МУФТА ПУСКОВАЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ
SAFETY STARTING COUPLING

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано преимущественно в нефтедобывающей промышленности, например в установках погружных скважинных насосов с электроприводом, а также в других отраслях промышленности в приводах инерционных машин и механизмов.
Известна пусковая муфта, содержащая две соосно установленные полумуфты, первая полумуфта выполнена в виде винтового вала, полумуфты соединены ползуном, связанным с первой полумуфтой посредством винтового соединения, а со второй посредством подвижных, подпружиненных упоров (собачек), установленных на ползуне. Ползун имеет возможность продольного перемещения относительно полумуфт. Полумуфта, выполненная в виде винтового вала, является ведомой. Вторая полумуфта является ведущей и содержит зубчатое колесо и храповое колесо с внутренними зубьями. Храповое колесо входит в зацепление с ползуном посредством собачек (см. С.Н.Кожевников, Я.И.Есиненко, Я.М.Раскин «Механизмы» Справочное пособие. Под ред. чл. кор. АН УССР С.Н.Кожевникова. Изд.4., М.: Машиностроение, 1976, стр.396-397, рис.6.41). Соединение валов надежное, жесткое, обеспечивается с задержкой по отношению к моменту пуска электродвигателя.
Применение данной муфты в момент пуска погружного электронасоса облегчает запуск погружного электродвигателя за счет уменьшения его пусковых токов. Однако при запуске погружного электронасоса с использованием данной муфты возникают значительные динамические крутящие моменты, что уменьшает надежность привода погружного электронасоса.
Наиболее близким техническим решением является муфта пусковая (см. патент РФ №2292496 C1, F16D 43/202, F04D 13/02, F04D 29/044, 2005.18.05), содержащая соосно установленные первую и вторую полумуфты, первая полумуфта выполнена в виде винтового вала, полумуфты соединены ползуном, связанным с первой полумуфтой посредством винтового соединения, а со второй посредством, по меньшей мере, одного подвижного подпружиненного упора, установленного в ползуне, полумуфты размещены в корпусе, содержащем, по меньшей мере, один продольный размещенный на его внутренней цилиндрической поверхности неподвижный упор, вторая полумуфта представляет собой цилиндрический стакан, имеющий, по меньшей мере, одну прорезь, выполненную в нем под углом к образующей, подвижный упор находится в зацеплении с прорезью и имеет возможность взаимовоздействия с неподвижным упором, первая полумуфта является ведущей, вторая - ведомой, а подвижный упор представляет собой, например, прямоугольный параллелепипед, причем верхняя часть подвижного упора имеет боковой паз, выполненный с возможностью взаимодействия с нижним краем прорези цилиндрического стакана, образованным поверхностью самой прорези и граничащей с ней внутренней поверхностью цилиндрического стакана.
Однако в случае заклинивания погружного насоса во время его запуска данная конструкция муфты пусковой не обеспечивает необходимую надежность валов привода, так как момент на ведомой полумуфте может в несколько раз превышать максимальный пусковой момент погружного электродвигателя, что может повлечь за собой поломку валов привода и, как следствие, вызвать большие материальные затраты, связанные с подъемом оборудования из скважины, его заменой и последующим спуском. Также данная конструкция муфты пусковой не обеспечивает защиту привода погружного электронасоса от турбинного вращения после остановки погружного электродвигателя.
Задачей изобретения является повышение надежности привода погружного электронасоса и расширение функциональных возможностей муфты пусковой предохранительной.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в повышении надежности погружной электронасосной установки за счет использования предохранительного устройства и в расширении функциональных возможностей муфты пусковой предохранительной за счет обеспечения защиты привода погружного электронасоса от турбинного вращения после остановки погружного электродвигателя.
