СИЛЬФОННЫЙ ГЛУБИННЫЙ НАСОС
BELLOWS BOREHOLE PUMP

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкости с больших глубин, например из скважин.
Известен погружной скважинный диафрагменный насос (патент №103144, МПК F04B 47/08, дата публ. 27.03.2011), содержащий плунжерный насос с эксцентриковым приводом и возвратной пружиной, конический редуктор, асинхронный электродвигатель, компенсатор температурного расширения масла, обратный и спускной клапаны, кабельную линию, при этом узлы насоса выполнены отдельными модулями и соединены между собой при помощи фланцевых соединений, герметичность стыков обеспечена кольцевыми радиальными уплотнениями, а валы соединены шлицевыми муфтами.
Недостатками известного погружного скважинного насоса являются низкая работоспособность насоса ввиду диффузии попутного газа, находящегося в пластовой жидкости, через резиновую диафрагму в масляную камеру насоса; использование в конструкции насоса конического редуктора и эксцентрикового привода приводит к возникновению вибраций, что способствует быстрому износу кольцевых радиальных уплотнений, приводит к просачиванию масла в пластовую жидкость, и как следствие преждевременный выход установки из строя. Использование в насосе в качестве фильтрующего элемента щелевой сетки не позволяет обеспечить достаточную фильтрацию жидкости от механических примесей, что приводит к образованию песчаной пробки на входе в насос, его засорению и выходу из строя всей установки.
Известен сильфонный глубинный насосный агрегат (патент РФ №83299, МПК F04B 47/08, дата публ. 27.05.2009), взятый в качестве прототипа, который содержит поршневой гидропривод с замкнутой схемой циркуляции масла и приводом от погружного электродвигателя и насос с цилиндрическим корпусом и блоком клапанов, в состав которого входят всасывающий и нагнетательный клапаны, размещенные на одной оси, между поршневой полостью гидропривода и полостью всасывания насоса размещен разделитель сред, выполненный в виде сильфона, один торец которого закреплен на корпусе насоса и через переходник соединен с блоком клапанов, а другой незакрепленный и свободно перемещающийся торец герметично перекрыт круглой пластиной, взаимодействующей через толкатель с механизмом выравнивания давления между поршневой полостью и полостью слива гидропривода в конце такта всасывания насоса.
Недостатками известного сильфонного глубинного насосного агрегата являются низкая надежность работы насосного агрегата ввиду возможности загиба толкателя в процессе работы сильфона и как следствие заклинивание механизма выравнивания давления и отказ работы насосного агрегата; непосредственное закрепление одного из торцов сильфона на корпусе насоса снижает надежность крепления, а также ремонтопригодность агрегата; размещение в корпусе устройства всасывающего и нагнетательного клапанов на одной оси увеличивает габариты (длину) агрегата, что снижает его эксплуатационные возможности. Кроме того, отсутствие фильтрующего элемента на входе насоса приводит к попаданию механических примесей (песка) между рабочими деталями золотниковых клапанов, что снижает работоспособность клапанов, постепенно нарушая герметичность клапанных пар. Клапанные пары ввиду неблагоприятных условий работы клапанов быстро изнашиваются, что приводит к отказу работы клапанов и необходимости ремонта или замены клапанов. Все это приводит к временной приостановке работы скважины и в конечном итоге снижению производительности работы скважины.
Задача изобретения - создание компактного удобного в эксплуатации сильфонного глубинного насоса с повышенной надежностью.
Технический результат, получаемый в результате решения задачи, состоит в повышении надежности работы устройства, удобстве монтажа, ремонтопригодности, снижении массогабаритных характеристик устройства, в увеличении срока эксплуатации за счет исключения заклинивания и разрушения подвижных элементов конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в сильфонном глубинном насосе, содержащем цилиндрический корпус, в котором установлен поршневой привод с замкнутой схемой циркуляции масла и блок клапанов, в состав которого входят всасывающий и нагнетательный клапаны, между поршневой полостью и полостью всасывания насоса размещен разделитель сред, выполненный в виде сильфона, один торец которого закреплен на корпусе насоса, а другой герметично перекрыт круглой пластиной, согласно изобретению круглая пластина жестко соединена со штоком поршня, приводимым в действие плунжером, всасывающий и нагнетательный клапаны размещены в параллельных каналах, выполненных в блоке клапанов, при этом каналы с одной стороны соединены с полостью, образованной сильфоном и круглой пластиной, а с другой стороны всасывающий и нагнетательный каналы соединены с всасывающим и нагнетательным патрубками соответственно, при этом всасывающий патрубок и корпус насоса снабжены отверстиями для входа жидкости, выход нагнетательного патрубка соединен с выходом насоса.
