ПРИВОДНАЯ ЧАСТЬ НАСОСА

К заявке № 2006113123/06 ( 014270)
Приводная часть насоса
Полезная модель относится к насосостроению и предназначена для использования в приводной части многоплунжерных /многопоршневых/ насосов с кривошипно-шатунным механизмом, содержащим подшипники скольжения в больших головках шатунов, сопряженных с мотылевыми шейками кривошипного вала.
Известна приводная часть насоса, например, нефтегазопромыслового, трехплунжерного с эксцентриковым валом и с подшипниками качения, установленными на эксцентриках, при этом эксцентриковый вал установлен в расточках разъемной станины на двух крайних опорных роликоподшипниках /1/.
Недостатком приводной части насоса является повышенная ее массо-габаритная характеристика из-за повышенного радиального размера мотылевых подшипников качения, т.к. установка эксцентрикового вала на двух крайних опорных подшипниках требует повышенного поперечного сечения мотылевых шеек вала /для обеспечения ему необходимой жесткости и минимального прогиба/. Следствием этого является повышенные размер и масса больших головок шатунов, влекущие повышенную вибрацию насоса при его работе, отрицательно влияющую на ресурс насоса и насосной установки, разъемная конструкция станины также влечет к повышению ее массы.
Известна приводная часть трехплунжерного насоса с эксцентриковым валом и с подшипниками качения, установленными на эксцентриках, при этом вал установлен в расточках безразъемной станины на двух крайних опорных роликоподшипниках /2/.
Основные недостатки известного насоса те же, что и у вышеописанного насоса /1/.
Известна приводная часть трехплунжерного насоса с двухопорным кривошипным валом, установленным в расточках безразъемной станины,
имеющая подшипники скольжения в больших головках шатунов /3/. Опорные роликоподшипники кривошипного вала выполнены радиально-упорными /коническими/, их наружные кольца установлены в расточках боковых стенок монолитной станины, а внутренние кольца закреплены на цилиндрических опорных дисках кривошипного вала. С внешних сторон станины опорные роликоподшипники закреплены: с одной стороны - глухой крышкой, а с другой - кольцевым буртом корпуса навесного редуктора. В нижней части станины /в картере/ размещена масляная ванна, служащая для размещения и сбора стекающего в нее масла системы принудительной смазки приводной части насоса.
Недостатками приводной части такого насоса являются:
- повышенная массо-габаритная характеристика кривошипного вала и больших головок шатунов из-за отсутствия у вала промежуточных опор, приводящие к повышенной вибрации насоса и насосной установки;
- пониженный ресурс насоса из-за повышенного износа как подшипников скольжения в больших головках шатунов, так и опорных роликоподшипников вала из-за необходимости установки при монтаже повышенных осевых зазоров в опорных конических роликоподшипниках в соответствии с рекомендацией /4/, предписывающей устанавливать предварительный осевой зазор "а" в опорных конических роликоподшипниках в соответствии с формулой: , где:
Δt - максимально возможный перепад температур /°С/ между кривошипным валом и станиной,
l - расстояние между опорными коническими роликоподшипниками, мм. Эксплуатационными испытаниями /3/ установлено, что из-за значительного тепловыделения в подшипниках скольжения перепад температуры между шейками кривошипного вала и станиной насоса может достигать 80°С и более, при этом первоначальный зазор "а" в конических подшипниках в соответствии с приведенной выше формулой должен устанавливаться равным 0,97 мм /при ширине станины l=700 мм/. Это приводит
к повышенным начальным осевому и радиальному зазорам в опорных конических роликоподшипниках, отрицательно влияющих на ресурс как опорных роликоподшипников, так и мотылевых подшипников скольжения, поскольку известно, что для эффективной работы конического роликоподшипника типоразмера, используемого в рассматриваемом насосе, величина осевого зазора должна составлять 0,2...0,25 мм /5/. что почти в четыре раза ниже величины первоначального зазора, необходимого при монтаже роликоподшипников в соответствии с рекомендацией /4/. Повышенный осевой зазор в коническом роликоподшипнике автоматически приводит к повышенному радиальному зазору в нем из-за особенностей его геометрии /конические поверхности роликов и сопряженных с ними колец/, поскольку при работе трехплунжерного насоса происходит периодическое нагружение кривошипного вала от разных плунжеров /либо от одного крайнего, либо от крайнего и среднего/, кривошипный вал неравномерно нагружается /то у одного края, то у другого, а в некоторых фазах его вращения - у одного края, например, вверх, а у противоположного края вниз/ при повышенных радиальных зазорах в опорных роликоподшипниках происходят перекосы вала в опорных роликоподшипниках /отклонения оси вращения вала от параллельности к оси наружных колец опорных роликоподшипников/, вызывающие перекосы как в опорных роликоподшипниках, так и в мотылевых подшипниках скольжения, которые снижают ресурс упомянутых подшипников и насоса в целом /6/.
