ВИНТОВОЙ НАСОС Российский патент 2004 года по МПК F04C2/107 

Изобретение относится к насосам винтового типа, приспособленным для работы в буровых скважинах, и может быть использовано при откачке жидкостей с больших глубин.

Известен одновинтовой насос, содержащий винт, приводной вал винта и карданный механизм, связывающий винт с приводным валом для обеспечения привода винта насоса, расположенного в невертикальной скважине (US 2915979, 08.12.1959 г., Нкл.418-48).

Недостатком данного устройства является наличие сложного карданного механизма привода винта, большое число деталей которого уменьшает безотказность насоса. Также недостатком данного насоса является наличие незастопоренных частей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок, что уменьшает надежность насоса в целом.

Наиболее близким из известных технических решений является винтовой насос, содержащий корпус со всасывающей полостью и с неподвижно закрепленной в нем обоймой и расположенный в ней винт, вращающийся от приводного вала посредством гибкого вала пространственной формы, при этом корпус выполнен в виде соосных цилиндров, соединенных концевыми муфтами, расположенными до и после пары винт-обойма (US 2267459 А, 09.01.1939 г., Нкл. 418-48).

Недостатком данного устройства является наличие невиброзащищенной винтовой пары, колебания которой, возбуждаемые приводом насоса, приводят к нарушению соединения винт-обойма, которое может вызывать разрывы потока рабочей жидкости и тем самым уменьшать подачу насоса, может вызывать увеличение износа обоймы и тем самым также уменьшать подачу насоса, и может вызывать заклинивание пары винт-обойма. В результате уменьшается срок службы насоса, увеличивается стоимость его эксплуатации и снижается надежность в целом.

Данный насос имеет сравнительно низкий технический уровень по конструкции невиброзащищенной пары винт-обойма, что приводит к постоянной передаче на нее возмущающего воздействия от приводного двигателя, вызывая радиальные колебания винта и обоймы, что не обеспечивает надежной бесперебойной подачи жидкости вследствие отсутствия надежного контакта пары винт-обойма, которое приводит к интенсивному изнашиванию и заклиниванию пары, в результате чего увеличивается стоимость эксплуатации насоса, снижается его долговечность и надежность в целом, а также по конструкции корпуса, не предусматривающего возможности его надежного, виброзащищенного соединения с насосно-компрессорными трубами в установках, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции винтового насоса, снабженной новым надежным корпусом, обеспечивающим прочное, герметичное, виброзащищенное соединение корпуса с насосно-компрессорными трубами в установках, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин, и снабженной гасителем радиальных колебаний винта, создающим упругое и неупругое гашение радиальных колебаний винта и обеспечивающим наличие надежного контакта пары винт-обойма, что исключит заклинивание пары, приведет к уменьшению ее изнашивания, тем самым реализуется бесперебойная подача рабочей жидкости, снизится стоимость эксплуатации насоса, увеличится его долговечность и надежность в целом.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание новой системы виброзащиты винтового насоса, что приведет к улучшению работоспособности резьбовых соединений, уменьшит изнашивание винтовой пары и исключит возможность ее заклинивания, что обеспечит надежную, бесперебойную подачу рабочей жидкости, в результате снизится стоимость эксплуатации насоса, увеличится его долговечность и надежность.

Указанный технический результат достигается тем, что в винтовом насосе, содержащем корпус со всасывающей полостью и с неподвижно закрепленной в нем обоймой и расположенный в ней винт, вращающийся от приводного вала посредством гибкого вала пространственной формы, при этом корпус выполнен в виде соосных цилиндров, соединенных концевыми муфтами, расположенными до и после пары винт-обойма, согласно изобретению каждая из муфт, расположенная до пары винт-обойма в направлении потока жидкости, содержит два противолежащих резьбовых отверстия с направлениями резьбы, совпадающими с направлением винтовой линии винта, а каждая из муфт, расположенная после пары винт-обойма в направлении потока жидкости, содержит два противолежащих резьбовых отверстия с направлениями резьбы, противоположными направлению винтовой линии винта, причем насос снабжен гасителем радиальных колебаний винта, выполненным в виде вертикального корпуса со сквозными продольными отверстиями, образующими всасывающую полость насоса, и с радиальными отверстиями с пересекающимися осями, в каждом из которых установлен подпружиненный поршень, образующий в радиальном отверстии надпоршневую и подпоршневую полости, постоянно соединенные проходным отверстием, а поршни взаимодействуют со свободным хвостовиком винта, создавая упругое и неупругое гашение радиальных колебаний винта.

