ЦАНГОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ ВАЛОВ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ ПОГРУЖНЫХ НАСОСОВ Российский патент 2017 года по МПК F04D29/44 F04D13/10 F16D1/116 

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

В настоящей заявке заявляется право приоритета по заявке на патент США № 14/166848, поданной 28 января 2014 года и включенной в данный документ в полном объеме посредством ссылки, в которой, в свою очередь, заявляется право приоритета по предварительной заявке на патент США № 61/757904, поданной 29 января 2013 года и включенной в данный документ в полном объеме посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В некоторых системах реверсивных электроцентробежных погружных насосов (ЭЦПН), используемых в нефтегазовой промышленности, в которых насосы находятся ниже электродвигателя, используется специальное соединение двух валов, способное передавать помимо крутящего момента также и осевую нагрузку. Такая осевая нагрузка может возникнуть вследствие воздействующих на валы упорного давления внутри насосов, веса валов и рабочих колес, расположенных ниже, или перепада давлений в секциях, воздействующего на валы. Осевая нагрузка должна передаваться на упорные подшипники, установленные в предохранительном устройстве.

Подобная осевая нагрузка может возникнуть в некоторых стандартных ЭЦПН в ситуациях, когда насос работает для создания давления снизу, а оно передается на предохранительное устройство контрящим моментом в соединительной муфте.

Соединение валов в реверсивных ЭЦПН в основном выполняется с помощью специальных соединительных муфт "на штифтах", которые могут крепиться на вал штифтом, вставленным в отверстие в валу и соединительной муфте. Штифт передает осевую нагрузку от расположенного ниже вала на соединительную муфту, а второй штифт передает осевую нагрузку от соединительной муфты на вал, расположенный выше. Установка и снятие этих штифтов по месту эксплуатации затруднительна, а в некоторых случаях их снятие невозможно.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведено описание цанговой соединительной муфты для электроцентробежных погружных насосов. Типовое приспособление состоит из соединительной муфты для соединения двух вращающихся валов в колонну оборудования электроцентробежного погружного насоса (ЭЦПН), дополнительно включающей полый трубчатый элемент для помещения в него конца каждого из двух вращающихся валов, по меньшей мере одну цангу для фиксации соединительной муфты по меньшей мере к одному из двух вращающихся валов, раздвижные лепестки по меньшей мере на одном конце по меньшей мере одной цанги для приложения радиального усилия к наружному диаметру по меньшей мере одного из двух вращающихся валов, буртики на лепестках для фиксации по меньшей мере в один паз по меньшей мере на одном из двух вращающихся валов и фаски по меньшей мере на одном пазе для передачи и восприятия усилий осевой нагрузки между двумя вращающимися валами посредством буртиков, раздвижных лепестков и по меньшей мере одной цанги. Типовой способ заключается в присоединении одного конца соединительной муфты к первому вращающемуся валу нижнего компонента ЭЦПН в скважине с помощью двухкомпонентного кольца, подгонки длины резьбовой части вдоль оси резьбовой цанги соединительной муфты для присоединения ко второму вращающемуся валу верхнего компонента ЭЦПН, опускаемого на нижний компонент ЭЦПН, раздвижении лепестков резьбовой цанги путем помещения второго вращающегося вала в резьбовую цангу и зацеплении буртиков раздвижных лепестков цанги с пазом второго вращающегося вала для сопряжения первого вращающегося вала со вторым вращающимся валом, а также для передачи и восприятия осевых нагрузок между первым вращающимся валом и вторым вращающимся валом посредством резьбовой цанги, лепестков и буртиков. Еще один типовой способ заключается в замере расстояния отклонения по оси между меткой на валу и торцом фланца первого компонента электроцентробежного погружного насоса (ЭЦПН), переводе расстояния отклонения по оси в значение частичной юстировки для изменения длины регулируемой цанговой соединительной муфты, для целей соединения первого вала первого компонента ЭЦПН со вторым валом второго компонента ЭЦПН и передачи осевых нагрузок между первым валом и вторым валом, а также нанесении маркировки значения частичной юстировки на корпусе первого компонента ЭЦПН для последующего монтажа регулируемой цанговой соединительной муфты.

Данный раздел о сущности изобретения не предполагает изложение полного описания объекта изобретения. Подробное описание с предпочтительными вариантами реализации изобретения приводится ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На Фиг. 1 представлена схема типового соединения двух компонентов ЭЦПН при помощи цанговой соединительной муфты.

На Фиг. 2 представлена схема типового вала и цанговой соединительной муфты до их соединения.

На Фиг. 3 представлена схема примера угла "А" между буртиком и фаской паза, который составляет менее 90°.

