УСТРОЙСТВО РАЗГРУЗКИ ВИНТОВОГО ПОГРУЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам и узлам разгрузки погружной насосной установки нефтедобывающего оборудования, воспринимающим повышенные осевые нагрузки, действующие на вал в процессе работы быстроходных механизмов, в частности опор.
Известен разгрузочный узел для погружных винтовых насосов (патент RU 46317, МПК F16C 17/26, дата публикации 27.06.2005), содержащий корпус, две сообщающиеся камеры, каждая из которых размещена на собственном валу, при этом валы жестко сочленены муфтой со штифтами, с размещенными на валах опорными элементами, которые выполнены в виде осевых упорных подшипников, а камеры загерметизированы торцовыми уплотнениями и заполнены гидравлическим маслом, последовательно размещенные в корпусе систему обратных клапанов и диафрагму, которые служат для выравнивания давления внутри камер с давлением пластовой жидкости.
Недостатком известного разгрузочного узла для погружных винтовых насосов является низкая надежность разгрузочного узла вследствие нецелесообразности использования в камерах устройства двух валов, соединенных жестко муфтой со штифтами. В процессе работы разгрузочного узла для погружных винтовых насосов вал является самой нагруженной деталью, поэтому неизбежно возникновение износов в соединяющей муфте, что приводит к отказу работы разгрузочного узла, как следствие, снижению срока службы устройства.
Известно устройство разгрузки винтового погружного насоса и его предохранительный узел клапанов (патент RU 2672994, МПК F04C 2/107, дата публикации 21.11.2018), взятое в качестве прототипа, содержащее последовательно расположенные на приводном валу верхний узел торцевых уплотнений, мембранный узел, подшипниковый узел, нижний узел торцевых уплотнений и кулачковую муфту, расположенную на валу привода протектора с возможностью обеспечения односторонней связи с приводным валом, на котором в верхней и нижней частях расположены соответственно верхний и нижний ниппели, опертые посредством подшипников скольжения на приводной вал, установленный в подшипниковом узле, перед которым на приводном валу после верхнего подшипника скольжения расположен мембранный узел, служащий для предохранения от избыточного давления, на верхнем и нижнем концах приводного вала расположены узлы торцевых уплотнений, при этом верхний ниппель оборудован предохранительным узлом клапанов для сообщений внутреннего пространства узла разгрузки с внешней средой, а нижний конец приводного вала соединен с промежуточным валом, связанным с протектором, посредством кулачковой муфты, при этом верхний ниппель с внешней стороны соединен с всасывающей трубой и корпусом мембранного узла, служащим опорой для корпуса подшипникового узла, который, в свою очередь, соединен с нижним ниппелем, нижняя часть которого присоединена к цилиндрическому корпусу с расположенными в нем нижним блоком торцевых уплотнений и кулачковой муфтой, причем свободный конец цилиндрического корпуса соединен с опорным элементом для присоединения протектора.
Предохранительный узел клапанов известного устройства разгрузки винтового погружного насоса выполнен в виде двух сообщенных друг с другом каналов, расположенных в поперечной плоскости верхнего ниппеля, в одном из каналов последовательно расположены, по меньшей мере, два обратных клапана, а другой канал сообщен с проточкой, выполненной внутри ниппеля, открытой в сторону приводного вала.
Недостатками известного устройства и его предохранительного узла клапанов являются низкая надежность устройства ввиду сложности выполнения предохранительного узла клапанов, в частности, точное сверление двух каналов и производство проточки, при этом канал, в котором расположены как минимум два обратных клапана, соединен с внешней средой напрямую и омывается скважинной жидкостью, содержащей механические примеси, что способствует засорению клапанов и приводит к отказу работы устройства, что снижает эксплуатационную надежность работы обратных клапанов и, как следствие, срок службы устройства в целом.
Задача полезной модели - создание устройства разгрузки винтового погружного насоса повышенной эксплуатационной надежности.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении срока службы устройства за счет исключения отказов работы путем защиты предохранительного узла клапанов от прямого воздействия омываемой установку скважинной жидкости.
Технический результат достигается тем, что устройство разгрузки винтового погружного насоса, содержащее последовательно расположенные на приводном валу верхний узел торцевых уплотнений, мембранный узел, подшипниковый узел, нижний узел торцевых уплотнений и кулачковую муфту, расположенную на промежуточном валу, связанным с приводом протектора с возможностью обеспечения односторонней связи с приводным валом, на котором в верхней и нижней частях расположены соответственно верхний и нижний ниппели, опертые посредством радиальных подшипников на приводной вал, установленный в подшипниковом узле, перед которым на приводном валу после верхнего радиального подшипника расположены мембранный узел, служащий для предохранения от избыточного давления, при этом устройство оборудовано предохранительным узлом клапанов для сообщения внутреннего пространства с внешней средой, а нижний конец приводного вала соединен с промежуточным валом, связанным с протектором, посредством кулачковой муфты, при этом верхний ниппель с внешней стороны соединен с корпусом мембранного узла, а нижний ниппель с внешней стороны соединен с корпусом подшипникового узла и цилиндрическим корпусом, с расположенными в нем нижним узлом торцевых уплотнений и кулачковой муфтой, свободный конец цилиндрического корпуса соединен с опорным элементом для присоединения протектора, согласно полезной модели, снабжено средним ниппелем, опертым посредством радиального подшипника на приводной вал и с внешней стороны соединенным с корпусом мембранного узла и корпусом подшипникового узла, при этом в среднем ниппеле выполнен продольный канал, в котором установлен предохранительный узел клапанов для сообщения внутреннего пространства устройства разгрузки с внешней средой.
