ВХОДНОЙ МОДУЛЬ ФИЛЬТРАЦИИ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтяному машиностроению и может быть использована для очистки от механических примесей скважинной жидкости на входе в погружной центробежный насос с электроприводом (ЭЦН).
Известен входной модуль погружного насосного агрегата с щелевым фильтром, состоящий из головки с верхним подшипником, основания с нижним подшипником, соединенного с ними цилиндрического корпуса с отверстиями, внутри которого установлены промежуточные подшипники, а с наружи размещен щелевой фильтроэлемент, и вала, установленного в подшипниках, причем полость, образованная между цилиндрическим корпусом и щелевым фильтроэлементом, соединена с выходом из модуля посредствам каналов, выполненных в головке, при этом в резьбовых патрубках и в корпусах промежуточных подшипников выполнены радиальные отверстия для подвода жидкости для охлаждения и смазки подшипников (патент ПМ RU №107295, F04D 13/10, опубл. 19.01.2011).
Недостатками данного модуля является быстрый износ подшипников из-за практического отсутствия потока жидкости вокруг зон взаимодействия вала и промежуточных подшипников, что ухудшает их охлаждение и приводит к скапливанию продуктов истирания этих подшипников и абразивных частиц (до 0,5 мм), остающихся в жидкости после фильтрации, которые постоянно находятся в этой зоне, и из-за отсутствия фиксации вала в продольном направлении (осевое перемещение вала во время работы достигает 20 мм), что значительно увеличивает в совокупности с радиальным биением вала разрушающие нагрузки на подшипники.
Известен также входной модуль погружного центробежного насоса, содержащий корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и головку, вал с промежуточными подшипниками, самоочищающийся многосекционный фильтр, закрепленный на корпусе, диспергирующее устройство, при этом в нижней части внутренней полости входного модуля расположен закрепленный на валу шнек (патент ПМ RU №97778, F04D 13/10, опубл. 20.09.2010).
Недостатками данного модуля является высокая стоимость и сложность в изготовлении из-за дорогостоящих и сложных в сборке диспергирующих устройств, а так же быстрый износ подшипников из-за большого перетока жидкости с абразивными частицами в зонах взаимодействия вала и подшипников, и из-за отсутствия фиксации вала в продольном направлении, все это в совокупности с радиальным биением вала приводит к истиранию этих подшипников.
Наиболее близким является входной модуль тонкой фильтрации, предназначенный для установки на входе погружных центробежных электрических насосов для добычи нефти и содержащий корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и головку, вал, передающий вращение от электродвигателя к насосу, многосекционный щелевой каркасно-проволочный фильтр, закрепленный на корпусе, диспергирующее устройство в виде шнека, встроенное в корпус входного модуля, при этом модуль снабжен предохранительным клапаном с пружинным приводом, открывающимся при засорении фильтрующих элементов, а ступица шнека диспергатора выполнена удлиненной и служит одновременно защитной втулкой вала (патент ПМ RU №109512, F04D 13/10, опубл. 20.10.2011).
Недостатками данного модуля является высокая стоимость и сложность в изготовлении из-за дорогостоящих и сложных в сборке диспергирующего устройства (шнека) и предохранительных клапанов, а так же быстрый износ подшипников из-за большого перетока жидкости с абразивными частицами в зонах взаимодействия вала и подшипников, что в совокупности с радиальным биением вала приводит к истиранию этих подшипников.
Технической задачей полезной модели является создание надежной, простой и дешевой конструкции входного модуля погружного центробежного насоса с повышенным ресурсом подшипников.
Техническая задача решается входным модулем фильтрации погружного центробежного насоса, включающим корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу соответственно снизу и сверху основание и головка, вал, передающий вращение от электродвигателя к насосу, фильтр, закрепленный на корпусе, зафиксированные на валу верхний, нижний и промежуточные подшипники с распорными перфорированными патрубками, установленными между подшипниками, состоящими из корпусов подшипников с продольными отверстиями и внутренними антифрикционными вкладышами и отбойников, фиксирующих вкладыши на валу и в соответствующих корпусах подшипников.
Новым является то, что в корпусах подшипников на концах выполнены внутренние кольцевые проточки, в которые вставлены отбойники с возможностью ограниченного продольного перемещения и с зазором по периметру, не превышающим 0,5 мм, причем на валу выше и ниже места установки антифрикционных вкладышей выполнены наружные кольцевые выборки под съемные кольцевые пружинные упоры, между которыми размещены нижний отбойник для верхнего подшипника или верхний и нижний отбойники для остальных подшипников, антифрикционные вкладыши и наборные втулки для фиксации на валу и соответствующих корпусах подшипников.