Размещение всасывающего и нагнетательного клапанов в параллельных каналах блока клапанов позволяет уменьшить габариты (длину) насоса, что снижает массогабаритные характеристики устройства, расширяет его функциональные возможности, позволяя применять насос для добычи пластовой жидкости, например, в искривленных наклонных малодебитных скважинах.
Жесткое соединение круглой пластины сильфона со штоком поршня, приводимым в действие плунжером, позволяет повысить безотказность работы сильфона в процессе эксплуатации.
Технический результат достигается также тем, что корпус насоса выполнен сборным, состоящим по меньшей мере из двух частей, соединенных между собой разъемным соединением, например, с помощью резьбовой детали (ниппеля), что позволяет обеспечить удобство монтажа сборочных узлов насоса, упростить процесс сборки/разборки изделия, а также обеспечить его высокую ремонтопригодность.
Закрепление открытого торца сильфона в ступенчатом отверстии корпуса насоса посредством стакана, поджатого торцевой поверхностью ниппеля, повышает надежность фиксации сильфона к корпусу насоса без смещений, предотвращает его повреждение при работе, исключает нарушение герметичности между поршневой полостью и полостью всасывания насоса, улучшает процесс сборки/разборки изделия.
Выполнение в дне стакана центрального отверстия для направления перемещения штока исключает перекос и заклинивание штока в процессе эксплуатации, что повышает безотказность работы насоса.
Размещение блока (модуля) клапанов в ступенчатом отверстии корпуса насоса и закрепление его с помощью поджатия торцевой поверхностью ниппеля позволяет надежно зафиксировать блок клапанов в корпусе с соблюдением соосности относительно корпуса насоса, а также улучшает удобство эксплуатации, позволяет осуществлять быструю установку/замену модуля в корпусе насоса, улучшает сборку/разборку изделия, повышает его ремонтопригодность.
Технический результат достигается также тем, что входные отверстия корпуса насоса защищены фильтрующим элементом, выполненным в виде пружины, установленной в верхней части корпуса насоса между опорными элементами, что позволяет использовать (производить замену) пружины с различными межвитковыми расстояниями в зависимости от размера механических частиц, присутствующих в пластовой жидкости, что повышает качество очистки входной жидкости. Кроме того, применение пружины в качестве фильтрующего элемента уменьшает количество скапливаемых отфильтрованных твердых частиц на входе в насос, так как за счет вибрации пружины в ходе работы насоса происходит самоочистка пружины путем встряхивания, перетирания и освобождения застрявших частиц механических примесей из межвитковых зазоров пружины, что исключает образование песчаной пробки на входе насоса.
Выполнение запорных элементов в виде шаров позволяет исключить попадание твердых частиц, содержащихся в пластовой жидкости, между шаром и кольцевым седлом из-за малой площади контакта этих элементов, что предотвращает потерю герметичности клапана.
Выполнение запорных элементов и посадочных седел клапанов из твердого износостойкого и кислотостойкого материала, например карбида вольфрама, позволяет исключить разрушение клапанов под действием агрессивной среды перекачиваемой жидкости и содержащихся в ней механических примесей, что повышает срок эксплуатации изделия.
Конструкция сильфонного глубинного насоса проста в изготовлении, выполнена сборно-разборной за счет разъемного соединения отдельных деталей и узлов, что позволяет обеспечить высокую ремонтопригодность изделия, упростить процесс сборки/разборки изделия.
Наличие указанных признаков позволяет сделать вывод о новизне технического решения.
При сравнении заявленного решения с другими техническими решениями в данной области техники не выявлена совокупность признаков, отличающих заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «изобретательский уровень».
Таким образом, заявленное решение является новым, имеет изобретательский уровень, промышленно применимо.
На чертеже изображен общий вид сильфонного глубинного насоса.