Известна приводная часть многоплунжерного насоса /7/ с расположенным внутри неразъемной станины кривошипно-шатунным механизмом, содержащим подшипники скольжения в больших головках шатунов /мотылевые/ и кривошипный вал, установленный в расточках боковых и промежуточных стенок станины на крайних и промежуточных опорных роликоподшипниках, при этом промежуточные роликоподшипники выполнены радиальными-цилиндрическими, а крайние - радиально-упорными-коническими,
закрепленными с внешних сторон, при этом наружные кольца конических роликоподшипников направлены раструбными /рабочими/ поверхностями от центра станины и осевые зазоры в них регулируются изнутри станины посредством регулировочных прокладок и съемных упоров. Масляная ванна расположена в картере станины.
Недостатками известного устройства являются:
- повышенная трудоемкость при сборке, разборке и регулировке крайних опорных конических роликоподшипников;
- низкая долговечность опорных роликоподшипников и мотыловых подшипников скольжения вследствие непрерывного роста при работе насоса осевого и радиального зазоров в крайних опорных конических роликоподшипниках, вызванное более интенсивным удлинением кривошипного вала из-за опережающего его разогрева по отношению к разогреву станины, т.к. теплообразование происходит на поверхностях шеек кривошипов вала, а вал отделен от станины опорными роликоподшипниками, теплопередача через которые весьма низкая из-за малой поверхности контакта в роликоподшипниках. Кроме того, повышенные осевой и радиальный зазоры в крайних опорных роликоподшипниках приводят к тому, что вал из четырехопорного превращается в двухопорный, поскольку в крайних опорах образовались повышенные зазоры. это приводит к перегрузке промежуточных опорных роликоподшипников и к перегрузке крайних шеек кривошипов вала, приводящие к повышенным деформациям шеек и образованию в них перекосов, снижающих ресурс мотылевых подшипников.
Прототипом описываемого устройства является приводная часть насоса, например, нефтегазопромыслового, многоплунжерного /8/, с расположенным внутри неразъемной станины кривошипно-шатунным механизмом, содержащим подшипники скольжения в больших головках шатунов и кривошипный вал с короткой и приводной цапфами, установленный в расточках боковых и внутренних продольных стенок станины на крайних и промежуточных опорных роликоподшипниках, при этом ста-
нина выполнена коробчатого типа, с монолитно соединенными между собой продольными боковыми и внутренними стенками, имеющими кольцевые приливы, в соосно расположенных цилиндрических росточках которых установлены и закреплены посредством съемных упоров наружные кольца опорных роликоподшипников, сопряженные через ролики с внутренними кольцами, напрессованными на соосные друг к другу крайние и промежуточные опорные диски кривошипного вала, расположенные последовательно через шейки кривошипов между короткой и приводной цапфами, причем, промежуточные опорные роликоподшипники выполнены радиальными-цилиндрическими, с буртовыми наружными и безбуртовыми внутренними кольцами, крайние опорные роликоподшипники выполнены радиально-упорными-коническими, закрепленными с внешних сторон станины глухой и кольцевой крышками, а в картере станины размещена масляная ванна системы принудительной смазки приводной части.
Недостатками прототипа являются:
- невысокая долговечность подшипниковых узлов приводной части /опорных роликовых и мотылевых - скольжения/ из-за наличия первоначальных повышенных зазоров /осевого и радиального/ в крайних конических роликоподшипниках, назначаемых в соответствии с вышеприведенной формулой /4/, а также из-за дополнительного перекоса наружных колец опорных роликоподшипников вследствие неравнимерного нагрева станины в верхней и нижней ее частях из-за наличия в станине масляной ванны. Так, испытаниями насоса нового поколения /9/ НП-1000К с приводной мощностью 1000 л.с. было установлено, что при непрерывной работе насоса в течение 2,5 ч. и нагнетании рабочей жидкости под возрастающим давлением от 32 МПа до 74,7 МПа температура масла в масляной ванне возросла с 25°С до 94°С, при этом температура верха станины нагрелась до 42°С. В результате возникшего перепада температур в станине /около 50°С/ возникает температурная деформация станины и непараллельность ее боковых
стенок, которая составляет 0,47 мм /при ширине станины 750 мм/ и значительно превышает первоначальную непараллельность стенок /0,02 мм/. Наклон боковых и промежуточных стенок станины вызывает наклон запрессованных в них наружных колец опорных роликоподшипников, вызывает перекосы в них и приводит к неплотному контакту роликов к рабочим поверхностям наружных и внутренних колец происходит кромочный контакт, в результате чего ресурс роликоподшипников снижается, либо происходит их разрушение /6/. что наблюдалось при эксплуатационных испытаниях насоса НП-1000К в П. "Астраханьгазпром" в 1998 г. Следует ответить, что на нефтегазопромыслах эксплуатация насосов длится 4 и более часов /10/, что приведет к еще большему нагреву кривошипного вала и масла в картере насоса и создаст еще большие перепады температур в станине и между валом и станиной и приведет к еще большим деформациям, отрицательно влияющим на ресурс приводной части насоса.
