Модуль радиального смещения
RADIAL DISPLACEMENT MODULUS

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в насосных агрегатах, применяемых, например, в нефтяной, химической и других отраслях промышленности для перекачивания нефти и воды, химически активных жидкостей, суспензий и пульп.
Известен модуль радиального смещения, выполненный в виде эксцентриковой муфты, состоящей из установленных в корпусе входного и выходного валов, которые соединены между собой промежуточным валом шарнирами. Выходной вал установлен в корпусе с заданным эксцентриситетом «е» относительно входного вала, что позволяет сместить ось электроцентробежного насоса параллельно относительно оси электродвигателя в сторону, противоположную той, по которой проходит кабельная линия [патент на полезную модель RU 73024, Е21В 43/00, опубл. 10.05.2008]. Эксцентриковая муфта может быть установлена между насосом и входным модулем, между входным модулем и протектором или между протектором и погружным электродвигателем.
Недостатком данного модуля является низкая надежность эксцентриковой муфты при повышенных частотах, на которых работают электроцентробежные насосные установки с вентильными электродвигателями.
Известен модуль радиального смещения, смещающий ось гидрозащиты относительно оси электродвигателя, где соединительный элемент содержит заключенную в корпус толстостенную трубу из металла с прорезями на ее средней части, перпендикулярными ее оси [RU 181 156, F16D 3/72, опубл. 05.07.2018].
Недостатком данной конструкции является технологическая сложность изготовления толстостенной трубы с прорезями, а также наличие концентраторов напряжений в месте соединения толстостенной трубы к валу, что влечет за собой снижение надежности устройства.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является модуль радиального смещения, содержащий цилиндрический корпус и размещенный внутри него вал в виде гибкой толстостенной трубы с прорезями на ее средней части, перпендикулярными ее оси. На концах трубы установлены концевые посадочные втулки для присоединения соединяемых валов, оси которых параллельно смещены относительно друг друга с образованием несоосности [патент RU 2514457, F04D 13/10, опубл. 27.04.2014]. Модуль компенсирует несоосность соединяемых валов и служит для передачи вращательного момента между смещенными валами.
Недостатком данного изобретения является технологическая сложность изготовления толстостенной трубы с прорезями, а также наличие концентраторов напряжений в месте ее присоединения к валу, что влечет за собой снижение надежности устройства.
Задачей изобретения является повышение надежности и долговечности модуля путем упрочнения соединения валов, снижения изгибающих нагрузок при прохождении искривленных участков скважины, а также упрощение технологии изготовления модуля.
Для решения поставленной задачи в модуле радиального смещения, содержащем корпус и размещенный внутри него вал с концевыми посадочными элементами для соединения со смещенными по оси соединяемыми валами, согласно изобретению, вал изогнут относительно осевого направления, на концах вала размещены радиальные подшипники с каждой стороны, причем радиальные подшипники с каждой стороны размещены от торца вала на расстоянии не более 20% от общей длины вала.
В некоторых вариантах исполнения с каждой стороны может быть размещено два и более радиальных подшипников. Размещение двух и более радиальных подшипников с каждой стороны обеспечивает уменьшение нагрузки на каждый подшипник.
В некоторых вариантах исполнения в средней части вала между подшипниками, расположенными на концах вала, может быть дополнительно установлен центральный радиальный подшипник, направляющая втулка которого расположена под углом, совпадающим с углом наклона той части вала, на которой установлен подшипник. При этом предпочтительно, чтобы центральный радиальный подшипник был выполнен самоустанавливающимся.
Кроме того, в нижней части корпуса может быть расположена магнитная ловушка.
Наряду с этим в средней части вала может быть дополнительно установлен, по крайней мере, один демпфер, который расположен между подшипниками на концах вала или между подшипниками на одном конце вала и центральным подшипником при наличии последнего.
На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого модуля; на фиг. 2 - общий вид заявляемого модуля с радиальным подшипником в средней части. На фиг. 3 представлен общий вид заявляемого модуля с дополнительно установленной магнитной ловушкой. На фиг. 4 представлен общий вид заявляемого модуля с дополнительно установленным демпфером. На фиг. 5 - модуль с центральным подшипником и демпфером.
Модуль радиального смещения содержит гибкий вал 1, заключенный в корпус 2 (фиг 1) и снабженный концевыми посадочными элементами 3 для соединения с валами смежных узлов. Оси смежных узлов, соединяемых модулем радиального смещения, например, гидрозащиты и электродвигателя, параллельно смещены в радиальном направлении относительно друг друга с образованием несоосности. Смещение осей позволяет увеличить диаметр используемого насосного агрегата и, соответственно, уменьшить его длину, не изменяя при этом величины проектных напора и дебита насоса за счет использования ступеней увеличенного диаметра. Ввиду смещения смежных узлов вал 1 изогнут относительно оси корпуса 2. На каждом конце вала 1 расположено как минимум по одному радиальному подшипнику 4. Причем радиальные подшипники 4 размещены от торца вала 1 на расстоянии не более чем 20% от общей длины вала. Для уменьшения нагрузки на каждый подшипник количество подшипников с каждой стороны может быть два и более. Расстояние между радиальными подшипниками 4, расположенными на концах вала, подбирается так, чтобы минимизировать напряжения на валу вблизи подшипников
В средней части вала 1 может быть дополнительно установлен центральный радиальный подшипник 5, (фиг. 2). При этом направляющая втулка подшипника 5 расположена под углом, совпадающим с углом наклона части вала, на которой установлен подшипник. Наличие такого подшипника способствует уменьшению вибрации в средней части модуля. Подшипник 5 может быть самоустанавливающимся. В качестве самоустанавливающегося подшипника может использоваться сферический подшипник, обеспечивающий точное установление угла наклона направляющей втулки. Предлагаемая конструкция модуля с оптимальным размещением радиальных подшипников не только повышает надежность работы модуля за счет уменьшения вибрации и уменьшения изгибающих нагрузок, но и значительно упрощает технологию изготовления модуля по сравнению с другими известными из уровня техники решениями для радиального смещения узлов.
В нижней части корпуса 2 может быть расположена магнитная ловушка 6 (фиг. 3), представляющая собой сектор постоянного магнита и предназначенная для улавливания в случае износа частиц движущихся частей во избежание их попадания непосредственно в электродвигатель, что способствует повышению надежности работы модуля радиального смещения.
В средней части модуля между подшипниками 4 в случае отсутствия центрального подшипника (фиг. 4) или между подшипниками 4 и 5 в случае его наличия (фиг. 5) может быть установлен демпфер 7 для гашения вибраций и ударных нагрузок при высоких частотах вращения вала.
Изобретение позволяет обеспечить смещение оси узлов, соединяемых модулем радиального смещения, например, электродвигателя относительно оси насоса, тем самым уменьшить наружный диаметр погружного насосного агрегата без уменьшения дебита и напора при повышении надежности работы. Кроме того, изобретение позволяет упростить технологию изготовления и обеспечивать спуск в искривленные скважины с сохранением надежности.