СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА
STAGE OF DOWNHOLE MULTISTAGE ROTARY PUMP

Изобретение относится к области многоступенчатых насосов, преимущественно к ступеням погружных скважинных электронасосов для добычи нефти.
Известны ступени в многоступенчатых погружных скважинных электронасосах, в которых суммарное осевое усилие нескольких рабочих колес передается на общий упорный подшипник скольжения, смазываемый перекачиваемой жидкостью (Агеев Ш.Р. и др. «Энциклопедический справочник лопастных насосов для добычи нефти и их применение», Пермь, 2007, стр.107, рис.2.25).
Недостатком такой ступени является то, что габарит скважины, в которой должен эксплуатироваться насос, вынуждает ограничивать наружный диаметр упорного подшипника и его рабочую площадь. Это приводит к необходимости повышения удельной нагрузки в упорном подшипнике и, соответственно, к увеличению интенсивности износа рабочих поверхностей, особенно при работе на жидкостях, содержащие твердые частицы.
Частично указанный недостаток устранен в ступени многоступенчатого погружного скважинного насоса, состоящей из рабочего колеса, установленного с возможностью свободного перемещения в осевом направлении по валу, и неподвижного направляющего аппарата, в которой использован индивидуальный упорный подшипник скольжения, воспринимающий осевую нагрузку, действующую на каждое рабочее колесо (Агеев Ш.Р. и др. «Энциклопедический справочник лопастных насосов для добычи нефти и их применение», Пермь, 2007, стр.75, рис.2.8). Упорный подшипник образован с помощью упорного бурта на торцевой поверхности направляющего аппарата и опорной шайбы, установленной в рабочем колесе и выполняющей роль подпятника. Такой упорный подшипник имеет уменьшенные удельные нагрузки, его плоская рабочая поверхность, способствующая уменьшению утечек, дополнительно выполняет функцию уплотнения.
Недостатком данной конструкции являются низкие КПД и недолговечность насоса из-за повышенного коэффициента и момента трения на плоской рабочей поверхности упорного подшипника, обусловленного переходным характером трения от сухого к чисто гидродинамическому.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, состоит в уменьшении трения в упорном подшипнике, повышении КПД и долговечности насоса.
Указанный технический результат достигается тем, что в ступени погружного скважинного насоса, состоящей из рабочего колеса, установленного с возможностью осевого перемещения, и неподвижного направляющего аппарата, имеющих в зоне контакта на торцевых поверхностях упорный бурт и подпятник из эластомера в виде шайбы, образующие упорный подшипник, согласно изобретению на торцевой поверхности подпятника с противоположных сторон через равные углы выполнены радиальные канавки, по крайней мере, одна из боковых стенок которых наклонена под острым углом к торцевой поверхности с образованием над дном канавки выступа, отгибающегося в осевом направлении при вращении. Предпочтительно радиальные канавки выполнять тупиковыми, при этом тупиковые части канавок со стороны наружного диаметра подпятника могут быть размещены между тупиковыми частями канавок, выполненных со стороны его внутреннего диаметра.
Благодаря выполнению на торцевой поверхности подпятника радиальных канавок, имеющих боковую стенку с выступом, отгибающимся в осевом направлении при вращении, упорный подшипник в ступени работает при наличии гидродинамического клина и уменьшенных затратах мощности на трение с минимальными утечками через рабочую поверхность подшипника. Тем самым увеличивается КПД и долговечность насоса.
Предлагаемый упорный подшипник иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез ступени; на фиг.2 - поперечный разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - поперечное сечение канавки.
Ступень погружного скважинного насоса состоит из рабочего колеса 1, установленного на валу 2 с возможностью свободного перемещения в осевом направлении, и неподвижного направляющего аппарата 3. В зоне контакта на торцевой поверхности рабочего колеса 1 имеется упорный бурт 4, который соприкасается с подпятником 5, смонтированным на торце направляющего аппарата 3, образуя упорный подшипник (фиг.1).
Подпятник 5 выполнен в виде шайбы из эластомера и имеет радиальные тупиковые канавки 6, расположенные попеременно через равные углы с его внутренней 7 и наружной 8 стороны. При этом тупиковые части 9 канавок 6 на внутренней стороне 7 подпятника 5 размещены на равном расстоянии от встречных соседних канавок 6, выполненных с наружной стороны 8 (фиг.2).
Каждая канавка 6 имеет, по меньшей мере, одну боковую стенку 10, наклоненную под острым углом к торцевой поверхности подпятника 5 и формирующую над дном канавки 6 выступ 11, способный ввиду эластичности материала отгибаться в осевом направлении при вращении. Поперечное сечение канавки может быть выполнено, например, в форме равнобедренной (фиг.3) или прямоугольной трапеции.
Работа предлагаемого изобретения осуществляется следующим образом.
При вращении рабочего колеса 1 возникает осевая сила, смещающая рабочее колесо 1 по валу 2 в сторону направляющего аппарата 3. Упорный бурт 4 входит в соприкосновение с подпятником 5. Под действием потока жидкости, увлекаемого упорным буртом 4, выступ 11 отгибается в осевом направлении, чем обеспечивает благоприятные условия для создания смазочного гидродинамического клина. За счет того, что канавки 6 выполнены тупиковыми, утечки через упорный подшипник малы, так как зависят только от толщины гидродинамического клина. В результате уменьшаются потери на трение в ступени и, как следствие, повышается КПД и долговечность насоса.