Погружной гидромеханический редуктор
SUBMERSIBLE HYDROMECHANICAL REDUCTION GEAR

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано в погружных маслонаполненных редукторах, предназначенных для привода плунжерных насосов в составе погружной насосной установки для откачки пластовой жидкости из нефтедобывающих скважин.
Известен гидромеханический погружной редуктор, содержащий механическую передачу в виде винта с гайкой, гидравлическую часть, включающую гидромотор, соединенный через распределительный блок с насосом объемного типа, и мембрану гидрозащиты (Патент РФ №184849, публ. 2018).
Все элементы конструкции гидромеханического редуктора, в том числе и элементы гидравлической части, монтируются в общем корпусе, что в процессе монтажа гидравлической части может привести к нарушению целостности ее элементов и, как следствие, к снижению надежности работы данного блока. Такая конструкция создает определенные сложности при осуществлении плановых ремонтных работ редуктора или демонтажа гидравлической части, ввиду необходимости разборки всего редуктора.
Еще одним из недостатков известной конструкции является возможность локального перегрева распределительного блока, ввиду большого скопления в нем различных по своему функциональному назначению запорных, фильтрующих и регулирующих элементов (предохранительный клапан, фильтр тонкой очистки, гидравлический распределитель), а также ввиду отсутствия оптимальной геометрии и расположения каналов высокого давления, что обусловлено реализацией распределительного блока на базе стандартных гидравлических элементов, не оптимизированных с точки зрения протекающих в них физических процессов для вертикальной компоновки в цилиндрическом корпусе малого диаметра.
Кроме того, каналы гидравлического распределительного блока с предохранительным клапаном требуют высокой очистки масла, поскольку наличие в нем даже не значительных механических примесей снижает стабильность работы гидроблока, и, при попадании механических примесей между седлами и подвижными частями клапанов, может привести к потере герметичности запорных элементов.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эксплуатационной надежности гидромеханического погружного редуктора.
Технический результат заключается в предотвращении нарушения целостности элементов редуктора при его сборке, обеспечении высокой очистки масла и предотвращении в процессе работы редуктора локального перегрева его гидравлического блока.
Технический результат достигается тем, что в гидромеханическом погружном редукторе, содержащем винтовую передачу, гидравлическую часть, включающую гидромотор, соединенный через распределительный блок с насосом объемного типа, и мембрану гидрозащиты, гидравлическая часть выполнена в виде единого модуля с входным валом и выходным валом с полумуфтой для соединения с валом мембраны гидрозащиты, причем в корпусе модуля размещены гидромотор, распределительный блок, насос объемного типа, а также установленный между насосом и распределительным блоком фильтрующий блок, причем корпус модуля выполнен со сквозными отверстиями на его торцах и с наружным оребрением в зоне расположения распределительного блока, при этом полумуфта на выходном валу модуля выполнена с кольцевой канавкой на ее наружной поверхности.
Выполнение гидравлической части погружного редуктора в виде единого модуля с входным валом и выходным валом с полумуфтой позволяет проще и быстрее осуществлять монтаж/демонтаж узла в процессе сборки и осуществлении плановых ремонтных работ гидромеханического погружного редуктора («картриджная» установка), сохраняя при этом целостность всех элементов гидравлической части. Кроме того, выполнение гидравлической части в виде единого модуля позволяет обеспечить внутри этого модуля оптимальную геометрию гидравлических каналов.
Снабжение гидравлической части фильтрующим блоком, установленным между насосом и распределительным блоком, позволяет обеспечить очистку масла от примесей на входе в распределительный блок, исключая ситуацию с потерей герметичности запорных элементов при попадании механических примесей между седлами и подвижными частями клапанов, что повышает надежность работы данного блока и в целом гидравлической части редуктора.
Выполнение корпуса модуля со сквозными отверстиями на его торцах позволяет обеспечить проход рабочей среды через этот модуль в сборе с остальными конструктивными элементами редуктора.
Выполнение корпуса с наружным оребрением в зоне расположения распределительного блока позволяет увеличить площадь теплообмена в данной зоне, и, за счет теплоотдачи в пластовую жидкость, обеспечить охлаждение данного блока при работе редуктора, тем самым повысив его эксплуатационную надежность.
Выполнение полумуфты на выходном валу модуля с кольцевой канавкой на ее наружной поверхности также способствует стабилизации теплового режима работы гидравлического модуля.
Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 изображена схема погружного гидромеханического редуктора, на фиг. 2 изображена схема гидравлической части редуктора, выполненной в виде единого модуля.
Гидромеханический погружной редуктор содержит маслонаполненный корпус 1, размещенную в корпусе винтовую передачу 2, выполненную типа «винт-гайка», полый шток 3, охватывающий винт винтовой передачи 2 и входящий с ним в подвижное зацепление, гидравлическую часть 4 и мембрану 5 гидрозащиты. Гидравлическая часть 4 представляет собой единый модуль с входным валом 6, соединенным с винтом винтовой передачи 2, и выходным валом 7 с полумуфтой 8, соединенным с валом мембраны 5 гидрозащиты. На наружной поверхности полумуфты 8 выполнена канавка 9. В корпусе 10 модуля установлены насос 11 объемного типа, выполненный в виде аксиально-поршневого насоса, фильтрующий блок 12 с самоочищающимся фильтром 13, распределительный блок 14 с гидрораспределителем 15 и предохранительным клапаном 16, гидромотор 17 объемного типа. На корпусе 10 в зоне размещения распределительного блока 14 выполнены ребра 18.
Работа редуктора осуществляется следующим образом. При включении электродвигателя погружной насосной установки (на чертеже не показано) вал 6 насоса 11 начинает вращение и через входную сетку 19 производится всасывание рабочей жидкости, которая через нагнетательный патрубок 20 попадает в фильтрующий блок 12, проходит через самоочищающийся фильтр 13, проходит по напорному патрубку 21, соединенному с предохранительным клапаном 16 в гидрораспределитель 15, управление которого осуществляется по давлению. Далее поток рабочей жидкости попадает по одному из каналов 22 (левому или правому), в зависимости от положения золотника гидрораспределителя 15, в гидромотор 17, в следствии чего выходной вал 7 совершает вращение либо по, либо против часовой стрелки.
Таким образом, гидрораспределитель 15 обеспечивает периодическое разнонаправленное вращение гидромотора 17, преобразующего энергию потока гидравлического масла в механическую энергию вращения. Винт винтовой передачи 2, вращаясь, приводит в движение гайку этой же передачи. В связи с разнонаправленным характером вращения винта, гайка совершает периодические возвратно-поступательные движения и, поскольку она жестко связана с полым штоком 3, который в свою очередь присоединен к плунжеру скважинного насоса погружной насосной установки (на чертеже не показан), шток 3 перемещает плунжер скважинного насоса.
Канавки 9 на полу муфте 8, расположенной на выходном валу 7 создают гидродинамическую силу, образующую активный поток рабочей жидкости маслонаполненного объема, активно отводящий тепло от распределительного блока 14. Ребра 18, выполненные на корпусе 10 в зоне расположения распределительного блока 14, увеличивают поверхность контакта с более холодным потоком, обеспечивающими эффективное охлаждение данного блока. Дренаж гидрораспределителя 15 осуществляется через отверстие 23.