На Фиг. 4 представлена схема примера цанговой соединительной муфты с типовой цангой с одной стороны и креплением штифтами к валу с другой стороны.

На Фиг. 5 представлена схема типового соединения при помощи соединительной муфты, служащей в качестве фиксатора цанги на конце вала.

На Фиг. 6 представлена схема типового соединения при помощи соединительной муфты с вырезом, служащей в качестве фиксатора цанги на конце вала, при этом благодаря вырезу в соединительной муфте возможно соединять и разъединять валы, немного сдвинув в сторону соединительную муфту.

На Фиг. 7 представлена схема типового соединения с регулируемой цанговой соединительной муфтой, состоящей из двух деталей.

На Фиг. 8 представлена схема типового соединения с регулируемой цанговой соединительной муфтой, состоящей из трех деталей.

На Фиг. 9 представлена схема типовых коротких шпонок на цанге, используемых для предотвращения свинчивания цанги с цанговой соединительной муфты.

На Фиг. 10 представлена схема типового сечения трехкомпонентной цанговой муфты, соединенной с валом.

На Фиг. 11 представлена схема типового способа замера отклонения вала и маркировки компонента ЭЦПН на заводе.

На Фиг. 12 представлена схема типового способа подгонки соединительной муфты согласно отметкам отклонений уже на месторождении.

На Фиг. 13 представлена схема типового двухкомпонентного регулировочного кольца между компонентами ЭЦПН для компенсирования удлиненной выступающей части вала.

На Фиг. 14 представлена схема типового приема разобщения лепестков цанги путем смещения фиксатора от цанги.

На Фиг. 15 представлена схема типового соединения компонентов во время монтажа ЭЦПН.

На Фиг. 16 представлена схема продолжения типового соединения компонентов во время монтажа ЭЦПН, проиллюстрированного на Фиг. 15.

На Фиг. 17 представлена схема типового разъединения компонентов во время снятия ЭЦПН.

На Фиг. 18 представлена схема последовательности технологических операций типового способа соединения валов двух компонентов ЭЦПН.

На Фиг. 19 представлена схема последовательности технологических операций типового способа установки цанговой соединительной муфты в соответствии с заводскими значениями юстировки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Общие сведения

В типовой соединительной муфте цанга соединяет два вращающиеся вала, а также передает осевую нагрузку с каждого вала, подсоединенного к соединительной муфте. Использование такой типовой цанги упрощает процесс соединения секций электроцентробежного погружного насоса (ЭЦПН) и сокращает затраты времени рабочими. Типовая цанговая соединительная муфта также упрощает процесс разъединения секций ЭЦПН.

Типовая цанговая соединительная муфта может быть использована в забойных системах с электроразведкой, основанной, например, на использовании кабеля и на использовании контуров. Объект изобретения, описанный в данной заявке, может быть использован во многих других системах, передающих осевое (растягивающее) усилие или нагрузку между двумя валами после их соединения, благодаря чему эти системы могут быть более быстро соединены и разъединены.

Типовые устройства

На Фиг. 1 проиллюстрировано типовое соединение двух компонентов 100 и 100’ ЭЦПН при помощи типовой цанговой соединительной муфты 102. Вал 106 компонента 100 ЭЦПН соединен с валом 106’ другого компонента 100’ ЭЦПН типовой цанговой соединительной муфтой 102. Цанга 104 принимает в себя концы обоих валов 106 и 106’ и увеличивает расстояние до каждого вала, таким образом обеспечивая устойчивость и прочность соединения. В одном из вариантов реализации изобретения соединение с каждым валом 106 и 106’ симметрично для каждого вала, однако в нижеследующем описании для упрощения конкретизируется одна сторона и один вал. На лепестках 108 (и 108’) типовой цанговой соединительной муфты 102 имеются буртики 110, совмещаемые с пазом 112 на каждом валу 106. Фиксатор 114 обеспечивает захват цанги 104 на валу 106, удерживая лепестки 108 от разжатия и следующие друг за другом буртики 110 лепестков от выхода из паза 112 на валу.

Фиксатор 114 может удерживаться на месте на лепестках 108 цанги упругим элементом 116 (например, пружиной), опирающимся на стопорное кольцо 118, либо при помощи других средств. В случае с симметричным вариантом реализации изобретения во втором компоненте 100’ ЭЦПН имеется такое же соединение при помощи типовой цанговой соединительной муфты 102, как на другой стороне, а на валу 106’ имеется подобный паз 112’ для лепестков 108’ типовой цанги 104, фиксатор 114’, упругий элемент 116’ и стопорное кольцо 118’.

