ПОГРУЖНОЙ СДВОЕННЫЙ ВИНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНАСОС Российский патент 2002 года по МПК F04B47/00 F04C5/00 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в винтовых насосах для добычи высоковязкой нефти из скважин и в буровой технике.

Известны погружные сдвоенные винтовые электронасосы для добычи высоковязкой нефти из скважин, выполненные по гидравлически уравновешенной схеме и состоящие из электродвигателя и двух последовательно расположенных рабочих пар: винт-обойма с правым и левым направлением рабочих винтовых поверхностей. Такое конструктивное решение позволяет обеспечить уравновешенное распределение осевых сил при вращении винтов. Для передачи вращения от электродвигателя используется эксцентриковая муфта, состоящая из двух корпусов, внутри каждого корпуса размещены подвижные сферические шарниры, связанные между собой валом, а каждый корпус соединен со своим винтом при помощи резьбового соединения [1,2].

Недостатком известных технических решений является то, что резьбовое соединение одного из корпусов эксцентриковой муфты с винтом, передающим вращающий момент от электродвигателя, не позволяет без изменения технологии выполнить высоконапорный винтовой насос по указанной конструктивной схеме для эксплуатации низкодебитных скважин по следующим причинам.

Известно, что значение требуемой подачи Q винтового насоса определяется параметрами винта и обоймы в соответствии с формулой:
Q=4deTn,
где d - диаметр поперечного сечения винта, мм;
е - эксцентриситет, мм;
Т - шаг двухзаходной винтовой обоймы, мм;
n - частота вращения винта, об/мин.

При создании высоконапорных винтовых насосов для откачки высоковязкой нефти из малодебитных скважин (с подачей от 8 до 20 куб.м/сут) уменьшение диаметра поперечного сечения винта и применение резьбового соединения винта с эксцентриковой муфтой не является равнопрочным по осевым и крутящим нагрузкам и требует увеличения жесткости винта за счет механических свойств стали и принципиального изменения технологии сборки, то есть простое варьирование параметром d не представляется возможным.

Практика показывает, что для низкодебитных высоконапорных винтовых насосов, выполненных по уравновешенной схеме, самым эффективным влиянием, оказывающим на снижение подачи насоса, является снижение частоты вращения винта в сочетании с увеличением эксцентриситета. Это обусловлено тем, что снижение частоты вращения винта улучшает показатели надежности насоса за счет уменьшения скорости скольжения винта в обойме и соответственно уменьшения гидроабразивного износа рабочих пар, а увеличение эксцентриситета обеспечивает увеличение площади соприкосновения винтовых поверхностей рабочей пары, что уменьшает утечки из внутренней камеры между винтом и обоймой, возникающие при снижении частоты вращения винтов.

Однако увеличение эксцентриситета не позволяет технологически выполнить сборку винтовых насосов по сдвоенной гидравлически уравновешенной схеме с резьбовым соединением винта, передающего вращающий момент от электродвигателя, с одним из корпусов эксцентриковой муфты, поскольку диаметр описанной окружности винта и резьбового соединения получается, в этом случае, значительно выше отверстия в "свету" самой обоймы, то есть становится невозможным произвести сборку обоймы с винтом со стороны подсоединения его к эксцентриковой муфте, что требует технология сборки.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи, заключающейся в расширении области применения погружного сдвоенного винтового насоса, выполненного по гидравлически уравновешенной схеме, применительно для эксплуатации малодебитных скважин путем снижения подачи за счет увеличения эксцентриситета и уменьшения частоты вращения винта, а также в повышении надежности и сохранении технологии сборки насоса.

