ОСЕВАЯ ОПОРА МОДУЛЬ-СЕКЦИИ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Техническое решение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при изготовлении насосных модуль-секций погружных центробежных насосов для добычи нефти, преимущественно высоконапорных насосов для добычи нефти из глубоких и сверхглубоких скважин, когда осевое усилие, действующее на валы насосных модуль-секций, превышает предельно допустимую величину для осевой опоры протектора гидрозащиты.
Известна осевая опора модуль-секции электроцентробежного насоса для добычи нефти (см. свидетельство на полезную модель RU 13241 U1, 27.03.2000), включающая в себя пяту, выполненную с возможностью установки на валу модуль-секции с обеспечением восприятия осевой силы со стороны вала и без возможности вращения относительно вала, а также подпятник, выполненный с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты и установленный на закрепляемой в корпусе опоре подпятника без возможности вращения относительно нее. Пята и подпятник снабжены кольцеобразными элементами трения, выполненными из карбида кремния. Элементы трения установлены в соответствующих пазах пяты и подпятника, в которых размещены также эластичные шайбы, предназначенные для передачи осевых усилий между пятой, подпятником и элементами трения с возможностью углового смещения элементов трения в любой из плоскостей, проходящей
через ось вала модуль-секции для их самоустановки в упомянутых пазах.
Недостатком описанного аналога является, что эластичные шайбы при некоторых условиях теряют свои амортизирующие свойства и не обеспечивают самоустановку элементов трения, что существенно снижает надежность и долговечность осевой опоры модуль-секции и, соответственно, насоса в целом.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели (прототипом) является осевая опора модуль-секции погружного центробежного насоса для откачки жидкости из скважин, описанная в авторском свидетельстве SU 928076 А1, 15.05.1982, включающая в себя пяту, выполненную с возможностью установки на валу модуль-секции с обеспечением восприятия осевой силы со стороны вала и без возможности вращения относительно него, подпятник, выполненный с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты, установленный в корпусе посредством упругого элемента с возможностью осевого перемещения и без возможности вращения относительно корпуса. Осевая опора также включает в себя опору подпятника, установленную в корпусе модуль-секции без возможности вращения и осевого перемещения относительно корпуса и с возможностью восприятия осевой силы со стороны подпятника в его крайнем нижнем положении. При этом поверхность опоры подпятника, предназначенная для установки подпятника, выполнена в виде части сферической поверхности, а поверхность подпятника, контактирующая с опорой подпятника, выполнена в виде части круглой конической поверхности,
таким образом, что обеспечивается возможность углового смещения подпятника относительно опоры подпятника в любой из плоскостей, проходящей через ось вала модуль-секции. Осевая опора предназначена для установки в нижней части насосной модуль-секции вблизи приемного отверстия при этом осевая опора размещена в дополнительной полости модуль-секции, изолированной от перекачиваемой среды.
Основными недостатками прототипа является высокая сложность конструкции осевой опоры и усложнение модуль-секции в целом, так как для защиты поверхностей трения, а также контактных поверхностей подпятника и опоры подпятника от коррозии и механических примесей, содержащихся в перекачиваемой среде, опора размещена в специальной полости модуль-секции, что требует наличия отдельных средств смазки и охлаждения трущихся частей осевой опоры. Осевые опоры подобной конструкции применялись главным образом в насосах для откачки воды.
Таким образом, задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в создании осевой опоры для насосных модуль-секций погружных высоконапорных центробежных насосов для добычи нефти из глубоких и сверхглубоких скважин.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении надежности и долговечности осевой опоры модуль-секции погружного центробежного насоса для добычи нефти за счет обеспечения самоустановки подпятника в корпусе модуль-секции, в том числе при повышенном осевом усилии со стороны пяты, когда осевая опора устанавливается
в модуль-секции с увеличенным количеством ступеней, а также за счет исключения возможности заклинивания подпятника частицами механических примесей, переносимых потоком перекачиваемой среды, без усложнения конструкции и процесса сборки осевой опоры.
