ВХОДНОЙ МОДУЛЬ ТОНКОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

1. Область техники
Полезная модель - входной модуль тонкой фильтрации (ВМТФ) погружного центробежного насоса - относится к нефтяному машиностроению и может быть использована в погружных насосах для добычи нефти из нефтяных скважин, служит для очистки пластовой жидкости на входе в погружной ценробежный насос от механических примесей и диспергации содержащихся в жидкости пузырьков газа, передачи крутящего момента от вала погружного электродвигателя на вал центробежного насоса.
2. Уровень техники
Известны входные модули типа MB, ЖНШ, МВТФ, применяемые в составе установок электрических центробежных насосов.
Входные модули типа МВ5, МВ5А, МВ6 (заводов «Борец», «Новомет», «Алнас») не обеспечивают необходимую тонкость фильтрации, не имеют узел диспергации и предохранительный клапан.
1. Известен RU 97778 U1 - ВХОДНОЙ МОДУЛЬ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Входной модуль погружного центробежного насоса содержит корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и головку, вал с промежуточными подшипниками, самоочищающийся многосекционный фильтр, закрепленный на корпусе, диспергирующее устройство, диспергирующее устройство выполнено в виде шнека, вращающегося в корпусе с продольными ребрами.
Входные модули типа МВТФ ООО «ТехНО-Ойл» заявка 2010115480/06 от 19.04.2010 RU 97778 U1 ООО имеют высокую тонкость фильтрации, имеют узел диспергации с дополнительным присоединяемым к основному корпусом, не имеют предохранительный клапан на случай засорения, имеют меньшую пропускную способность ограниченную конструкцией распорных трубок и подшипников.
2. Известен RU 2395014 C1 - ФИЛЬТР БЛОЧНЫЙ ДЛЯ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЭЛЕКТРОНАСОСА
Фильтр блочный содержит основание, головку и установленный между ними фильтрующий блок, отличающийся тем что фильтрующий блок состоит из одной или нескольких фильтрующих секций с возможностью их замены.
Корпуса отдельных блоков соединяются при помощи крепежных элементов, а валы при помощи шлицевых муфт. Фильтрующий элемент может быть выполнен из проволоки, пружины, экрана и др. Пропускная способность фильтра тем больше чем больше число вмонтированных в него блоков (для ФБР-5 - до 160 куб.м в сутки)
Данная конструкция фильтра (входного модуля) погружного центробежного насоса не имеет предохранительный клапан на случай засорения, имеют меньшую пропускную способность ограниченную большим количеством головок, оснований, ниппелей отдельных блоков, имеет более сложную и тяжелую конструкцию, большую массу вращающихся с валом частей (шлицевых муфт).
Наиболее близким аналогом является ВХОДНОЙ МОДУЛЬ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА RU 97778 U1. Однако он имеет следующие недостатки:
- повышенный износ втулок подшипников и валов по причине воздействия потока пластовой жидкости;
- повышенная вибрация вала по причине отсутствия распорных втулок между корпусами промежуточных подшипников;
- возможность срыва подачи жидкости на вход насоса, перегрев и выход из строя насоса при засорении фильтрующих элементов;
Заявляемая на регистрацию полезная модель входного модуля тонкой фильтрации позволит:
- уменьшить износ втулок подшипников и вала;
- обеспечить бесперебойную и безаварийную работу входного модуля при засорении фильтрующих элементов;
- увеличить пропускную способность входного модуля.
Для достижения данного технического результата конструкция входного модуля имеет следующие особенности:
- для защиты вала, втулок вала и подшипника от воздействия потока пластовой жидкости между опорными подшипниками вала устанавливаются защитные распорные трубы из коррозионностойкой стали. Распорные трубы увеличивают пространственную жесткость входного модуля и снижают уровень вибрации вала;
- в корпус нижнего подшипника встроен предохранительный подпружиненный тарельчатый клапан. При засорении фильтрующих элементов в полости входного модуля создается разряжение, которое ведет к открытию клапана и прохождению пластовой жидкости по каналам в основании модуля непосредственно в полость модуля и далее на вход насоса. Проходные сечения каналов основания и клапана расчетные. Это обеспечивает бесперебойную и безаварийную работу модуля при засорении фильтрующих элементов входного модуля;
- для уменьшения сопротивления протеканию пластовой жидкости распорные трубки выполнены из труб вдвое меньшего диаметра чем корпус входного модуля и находятся вне пути потока пластовой жидкости, площадь перфорации труб, проходного сечения каналов подшипников и головки выполнены увеличенными и являются расчетными, отверстия в корпусах подшипников выполнены увеличенной овальной формы, на верхнем конце вала входного модуля установлен высокопроизводительный шнек диспергатора обеспечивающий дополнительный подпор жидкости на входе в насос. Диспергирующее устройство встроено в корпус входного модуля и защищено гладким трубным корпусом из изностойкой стали. Все эти технические решения позволяют увеличить пропускную способность входного модуля.