Указанный технический результат достигается тем, что в муфте пусковой предохранительной, содержащей соосно установленные первую и вторую полумуфты, первая полумуфта выполнена в виде винтового вала, полумуфты соединены ползуном, связанным с первой полумуфтой посредством винтового соединения, а со второй посредством, по меньшей мере, одного подвижного подпружиненного упора, установленного в ползуне, полумуфты размещены в корпусе, вторая полумуфта представляет собой цилиндрический стакан, имеющий, по меньшей мере, одну прорезь, подвижный упор находится в зацеплении с прорезью, первая полумуфта является ведущей, вторая - ведомой, а подвижный упор представляет собой, например, прямоугольный параллелепипед, в корпусе установлены второй цилиндрический стакан и предохранительное устройство, второй цилиндрический стакан размещен между внутренней поверхностью корпуса и цилиндрической поверхностью второй полумуфты и соединен с корпусом через предохранительное устройство, на втором цилиндрическом стакане выполнена, по меньшей мере, одна продольная прорезь, прорези в цилиндрическом стакане второй полумуфты и во втором цилиндрическом стакане выполнены под углом друг к другу, а подвижный упор имеет возможность находиться в зацеплении с прорезью второго цилиндрического стакана.
В муфте пусковой предохранительной предохранительное устройство может быть выполнено в виде срезаемых элементов, соединенных с корпусом и вторым цилиндрическим стаканом.
В муфте пусковой предохранительной верхняя часть подвижного упора может иметь боковой паз, выполненный с возможностью взаимодействия с нижним краем прорези цилиндрического стакана, образованным поверхностью самой прорези и граничащей с ней внутренней поверхностью цилиндрического стакана.
В муфте пусковой предохранительной во втором цилиндрическом стакане в поперечном сечении прорези одна продольная кромка может быть перпендикулярной внутренней поверхности стакана и являться упорной, а другая продольная кромка может быть выполнена тангенциально к внутренней поверхности стакана.
В муфте пусковой предохранительной второй цилиндрический стакан может иметь количество прорезей, кратное количеству подвижных упоров, установленных в ползуне.
Выполнение муфты пусковой предохранительной таким образом, что в корпусе установлены второй цилиндрический стакан и предохранительное устройство, второй цилиндрический стакан размещен между внутренней поверхностью корпуса и цилиндрической поверхностью второй полумуфты и соединен с корпусом через предохранительное устройство, на втором цилиндрическом стакане выполнена, по меньшей мере, одна продольная прорезь, прорези в цилиндрическом стакане второй полумуфты и во втором цилиндрическом стакане выполнены под углом друг к другу, а подвижный упор имеет возможность находиться в зацеплении с прорезью второго цилиндрического стакана, обеспечивает повышение пускового крутящего момента на ведомой полумуфте и защиту привода погружного электронасоса от турбинного вращения после остановки погружного электродвигателя и от превышения максимально допустимого пускового момента, тем самым повышает надежность и расширяет функциональные возможности муфты пусковой предохранительной.
Выполнение предохранительного устройства в виде срезаемых элементов, соединенных с корпусом и вторым цилиндрическим стаканом, повышает надежность муфты пусковой предохранительной.
Выполнение верхней части подвижного упора с боковым пазом, имеющим возможность взаимодействия с нижним краем прорези цилиндрического стакана, образованным поверхностью самой прорези и граничащей с ней внутренней поверхностью цилиндрического стакана, повышает надежность муфты пусковой предохранительной.
Выполнение во втором цилиндрическом стакане в поперечном сечении прорези одной продольной кромки, перпендикулярной внутренней поверхности стакана и являющейся упорной, а другой продольной кромки - тангенциальной к внутренней поверхности стакана, обеспечивает защиту привода погружного электронасоса от турбинного вращения после остановки погружного электродвигателя и тем самым расширяет функциональные возможности.
Выполнение муфты пусковой предохранительной таким образом, что второй цилиндрический стакан имеет количество прорезей, кратное количеству подвижных упоров, установленных в ползуне, обеспечивает уравновешивание сил, действующих на элементы конструкции муфты пусковой предохранительной, и тем самым повышает надежность.
На Фиг.1 приведен чертеж муфты пусковой предохранительной, продольный разрез.
На Фиг.2 приведен чертеж цилиндрического стакана второй полумуфты.
На Фиг.3 приведен чертеж второго цилиндрического стакана, продольный разрез.