Вследствие того, что винтовой насос снабжен новой системой виброзащиты, содержащей корпус насоса в виде соосных цилиндров с виброзащитными концевыми муфтами, обеспечивающими высокоработоспособное, виброзащищенное соединение насоса с насосно-компрессорными трубами в установках для подъема жидкостей с больших глубин, и содержащей гаситель радиальных колебаний винта, выполненный в виде корпуса гасителя со сквозными продольными отверстиями и с радиальными отверстиями с пересекающимися осями, в которых установлены подпружиненные поршни, взаимодействующие со свободным хвостовиком винта, создавая упругое и неупругое гашение радиальных колебаний винта и тем самым обеспечивая наличие надежного контакта пары винт-обойма, уменьшение изнашивания винтовой пары и исключение возможности ее заклинивания, реализуется надежная бесперебойная подача насосом рабочей жидкости, в результате снижается стоимость эксплуатации насоса, увеличивается его долговечность и надежность.

Благодаря тому, что каждая из концевых муфт, расположенная до пары винт-обойма в направлении потока жидкости, содержит два противолежащих резьбовых отверстия с направлениями резьбы, совпадающими с направлением винтовой линии винта, а каждая из концевых муфт, расположенная после пары винт-обойма в направлении потока жидкости, содержит два противолежащих резьбовых отверстия с направлениями резьбы, противоположными направлению винтовой линии винта, обеспечивается дополнительное закручивание резьбовых соединений при рабочем вращении винта, тем самым образуется прочное, герметичное, стойкое к воздействию вибраций соединение корпуса с насосно-компрессорными трубами, исключающее возможность разделения частей насосной установки на большой глубине.

На фиг.1 изображена конструктивная схема заявляемого винтового насоса, на фиг.2 - увеличенный разрез АА (на фиг.1).

