Модуль компенсации нагрузки
LOAD COMPENSATION MODULE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к оборудованию в составе погружной одновинтовой насосной установки, воспринимающему повышенные осевые нагрузки, действующие на вал в процессе работы.
Из существующего уровня техники известен опорный узел, состоящий из корпуса, вала, установленного в самоустанавливающихся подшипниках и расположенные вдоль оси вала, по крайней мере, две опорные секции, каждая из которых имеет упругий элемент, выполненный в виде тарельчатой пружины, опору, закрепленную в корпусе, и упор, установленный на валу, причем между опорой и упором размещен подшипник скольжения. Недостаток данного опорного узла заключается в сложности сборки и подгонки сферических контактирующих поверхностей подшипников. Кроме того, размещение опорных элементов в пластовой жидкости приводит к быстрому их износу и снижению надежности и долговечности установки в целом. (Патент RU №2 235 226 С2 на изобретение. Опорный узел. - МПК 7 F 16 C 17/26. Опубл. 27.08.2004).
Известен опорный узел погружной одновинтовой насосной установки, состоящий из последовательно соединенных подшипникового узла, соединительного устройства и гидрокомпенсатора. Вал гидрокомпенсатора соединен с одной стороны с валом протектора электродвигателя, а с другой через соединительное устройство с входным концом вала подшипникового узла. На валу подшипникового узла размещены масляный насос, уплотнения, устройство предварительного натяжения и фиксации подшипниковых модулей на валу, с двух концов радиальные роликовые подшипники и последовательно расположенные между ними упорные осевые подшипниковые модули, включающие упорные роликовые подшипники с цилиндрическими или коническими роликами, кольцевые нажимные и опорные обоймы с кольцевыми канавками по поверхности соприкосновения с подшипниковыми кольцами, внутренний и внешние втулку. В обоймах упорных осевых подшипниковых модулей в кольцевых углублениях установлены кольцевые демпферы из проволочного проницаемого материала, выступающие над опорной поверхностью обойм, обращенной к подшипниковому кольцу. (Патент RU №2 375 604 С1 на изобретение. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки. - МПК F04C 2/107, F04C 15/00. Опубл. 10.12.2009).
К недостаткам данного опорного узла относятся: сложность конструкции ступенчатых валов гидрокомпенсаторного и подшипникового узла, расположение торцевого уплотнения выше радиального подшипника, что в свою очередь может привести к критическим колебаниям вала в следствие сложного планетарного вращения вала винтового насоса и выходу из строя торцевого уплотнения, сложность изготовления подбора и тарирования кольцевых демпферов из упругого проволочного проницаемого материала а также сложность монтажа оборудования на устье скважины в следствие необходимости штифтования ротора винтового насоса, гибкого вала и вала опорного узла во избежание их взаимного осевого перемещения.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение является увеличение несущей способности модуля компенсации нагрузки, увеличение надежности и долговечности узлов и деталей, упрощение технологических операций сборки модуля, а также сокращение времени монтажа оборудования на устье скважины за счет модульной конструкции и сборки основных узлов компоновки в условиях заводского цеха.
Технический результат достигается за счет того, что модуль компенсации нагрузки, состоит из последовательно соединенных между собой гидрокомпенсаторной части, состоящей из опоры с эластичной диафрагмой с системой перепускных клапанов, нижнее основание которой предназначено для стыковки вала с протектором погружного электродвигателя и подшипникового модуля, причем валы подшипникового модуля и гидрокомпенсаторной части соединены с помощью шлицевой муфты, обеспечивающей возможность обратного вращения вала винтового насоса, или обгонной муфты, предотвращающей обратное вращение вала винтового насоса, при этом подшипниковый модуль состыкован с нижним основанием приемного модуля, в состав которого входит нижнее основание, причем в основании приемного модуля последовательно расположены по меньшей мере два подшипника скольжения, гибкий вал для соединения валов винтового насоса и подшипникового модуля, приемный перфорированный патрубок, при этом в состав подшипникового модуля входят последовательно расположенные группы, каждая из которых содержит обойму с установленным осевым упорным роликовым подшипником, втулку нажимную и втулку опорную с упругими элементами в виде тарельчатых пружин.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1,2,3
Фиг. 1 Модуль компенсации нагрузки
Фиг. 2 Приемный модуль
Фиг. 3 Модуль компенсации нагрузки, состыкованный с приемным модулем.