Введение в устройство разгрузки винтового погружного насоса среднего ниппеля, установленного на приводном валу с помощью радиального подшипника, а также размещение в продольном канале среднего ниппеля предохранительного узла клапанов, позволяет защитить предохранительный узел клапанов от прямого омывания его скважинной жидкостью. Это исключает засорение запирающих элементов клапанов от попадания механических примесей, содержащихся в скважинной жидкости, и позволяет исключить отказы работы клапанов, в результате повышается надежность и срок службы устройства разгрузки в целом.
Кроме того, наличие дополнительного среднего радиального подшипника увеличивает осевую устойчивость приводного вала при совокупности радиальных и осевых нагрузок, что также позволяет повысить эксплуатационную надежность устройства разгрузки винтового погружного насоса.
На фигуре изображен продольный разрез устройства разгрузки винтового погружного насоса, выполненный в двух параллельно расположенных частях.
Устройство разгрузки винтового погружного насоса содержит приводной вал 1, на котором последовательно расположены в вертикальном направлении верхний узел 2 торцевых уплотнений, мембранный узел 3, подшипниковый узел 4, нижний узел 5 торцевых уплотнений. Нижний конец приводного вала 1 соединен с промежуточным валом 6, связанным с протектором (не показан) посредством кулачковой муфты 7 с возможностью обеспечения односторонней связи с приводным валом 1. На верхней, средней и нижней частях приводного вала 1 расположены соответственно верхний, средний и нижний ниппели 8, 9 и 10, опертые соответственно посредством радиальных подшипников 11, 12 и 13 на приводной вал 1, установленный в подшипниковом узле 4. Подшипниковый узел 4 расположен между средним и нижним ниппелями 9 и 10 соответственно. Мембранный узел 3 расположен между верхним и средним ниппелями 8 и 9 соответственно. Упорный подшипниковый узел 4 служит для компенсации осевой нагрузки приводного вала 1, а мембранный узел 3 служит для предохранения устройства разгрузки от избыточного давления. Верхний ниппель 8 с внешней стороны соединен с всасывающей трубой (не показано) и корпусом 14 мембранного узла 3, который посредством среднего ниппеля 9 соединен с корпусом 15 подшипникового узла 4. В среднем ниппеле 9 выполнен продольный канал 16, соединяющий полость подшипникового узла 4 с полостью, расположенной между мембраной и корпусом 14 мембранного узла 3. В канале 16 установлен узел предохранительных последовательно расположенных обратных клапанов 17 и 18 для сообщения внутреннего пространства устройства разгрузки с внешней средой посредством отверстия 19, выполненного в корпусе 14 мембранного узла 3. Корпус 15 подшипникового узла 4 соединен с нижним ниппелем 10, нижняя часть которого присоединена к цилиндрическому корпусу 20 с расположенными в нем нижним узлом 5 торцевых уплотнений и кулачковой муфтой 7. Свободный конец цилиндрического корпуса 20 соединен с опорным элементом, выполненным в виде головки 21 для присоединения протектора. Верхний конец приводного вала 1 снабжен шлицевыми элементами для соединения с торсионным валом, который в свою очередь соединен с ротором винтового насоса (не показано). Устройство работает следующим образом.
При запуске электродвигателя (на чертеже не показан) крутящий момент передается через валы 6 и 1, соединенные между собой посредством кулачковой муфты 7, к винтовому насосу. При вращении ротора винтового насоса внутри статора, образуются перемещающиеся герметичные полости, которые захватывая скважинную жидкость, перемещают ее на поверхность по насосно-компрессорным трубам. В результате такого динамического процесса возникают осевые и радиальные нагрузки, направленные в сторону устройства разгрузки винтового погружного насоса, призванного защитить от этих нагрузок протектор и электродвигатель. Компенсация устройством разгрузки радиальных и осевых нагрузок происходит следующим образом. Возникающие радиальные нагрузки воспринимаются и гасятся радиальными подшипниками 11, 12 и 13, расположенными соответственно в верхнем, среднем и нижнем ниппелях 8, 9 и 10. Осевые нагрузки компенсируются опорным подшипниковым узлом 4.
Для обеспечения охлаждения и смазки радиальных и упорных подшипников внутренние полости мембранного узла 3 и подшипникового узла 4 заполнены гидравлическим маслом. Герметичность устройства разгрузки обеспечивают верхний и нижний узлы 2 и 5 торцевых уплотнений. Мембрана мембранного узла 3 служит для выравнивания давления внутри полости устройства с давлением пластовой жидкости. Расположенные в продольном канале 16 среднего ниппеля 9 клапаны 17 и 18 позволяют обеспечить выброс излишков масла при температурном расширении мембраны мембранного узла 3.
При погружении насосной установки, в состав которой входит узел разгрузки, в скважинную жидкость возникает внешнее избыточное давление, которое через отверстие 19 корпуса 14 воздействует на мембрану мембранного узла 3, выравнивая внешнее давление скважинной жидкости и внутреннее давление масла в устройстве. В процессе работы устройства разгрузки при температурном расширении масла и возникновении избыточного давления на мембрану мембранного узла 3, предохранительные клапаны 17 и 18 открываются. При этом, избытки гидравлического масла из внутреннего пространства устройства разгрузки через канал 16 выходят в полость, расположенную между наружной поверхностью мембраны и корпусом 14, и затем через отверстие 19 выходят во внешнюю среду, тем самым, уравнивая внутреннее давление гидравлического масла в полости устройства с наружным давлением скважинной жидкости.