Еще одним недостатком известного устройства является повышенная нагрузка на боковые стенки станины из-за наличия конических крайних опорных роликоподшипников, преобразующих радиальные нагрузки от плунжеров /достигающих 110 т в наиболее мощных насосах/ в осевые. Это требует усиления боковых стенок станины и увеличения их массы. Конические роликоподшипники имеют повышенный коэффициент трения, что приводит к снижению к.п.д. насоса /6/.
Предложенное техническое решение направлено на повышение механического к.п.д., ресурса опорных и мотылевых подшипников, а также на снижение трудоемкости монтажных и ремонтных работ.
Указанный технический результат достигается тем, что вое опорные роликоподшипники выполнены радиальными-цилиндрическими, одного размера по их разъему, с наружными буртовыми и внутренними безбуртовыми /либо наоборот/ кольцами, о внешнего торца внутреннего кольца крайнего опорного роликоподшипника, напрессованного на крайнем
опорном диске с приводной цапкой, установлено упорное кольцо, сопряженное своей трущейся, торцовой поверхностью с внешней торцовой поверхностью относительно подвижного /по отношению к упорному кольцу/ элемента крайнего опорного роликоподшипника, упорное кольцо через отверстия, выполненные в его теле, закреплено болтами на периферийной кольцевой поверхности внешнего торца крайнего опорного диска кривошипного вала, между противолежащими торцами упорного кольца и крайнего опорного диска на упомянутых болтах размещены пакеты плоских шайб, при этом между противолежащими торцами внутреннего кольца крайнего опорного роликоподшипника и упорного кольца выполнен осевой зазор, равный осевой толщине пакета плоских шайб, а в упомянутом осевом зазоре установлен пакет кольцевых прокладок, в средней части внешней торцовой поверхности крайнего опорного диска /между упорным кольцом и наружной цилиндрической поверхностью приводной цапфы/ выполнена кольцевая выемка с глубиной, не превышающей половины осевой толщины крайнего опорного диска, в кольцевой выемке размещен дополнительный радиально-упорный, например, конический роликоподшипник, внутреннее кольцо которого размещено на примыкающей к торцовой поверхности дна кольцевой выемки цилиндрической поверхности приводной цапфы, а наружное кольцо дополнительного роликоподшипника размещено в расточке внутреннего кольцевого прилива кольцевой крышки подшипника, при этом наружное кольцо дополнительного роликоподшипника о внешнего торца закреплено дополнительной кольцевой крышкой, закрепленной на вязаном торце внутреннего кольцевого прилива кольцевой крышки, средняя кольцевая часть кольцевой крышки выполнена выпуклой /тарельчатой формы/, а масляная ванна размещена в отдельном масляном баке, расположенном вне картера станины и соединена с нижней частью картера герметичными, гибкими трубопроводами. Упорное кольцо сопряжено своей трущейся, торцовой поверхностью с внешней торцовой поверхностью наружного кольца крайнего опорного роликоподшипника. Упорное кольцо
выполнено Г-образного сечения и сопряжено своей трущейся, торцовой поверхностью с внешними торцовыми поверхностями цилиндрических роликов крайнего опорного роликоподшипника, масляный бак размещен под днищем картера станины, с возможностью перемещения крепежных лап масляного бака /при его температурном расширении/ относительно узлов крепления бака, размещенных на днище картера станины, при этом между днищем картера станины и крышкой масляного бака выполнен теплоизолирующий зазор, заполненный воздушной прослойкой, либо теплоизолирующим материалом.
Полезная модель поясняется чертежами, представленными на фиг.1...4. На фиг.1 показана приводная часть насоса в сборе /разрез вдоль оси вращения кривошипного вала/, на фиг.2 и 3 показаны варианты выноски А на фиг.1, а на фиг.4 показан фрагмент сечения Б-Б на фиг.1.