Осевая опора модуль-секции погружного центробежного насоса для добычи нефти включает в себя пяту, выполненную с возможностью установки на валу модуль-секции с обеспечением восприятия осевой силы со стороны вала модуль-секции и без возможности вращения относительно него, подпятник, выполненный с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты, а также опору подпятника, выполненную с возможностью восприятия осевой силы со стороны подпятника и установленную в корпусе модуль-секции без возможности вращения и осевого перемещения относительно корпуса. Подпятник установлен на опоре подпятника без возможности вращения относительно нее, при этом контактные поверхности подпятника и опоры подпятника выполнены таким образом, что обеспечивается возможность углового смещения подпятника относительно опоры подпятника в любой из плоскостей, проходящей через ось вала модуль-секции. При этом в отличии от прототипа перед контактными поверхностями подпятника и опоры подпятника по ходу потока перекачиваемой жидкости на обращенных друг к другу участках поверхности подпятника и опоры подпятника выполнены кольцевые пазы, в которых размещен кольцеобразный упругий элемент.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели упругий элемент выполнен таким образом, что обеспечивает защиту контактных поверхностей подпятника и опоры подпятника, по меньшей мере, от твердых включений, содержащихся в перекачиваемой жидкости.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели упругий элемент выполнен таким образом, что обеспечивает ограничение осевого перемещения подпятника относительно опоры подпятника.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели поверхность опоры подпятника, предназначенная для установки подпятника, выполнена в виде части сферической поверхности.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели поверхность подпятника, контактирующая с опорой подпятника, выполнена в виде части круглой конической поверхности.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели осевая опора предназначена для установки в потоке перекачиваемой жидкости в верхней части насосной модуль-секции по отношению к рабочему положению модуль-секции в скважине.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели осевая опора предназначена для использования в составе модуль-секции с верхней радиальной опорой, вынесенной в головку модуль-секции за осевую опору по ходу потока перекачиваемой жидкости.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели упругий элемент представляет собой кольцо из маслобензостойкой резины.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели пята и подпятник снабжены элементами трения, выполненными из антифрикционного керамического материала.
При этом, в частном случае реализации полезной модели элементы трения выполнены из карбида кремния.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели на контактной поверхности, по меньшей мере, одного из элементов трения выполнены радиальные канавки для прохода перекачиваемой среды.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели опора подпятника выполнена с отверстиями для прохода перекачиваемой жидкости, при этом подпятник снабжен, по меньшей мере, одним выступом, предназначенным для размещения в одном из упомянутых отверстий для исключения возможности поворота подпятника относительно опоры.
Выполнение контактных поверхностей подпятника и опоры с возможностью углового смещения подпятника в любой из плоскостей, проходящей через ось вала модуль-секции, обеспечивает самоустановку подпятника, что существенно улучшает условия работы элементов трения пяты и подпятника и, соответственно, надежность и долговечность осевой опоры. Причем в связи с отсутствием деформируемых элементов, передающих усилие, самоустановка обеспечивается в том числе при повышенном осевом усилии со стороны пяты, когда осевая опора устанавливается в модуль-секции с увеличенным количеством ступеней.
Упругое кольцо, расположенное в кольцевом пазу между контактными
поверхностями подпятника и опоры подпятника, защищает контактные поверхности от частиц мехпримесей, содержащихся в перекачиваемой жидкости, препятствуя забиванию твердых частиц в кольцевой зазор между контактными поверхностями подпятника и его опоры под действием потока перекачиваемой насосом жидкости. При этом наличие упругого кольца существенно упрощает конструкцию и облегчает сборку осевой опоры, так как оно выполняет роль фиксирующего элемента, обеспечивая осевую фиксацию подпятника относительно опоры без дополнительных крепежных элементов.
Возможность осуществления полезной модели, охарактеризованной приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием осевой опоры модуль-секции погружного центробежного насоса для добычи нефти, выполненной в соответствии с настоящей полезной моделью, Описание сопровождается графическими материалами, на которых изображено следующее.
На Фиг.1 - верхняя часть модуль-секции погружного центробежного насоса с осевой опорой.
На Фиг.2 - осевая опора в сборе.
На Фиг.3 - фрагмент по Фиг.2 (увеличено).