Предлагаемый нами входной модуль тонкой фильтрации погружного центробежного насоса имеет встроенное диспергирующее устройство, выполненое в виде высокопроизводительного шнека, вращающегося в гладком без ребер корпусе диспергатора из износостойкой стали, который одновременно служит распорной трубой между верхними опорными подшипниками вала. Ступица шнека диспергатора выполнена удлиненной и служит одновременно защитной втулкой вала. Для увеличения пропускной способности входного модуля корпус выполнен с большей величиной перфорации, а распорные трубки минимально возможного диаметрального размера, а проточные каналы подшипников, головок, основания выполнены овалообразными с большим сечением и минимальным сопротивлением прохождению потока жидкости. Для безаварийной работы насосной установки в конструкции модуля имеется предохранительный клапан, обеспечивающий подачу пластовой жидкости на вход насоса при засорении элементов фильтра, клапан расположен в нижней зоне над основанием модуля
Конструкция входного модуля разработана с учетом многолетнего опыта эксплуатации входных модулей типа MB, МВТФ, ЖНШ в составе УЭЦН нефтедобывающими предприятиями России. Организовано серийное производство новых входных модулей на производственных площадях патентообладателя ООО «КАМАПРО» г. Набережные Челны. Осуществляются поставки нескольким предприятиям России и Казахстана. Претензий по качеству входных модулей не поступало.
3. Раскрытие полезной модели
Предлагаемая конструкция входного модуля тонкой фильтрации (ВМТФ) погружного центробежного насоса устанавливается на входе погружного центробежного электрического насоса для добычи нефти, содержит корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и головку, вал передающий вращение от электродвигателя к насосу с промежуточными подшипниками с твердосплавными вкладышами и распорными перфорированными трубами, самоочищающийся многосекционный щелевой каркасно-проволочный фильтр, закрепленный на корпусе, диспергирующее устройство с корпусом из коррозионностойкой стали и шнеком смонтированном на валу в верхней части модуля, предохранительный клапан обеспечивающий подачу пластовой жидкости на вход насоса при засорении элементов фильтра, расположенный в нижней зоне модуля.
Для увеличения пропускной способности входного модуля корпус и распорные трубки выполнены с большей величиной перфорации, а проточные каналы подшипников, головок, основания выполнены с большим сечением.
Фильтр тонкой очистки можно многократно использовать после регенерации (очищение фильтрующих элементов, восстановление прорывов, расслоений). Частичное самоочищение поверхности фильтрующих элементов происходит в процессе эксплуатации (за счет специального профиля проволоки, острых кромок приемных каналов и полированной поверхности всех поверхностей контактирующих с пластовой жидкостью проходящей через фильтр).
Узел диспергации, входящий в конструкции каждой секции позволяет преобразовать пластовую жидкость, содержащую свободный газ в однородную, измельченную газожидкостную смесь, перед подачей в насос. Данная конструкция предупреждает кавитацию насоса и образование газовых пробок, способствует стабильной работе насоса без срыва подачи.
Входной модуль тонкой фильтрации и устройство диспергации газожидкостной смеси представляют собой моноблочную конструкцию. Устройство диспергации состоит из шнека, установленного внутри входного модуля на валу, и корпуса диспергатора, выполненного из износостойкой стали. Корпус диспергатора служит одновременно распорной трубой между верней парой подшипников.
Предохранительный клапан тарельчатого типа предназначен для предохранения насоса срыва подачи и от работы в аварийном режиме - «всухую» при засорении фильтрующих элементов входного модуля установки. Клапан устроен таким образом, что при засорении фильтров выше допустимого уровня и возрастании вследствие этого перепада давления между скважинным затрубным давлением и давлением внутри входного модуля, происходит открытие каналов подачи пластовой жидкости в обход фильтрующих элементов через отверстия в основании входного модуля. Предохранительный клапан встроен в корпус нижнего подшипника, в котором имеются отверстия для прохода пластовой жидкости внутрь входного модуля. Тарелка клапана поджимается к торцу корпуса подшипника двумя пружинами через тяги, имеющие регулировочные гайки, и перекрывает проточные отверстия при нормальной пропускной способности фильтра входного модуля. Усилие открытия клапана определяется предельно допустимой степенью засорения фильтрующих элементов, а значит и величиной разряжения в полости входного модуля при работающей насосной установке и устанавливается путем изменения величины предварительного сжатия пружин при вращении регулировочных гаек. Таким образом клапан может быть настроен на перепад давления и соответствующую степень засорения фильтра от 90 до 50%. Настройка клапана осуществляется при сборке модуля в условиях предприятия изготовителя или ремонтного предприятия при ремонте модуля.