Новым является так же то, что длина антифрикционных вкладышей выполнена большей на 2÷7 мм, чем длина между посадочного места под антифрикционные вкладыши подшипников.
На фиг.1 изображен входной модуль в продольном разрезе: а - верхняя часть, б - нижняя часть.
На фиг.2 изображен верхний подшипник.
На фиг.3 изображен промежуточный или нижний подшипник. Входной модуль фильтрации погружного центробежного насоса, корпус 1 (фиг.1) отверстиями 2 для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу 1 соответственно снизу и сверху основание 3 и головка 4, вал 5, передающий вращение от электродвигателя (на фиг.1 не показан), присоединяемому снизу, к насосу (на фиг.1 не показан), присоединяемому сверху, фильтр 6, закрепленный на корпусе 1, зафиксированные на валу верхний 7, нижний 8 и промежуточные 9 подшипники с распорными перфорированными патрубками 10, установленными между подшипниками 7, 8 или 9, состоящими из корпусов 11 (фиг.2) или 12 (фиг.3) подшипников 7 (фиг.2), 8 (фиг.3) или 9 с продольными отверстиями 13 (фиг.2 и 3) и внутренними антифрикционными вкладышами 14 и нижних 15 и верхних 16 (фиг.3) отбойников, фиксирующих вкладыши 14 (фиг.2 и 3) на валу 5 и в соответствующих корпусах 11 (фиг.2) или 12 (фиг.3) подшипников 7 (фиг.2) или 8 (фиг.3). В корпусах 11 (фиг.2) или 12 (фиг.3) подшипников 7 (фиг.2), 8 (фиг.3) или 9 на конце корпуса 11 (фиг.2) верхнего подшипника 7 выполнена нижняя 17, а на концах корпусов 12 (фиг.3) дополнительно - и верхняя 18, внутренние кольцевые проточки, в которые вставлены нижний 15 (фиг.2 и 3) и верхний 16 (фиг.3) отбойники с возможностью ограниченного продольного перемещения и с зазором а по периметру, не превышающим 0,5 мм (а<0,5), причем на валу 5 (фиг.2 и 3) выше и ниже места установки антифрикционных вкладышей 14 выполнены верхняя 19 и нижняя 20 наружные кольцевые выборки под соответствующие съемные верхние 21 нижние и 22 кольцевые пружинные кольцевые упоры, между которым размещены нижний отбойник 15 (фиг.2) для верхнего подшипника 7 или верхний 15 (фиг.3) и нижний 16 отбойники для остальных подшипников 8 и 9, антифрикционные вкладыши 14 (фиг.2 и 3) и наборные втулки 23 для фиксации на валу 5 и соответствующих корпусах 11 (фиг.2) или 12 (фиг.3).
Сборка входного модуля осуществляется в следующей последовательности.
Головку 4 соединяют с корпусом 11 (фиг.2) верхнего подшипника 7 (например: при помощи резьбы 24 - фиг.1). На вал 5 (фиг.2) в нижнюю проточку 20 вставляют упор 22, на который упирают, одевая последовательно на вал 5, наборные втулки 23 нижний отбойник 15 вкладыш 14 верхнего подшипника 7 и еще наборные втулки 23, все это фиксируют верхним упором 21, вставляемым в проточку 19. Наборные втулки 23 сверху и снизу вкладыша 14 и отбойника 15 подбираются так, чтобы обеспечить необходимый вылет вала 5 выше верхнего подшипника 7 и надежно зафиксировать все элементы 14, 15 и 23 на валу 5. Вал 5 с элементами 14, 15 и 23 вставляют в корпус 11 верхнего подшипника 7, после чего в верхнюю проточку 19 (фиг.3) для следующего от верхнего подшипника 7 (фиг.2) промежуточного подшипника 8 (фиг.3) вставляют упор 21 на который упирают, одевая последовательно на вал 5, верхний отбойник 16 и вкладыш 14 промежуточного подшипника 8. После чего на вал 5 надевают распорный патрубок 10, длиной подгоняемый по месту, до упора в корпус 11 (фиг.2) верхнего подшипника 7 и корпус 12 (фиг.3) до взаимодействия с патрубком 10, потом устанавливают нижний отбойник 15 промежуточного подшипника 8, наборные втулки 23 и все это фиксируют нижним упором 22, вставляемым в проточку 20. Наборные втулки 23 снизу отбойника 15 подбираются так, чтобы надежно зафиксировать все элементы 14, 15, 16 и 23 на валу 5 упорами 21 и 22. Последовательно от верхнего подшипника 7 (фиг.2) также собирают оставшиеся промежуточные подшипники 8 (фиг.3) и нижний подшипник 9. Втулки 23 (фиг.2 и 3) все однотипные, что упрощает их изготовление, а для подгонки на каждое место одну из них протачивают