Осевая опора 1 предназначена для восприятия осевой силы, действующей на торец вала 2 модуль-секции погружного центробежного насоса, которая равна произведению давления жидкости на площадь верхней торцевой поверхности вала 2 и зависит, главным образом, от диаметра вала, количества ступеней модуль-секции и напора, создаваемого каждой ступенью. Осевая
опора предназначена для установки непосредственно в потоке перекачиваемой жидкости в верхней части насосной модуль-секции по отношению к рабочему положению модуль-секции в скважине. Предпочтительным является использование осевой опоры в составе модуль-секции с верхней радиальной опорой 3, вынесенной в головку модуль-секции за осевую опору по ходу потока перекачиваемой жидкости, что уменьшает консольную часть вала 2 и существенно снижает радиальные биения в зоне размещения осевой опоры 1 и, соответственно, улучшает условия работы элементов трения осевой опоры.
Осевая опора представляет собой упорный подшипник скольжения и состоит из пяты 4, подпятника 5 и опоры подпятника 6.
Пята 4 выполнена с возможностью установки на валу 2 модуль-секции своим центральным отверстием 7, в котором выполнен паз 8 для размещения шпонки вала модуль-секции. Осевое усилие со стороны вала передается на пяту посредством упорного кольца 9 и втулок 10, 11 и 23.
Ответная часть осевой опоры состоит из подпятника 5 и опоры 6, на которой установлен подпятник. Опора 6 закреплена в корпусе 12 модуль-секции без возможности проворота и осевого перемещения относительно корпуса.
Поверхность 13 опоры 6, предназначенная для установки подпятника 5, выполнена в виде части сферической поверхности, а поверхность 14 подпятника 5, контактирующая с опорой 6, выполнена в виде части круглой конической поверхности, при этом подпятник 5 установлен на опоре 6 с возможностью углового смещения в любой из плоскостей, проходящей через ось вала
модуль-секции, что обеспечивает возможность самоустановки подпятника в процессе работы и, соответственно, существенно улучшает условия работы элементов трения пяты и подпятника.
Опора 6 выполнена с отверстиями 15 для прохода перекачиваемой жидкости, при этом подпятник 5 снабжен выступами 16, которые при сборке опоры размещают в соответствующих им отверстиях 15, что обеспечивает фиксацию подпятника 5 от проворота относительно опоры 6 без использования дополнительных фиксирующих деталей, что существенно упрощает конструкцию опоры и повышает ее надежность.
Перед контактными поверхностями 13 и 14 по ходу потока перекачиваемой жидкости на обращенных друг к другу участках поверхности подпятника и опоры выполнены кольцевые пазы 17 и 18, в которых размещено упругое кольцо 19, выполненное из маслобензостойкой резины. Кольцо 19 обеспечивает защиту контактных поверхностей 13 и 14 от твердых включений, содержащихся в перекачиваемой жидкости, препятствуя забиванию твердых частиц в кольцевой зазор между этими поверхностями, что привело бы к заклиниванию подпятника и исключило возможность его самоустановки в процессе работы.
Кроме того кольцо 19 обеспечивает фиксацию подпятника 5 на опоре 6, ограничивая его осевое перемещение, что также существенно упрощает конструкцию опоры 1 и облегает ее сборку.
Пята и подпятник снабжены элементами трения 20 и 21 в виде кольцевых вставок из антифрикционного керамического материала, в частности, из
карбида кремния. Наличие элементов трения существенно повышает ресурс осевой опоры при работе в среде, содержащей большое количество механических примесей. На поверхности элемента трения 20, закрепленного на пяте, выполнены радиальные канавки 22, предназначенные для прохода перекачиваемой среды, что обеспечивает эффективное охлаждение и смазку трущихся поверхностей элементов 20 и 21, а также смазку контактных поверхностей 13 и 14 подпятника и опоры. При этом механические примеси, содержащиеся в потоке перекачиваемой среды, попав в канавки 22 под действием центробежных сил отбрасываются в полость корпуса 12 и не попадают на контактные поверхности 13 и 14.
Устройство работает следующим образом.
В процессе работы осевой опоры 1 пята 4, вращаясь вместе с валом 2, передает осевой усилие, возникающее на торце вала, на подпятник 5 через элементы 20 и 21. При этом за счет самоустановки подпятника 5 обеспечивается максимальная площадь контакта между поверхностями элементов 20 и 21. Перекачиваемая жидкость через канавки 22 поступает к контактным поверхностям элементов 20 и 21, обеспечивая их смазку и охлаждение, а также к контактным поверхностям 13 и 14, при этом поток перекачиваемой жидкости, обтекающий осевую опору обеспечивает охлаждение пяты 4 и подпятника 5, что улучшает теплоотвод от элементов 20 и 21.