осевой нагрузки через вилки 9 и, соответственно, через пальцы крестовин 12. Возможен вариант установки между торцами валов 6, 7 и 8 и сферическими поверхностями крестовин 10 втулок 13, имеющих конические (Фиг.2) или сферические (Фиг.3) поверхности со стороны крестовин 10.