Это достигается тем, что в погружном сдвоенном винтовом электронасосе, содержащем две последовательно расположенные рабочие пары винт-обойма, выполненные с правым и левым направлением рабочих винтовых поверхностей, электродвигатель и эксцентриковую муфту, соединяющую винт первой рабочей пары, обеспечивающий передачу вращающегося момента от электродвигателя, с винтом второй рабочей пары, причем эксцентриковая муфта состоит из двух корпусов, в каждом из которых закреплены сферические шарниры, связанные между собой валом, винт первой рабочей пары соединен с первым корпусом эксцентриковой муфты с помощью двух втулок, высота каждой из которых меньше половины или равна половине шага рабочей поверхности винта, а внутренняя поверхность повторяет рабочую поверхность винта, втулки охватывают край винта и расположены в корпусе эксцентриковой муфты с возможностью прижатия внутренними торцевыми поверхностями друг к другу, наружной торцевой поверхностью первой втулки к внутренней торцевой поверхности корпуса эксцентриковой муфты и наружной торцевой поверхностью второй втулки к торцевой поверхности зажимной втулки, закрепленной в продольном направлении в первом корпусе эксцентриковой муфты, при этом первая втулка зафиксирована от вращения относительно винта с помощью шпоночного соединения, образованного лыской, выполненной на последнем витке рабочей поверхности винта первой рабочей пары и пазом под шпонку, выполненным на внутренней поверхности первой втулки, а вторая втулка зафиксирована от вращения относительно корпуса эксцентриковой муфты с помощью второго шпоночного соединения, образованного пазами под шпонку, один из которых выполнен на наружной боковой поверхности второй втулки, а второй - на внутренней боковой поверхности корпуса эксцентриковой муфты; противоположный конец винта первой рабочей пары связан с электродвигателем через редуктор, обеспечивающим при работе насоса понижение частоты вращения винтов до 250 об/мин.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид погружного сдвоенного винтового электронасоса, а на фиг. 2 - соединение винта первой рабочей пары с корпусом эксцентриковой муфты.

Погружной сдвоенный винтовой электронасос состоит из первой рабочей пары, включающей в себя винт 1 и обойму 2, выполненных, например, с правым направлением рабочих винтовых поверхностей, и второй рабочей пары, включающей в себя винт 3 и обойму 4, выполненных соответственно с левым направлением винтовых поверхностей. Винт 1 с одной стороны соединен через редуктор 5 с электродвигателем 6, а с другой стороны - с корпусом 7 эксцентриковой муфты 8, второй корпус 9 которой соединен с винтом 3. Внутри корпусов 7 и 9 эксцентриковой муфты установлены сферические шарниры 10, которые соединены между собой валом 11 (фиг.1). В корпусе 7 эксцентриковой муфты 8 винт 1 первой рабочей пары закреплен с помощью втулок 12 и 13 (фиг.2), выполненных по высоте меньше половины или равной половине шага рабочей поверхности винта и с внутренней поверхностью, повторяющей рабочую поверхность винта 1. Втулки 12 и 13 установлены на винте 1 одна за другой и охватывают край винта 1. Первая втулка 12 закреплена на винте 1 с помощью шпонки 14, для чего на последнем витке винта 1 выполнена лыска 15, а на внутренней поверхности втулки 12 выполнен паз 16. Вторая втулка 13 закреплена в корпусе 7 эксцентриковой муфты с помощью шпонки 17, для этого на наружной боковой поверхности втулки 13 и на внутренней боковой поверхности корпуса 7 выполнены пазы 18 и 19. С наружной торцевой стороны корпуса 7 эксцентриковой муфты с помощью резьбового соединения 20 установлена зажимная втулка 21, которая прижимает внутренние торцевые поверхности втулок 12 и 13 друг к другу и наружную торцевую поверхность втулки 12 к внутренней торцевой поверхности корпуса 7 эксцентриковой муфты, тем самым, обеспечивая статический сбой шага внутренней винтовой поверхности втулок 12 и 13 относительно рабочей поверхности винта 1. Зажимная втулка 21 зафиксирована в корпусе 7 запорным кольцом 22.

Электродвигатель 6 через редуктор 5 обеспечивает с заданной частотой вращение винта 1, выполненного с увеличенным эксцентриситетом. Вращение винта 1 через втулку 12, которая зафиксирована на конце винта шпоночным соединением, передается на корпус 7 эксцентриковой муфты в продольном направлении за счет прижатия наружной торцевой поверхности втулки 12 к внутренней торцевой поверхности корпуса 7 эксцентриковой муфты, внутренней торцевой поверхности втулки 12 к внутренней торцевой поверхности втулки 13 и наружной торцевой поверхности втулки 13 к торцевой поверхности зажимной втулки 21, а в диаметральном направлении - за счет шпоночного соединения втулки 13 с корпусом 7 эксцентриковой муфты. Вращение винта 1 создает динамическое смещение внутренних поверхностей втулок 12 и 13 относительно рабочей поверхности винта 1, что обеспечивает более плотное прижатие втулок 12,13 к винту 1 по внутренним поверхностям и к корпусу 7 эксцентриковой муфты по торцевым и наружным диаметральным поверхностям.