Винтовой насос содержит корпус 1 в виде соосных цилиндров 2, 3 с резьбовыми концами, соединенных между собой концевыми муфтами 4 посредством насосно-компрессорных труб 5, обеспечивающих подъем жидкостей с больших глубин. В корпусе 1 насоса неподвижно закреплена неметаллическая профилированная обойма 6, с которой взаимодействует расположенный в ней винт 7 с заданным направлением навивки винтовой линии, обеспечивающей заданное направление потока жидкости при рабочем направлении вращения винта 7. Винт 7 приводится во вращение приводным валом 8, соединяющим винт 7 с приводным двигателем через посредство гибкого вала 9 пространственной формы для обеспечения доступа винтовой пары насоса в скважину криволинейной формы. Каждая из концевых муфт 4 выполнена в виде корпуса 10 муфты с двумя противолежащими резьбовыми отверстиями 11, 12, форма резьбовых поверхностей которых соответствует форме резьбовых концов соосных цилиндров 2, 3 корпуса 1 насоса и резьбовых концов насосно-компрессорных труб 5. Резьбовые отверстия 11, 12 каждой из концевых муфт 4, расположенных до пары винт-обойма в направлении потока жидкости, имеют направления резьбы, совпадающие с направлением винтовой линии винта 7, а каждой из концевых муфт 4, расположенных после пары винт-обойма в направлении потока жидкости, имеют направления резьбы, противоположные направлению винтовой линии винта 7, что обеспечивает дополнительное закручивание резьбовых соединений соосных цилиндров 2, 3 корпуса 1 насоса и насосно-компрессорных труб 5 при рабочем вращении винта 7, тем самым образуется прочное, герметичное, стойкое к воздействию вибраций соединение корпуса 1 с насосно-компрессорными трубами 5, исключающее возможность разделения частей насосной установки на большой глубине. Насос снабжен гасителем 13 радиальных колебаний винта 7, установленным со стороны свободного хвостовика 14 винта 7, имеющего наибольшие размахи колебаний. Гаситель 13 выполнен в виде вертикального корпуса 15 гасителя, форма и размеры которого ограничиваются внутренним диаметром обсадной колонны 16, в которой размещается винтовой насос. В корпусе 15 гасителя выполнены сквозные продольные отверстия 17, расположенные вдоль оси винта 7, соединяющие кольцевую полость 18, расположенную между обсадной колонной 16 и корпусом 1 насоса, с рабочими полостями 19 насоса, образуя всасывающую полость 20 насоса. Также в корпусе 15 гасителя выполнены радиальные отверстия 21 с пересекающимися осями, в каждом из которых установлен поршень 22, образующий в радиальном отверстии 21 надпоршневую 23 и подпоршневую 24 полости и постоянно взаимодействующий со свободным хвостовиком 14 винта 7. Поршень 22 подпружинен предварительно поджатыми пружинами 25, создающими упругое гашение радиальных колебаний винта 7. Надпоршневая 23 и подпоршневая 24 полости радиальных отверстий 21 постоянно соединены между собой проходными отверстиями 26, выполненными в поршнях 22 или опорах 27 пружин 25, обеспечивающими при радиальных перемещениях винта 7 перетекание рабочей жидкости из надпоршневой полости 23 в подпоршневую полость 24 и наоборот, создающее неупругое гашение радиальных колебаний винта 7, тем самым обеспечивается требуемое соединение пары винт-обойма, что уменьшает изнашивание пары, исключает возможность ее заклинивания и увеличивает подачу насоса.

Предлагаемый винтовой насос работает следующим образом.

Приводной вал 8 приводного двигателя передает посредством гибкого вала 9 пространственной формы крутящий момент винту 7, взаимодействующему с обоймой 6, непосредственно закрепленной в корпусе 1 винтового насоса, расположенного в прямолинейной или криволинейной скважине. При этом винт 7 совершает рабочее вращение, которое при заданном направлении винтовой линии винта 7 обеспечивает направленное осевое перемещение рабочей жидкости из всасывающей полости 20 насоса, соединенной сквозными продольными отверстиями 17 в корпусе 15 гасителя 13 с кольцевой полостью 18, расположенной между обсадной колонной 16 и насосом, в рабочие полости 19 насоса.

При равномерном вращении винта 7, сообщаемом ему приводным двигателем, он оказывает касательное воздействие на обойму 6, на соосные цилиндры 2, 3 корпуса 1 насоса и на концевые муфты 4, каждая из которых, расположенная до пары винт-обойма в направлении потока жидкости, содержит два выполненных в ее корпусе 10 противолежащих резьбовых отверстия 11 с направлениями резьбы, совпадающими с направлением винтовой линии винта 7, а каждая из которых, расположенная после пары винт-обойма в направлении потока жидкости, содержит два выполненных в ее корпусе 10 противолежащих резьбовых отверстия 12 с направлениями резьбы, противоположными направлению винтовой линии винта 7, что обеспечивает дополнительное закручивание резьбовых соединений соосных цилиндров 2, 3 корпуса 1 насоса и насосно-компрессорных труб 5 при рабочем вращении винта 7, тем самым образуется прочное, герметичное, стойкое к воздействию вибраций соединение корпуса 1 с насосно-компрессорными трубами 5, исключающее возможность разделения частей насосной установки на большой глубине.

