Погружной диафрагменный электронасос
SUBMERSIBLE DIAPHRAGM ELECTRIC PUMP

Изобретение относится к области машиностроения в частности к диафрагменным насосным агрегатам для добычи пластовой жидкостной среды из малодебитных скважин преимущественно с пескопроявлениями, высокой обводненностью продукции, кривыми или наклонными стволами, с содержанием попутного газа на приеме насоса.
Погружной диафрагменный электронасос состоит из гидравлической и приводной частей, разделяемых эластичной диафрагмой. Края диафрагмы жестко и герметично закреплены в стенках рабочей камеры насоса, образуя тем самым одну из таких стенок, обладающую гибкостью и упругостью. Диафрагма выполняет две функции. Первая - вытеснение добываемой жидкостной среды и вторая - изолирование приводной части от добываемой среды. В гидравлическую часть входят всасывающий и нагнетательный клапаны и рабочая камера, в которую поступает, а затем вытесняется перекачиваемая среда. Приводная часть заполнена рабочей жидкостью (маслом) и содержит приводной механизм, преобразующий вращательное движение двигателя в возвратно-поступательное. Приводной механизм в зависимости от конструктивного исполнения может содержать различные узлы. Посредством приводного механизма создаются гидравлические силовые импульсы, которые передаются эластичной диафрагме, обеспечивая тем самым изменение объема в рабочей камере насоса и через всасывающий клапан перекачиваемая среда поступает в рабочую камеру, а потом через нагнетательный клапан выталкивается в насосно-компрессорные трубы (Ивановский ВН, и др. Оборудование для добычи нефти и газа: В 2 ч. - М: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. - Ч. 1., стр. 737).
Известен погружной диафрагменный насос с электроприводом SU № 1399501. В корпусе насоса в гидравлической части находятся рабочая камера с всасывающими и нагнетательными клапанами. В приводной части находятся электродвигатель, приводной механизм и поршневой вытеснитель, который расположен в камере с двумя полостями, находящимися сверху и снизу поршня для прямого и обратного хода. Две диафрагмы герметично изолируют приводную часть от рабочей камеры с перекачиваемой средой. Полость сверху поршня соединена каналом с полостью одной из диафрагм, а полость снизу поршня соединена также каналом с полостью другой диафрагмы. Между полостями диафрагм и поршневым вытеснителем также расположен блок компенсации утечек (предохранительный блок), выполненный в виде корпуса, в котором расположены каналы и подпружиненные золотники. Однако наличие каналов, расположенных параллельно поршневому вытеснителю не дает возможности увеличения производительности насоса. Так как для этого потребуется увеличить радиальные размеры поршня и, следовательно, разнести в радиальном направлении каналы, что невозможно в условиях заданного ограниченного пространства насосно-компрессорных труб. К тому же из-за большого количества перегибов каналов возникает гидросопротивление, обусловленное наличием вязкого трения, что приводит к потере удельной энергии (переход ее в теплоту) и присутствует такая проблема, как пульсации перекачиваемой среды.
Известен погружной электроприводной насос для добычи нефти по патенту SU № 1583652. Насос также состоит из корпуса, разделенного эластичными диафрагмами на гидравлическую и приводную части. Гидравлическая часть содержит всасывающие и нагнетательные клапаны, рабочие камеры в которые поступает, а затем вытесняется перекачиваемая среда и клапанный узел. Рабочие камеры расположены в корпусе насоса по окружности. В камерах находятся эластичные диафрагмы колпачковой формы. На наружной поверхности клапанного узла имеются канавки, отделенные одна от другой уплотнительными кольцами. Каждая канавка связана с одной из рабочих камер и всасывающим и нагнетательным клапанами. При этом число канавок равно числу рабочих камер и числу всасывающих и нагнетательных клапанов. В приводной части находятся электропривод и приводной механизм. В качестве приводного использован механизм, включающий блок цилиндров с плунжерами и возвратными пружинами. Плунжеры приводятся в действие приводным валом с наклонной шайбой, на которой находится торцевой подшипник, в качестве которого используется стандартный упорный подшипник. Поверхность подшипника служит контактной поверхностью для плунжеров. При работе такого приводного механизма плунжеры не только совершают возвратно поступательное движение, их торцы скользят по контактной поверхности по круговым траекториям. Недостатком данной конструкции является то что, при работе насоса шарики торцевого подшипника испытывают радиальные нагрузки, которые не допускаются в упорном подшипнике и что приведет к разрушению подшипника. Кроме того, недостатком данной конструкции является и то, что из-за малого радиуса кривизны торца плунжера в месте контакта с поверхностью торцевого подшипника возникают большие контактные напряжения.
