ПЛАСТИНЧАТЫЙ НЕФТЯНОЙ НАСОС Российский патент 2002 года по МПК F04C2/344 

Предлагаемое устройство относится к классу роторных пластинчатых насосов и может быть использовано для откачки нефти из скважины.

Известны различные типы роторных пластинчатых насосов.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому устройству является роторная пластинчатая гидромашина, содержащая корпус, в котором выполнена полость с входными и нагнетательными отверстиями, с установленным в ней ротором с радиальными пазами, в которых расположены рабочие пластины, постоянно находящиеся в контакте с внутренней поверхностью полости во время вращения ротора и между которыми образованы камеры перекачивания, полость корпуса выполнена в виде цилиндрической поверхности, образованной двумя парами симметрично расположенных дуг двух различных радиусов и плавными дугообразными переходами от дуг большого радиуса к дугам малого радиуса, при этом дуги одинаковых радиусов расположены напротив друг друга, а ротор имеет цилиндрическую поверхность, образованную окружностью с радиусом меньшим, чем малый радиус полости корпуса, причем величина зазора между ротором и поверхностью полости корпуса δ>0, при этом рабочие пластины числом не менее восьми подпружинены в пазах с возможностью радиального перемещения. В данной конструкции не предусмотрены средства защиты устройства от вредного воздействия абразивных частиц, которые могут находиться в рабочей жидкости, поэтому при наличии таких частиц, например в добываемой нефти, в устройстве будет происходить усиленный износ трущихся частей или даже заклинивание, а это существенно ограничивает область использования пластинчатой гидромашины только рабочими жидкостями без абразивных включений.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение надежности, увеличение ресурса, технологичности и улучшение эксплуатационных свойств насоса.

Для достижения этой цели пластинчатый нефтяной насос содержит корпус, в котором выполнена полость с входными и нагнетательными отверстиями. В полости установлен ротор с радиальными пазами, в которых расположены рабочие пластины, постоянно находящиеся в контакте с внутренней поверхностью полости во время вращения ротора. Между пластинами образованы камеры перекачивания, в которые всасывается текучая среда из входных отверстий и из которых нагнетается текучая среда через нагнетательные отверстия. Полость корпуса выполнена в виде цилиндрической поверхности, образованной двумя парами симметрично расположенных дуг двух различных радиусов и плавными дугообразными переходами от дуг большого радиуса к дугам малого радиуса, причем дуги одинаковых радиусов расположены напротив друг друга. Ротор имеет цилиндрическую поверхность, образованную окружностью с радиусом меньшим, чем малый радиус полости корпуса, причем величина зазора между ротором и поверхностью полости корпуса δ>0. Рабочие пластины числом не менее восьми подпружинены в пазах с возможностью радиального перемещения. На внутренней поверхности паза выполнены канавки, соединяющие объем паза под рабочей пластиной с камерами перекачивания. В качестве опор вала ротора используются подшипники скольжения. Рабочие пластины выполнены из износостойкого полиуретана с добавлением для снижения коэффициента трения и степени нагрева поверхности смеси дисульфида молибдена, графита окисленного, вспученного и метатиновой кислоты в соотношении 1:1:1 в количестве 2-4 массовых частей или из твердого сплава на основе карбидов вольфрама или титана, внутренняя поверхность полости корпуса и подшипники скольжения выполнены из того же полиуретана, а боковые крышки из стали.

Преимущества насоса:
- С целью уменьшения нагрузки на опоры, повышения надежности и увеличения ресурса, упрощения технической реализации организуются два независимых симметричных канала прохождения потока внутри корпуса пластинчатого нефтяного насоса с восемью подпружиненными лопастями, при этом нагрузки на ротор со стороны рабочих пластин и рабочего тела взаимно уравновешиваются, что обеспечивает при любых нагрузках отсутствие осевых и радиальных усилий в опорах вала этого насоса. В свою очередь это позволяет использовать в качестве подшипников опор более простые и дешевые подшипники скольжения. При использовании восьми рабочих пластин отсутствует "мертвая" зона.

- С целью расширения функциональных возможностей ротор имеет цилиндрическую поверхность с радиальными пазами для перемещения в них рабочих пластин, причем радиус ротора меньше, чем минимальный радиус образующей поверхности полости корпуса. Наличие зазора δ>0 между поверхностями ротора и полости корпуса позволяет использовать устройство для перекачки жидкостей с включением твердых частиц, в том числе для природной нефти. При попадании твердых частиц диаметром меньшим, чем δ, в насос они будут свободно проходить между поверхностями ротора и корпуса, не вызывая заклинивания.

- С целью уменьшения сил гидравлического сопротивления при перемещении рабочих пластин относительно ротора на внутренней поверхности паза имеются канавки, соединяющие объем паза под рабочей пластиной с зоной высокого давления.

- С целью уменьшения износа рабочих пластин и повышения ресурса работы насоса при перекачивании нефти, содержащей высокоабразивные частицы примесей (диоксид кремния, оксид алюминия и др.), рабочие пластины выполняются из твердого сплава на основе карбидов вольфрама или титана, а внутренняя поверхность полости корпуса - из износостойкого полиуретана, подшипники скольжения выполняются из того же полиуретана.