Таким образом, предложенная конструкция погружного сдвоенного винтового электронасоса обеспечивает:
- применение уравновешенной схемы погружного сдвоенного винтового электронасоса для расширения ряда низкоебитных (с подачей от 8 до 20 куб. м/сут) высоконапорных насосов;
- равнопрочное соединение по осевым и крутящим нагрузкам исходя из габаритов винта, а также возможность варьирования значением эксцентриситета в пределах от 2,5 до 4,5 мм при снижении частоты вращения винта с 3000 - 1500 об/мин до 500-250 об/мин;
- улучшение показателей насоса по объемным потерям подачи путем снижения утечек из внутренней камеры между винтом и обоймой за счет создания большей контактирующей площади винтовых поверхностей рабочих пар.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР 236987, F 05 G, 16.06.69.

2. Патент США 3802803, F 01 С 05/04, 09.04.74.

Изобретение используется в винтовых насосах для добычи высоковязкой нефти и в буровой технике. Винт, передающий вращающий момент через редуктор от электродвигателя, соединен с корпусом эксцентриковой муфты с помощью двух стальных втулок, выбранных по высоте меньше половины или равной половине шага рабочей поверхности винта, а внутренняя поверхность повторяет поверхность винта. Втулки охватывают край винта и установлены вместе с ним в корпусе эксцентриковой муфты, при этом первая втулка соединена шпонкой с винтом, выполненным с лыской, а вторая втулка соединена шпонкой с корпусом эксцентриковой муфты. Обе втулки с торцевой стороны прижаты к внутренней торцевой поверхности корпуса эксцентриковой муфты зажимной втулкой и запорным кольцом. Создан низкодебитный высоконапорный насос по уравновешенной схеме с улучшенными показателями надежности, и сохранена технология сборки насоса за счет увеличения эксцентриситета и уменьшения частоты вращения винтов при равнопрочном соединении винта с корпусом эксцентриковой муфты. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Погружной сдвоенный винтовой электронасос, содержащий две последовательно расположенные рабочие пары винт - обойма, выполненные с правым и левым направлением рабочих винтовых поверхностей, электродвигатель и эксцентриковую муфту, соединяющую винт первой рабочей пары, который обеспечивает передачу вращающего момента от электродвигателя, с винтом второй рабочей пары, причем эксцентриковая муфта состоит из двух корпусов, в каждом из которых закреплены сферические шарниры, связанные между собой валом, отличающийся тем, что винт первой рабочей пары соединен с первым корпусом эксцентриковой муфты с помощью двух втулок, высота каждой из которых меньше половины или равна половине шага рабочей поверхности винта, а внутренняя поверхность повторяет рабочую поверхность винта; втулки охватывают край винта и расположены в корпусе эксцентриковой муфты с возможностью прижатия внутренними торцевыми поверхностями друг к другу, наружной торцевой поверхностью первой втулки к внутренней торцевой поверхности корпуса эксцентриковой муфты и наружной торцевой поверхностью второй втулки к торцевой поверхности зажимной втулки, закрепленной в продольном направлении в первом корпусе эксцентриковой муфты, при этом первая втулка зафиксирована от вращения относительно винта, а вторая втулка зафиксирована от вращения относительно корпуса эксцентриковой муфты. 2. Погружной сдвоенный винтовой электронасос по п. 1, отличающийся тем, что первая втулка зафиксирована относительно винта с помощью шпоночного соединения, образованного лыской, выполненной на последнем витке рабочей поверхности винта первой рабочей пары, и пазом под шпонку, выполненным на внутренней поверхности первой втулки. 3. Погружной сдвоенный винтовой электронасос по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что вторая втулка зафиксирована от вращения относительно корпуса эксцентриковой муфты с помощью второго шпоночного соединения, образованного пазами под шпонку, один из которых выполнен на наружной боковой поверхности второй втулки, а второй - на внутренней боковой поверхности корпуса эксцентриковой муфты. 4. Погружной сдвоенный винтовой электронасос по п. 1, отличающийся тем, что противоположный конец винта первой рабочей пары связан с электродвигателем через редуктор, обеспечивающим при работе насоса понижение частоты вращения до 250 об/мин.