На Фиг.4 приведен поперечный разрез второго цилиндрического стакана.
На Фиг.5 приведен чертеж ползуна, продольный разрез.
На Фиг.6 приведен чертеж предохранительного устройства.
Муфта пусковая предохранительная содержит (см. Фиг.1) первую ведущую 1 и вторую ведомую 2 соосно установленные полумуфты. Полумуфты 1 и 2 жестко зафиксированы относительно друг друга вдоль оси вращения в корпусе 3 посредством подшипников скольжения 4 и 5 соответственно. Первая полумуфта 1 содержит винтовую часть 6. Полумуфты 1 и 2 соединены через ползун 7 (см. Фиг.1, 5), связанный с винтовой частью 6 первой полумуфты 1 посредством винтового соединения, а со второй ведомой 2 - посредством подвижных упоров 8, установленных на ползуне 7. В данном конкретном исполнении количество подвижных упоров 8 ползуна 7 равно двум. Угол подъема винтовой линии резьбы винтовой части 6 первой полумуфты 1 и ползуна 7 больше угла трения.
Вторая ведомая полумуфта 2 представляет собой цилиндрический стакан 9 (см. Фиг.1, 2), соединенный с выходным валом 10. Цилиндрический стакан 9 в данном конкретном исполнении имеет две прорези 11 с винтовым профилем, равномерно распределенные по его цилиндрической поверхности. Подвижные упоры 8 ползуна 7 находятся в зацеплении с прорезями 11.
Подвижные упоры 8 (см. Фиг.1, 5) представляют собой прямоугольные параллелепипеды. Верхняя часть подвижного упора 8 имеет боковой паз 12, выполненный с возможностью взаимодействия с нижним краем прорези цилиндрического стакана 9, образованным поверхностью самой прорези 11 и граничащей с ней внутренней поверхностью цилиндрического стакана 9.
Между торцевыми поверхностями ползуна 7 (см. Фиг.1) и торцевыми поверхностями 13 и 14 полумуфт 1 и 2 установлены пружины сжатия 15 и 16. Между пружинами сжатия 15 и 16, торцевыми поверхностями 14 полумуфты 2 и торцевыми поверхностями ползуна 7 установлены упорные подшипники 17…19.
В корпусе 3 между его внутренней поверхностью и цилиндрической поверхностью второй полумуфты 2 установлен второй цилиндрический стакан 20 (см. Фиг.1, 3, 4), имеющий количество продольных прорезей 21, кратное числу подвижных упоров 8. В данном конкретном исполнении количество продольных прорезей 21 равно четырем. Прорези 21 равномерно распределены по цилиндрической поверхности второго стакана 20. Одна продольная кромка 22 прорези 21 перпендикулярна внутренней поверхности стакана 20 и является упорной, а другая продольная кромка 23 выполнена тангенциально к внутренней поверхности стакана 20. Продольные кромки 22 и 23 в данном конкретном исполнении параллельны образующей стакана 20.
Второй цилиндрический стакан 20 связан с корпусом 3 через предохранительное устройство 24 (см. Фиг.1, 6). Предохранительное устройство 24 содержит нескольких срезаемых шпонок 25 и 26, входящих в зацепление соответственно с пазами 27, выполненными в корпусе 3, и с пазами 28, выполненными во втором цилиндрическом стакане 20.
Прорези 11 в цилиндрическом стакане 9 второй полумуфты 2 и прорези
21 во втором цилиндрическом стакане 20 в продольном направлении выполнены под острым углом друг к другу. Подвижные упоры 8 имеют возможность находиться в зацеплении с прорезями 21 второго цилиндрического стакана 20.
Погружной электродвигатель присоединяется к ведущей полумуфте 1, и при его включении она начинает вращаться. Погружной насос присоединяется к ведомой полумуфте 2. При включении погружного электродвигателя ползун 7 посредством винтового соединения начинает перемещаться по винтовой части 6 первой полумуфты 1, входит в зацепление подвижными упорами 8 с винтовыми прорезями 11 цилиндрического стакана 9 второй полумуфты 2 и продольными кромками 22 прорезей 21 второго цилиндрического стакана 20. Ползун 7 перемещается вдоль продольных кромок 22 прорезей 21 второго цилиндрического стакана 20 без вращения.