Приводная часть насоса состоит из неразъемной, коробчатой юла станины 1 с продольными вертикальными боковыми 2 и внутренними 3 стенками, монолитно соединенными между собой посредством днища, верхних листов, переднего /лобового/ листа, задней стенки, а также посредством горизонтальных внутренних плит, расположенных в передней части станины и служащих для крепления на них направляющих подвижных крейцкопфов. В задней части боковых 2 и внутренних 3 стенок выполнены кольцевые приливы с цилиндрическими расточками, выполненными соосно друг к другу и перпендикулярно к продольной оси станины. В расточках запрессованы и закреплены от осевого смещения наружные кольца крайних опорных /радиальных-цилиндрических/ роликоподшипников 4 и промежуточных 5, в которых размещены цилиндрические ролики. Просвет в свету, образуемый рабочими поверхностями роликов, образует диаметр разъема "D", и является одинаковым для всех роликоподшипников 4 и 5, установленных в приводной части насоса. В указанный разъем "D" вставлены внутренние кольца опорных роликоподшипников 4 и 5, напрессованные на цилиндрические поверхности крайних
промежуточных 7 опорных дисков кривошипного вала. Между опорными дисками 6 и 7 в кривошипном вале выполнены мотылевые шейки 8, расположенные эксцентрично к оси вращения вала O-O. Мотылевые шейки 8 с внешней стороны охватывают антифрикционные вкладыши 9 подшипников скольжения, также охватываемые разъемными большими головками 10 шатунов. В передней части шатунов выполнены малые головки /не показаны/ с подшипниками скольжения, либо качения, сообщенные через пальцы о подвижными крейцкопфами, в которые соосно им ввернуты штоки и рабочие плунжеры, на внешних торцах крайних опорных дисков 6 соосно оси вращения кривошипного вала O-O выполнены короткая 11 и приводная 12 цапфы. На приводной цапфе 12 выполнены шлицы для монтажа и передачи крутящего момента соединительной, например, втулочно-пальцевой муфты. В осевую расточку, выполненную в короткой цапфе 11 жала, вставлен выходной патрубок вертлюга 13, загерметизированный в расточке манжетным уплотнением. Неподвижный вертлюг 13, закрепленный на внешнем торце глухой крышки 14 опорного роликоподшипника 4, служит для подачи смазки во внутренние смазочные каналы кривошипного вала. Со стороны приводной цапфы 12 крайний опорный роликоподшипник /наружное его кольцо/ закреплен кольцевой крышкой 15. Приводная цапфа 12 выступает из центрального отверстия кольцевой крышки 15. Наружные кольца опорных роликоподшипников 4 и 5 по торцам, расположенным внутри станины 1, закреплены от осевого смещения съемными упорами на приливах боковых 2 и внутренних 3 стенок станины. Внутренние кольца опорных подшипников 4 и 5 /за исключением одного наружного кольца крайнего опорного подшипника 4, расположенного на крайнем опорном диске, имеющем приводную цапфу 12/ также закреплены на опорных дисках 6 и 7 съемными упорами, либо пружинными разрезными стопорными кольцами. Кольцевая крышка 15 имеет внутренний кольцевой прилив 16 c внутренней цилиндрической расточкой, соосной оси О-О. С внешнего торца внутреннего кольца роликоподшипника 4, установленного на крайнем
1
опорном диске 6 с приводной цапфой 12, установлено упорное кольцо 17, сопряженное своей трущейся, торцовой поверхностью 18 с внешней торцовой поверхностью относительно подвижного /по отношению к упорному кольцу 17/ элемента крайнего опорного роликоподшипника 4 /либо сопряженное с наружным кольцом, как показано на фиг.2, либо сопряженное с внешними торцовыми поверхностями роликов, как показано на фиг.3, при этом упорное кольцо 17 выполнено Г-образного сечения/. Упорное кольцо 17 имеет в дисковой части отверстия, в которых установлены крепежные болты 19, ввинченные в резьбовые отверстия, выполненные на периферийной кольцевой части наружного торца крайнего опорного диска 6, при этом между противолежащими торцами внутреннего кольца крайнего опорного