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.
Известны узлы радиальных опор, работающих в составе устройств, воспринимающих повышенные осевые нагрузки, действующие на вал в процессе работы, например в патентах RU 2147083, RU 2290539, RU 19308. Использование соединительных элементов, шлицевых муфт, в качестве элементов радиальных опор позволяет увеличить нагрузочную устойчивость вала.
Известно устройство разгрузки винтового погружного насоса (по патенту RU 197906, выбрано в качестве прототипа), 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. В верхней части, устройство воспринимает нагрузку и радиальные колебания от гибкого вала, передающего нагрузку от ротора винтового насоса. Разрушается верхний узел торцевых уплотнений, затем происходит замещение масла в устройстве скважинной жидкостью с абразивными частицами и быстрое разрушение всех узлов, подвижных частей устройства.
Задачей полезной модели является повышение эксплуатационной надежности устройства. Техническим результатом полезной модели является увеличение срока службы устройства путем создания дополнительной опоры приводного вала в верхней части 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, установленном в продольном канале, выполненном 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. На приводном валу перед верхним узлом торцевых уплотнений установлен узел радиальной опоры с торцевыми уплотнениями, соединенный с верхним ниппелем. 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 расположенными в нем нижним узлом торцевых уплотнений. В цилиндрическом корпусе расположена обгонная муфта, соединенная с приводным валом, свободный конец цилиндрического корпуса соединен с опорным элементом для присоединения протектора.
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 обгонной (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, вольфрамо-кобальтового 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 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 обгонная 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, соотвественно. 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.
На приводном валу 1, перед верхним узлом 2 торцевых уплотнений, установлен узел радиальной опоры. Узел радиальной опоры имеет: цилиндрический корпус 20 с радиальным подшипником скольжения 22, выполненным аналогично с подшипниками 15 (цилиндрический корпус 20 опирается на приводной вал 1 посредством радиального подшипника скольжения 22); торцевые уплотнения 21, выполненные в виде узлов, аналогичных с узлами 2, 12 торцевых уплотненний. Цилиндрический корпус 20 соединен с верхним ниппелем резьбовым соединением.
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 и колебания, направленные в сторону устройства разгрузки винтового погружного насоса, призванного защитить от этих нагрузок протектор и электродвигатель. Возникающие радиальные нагрузки воспринимаются радиальными подшипниками 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.
Узел радиальной опоры обеспечивает дополнительную опору приводного вала 1 в той его части, где возникает максимальная нагрузка от гибкого вала винтового насоса, уменьшая радиальные колебания (биение) в составе устройства, защищая верхний узел 2 торцевых уплотнений от разрушения и проникновения скважинной жидкости во внутренние полости узлов устройства с замещением масла: верхний, средний, нижний ниппели 3, 6, 11, мембранный узел 4 и подшипниковый узел 9, предохраняя их от катастрофичного разрушения. Таким образом, увеличивается срок службы устройства.