Подвижные упоры 8 упираются в продольные кромки 22 прорезей 21 второго цилиндрического стакана 20 и, перемещаясь вдоль прорезей 21, разворачивают цилиндрический стакан 9 второй полумуфты 2 на угол, соответствующий положению подвижных упоров в винтовых прорезях 11. Подвижные упоры 8, находящиеся в зацеплении с винтовыми прорезями 11 и с продольными кромками 22 прорезей 21, образуют клиновой механизм, увеличивающий крутящий момент на выходе ведомой полумуфты 2 при перемещении ползуна 7 по винтовой части 6 первой полумуфты 1 в отношении, пропорциональном отношению шага винтовой прорези 11 к шагу винтовой части 6 первой полумуфты 1.
При достижении равенства крутящего момента на выходном валу 10 муфты пусковой предохранительной и пускового момента погружного насоса начинается вращение выходного вала 10. Подвижные упоры 8, находящиеся в зацеплении с винтовыми прорезями 11 цилиндрического стакана 9 полумуфты 2 и упирающиеся в продольные кромки 22 прорезей 21 второго цилиндрического стакана 20, отходят от них и начинают вместе с цилиндрическим стаканом 9 вращаться внутри второго цилиндрического стакана 20. При вращении подвижные упоры 8 своими боковыми гранями начинают скользить по продольным кромкам 23, выполненным тангенциально к внутренней поверхности второго цилиндрического стакана 20, утапливаются в радиальном направлении в ползуне 7 и своими боковыми пазами 12 входят в зацепление с нижними краями прорезей 11 цилиндрического стакана 9. Ползун 7 начинает вращаться вместе с ведомой полумуфтой 2 без сопротивления. Таким образом, муфта пусковая предохранительная переходит в номинальный режим работы, и ведомая муфта 2 начинает вращаться с угловой скоростью, равной скорости вращения погружного электродвигателя.
Если создаваемый в момент запуска крутящий момент на выходном ведущем валу 10 все же не достаточен для страгивания погружного насоса и не превышает предельно допустимого выходного момента, подвижные упоры 8 ползуна 7 проходят до конца винтовых прорезей 11 цилиндрического стакана 9 до упора, погружной электродвигатель тормозится и отключается защитой станции управления по максимально допустимому рабочему току. В том случае, когда момент на выходном ведущем валу 10 превышает значение предельно допустимого выходного момента, подвижные упоры 8, находящиеся в зацеплении с продольными кромками 22 прорезей 21 второго цилиндрического стакана 20, создают момент, срезающий шпонки 25 и 26 предохранительного устройства 24, входящие в зацепление с корпусом 3 и вторым цилиндрическим стаканом 20, а погружной электродвигатель тормозится и отключается защитой станции управления по максимально допустимому рабочему току.
После остановки погружного электродвигателя в номинальном режиме работы, так как угол подъема винтовой линии резьбы винтовой части 6 первой полумуфты 1 и ползуна 7 больше угла трения, происходит возврат муфты пусковой предохранительной в исходное положение. При этом под действием пружины 16 происходит возврат ползуна 7 в начало винтовых прорезей 11 цилиндрического стакана 9, а пружина 15 обеспечивает безударность и плавность движения ползуна 7 при завершении движения подвижных упоров 8 вдоль прорезей 11. В том случае, когда погружной насос вызывает турбинное вращение, подвижные упоры 8 входят в зацепление с продольными кромками 22 прорезей 21 второго цилиндрического стакана 20 и муфта пусковая предохранительная тормозится.
Таким образом, изобретение позволяет обеспечить пусковой крутящий момент на ведомом валу муфты, превышающий крутящий момент на валу погружного электродвигателя в момент его запуска, защищает погружной электродвигатель от турбинного вращения погружного насоса и защищает валы погружного насоса от поломки при превышении предельно допустимого момента на валу погружного насоса.