роликоподшипника 4 и упорного кольца 17 выполнен осевой зазор "а", равный осевой толщине "а" пакета плоских шайб 20, а в упомянутом осевом зазоре "а" размещен пакет плоских кольцевых прокладок 21, служащих упором от осевого смещения внутреннего кольца опорного роликоподшипника 4. В средней кольцевой части внешней торцовой поверхности крайнего опорного диска 6, выполненного с приводной цапфой 12,между упорным кольцом 17 и наружной цилиндрической поверхностью приводной цапфы в теле диска 6 выполнена кольцевая выемка 22 с глубиной, не превышающей половины осевой толщины крайнего опорного диска 6, в кольцевой выемке 22 размещен дополнительный радиально-упорный /либо упорный/, например, конический роликоподшипник 23, внутреннее кольцо которого размещено на примыкающей к торцовой поверхности дна кольцевой выемки 22 цилиндрической поверхности 24 приводной цапфы 12. Наружное кольцо дополнительного роликоподшипника 23 размещено в расточке внутреннего кольцевого прилива 16 кольцевой крышки 15. Наружное кольцо дополнительного роликоподшипника 23 с внешнего торца закреплено через регулировочные прокладки дополнительной кольцевой крышкой 25, закрепленной на внешнем торце внутреннего кольцевого прилива кольцевой крышки 15. Средняя кольцевая
часть кольцевой крышки 26 выполнена выпуклой /тарельчатой формы/, что позволяет выполнить станину 1 более компактной и снизить ее массу. Масляная ванна 27 приводной части насоса размещена в отдельном масляном баке 28, расположенном вне картера станины 1, например, под днищем станины 1 и крепится к днищу лапами 29 /фиг.4/, приваренными к боковым стенкам бака 28. Крепление бака 28 к днищу станины 1 производится посредством болтов 30, приваренных вертикально головками болтов к днищу станины 1, а также посредством плоских увеличенных шайб, гаек и контргаек, либо корончатых гаек и шплинтов. В крепежных лапах 29 отверстия под болты выполнены значительно большего размере, чем диаметр болта /на 3...5 мм/, а затяжка лап 29 гайками к днищу станины 1 выполнена с гарантированным зазором, позволяющим лапам 29 перемещаться в горизонтальной плоскости при температурном расширении бака 28. Кроме того, масляный бак 28 закреплен под днищем станины с значительным зазором 31, выполненным между днищем станины 1 и крышкой 32 бака. Картер станины соединен с баком 28 сливными гибкими трубопроводами 33, состоящими из сливных патрубков 34, вваренных в отверстия стенки картера и соединенных с приемными патрубками 35 посредством гибких отрезков прорезиненных маслостойких шлангов 33, закрепленных хомутами. В зазоре 31 между днищем станины 1 и крышкой 32 бака 28 выполнены: либо естественная теплоизолирующая воздушная прослойка, либо теплоизолирующая, например, многослойная стеклотканевая прокладка, равная по площади или превышающая площадь крышки 32 бака 28.
Для обеспечения смазкой подшипников скольжения больших 10 и малых головок шатунов в кривошипном вале выполнена система смазочных каналов: в торце короткой цапфы 11 вала выполнена глухая центральная расточка, в которую вставлен выходной патрубок вертлюга 13. Глухая расточка через наклонный канал сообщена с осевым каналом 36 крайней /первой/ шейки 8 вала. Осевой канал 36 заглушен в торцах пробками 37. Для сообщения первого осевого канала 36 с другими
шейками в теле промежуточных опорных дисков 7 кривошипного вала выполнены соединительные каналы /не показаны/. Для смазки подшипника малой головки шатуна часть смазки из подшипника большой головки по отводным каналам и осевому отверстию в шатуне 39 направлена в каналы малой головки /не показаны/.
Подшипники качения приводной части смазываются струей из сопел, соединенных трубками с нагнетательным трубопроводом системы смазки.
Горячая смазка, прошедшая узлы трения в приводной части, стекает в картер станины 1, а из него по сливным трубопроводам в масляный бак 28. На поверхности трения шеек 8 смазка подается по каналам 38.