При неравномерном вращении винта 7, вызванном неравномерностью вращения приводного двигателя, приводного вала 8, гибкого вала 9 или неуравновешенностью самого винта, винт 7, кроме касательного воздействия на обойму 6, на соосные цилиндры 2, 3 корпуса 1 насоса и на концевые муфты 4, оказывает своим свободным концом 14 знакопеременное возмущающее радиальное воздействие на подпружиненные поршни 22, расположенные в радиальных отверстиях 21 корпуса 15 гасителя 13, которые перемещаются вдоль осей радиальных отверстий 21, сжимая и разжимая предварительно поджатые пружины 25, создающие упругое гашение радиальных колебаний винта 7, при этом рабочая жидкость перетекает из надпоршневой полости 23 в подпоршневую полость 24 радиального отверстия 21 через постоянно открытое проходное отверстие 26, выполненное в поршне 22 или опоре 27 пружины 25, создавая неупругое гашение радиальных колебаний винта 7. Тем самым исключаются возмущающие радиальные воздействия винта 7 на обойму 6, что обеспечивает требуемый контакт пары винт-обойма, а значит уменьшает изнашивание винтовой пары и исключает возможность ее заклинивания. В результате реализуется бесперебойная подача насосом рабочей жидкости, снижается стоимость эксплуатации насоса, увеличивается его долговечность и надежность в целом.

В предлагаемом винтовом насосе обеспечивается снижение стоимости его эксплуатации, увеличение долговечности и надежности в целом благодаря наличию в нем системы виброзащиты.

Винтовой насос предназначен для применения в установках, работающих в буровых скважинах, и обеспечивает снижение стоимости эксплуатации, увеличение долговечности и надежности винтового насоса, в результате чего уменьшается стоимость откачки жидкостей с больших глубин.

Изобретение может быть использовано при откачке жидкостей с больших глубин. В винтовом насосе каждая из муфт, расположенная до пары винт-обойма в направлении потока жидкости, содержит два противолежащих резьбовых отверстия с направлениями резьбы, совпадающими с направлением винтовой линии винта. Каждая из муфт, расположенная после пары винт-обойма в направлении потока жидкости, содержит два противолежащих резьбовых отверстия с направлениями резьбы, противоположными направлению винтовой линии винта. Насос снабжен гасителем радиальных колебаний винта, выполненным в виде вертикального корпуса со сквозными продольными отверстиями, образующими всасывающую полость насоса, и с радиальными отверстиями с пересекающимися осями, в каждом из которых установлен подпружиненный поршень, образующий в радиальном отверстии надпоршневую и подпоршневую полости, постоянно соединенные проходным отверстием, а поршни взаимодействуют со свободным хвостовиком винта, создавая упругое и неупругое гашение радиальных колебаний винта. Улучшается работоспособность резьбовых соединений, уменьшается изнашивание винтовой пары и исключается возможность ее заклинивания, что обеспечит надежную, бесперебойную подачу рабочей жидкости, в результате снизится стоимость эксплуатации насоса, увеличится его долговечность и надежность. 2 ил.

Винтовой насос, содержащий корпус со всасывающей полостью и с неподвижно закрепленной в нем обоймой и расположенный в ней винт, вращающийся от приводного вала посредством гибкого вала пространственной формы, при этом корпус выполнен в виде соосных цилиндров, соединенных концевыми муфтами, расположенными до и после пары винт - обойма, отличающийся тем, что каждая из муфт, расположенная до пары винт - обойма в направлении потока жидкости, содержит два противолежащих резьбовых отверстия с направлениями резьбы, совпадающими с направлением винтовой линии винта, а каждая из муфт, расположенная после пары винт - обойма в направлении потока жидкости, содержит два противолежащих резьбовых отверстия с направлениями резьбы, противоположными направлению винтовой линии винта, причем насос снабжен гасителем радиальных колебаний винта, выполненным в виде вертикального корпуса со сквозными продольными отверстиями, образующими всасывающую полость насоса, и с радиальными отверстиями с пересекающимися осями, в каждом из которых установлен подпружиненный поршень, образующий в радиальном отверстии надпоршневую и подпоршневую полости, постоянно соединенные проходным отверстием, а поршни взаимодействуют со свободным хвостовиком винта, создавая упругое и неупругое гашение радиальных колебаний винта.