- С целью уменьшения сил трения в подвижных рабочих пластинах и уменьшения износа при движении рабочих пластин как внутри ротора, так и по корпусу, в процессе перекачки умеренно загрязненных сред рабочие пластины и внутренняя поверхность корпуса выполнены из специального полимерного материала, боковые крышки из стали. Специально разработанный полимерный материал для рабочих пластин и внутренней поверхности корпуса выполнен из износостойкого полиуретана с добавкой смеси дисульфида молибдена, графита окисленного, вспученного и метатиновой кислоты, взятых в равном соотношении 1:1:1 в количестве 2-4 массовых частей.

- С целью возможности применения в качестве опор подшипников скольжения они также выполняются на основе полиуретана. Наличие в композиции добавок обеспечивает улучшение антифрикционных свойств и снижает температуру поверхности трения, что в совокупности обеспечивает требуемую износостойкость материала.

В зависимости от соотношения компонент композиционный материал обладает при указанных ниже соотношениях следующими свойствами, представленными в таблице.

Материалы, обладающие разной стабильностью в диапазоне температур -60-+100^oС, перерабатываются высокопроизводительным методом - свободным литьем.

На фиг. 1 представлен пластинчатый нефтяной насос. На фиг. 2 - разрез по сечению А-А на фиг. 1. Пластинчатый нефтяной насос содержит полый корпус 1 с входными 2 и нагнетательными 3 отверстиями, ротор 4 с валом 5 и радиальными пазами 6, рабочие пластины 7, пружины 8, камеры перекачивания 9, боковые крышки 10, подшипниковые опоры 11. В пазах 6 проточены канавки 12 для отвода рабочей жидкости. Канавки 12 соединяют объем паза 6 под рабочей пластиной 7 с камерами перекачивания 9. Цилиндрическая поверхность полости корпуса 1 образована симметрично расположенными дугами большого радиуса 13, малого радиуса 14 и переходами между дугами 15. Между дугами малого радиуса 14 и цилиндрической поверхностью ротора 4 имеется зазор 16 величиной δ>0. Камеры перекачивания 9 образованы внутренней частью цилиндрической полости корпуса 1 с большим радиусом 13, поверхностью ротора 4 и парой смежных рабочих пластин 7. Боковые крышки 10 содержат опоры 11 вала ротора 5. Рабочие пластины 7, внутренняя поверхность полости корпуса 1 и опоры 11 вала ротора 5 выполнены из композиционного полимерного материала.

Пластинчатый нефтяной насос работает следующим образом.

Двигатель приводит в движение ротор 4, через входные отверстия 2 в симметричные камеры перекачивания 9 поступает перекачиваемая жидкость. Перекачиваемая жидкость выходит из пластинчатого нефтяного насоса через два нагнетательных отверстия 3. При перемещении рабочих пластин 7 в зоне высокого давления, т.е. в области наибольшей нагрузки на рабочие пластины, они неподвижны относительно ротора 4, что существенно уменьшает потери на трение рабочих пластин 7 и их износ. Радиальные нагрузки, возникающие в двух симметричных камерах перекачивания 9, взаимно компенсируются. Это приводит к полной разгрузке подшипниковых опор 11 вала ротора 4, что позволяет применять в рассматриваемом устройстве в качестве опор не подшипники качения, а более простые и надежные подшипники скольжения со самосмазывающимися свойствами. Наличие зазора 16 между ротором 4 и корпусом 1 устраняет возможность заклинивания насоса при попадании в перекачиваемую жидкость твердых частиц.

Изобретение может быть использовано для добычи нефти из скважин. Насос содержит корпус, ротор с радиальными пазами, в которых расположены рабочие пластины. На внутренней поверхности паза выполнены канавки, соединяющие объем паза под пластиной с камерами перекачивания. Пластины выполнены из износостойкого полиуретана или из твердого сплава на основе карбидов вольфрама или титана, внутренняя полость крышки, подшипники скольжения выполнены из того же полиуретана, боковые крышки из стали. Расширяются функциональные возможности, повышается надежность, увеличивается ресурс, технологичность и улучшаются эксплуатационные свойства. 2 ил., 1 табл.

Пластинчатый нефтяной насос, содержащий корпус, в котором выполнена полость с входными и нагнетательными отверстиями, с установленным в ней ротором с радиальными пазами, в которых расположены рабочие пластины, постоянно находящиеся в контакте с внутренней поверхностью полости во время вращения ротора и между которыми образованы камеры перекачивания, полость корпуса выполнена в виде цилиндрической поверхности, образованной двумя парами симметрично расположенных дуг двух различных радиусов и плавными дугообразными переходами от дуг большого радиуса к дугам малого радиуса, при этом дуги одинаковых радиусов расположены напротив друг друга, а ротор имеет цилиндрическую поверхность, образованную окружностью с радиусом меньшим, чем малый радиус полости корпуса, причем величина зазора между ротором и поверхностью полости корпуса δ>0, при этом рабочие пластины числом не менее восьми подпружинены в пазах с возможностью радиального перемещения, отличающийся тем, что на внутренней поверхности паза выполнены канавки, соединяющие объем паза под рабочей пластиной с камерами перекачивания, а в качестве опор вала ротора используются подшипники скольжения, рабочие пластины выполнены из износостойкого полиуретана с добавлением для снижения коэффициента трения и степени нагрева поверхности смеси дисульфида молибдена, графита, окисленного вспученного и метатиновой кислоты в соотношении 1:1:1 в количестве 2-4 мас. ч. или из твердого сплава на основе карбидов вольфрама или титана, внутренняя поверхность полости корпуса и подшипники скольжения выполнены из того же полиуретана, а боковые крышки - из стали.