Проблемы, описанные выше решаются данным изобретением, техническим результатом которого будет устранение радиальных нагрузок на упорный подшипник. Дополнительным техническим результатом конкретного варианта изобретения является уменьшение контактных напряжений между плунжерами и контактной поверхностью упорного подшипника.
Означенный технический результат достигается тем, что погружной диафрагменный электронасос, как и прототип, содержит корпус, разделенный эластичными диафрагмами на гидравлическую и приводную части. Гидравлическая часть содержит всасывающие и нагнетательные клапаны и рабочие камеры в которые поступает, а затем вытесняется перекачиваемая среда. В приводной части находятся электропривод и приводной механизм. В качестве приводного использован механизм, включающий блок цилиндров с плунжерами и возвратными пружинами. Плунжеры приводятся в действие приводным валом с наклонной шайбой и упорным подшипником. Отличие состоит в том, что на упорный подшипник установлена пята с ножкой, которая фиксируется в приводном валу с помощью по меньшей мере одного радиального подшипника.
Для увеличения площади контакта, а соответственно для уменьшения контактных напряжений целесообразно между пятой и плунжерами установить опорные детали, которые со стороны пяты имеют плоскую поверхности, а с плунжерами сопрягаются по сфере. Такие детали имеют возможность скользить по поверхности пяты.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами:
На фиг.1 представлен продольный разрез погружного диафрагменного насоса.
На фиг. 2 и 3 показаны поперечные сечения погружного диафрагменного насоса.
Погружной диафрагменный электронасос (фиг.1) состоит из корпуса 1, в котором симметрично относительно оси насоса размещены рабочие камеры 2 и 3, соединенные посредством всасывающих клапанов 4 и 5 с затрубным пространством, а посредством нагнетательных клапанов 6 и 7 с внутренней полостью насосно- компрессорных труб. Рабочие камеры 2 и 3 герметично отделены эластичными диафрагмами 8 и 9 от приводной части. В приводной части находятся привод и блок цилиндров 10 с плунжерами 11 и 12 с возвратными пружинами 13 и 14. Цилиндры 15 и 16 плунжеров 11 и 12 соединены с полостями диафрагм 8 и 9 каналами 17 и 18. Привод включает электродвигатель (не показан) с приводным валом 19. Приводной вал 19 заканчивается наклонной шайбой 20, которая в данной конструкции выполнена с ним за одно целое. На наклонной шайбе установлен упорный подшипник 21. На упорном подшипнике 21 установлена пята 22 с ножкой 23. Ножка 23 с помощью радиального подшипника 24 установлена в теле наклонной шайбы 20 перпендикулярно к ее торцевой поверхности. В результате радиальная составляющая нагрузки на пяту воспринимается радиальным подшипником 24, а осевая составляющая, как и в прототипе, воспринимается упорным подшипником 21. Таким образом происходит разгрузка упорного подшипника от радиальных нагрузок, что значительно повышает долговечность его работы. Приводная часть заполнена маслом.
Для увеличения площади контакта, а, следовательно, уменьшения контактных напряжений, между пятой 22 и плунжерами 11 и 12 установлены опорные детали 25 и 26, которые со стороны пяты имеют плоскую поверхность, а с плунжерами 11 и 12 с помощью шарового шарнирного соединения сопрягаются по сфере.
Погружной диафрагменный электронасос работает следующим образом. Электродвигатель вращает приводной вал 19 с наклонной шайбой 20. При этом плунжеры 11 и 12 совершают возвратно-поступательное движение в блоке цилиндров 10. В верх они перемещаются за счет воздействия пяты 22, а вниз - под действием пружин 13 и14. Движение плунжера 12 вниз приводит к изменению объема масла, заполняющего внутреннюю полость диафрагмы 9. В результате чего эластичная диафрагма 9 сжимается, и перекачиваемая среда через всасывающий клапан 5 поступает в рабочую камеру 3. При ходе плунжера 12 вверх масло из полости цилиндра вытесняется во внутреннюю полость диафрагмы 9, объем, ограниченный диафрагмой, увеличивается и перекачиваемая среда из рабочей камеры 3 через нагнетательный клапан 7 поступает в полость насосно-компрессорных труб. Аналогичный цикл работ, только совершаемый в противофазе, происходит и в рабочей камере 2.
При вращении приводного вала 19 опорные детали 25 и 26, имея возможность скольжения, обеспечивают повышенный контакт плоской поверхности детали с наклонной поверхностью пяты 22. Контакт опорных деталей 25 и 26 с плунжерами 11 и 12 с помощью шарового шарнира передает осевую нагрузку на плунжер при любом угле между осью плунжера и поверхностью пяты 22, а также обеспечивает постоянный увеличенный контакт сферических сопрягаемых поверхностей.