Линейный привод электропогружной насосной установки

Полезная модель относится к отрасли машиностроения, в частности к конструкции линейных электропогружных насосных установок, и может быть использована в конструкции линейного электродвигателя на постоянных магнитах.
В нефтяной промышленности широко применяются электропогружные насосные установки с приводом от линейного электродвигателя на постоянных магнитах. Принцип действия таких насосных установок основан на обеспечении возвратно-поступательного движения плунжеров насосного узла посредством связи с подвижной частью (слайдером) линейного электродвигателя.
В процессе эксплуатации слайдер привода электропогружной насосной установки, размещенный в полости направляющей трубы с образованием пары трения, выполняет возвратно-поступательные движения с частотой до 20-ти ходов в минуту в зависимости от режимов работы, что требует от конструкции пары трения значительной износоустойчивости для продления сроков службы электродвигателя. Также, указанная пара трения должна обеспечивать снижение коэффициента трения, что обеспечивает повышение энергоэффективности электродвигателя.
Из уровня техники известны различные варианты выполнения конструкции подвижной части (слайдера) линейного привода электропогружной насосной установки, которые должны обеспечивать оптимальное значение коэффициента трения.
Так из патента на изобретение № 2549381 от 29.05.2014 известен погружной линейный электродвигатель, который содержит сформированный из последовательно установленных в направляющей трубе из нержавеющей стали аксиально намагниченных магнитов, выполненных из сплава неодим-железо-бор с концентраторами магнитного поля (полюсами) из конструкционной стали. Магниты и полюсы разделены на технологические пакеты, которые соединены между собой муфтами с уплотнительными резиновыми кольцами.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести выполнение конструкции из материалов подверженных интенсивному износу в процессе эксплуатации, что может повлиять на надежность работы и привести к снижению срока службы электродвигателя.
Также, из заявки на изобретение WO2015096086A1 от 02.07.2015 известен погружной линейный электродвигатель, принятый за ближайший аналог. Описанный в заявке электродвигатель, содержит статор с помещенной в его полости направляющей трубой для подвижной части (слайдера) линейного электродвигателя, выполняющей возвратно-поступательное движение внутри статора. Указанный слайдер содержит внутреннюю трубу с установленными на ее поверхности постоянными магнитами, разделенными ферромагнитными кольцами (концентраторами магнитного поля). Также слайдер содержит множество изнашиваемых компенсационных колец, периодически установленных между пакетами постоянных магнитов, причем множество изнашиваемых колец имеют диаметр больше диаметра ферромагнитных колец и образуют пару трения с направляющей трубой подвижной части электродвигателя. Изнашиваемые кольца выполнены из сплава высокой твердости, такого как - стеллит.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести выполнение изнашиваемых колец из материала высокой твердости, что  может привести к увеличению коэффициента трения и не равномерному износу элементов пары трения в процессе эксплуатации. Также, в результате износа компенсационных колец в полости направляющей трубы могут накапливаться твердые частицы, что приведет к абразивному износу элементов пары трения.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является снижение коэффициента трения в паре трения, сформированной из направляющей трубы с подвижной частью линейного привода, установленной в полости статора, обеспечивая увеличение срока службы линейного привода электропогружной насосной установки.
Технический результат, достигнутый от реализации заявляемой полезной модели, заключается в увеличении ресурса работы привода электропогружной насосной установки, снижении коэффициента трения с обеспечением плавности движения линейного привода. Снижение коэффициента трения, также способствует повышению энергоэффективности насосной установки.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что линейный привод электропогружной насосной установки содержит пару трения, где твердость направляющей трубы выше твердости ферромагнитных вставок подвижной части линейного электродвигателя. При этом между ферромагнитными вставками поверх постоянных магнитов, расположены втулки обеспечивающие снижение коэффициента трения посредством переноса части материала на внутреннюю поверхность направляющей трубы по мере их износа.