Входные модули применяется с насосами без осевой опоры вала и с гидрозащитами, воспринимающими осевые нагрузки от насоса. Входной модуль может состоять из одной нижней секции и для увеличения пропускной способности - из двух секций: нижней и верхней, корпуса секций соединяются между собой болтами, а валы посредством шлицевых муфт. Эксплуатация входного модуля возможна в составе установок любых производителей, за счет универсальной конструкции.
4. Краткое описание чертежей.
Входной модуль состоит из трубного корпуса п.1 с отверстиями по всей длине для прохода пластовой жидкости, головки п.3, основания п.2, вала п.4 с расположенными на нем радиальными подшипниками п.5 с втулками из твердого сплава. В корпусе подшипники стянуты распорными трубами п 6. Распорные трубы также имеют отверстия по всей длине для прохода пластовой жидкости. Соединение вала входного модуля с
валом протектора и валом секции насоса производится шлицевыми соединительными муфтами п.12, входящими в комплект поставки. На трубный корпус установлены щелевые фильтрующие элементы каркасно-проволочного типа п.7. Входной модуль тонкой фильтрации и устройство диспергации газожидкостной смеси представляют собой моноблочную конструкцию. Устройство диспергации состоит из шнека п.8, установленного внутри входного модуля на валу, и корпуса диспергатора п.9, выполненного из износостойкой стали. Корпус диспергатора служит одновременно распорной трубой между верней парой подшипников.
Предохранительный клапан п.10 тарельчатого типа предназначен для предохранения насоса срыва подачи и от работы в аварийном режиме - «всухую» при засорении фильтрующих элементов входного модуля установки. Клапан устроен таким образом, что при засорении фильтров выше допустимого уровня и возрастании вследствие этого перепада давления между скважинным затрубным давлением и давлением внутри входного модуля, происходит открытие каналов подачи пластовой жидкости в обход фильтрующих элементов через отверстия в основании входного модуля. Настройка клапана на рабочее давление открытия производится гайками п.11.
Основные детали входного модуля см. рисунок фиг.1
1 - трубный корпус с отверстиями по всей длине для прохода пластовой жидкости;
2 - основание;
3 - головка;
4 - вал со шпонкой и шлицевыми пазами по концам;
5 - радиальные подшипники с втулками из твердого сплава;
7 - щелевые фильтрующие элементы каркасно-проволочного типа;
6 - распорные перфорированные трубы;
8 - шнек, установленный внутри входного модуля на валу;
9 - корпус диспергатора из коррозионностойкой износостойкой стали;
10 - предохранительный клапан тарельчатого типа;
11 - регулировочные гайки клапана;
12 - шлицевые муфты.
5. Осуществление полезной модели
Входной модуль применяется в составе установок погружных электрических насосов для добычи нефти. Входные модули монтируются на входном фланце насоса, газосепаратора или диспергатора насоса. Входные модули передают крутящий момент от вала двигателя на вал насоса, очищают и подают пластовую жидкость на вход погружного насоса.
При включении погружного насоса пластовая жидкость, всасываемая вращающимся ротором насоса, проходит через щелевые фильтры п.7 и через отверстия в корпусе п.1 во внутреннюю полость входного модуля. Механические частицы, взвешенные в пластовой жидкости размером более размера щели фильтрующего элемента п.7, отделяются и оседают в полости колонны. Вместе с жидкостью в полость модуля поступают пузырьки газа. Смесь жидкости, мелких механических частиц, пузырьков газа перемешиваются на лопатках высокопроизводительного шнека п.8 и под напором по отверстию головки п.3 подается на вход насоса.
При засорении фильтрующих элементов и увеличении разряжения в полости модуля происходит автоматическое открытие предохранительного клапана п.10 и пластовая жидкость по каналам в основании модуля п.2 подается через полость модуля непосредственно на прием насоса, обеспечивая защиту насоса от срыва подачи жидкости.
Вал, втулки вала п.4 и подшипника п.5 защищены от непосредственного воздействия перекачиваемой пластовой жидкости распорными трубами п.6. Втулки подшипника смазываются и охлаждаются жидкостью поступающей через дренажные отверстия в трубах распорных п.6.
Вал входного модуля п.4 служит для передачи крутящего момента от вала двигателя к валу насоса, имеет шпонку для фиксации втулок вала, шнека п.8 и шлицевые концы для крепления соединительных муфт п.12.