Модуль компенсации нагрузки предназначен для восприятия и компенсации осевых и радиальных реактивных сил, возникающих при работе винтового насоса, а также для передачи трансмиссии от протектора погружного электродвигателя винтовому насосу. Модуль компенсации нагрузки (фиг.1) состоит из гидрокомпенсаторной части 1 и подшипникового модуля 2 соединенных с помощью корпуса 3. Гидрокомпенсаторная часть состоит из корпуса 4, с расположенными по окружности отверстиями для обеспечения доступа пластовой жидкости во внутреннюю полость корпуса, основания 5, для стыковки с протектором погружного электродвигателя, ниппеля нижнего 6, с установленным нижним торцевым уплотнением 7 для защиты от попадания пластовой жидкости во внутреннюю полость модуля и клапаном 8 для заполнения внутренней полости модуля маслом, опоры с эластичной диафрагмой 9, предназначенной для компенсации утечек и теплового расширения масла, в результате работы модуля. Для защиты от порыва диафрагмы в следствие чрезмерного теплового расширения масла предназначены два последовательно установленных перепускных клапана 10. Ниппель 11 совместно с корпусом 12 предназначены для установки и размещения узла пяты 13 с опорными поверхностями из твердосплавного материала, осуществляющего осевую поддержку вала 14.
Подшипниковый модуль 2 состоит из головки 15, цилиндрического корпуса 16, верхнего ниппеля 17 с установленным верхним торцевым уплотнением 18 для защиты от попадания пластовой жидкости во внутреннюю полость модуля, вала 19. Для восприятия осевых нагрузок направленных сверху вниз от винтового насоса в составе подшипникового модуля находятся осевые упорные роликовые подшипники 20. Реактивная осевая сила, возникающая при работе винтового насоса, передается через торец вала 19 на плоское наружное эксцентрическое кольцо 21 и нажимную втулку 22. Возникающая нагрузка воспринимается пакетом тарельчатых пружин 23 и, через втулку 24, передается упорному роликовому подшипнику 20, где воспринимается им и гасится через обойму 25 на корпус 16. Группа последовательно расположенных деталей 20, 21, 22, 23, 24, 25 представляет собой опорную ступень подшипникового модуля. Опорные ступени подшипникового модуля объединяются в группу по семь ступеней в опорные пакеты, количество которых может варьироваться от одного до трех в зависимости от величины осевой силы винтового насоса. Увеличение несущей способности подшипникового модуля и увеличение ресурса упорных роликовых подшипников достигается за счет применения статически уравновешенной системы тарельчатых пружин, которые компенсируют погрешности изготовления деталей в составе подшипникового модуля и неточности сборки и регулировки.
Для восприятия осевой нагрузки, направленной снизу вверх к винтовому насосу (при обратном вращении установки винтового насоса) в составе подшипникового модуля находится осевой упорный роликовый подшипник 26, неподвижное кольцо которого установлено в ниппель 27, а подвижное кольцо на втулке 28. Выборка зазоров между торцами опорных ступеней и обеспечение равномерного предварительного натяга между телами качения упорных роликовых подшипников 20 обеспечивается затяжкой гаек 29 через дистанционную втулку 30.
Приемный модуль (фиг.2) предназначен для передачи трансмиссии от модуля компенсации нагрузки винтовому насосу, а также для обеспечения поступления пластовой жидкости на прием винтового насоса. Приемный модуль состоит из основания 31 для соединения с головкой 15 (фиг.1) модуля компенсации нагрузки, перфорированного корпуса 32, головки 33 для соединения со статором винтового насоса. В основании 31 расположены по меньшей мере два подшипника скольжения, предназначенные для восприятия радиальной составляющей силы, в следствие сложного планетарного движения ротора винтового насоса, в следствие которой может возникнуть негерметичность верхнего торцевого уплотнения 18 модуля компенсации нагрузки (фиг.1). Передача вращения и частичное восприятие изгибающего момента от вращения ротора винтового насоса осуществляется с помощью гибкого вала 35, снабженного в верхней части муфтой 36 для стыковки с ротором винтового насоса, а в нижней части муфтой 37 для стыковки с промежуточным валом 38.
На фиг. 3 изображены приемный модуль и модуль компенсации нагрузки в состыкованном виде. Передача трансмиссии от модуля компенсации нагрузки осуществляется с помощью муфты 39. Для предохранения выхода шлицевых частей валов из ответных муфт при обратном вращении установки одновинтового насоса в составе муфт предусмотрены установочные винты 40.
Таким образом заявляемое изобретение позволяет повысить несущую способность модуля компенсации нагрузки, за счет применения равновесной системы тарельчатых пружин и равномерного распределения нагрузки между каждым из осевых упорных роликовых подшипников, увеличить надежность и долговечность узлов и деталей, упростить технологию сборки модуля, а также сократить время монтажа модуля на устье скважины.