Сборку приводной части насоса производят следующим образом:
- производят монтаж и крепление наружных колец опорных роликоподшипников в станине 1 /за исключением внешних торцов крайних подшипников 4;
- производят монтаж и крепление внутренних колец опорных роликоподшипников 4 и 5 на опорных дисках 6 и 7 кривошипного вала;
- производят монтаж упорного кольца 17 вместе с пакетами плоских шайб 20, прокладок 21, которые затягивают болтами 19 и производят их обвязку проволокой от саморазвинчивания;
- на посадочную поверхность 24 приводной цапфы напрессовывают внутреннее кольцо дополнительного конического роликоподшипника 23;
- кривошипный вал в собранном виде подвешивают вертикально грузоподъемным устройством за приводную цапфу 12;
- станину 1 поворачивают на бок и в отверстии наружных колец опорных роликоподшипников вставляют собранный кривошипный вал до упоре упорного кольца в торец наружного кольца /либо в торцы роликов/ крайнего опорного роликоподшипника 4;
- на внешние поверхности роликов /в трех местах/ закрепляют полоски медной фольги толщиной 0,1...0,15 мм и кропят кольцевую крышку 15;
- в расточку кольцевого прилива 16 устанавливают наружное кольцо
дополнительного роликоподшипника 23 и запрессовывают его до упора в ролики и крепят дополнительную крышку 25 на фланце крышки 15;
- демонтируют крышку 15 и извлекают полоски фольги с роликов 23;
- снова монтируют крышку 15, при этом кривошипный вал зафиксирован в станине о монтажным зазором между упорным кольцом 17 и крайним опорным роликоподшипником 4 с монтажный зазором 0,1...0,15 мм, после чего станину устанавливают в нормальное положение;
- производят монтаж манжетного уплотнения на короткой цапфе 11 вала и монтаж глухой крышки 14, обеспечивая зазор между противолежащими торцовыми поверхностями короткой цапфы 11 вала и глухой крышки 14 в пределах 6...10 мм, превышающий температурное расширение вала;
- производят монтаж крейцкопфов, шатунов, масляного бака 28 и т.д.
Приводная часть насоса работает следующим образом.
От двигателя через трансмиссию и соединительную муфту вращение передается приводной цапфе 12 кривошипного вала и выполненным в нем мотылевым шейкам 8, от которых движение передается через вкладыши 9 большим головкам 10 и шатунам. Последние через малые головки и пальцы приводят в возвратно-поступательное движение крейцкопфы и сообщенные с ними рабочие плунжеры, создающие всасывание и нагнетание рабочей жидкости в гидроблоке насоса. При нагнетании рабочей жидкости опорные цилиндрические роликоподшипники 4 и 5 и шейки 8 вала испытывают наибольшие радиальные нагрузки, при этом осевые нагрузки в них практически отсутствуют и не создаются нагрузки на боковые стенки 2 станины 1. Небольшие осевые нагрузки, соразмерные о массой вала /около 320 кг/ и несоизмеримые с нагрузкой от плунжеров /58 т при мощности насоса 1000 л.с./ создаются в дополнительном роликоподшипнике 23 и на трущейся поверхности 18 упорного кольца 17 при вибрации насосной установки в период ее работы и при движении насосной установки по пересеченной местности. При работе насоса на жестком фундаменте осевые нагрузки в приводной части отсутствуют,
что обеспечивает насосу при его работе повышенный к.п.д. за счет применения только радиальных опорных роликоподшипников 4 и 5, у которых коэффициент трения в 4 раза меньше, чем у радиально-упорных-конических роликоподшипников, применяемых в прототипе /6/.
-6
При работе насоса в подшипниках скольжения больших головок шатунов 10 в результате трения-скольжения и высоких радиальных нагрузок развиваются повышенные температуры /значительно более высокие, чем в подшипниках качения/, в результате чего шейки кривошипов 8 вала нагреваются, нагревая кривошипный вал. Поскольку кривошипный вал сообщен со станиной 1 через цилиндрические роликоподшипники 4 и 5, теплопередача от вала к станине 1 происходит незначительная из-за ограниченной площади контакта роликов как с внутренними, посаженными на диски 6 и 7 вала, кольцами опорных роликоподшипников, так и с наружными кольцами, запрессованными в расточки стенок 2 и 3 станины 1. В результате низкой теплопередачи от кривошипного вала к станине 1 между ними возникает перепад температур /вал нагревается сильнее, чем станина 1/ и вал расширяется на большую величину, чем станина 1. Расчеты показывают, что при перепаде температур между валом и станиной 1 равным 80°С /при коэффициенте линейного расширения стали равном 12·10 и ширине станины и вала 750 мм/ удлинение вала будет на 0,72 мм больше, чем увеличение ширины станины. Поскольку в предложенной конструкции приводной части насоса кривошипный вал закреплен от осевого перемещения одним крайним опорным диском 6 за крайний опорный роликоподшипник 4 с использованием упорного кольца 17 и дополнительного радиально-упорного /либо упорного/ роликоподшипника 23, а все опорные роликоподшипники 4 и 5 применены радиальными-цилиндрическими и между торцом короткой цапфы 11 и внутренним торцом глухой крышки 14 выполнен значительный осевой зазор, то средняя и концевая часть вала выполнены плавающими в осевом направлении и вал, удлиняясь, перемещается в остальных опорных роликоподшипниках /двух средних и в одном крайнем 4, посаженном
на крайнем опорном диске 4 с короткой цапфой 11 и сопряженною с наружным кольцом, установленным в боковой стенке станины 1 с глухой крышкой 14/, при этом глухая цапфа 11 не контактирует с глухой крышкой 14 и в опорных роликоподшипниках 4 и 5 не создаются осевые нагрузки. При остановке насоса станина 1 и кривошипный вал остывают и средняя и концевая части вала также  беспрепятственно перемещаются по диметру разъема D радиальных подшипников 4 и 5 в обратном направлении, занимая первоначальное положение, при этом манжетное уплотнение, закрепленное в центральной расточке короткой цапфы 11 вала, скользит по цилиндрической поверхности патрубка вертлюга 13, непрерывно обеспечивая герметичность соединения.