Согласно предпочтительному варианту реализации технического решения втулки, расположенные между ферромагнитными вставками поверх постоянных магнитов, выполнены из сплава меди. Также втулки, расположенные между ферромагнитными вставками содержат на внешней поверхности канавки, обеспечивающие вывод продуктов износа из пары трения. При этом согласно описанному варианту реализации заявляемого технического решения, направляющая труба подвижной части линейного привода выполнена из немагнитного материала, а ее необходимая твердость достигается посредством химико-термического поверхностного упрочнения.
Сущность заявляемого технического решения поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами:
фиг.1 – электропогружная насосная установка, общий вид;
фиг.2 – линейный привод электропогружной насосной установки в разрезе.
Заявляемое техническое решение в приведенном варианте реализации может быть использовано в конструкции линейного привода 1 (фиг.1) электропогружной насосной установки 2, обеспечивающего возвратно-поступательное движение плунжеров насосного узла 3 и поднятие скважинного флюида на поверхность.
Одним из факторов повышения энергоэффективности и увеличения срока эксплуатации насосной установки является описанный в настоящей заявке вариант выполнения подвижной части линейного привода электропогружной насосной установки.
Линейный привод 1 электропогружной насосной установки 2 содержит, заключенный в цилиндрическом корпусе 4 (фиг.2), герметичный статор 5. В расточке статора установлена направляющая труба 6 с помещенной в ее полости подвижной частью 7 линейного привода 1, которая выполняет возвратно-поступательные движения и проводит в действие насосный узел 3 электропогружной насосной установки.
Подвижная часть линейного привода выполнена из множества постоянных магнитов 8, разделенных ферромагнитными вставками 9 (концентраторами магнитного поля). Между ферромагнитными вставками 9, поверх постоянных магнитов, расположены втулки 10, обеспечивающие защиту постоянных магнитов, а также снижение коэффициента трения, посредством переноса части материала на внутреннюю поверхность направляющей трубы 6, по мере их износа. В качестве одного из возможных вариантов для реализации данной полезной модели могут быть использованы втулки 10 из сплава меди, такого как - бронза. В сконфигурированной таким образом паре трения, твердость направляющей трубы 6должна быть выше твердости ферромагнитных вставок 9, втулок 10. Втулки 10 могут устанавливаться как на одном уровне с поверхностью ферромагнитных вставок, так и ниже указанного уровня. Также, согласно предпочтительному варианту реализации полезной модели, втулки 10, расположенные между ферромагнитными вставками 9 содержат на внешней поверхности канавки 11, обеспечивающие вывод продуктов износа из пары трения за счет чего удается избежать абразивного износа элементов пары трения. Также, в описанной в данном варианте реализации паре трения, направляющая труба 6 подвижной части линейного привода выполнена из немагнитного материала, при этом, ее необходимая твердость достигается посредством поверхностного химико-термического упрочнения, в частности - путем карбонитрации.
При реализации заявляемого технического решения обеспечивается увеличение ресурса линейного привода за счет уменьшения износа элементов пары трения. Указанный технический результат достигается путем оптимального подбора твердости материалов пары трения, в частности - ферромагнитных вставок (концентраторов магнитного поля) и направляющей трубы слайдера. Также, согласно предпочтительному варианту реализации полезной модели, снижение коэффициента трения обеспечивается путем переноса материала втулок 10 на внутреннюю поверхность направляющей трубы 6 с образованием равномерного покрытия, устойчивого к воздействию высоких температур и обеспечивающего плавность движения подвижной части линейного привода.
Уменьшение коэффициента трения снижает сопротивление движению слайдера, за счет чего повышается энергоэффективность насосной установки, особенно с учетом того, что при ходе подвижной части вверх она испытывает значительное сопротивление от давления столба скважинной жидкости.
Описанное техническое решение, предусматривает различные варианты и альтернативные формы реализации. Конкретный вариант осуществления раскрыт в описании и показан посредством приведенных графических материалов. Описанный вариант реализации полезной модели, не ограничивается конкретной раскрытой формой и может охватывать все возможные варианты исполнения, эквиваленты и альтернативы в рамках существенных признаков, раскрытых в формуле.