до нужного размера, в последствии при ремонте и замены вкладышей 14 на новые, достаточно заменить только проточенную неметаллоемкую и дешевую втулку 23, а остальные используются стандартные, что экономит материальные затраты. После чего на подшипники 7 (фиг.1), 8 и 9 с распорными патрубками 10 снизу надевают предварительно собранный корпус 1 с фильтром 6 с последующим соединением (например: резьбой 24) корпуса 1 с головкой 4 и основанием 3 (например: по резьбе 25), поджимая и надежно фиксируя фильтр 6 на корпусе 1 и подшипники 7, 8 и 9 с распорными патрубками 10 в корпусе 1. Для центрации и установки на корпусе 1 фильтра 6, он может быть снабжен технологическими кольцами 26 и 27. Для герметизации соединений применяют уплотнительные кольца 28, 29 и 30, а резьбы 24 и 25 перед сборкой смазывают герметиком (например: УНИГЕРМ 6…9 ТУ 6-01-1362-86 или аналогичным против отворота). Рекомендуемый момент затяжки резьб 24 и 25 800÷1000 Н·м. Рекомендуется, чтобы момент поворота вала 5 после сборки выходного модуля не должен превышать 7 Н·м.
Если изготовить антифрикционные вкладыши 14 длиной большей на 2÷7 мм, чем посадочные места под антифрикционные вкладыши 14 подшипников 7 (фиг.2), 8 (фиг.3) или 9, что упрощает сборку подшипников 7 (фиг.2), 8 (фиг.3) или 9 на валу 5, так как нивелируют погрешности изготовления вала 5, корпусов 11 (фиг.2) и 12 (фиг.3) и распорных патрубков 10, а также нивелирует при работе входного модуля тепловые расширения и демпфирует осевые ударные нагрузки конструктивных элементов входного модуля. Посадочные места определяют под антифрикционные вкладыши 14 как расстояние между внутренними торцами кольцевых проточек 17 (фиг.3) и 18 корпусов 12 промежуточных 8 или нижнего 9 подшипников, или как расстояние между верхним торцом (фиг.2) места взаимодействия антифрикционного вкладыша 14 и внутренним торцом нижней кольцевой проточки 17 корпуса 11 верхнего подшипника 7.
Входной модуль работает следующим образом.
При помощи основания 3 входной модуль в сборе соединяется с электродвигателем, а при помощи нижних шлицев 31 вал 5 соединяется с валом (на фиг.1 не показан) электродвигателя. Затем через головку 4 входной модуль соединяется с насосом, помощи верхних шлицев 32 вал 5 соединяется с валом (на фиг.1 не показан) насоса. После чего ЭЦН в сборе на лифтовой колонне с кабелем (на фиг.1 не показаны) спускают в скважину (на фиг.1 не показана) в интервал установки. Через кабель подают напряжения для вращения вала электродвигателя, которое через вал 5 передается на вал насоса, в результате скважинная жидкость, проходя через фильтр 6, отверстия 2 корпуса 1, перфорацию 33 распорных патрубков 10, продольные отверстия 13 (фиг.2 и 3) в очищенном виде попадает на вход насоса, и далее по лифтовой колонне поднимается на поверхность. В ходе работы часть жидкости походя через зазоры а между нижней кольцевой проточкой 17 и нижним отбойником 15, охлаждает и смазывает антифрикционные вкладки 14 и выходит через зазор а (фиг.3) между верхней кольцевой проточкой 18 и верхним отбойником 15 или между втулками 23 (фиг.2) и внутренней поверхностью корпуса 11. При этом зазор а (фиг.2 и 3) не превышающий 0,5 мм является естественным фильтром от большинства оставшихся в жидкости абразивных частиц и не пропускает большого количества жидкости с оставшимися после прохождения зазора а абразивными частицами, а ограниченное (не более 7 мм) продольное перемещение вала 5 в корпусах 11 (фиг.2) и 12 (фиг.3) снижает суммарную скорость перемещения поверхности вала 5 (фиг.2 и 3) относительно антифрикционных вкладышей 14.
Стендовые испытания показали, что предлагаемый входной модуль имеет межремонтный ресурс в 1,2÷1,6 раза превышающий ресурс наиболее близкого аналога, за счет более долговечных подшипников 7 (фиг.1), 8 и 9.
Предлагаемая конструкция входного модуля погружного центробежного насоса является более надежной, простой и дешевой конструкции из-за повышенного ресурса работы подшипников.