2
В предложенной конструкции приводной части насоса возможно использование двух типов радиальных-цилиндрических роликоподшипников: с наружными безбуртовыми кольцами и буртовыми внутренними /фиг.2/ и наоборот, с наружными буртовыми и внутренними безбуртовыми /фиг.3/. Применение первого варианта /фиг.2/ является предпочтительным, т.к. в таком роликоподшипнике диаметр разъема D больше /на два диаметра роликов/ и в подшипнике не образуется желоб, в котором могут скапливаться продукты износа, представляющие собой абразивные частицы и вызывающие повышенный износ беговых дорожек роликоподшипников. Также возможны два  варианта изготовления и контакта упорного кольца 17: плоское упорное кольцо, контактирующее трущейся поверхностью с торцовой поверхностью наружного кольца опорного роликоподшипника 4, и упорное кольцо 17 Г-образного сечения, контактирующее с торцовыми поверхностями роликов /фиг.3/. Упорное кольцо 17, изготовленное по 1-му варианту /фиг.2/ имеет больший диаметр, чем изготовленный по 2-му варианту /фиг.3/, но проще в изготовлении и имеет меньше отходов металла при его изготовлении. Как показывают расчеты, нагрузка на трущуюся поверхность 18 упорного кольца 17 при передвижении насосной установки и при работе насоса весьма низкие и составляют не более 1 МПа /10 кгс/см/.
Следует отметить, что исполнение по варианту 1 /применение плоского упорного кольца 17, сопряженного с торцовой поверхностью наружного кольца опорного роликоподшипника/ возможно с использованием двух типов роликоподшипников /с наружными буртовыми и безбуртовыми кольцами/, а исполнение по варианту 11 /применение упорного кольца Г-образного сечения, сопряженного с торцовыми поверхностями роликов/ - только с использованием роликоподшипника с наружным буртовым и внутренним безбуртовым кольцами.
При работе насоса в составе насосном установки, смонтированной на автошасси, происходит вибрация автошасси, при этом кривошипный вал перемещаемся возвратно-поступательно вдоль своей оси вращения и периодически контактирует то с наружным кольцом дополнительного роликоподшипника 23 через ролики и внутреннее кольцо, напрессованное на поверхность 24 приводной цапфы 12 вала, то через трущуюся поверхность 18 упорного кольца 17 с торцовой поверхностью наружного кольца крайнего опорного роликоподшипника 4, либо с торцовыми поверхностями роликов. При трении упорного кольца происходит износ его трущейся поверхности 18 и сопряженных с ней поверхностей роликоподшипника 4. При увеличении осевого зазора в узле крепления кривошипного вала, например, до величины 0,5...1,0 мм, производят текущий ремонт насоса: демонтируют кольцевую крышку 15, демонтируют упорное кольцо 17 и извлекают по одному слою плоских шайб 20 и кольцевых прокладок, толщина которых соизмерима с образовавшимся осевым зазором в узле крепления кривошипного вала. Затем производят монтаж упорного кольца 17 и кольцевой крышки 15. После сборки осевой зазор в узле крапления кривошипного вала приобрел минимальную величину и насос готов к работе. Подобный текущий ремонт насоса производят несколько раз, пока не израсходуется весь комплект плоских шайб 20 и кольцевых прокладок 21, после чего производят замену упорного кольца 17 на новое и снова устанавливают пакеты плоских шайб 20 и кольцевых прокладок 21.
При работе насоса выпуклая форма кольцевой крышки 15 способствует не только уменьшению габарита /ширины/ и массы станины 1, но и смягчает удары кривошипного вала в роликоподшипнике 23, наружное кольцо которого запрессовано в расточке внутреннего кольцевого прилива 16 кольцевой крышки 15, поскольку тарельчатая форма диска крышки 15 повышает ее демпфирующие свойства.