Сильфонный глубинный насос содержит сборный цилиндрический корпус 1, состоящий из нескольких, например четырех, частей 2, соединенных между собой с помощью разъемных соединений, например, с помощью резьбовых деталей - ниппелей 3. В нижней части корпуса 1 размещен плунжер 4, установленный в гидроцилиндре 5, возвратная пружина 6 и поршень 7 со штоком 8 установлены в корпусе 9 гидроцилиндра 5. Корпус 9 снабжен отверстиями 10 для прохода жидкости (масла).
В средней части корпуса 1 размещен разделитель сред, выполненный в виде металлического сильфона 11, один торец которого закреплен в ступенчатом отверстии корпуса 1 насоса посредством стакана 12, поджатого торцевой поверхностью ниппеля 3. В дне стакана 12 выполнено центральное отверстие 13 для перемещения штока 8 и радиальные отверстия 14 для прохода жидкости (масла), соединенные с отверстиями 10. Второй торец сильфона 11 герметично перекрыт круглой пластиной 15, которая жестко соединена со штоком 8 поршня 7, например, с помощью резьбового соединения.
В верхней части корпуса 1 установлен клапанный блок (модуль) 16 с двумя параллельными каналами 17 и 18 для размещения в них соответственно всасывающего и нагнетательного клапанов 19 и 20 с запорными элементами, выполненными в виде шаров 21 и 22 из твердого износостойкого и кислотостойкого материала, например карбида вольфрама. С одной стороны каналы 17 и 18 клапанного блока 16 соединены с полостью сильфона 11, с другой стороны каналы 17 и 18 клапанного блока 16 соединены соосно с всасывающим и нагнетательным патрубками 23 и 24 соответственно. Всасывающий патрубок 23 снабжен отверстиями 25 для входа жидкости. Патрубки 23 и 24 закреплены в нижней и верхней направляющих 26 и 27. Верхняя направляющая 27 снабжена отверстием 28 для выхода жидкости и закреплена в переводнике 29 с выходным отверстием 30. Для входа пластовой жидкости в корпусе 1 выполнены щелевые отверстия 31, которые защищены от попадания механических примесей, присутствующих в пластовой жидкости, фильтрующим элементом, выполненным, в виде пружины 32, установленной в корпусе 1 насоса, например в опорных элементах 33.
Сильфонный глубинный насос работает следующим образом. При погружении насоса в скважину пластовая жидкость поступает в насос через входные щелевые отверстия 31 корпуса 1 и фильтрующий элемент 32. Очищенная от механических примесей жидкость поступает через отверстия 25 во всасывающий патрубок 23, заполняя его. Под действием гидростатического давления всасывающий клапан 19 клапанного блока 16 открывается, и пластовая жидкость заполняет полость сильфона 11.
При включении погружного электродвигателя (не показан) плунжер 4, находящийся в первоначальный момент времени в нижнем рабочем положении, начинает перемещаться вверх, сжимает пружину 6, при этом давление масла в поршневой полости увеличивается. В результате этого поршень 7 со штоком 8 перемещаются вверх, сжимая сильфон 11, давление пластовой жидкости в полости сильфона 11 увеличивается, при этом закрывается всасывающий клапан 19 и открывается нагнетательный клапан 20. Пластовая жидкость под большим давлением вытесняется через открытый клапан 20 в нагнетательный патрубок 24 и через отверстие 28 верхней направляющей 27 и отверстие 30 переводника 29 подается в насосно-компрессорные трубы.
При переходе плунжером 4 верхней рабочей точки начинается движение плунжера 4 вниз под действием возвратной пружины 6, объем поршневой полости увеличивается, давление масла в поршневой полости падает, при этом поршень 7 со штоком 8 перемещаются вниз, разжимая сильфон 11, объем полости сильфона 11 увеличивается, при этом давление пластовой жидкости внутри сильфона 11 падает, в результате нагнетательный клапан 20 закрывается и открывается всасывающий клапан 19. Происходит всасывание пластовой жидкости до момента достижения плунжером 4 нижней рабочей точки. Далее процесс повторяется.
Предложенная конструкция сильфонного глубинного насоса позволяет обеспечить высокую надежность работы устройства, увеличить срок эксплуатации насоса.