Отработанное в приводной части насоса горячее масло, пройдя все узлы трения, стекает в картер станины 1 и по сливным гибким трубопроводам 33 стекает в масляный бак 28, расположенный с зазором, например, под днищем картера станины 1, откуда оно специальным масляным насосом всасывается и снова подается по нагнетательной линии /не показано/ в узлы трения приводной части. Находящаяся в масляном баке 28 масляная ванна 27 с нагретым маслом нагревает бак 28, который при нагревании расширяется по отношению к более холодной станины 1. Благодаря наличию в крепежных лапах 29 отверстий, имеющих значительно больший диаметр, чем диаметр крепящих болтов 30 и неплотной /с зазором 0,2...0,3 мм/ затяжке гаек к крепежным лапам 29, лапы 29 свободно перемещаются относительно днища станины 1 без деформирования станины и напряжений в узлах крепления бака. Наличие воздушного зазора 31 между днищем станины 1 и крышкой масляного бака, а также расположенного в зазоре 31 теплоизолирующего материала, например, многослойной стеклоткани предотвращает от нагрева днища станины 1 от нагретой крышки 32 бака 28 и уменьшает в станине 1 перепад температур между верхом и низом станины 1 и способствует снижению в станине температурных деформаций, отрицательно влияющих на работоспособность подшипников качения и скольжения.
Для заявленного изобретения в том виде как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной ниже формулы изобретения, подтверждается возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов с получением
ожидаемого технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.
Т.о., предложенное техническое решение позволяет повысить механический к.п.д. приводной части и упростить ее конструкцию, повысить ресурс опорных и мотылевых подшипников, снизить габарит и массу приводной части насоса, а также снизить трудоемкость монтажных и ремонтных работ.
Источники информации
1. Молчанов А.Г., Чичеров Л.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы. М. "Недра", 1976.
2. А.с. СССР №1498940, 1969.
3. Газаров Р.Е. и др. Новая блочная кустовая насосная станция БКНС-160Х400/20 // Конверсия в машиностроении. 1999, №6, с.77-81.
4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.2. 1992.
5. Пароль Л.Я. Подшипники качения. Справочник. М. Маш-ие. 1983.
6. Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения. Справочник по триботехнике. Т.2. М. Маш-ие. Варшава. ВКЛ. 1990.
7. Пат. РФ №2041359. 1995.
8. Даутов Т.М. и др. Новое поколение нефтегазопромысловых плунжерных насосов высокого давления производства ОАО "Ижнефтемаш" // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2003, №7, с.10-14.
9. Кузнецов В.В. и др. Новый отечественный комплекс оборудования для гидравлического разрыва пластов на давление 105 МПа // Наука и техника в газовой промышленности. 2000. №1, с.64-66.
10. Николич А.С.Совершенствование и специализация поршневых буровых и нефтегазопромысловых насосов. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1996. №2, с.52-55.
Список обозначений
1 - станина
20 - пакет плоских шайб
2 - боковая стенка
21 - пакет кольцевых прокладок
3 - внутренняя стенка
22 - кольцевая выемка
4 - крайний опорный роликоподш.
23 - дополнительный роликоподш.
5 - промежуточный опорный роликоподшипник
24 - цилиндрическая поверхность приводной цапфы
6 - крайний опорный диск
25 - дополнительная кольцевая крышка
7 - промежуточный опорный диск
8 - шейка кривошипа вала
26 - средняя кольцевая часть кольцевой крышки
9 - антифрикционный вкладыш
10 - большая головка шатуна
27 - масляная ванна
11 - короткая цапфа
28 - масляный бак
12 - приводная цапфа
29 - крепежная лапа
13 - вертлюг
30 - болт крепления масляного сака
14 - глухая крышка
31 - зазор между днищем станины и масляным баком
15 - кольцевая крышка
16 - внутренний кольцевой прилив кольцевой крышки
32 - крышка масляного бака
33 - гибкий трубопровод
17 - упорное кольцо
34 - сливной патрубок
18 - трущаяся поверхность упорного кольца
35 - приемный патрубок
36 - осевой канал шейки
19 - болт
37 - пробка
38 - радиальный канал шейки
39 - осевое отверстие шатуна
O-O - ось вращения кривошипного вала
а - осевой зазор между торцевой поверхностью внутреннего кольца крайнего опорного роликоподшипника 4 и внутренним торцом упорного кольца 17
1
а - толщина пакета плоских шайб 20
D - диаметр разъема опорных радиальных-цилиндрических роликоподшипников