На Фиг. 2 проиллюстрированы валы 106 и 106’, а также типовая цанговая соединительная муфта 102 в состоянии до их соединения. В одном из вариантов реализации изобретения для соединения вала 106 при помощи типовой цанговой соединительной муфты 102 их сдвигают друг к другу по прямой в осевом направлении. Шпонки 120 цанги 104 могут быть совмещены со шпонками 122 вала 106.

Лепестки 108 цанги 104 изначально находятся в неотклоненном положении, однако после попадания на вал 106 лепестки 108 подвергаются упругому отклонению по радиусу наружу от центральной оси цанги 104 до тех пор, пока вал 106 не пройдет через внутренний диаметр концов лепестков 108, заданный буртиками 110 лепестков. Буртики 110 на концах лепестков 108 цанги 104 можно наглядно представить на Фиг. 3. Если обратиться к Фиг. 2-3, то видно, что конец цанги 104 с отклоненными лепестками 108 становится больше в диаметре на наружном участке, чем внутренний диаметр фиксатора 114, таким образом, что лепестки 108 цанги 104 доходят до фиксатора 114, лепестки 108 нажимают на фиксатор 114, сдвигая его по валу 106 с конца вала 106. Дальнейшее перемещение фиксатора 114 сжимает упругий элемент 116. В момент достижения буртиками 110 лепестков 108 паза 112 на валу 106 эластичность лепестков 108 вызывает их спружинивание внутрь по радиусу. Затем буртики 110 зацепляются с пазом 112, после чего уменьшенный наружный диаметр лепестков 108 позволяет фиксатору 114 соскользнуть с лепестков 108 к концу вала 106 под воздействием усилия сжатого упругого элемента 116.

В одном из вариантов реализации изобретения после сдвига с лепестков 108 цанги 104 фиксатор 114 препятствует раздвижению лепестков 108 цанги 104 по радиусу наружу и разобщению буртиков 110 из паза 112 на валу 106. С этого момента буртики 110, находясь на месте, передают осевую нагрузку на фаски 126 паза 112, в котором они помещаются, предотвращая слишком сильное смещение в осевом направлении между цанговой соединительной муфтой 102 и валом 106.

В одном из вариантов реализации изобретения другой вал 106’ другого компонента 100’ ЭЦПН с другой стороны цанговой соединительной муфты 102 может быть подсоединен к цанге 104 таким же способом, как описано выше для вала 106.

В одном из вариантов реализации изобретения для того, чтобы отсоединить вал 106 от цанговой соединительной муфты 102, фиксатор 114 отводится назад от лепестков 108 цанги 104 с конца соответствующего вала 106, после чего вал 106 и цанговая соединительная муфта 102 оттягиваются друг от друга. В одном из вариантов реализации изобретения угол “A” зацепления между буртиком 110 и фаской паза 302 составляет менее 90° относительно горизонтали, как проиллюстрировано на Фиг. 3, при этом оттягивание вала 106 от соединительной муфты 102 вынуждает буртики 110 раздвигаться по радиусу из паза 112 и отклоняет лепестки 108 по радиусу наружу. Такое действие высвобождает цангу 104 из паза 112 вала 106, после чего цанговая соединительная муфта 102 легко снимается с вала 106.

В дополнение к методу использования угла между буртиком 110 и фаской 302, составляющего менее 90°, или вместо него применяется и другой типовой метод высвобождения буртиков 110 из паза 112, в котором лепестки 108 слегка отклоняются. В одном из вариантов реализации изобретения концы 128 лепестков постоянно выгнуты наружу, образуя небольшую кривую. Далее, во время соединения лепестки 108 в зависимости от усилия этого отклонения сдвигаются внутрь коническим внутренним отверстием фиксатора 114 таким образом, что буртики 110 заходят в паз 112. Во время разъединения после отхода фиксатора 114 концы 128 лепестков 108 спружинивают назад с вала 106, что позволяет произвести разъединение с углом между буртиком 110 и фаской 126, составляющим 90° или более, а это способствует повышению прочности на растяжение соединительной муфты 102, исключив компоненту силы, действующую по радиусу наружу, или даже образуя компоненту силы, действующую вовнутрь.

На Фиг. 4 проиллюстрирован типовой вариант реализации изобретения, в котором типовая цанговая соединительная муфта 402 соединяется с валом 106’ одного компонента 100’ ЭЦПН при помощи типовой цанги 404, а вал 106 другого компонента 100 ЭЦПН подсоединяется к той же цанге 404 с использованием одного из нескольких общеупотребительных методов: например, цанга 404 может крепиться к валу 106 штифтовым соединением при помощи штифта 406, или любым резьбовым, сварным или крепежным соединением с помощью двухкомпонентного кольца и гайки, и т.д.

На Фиг. 5 проиллюстрирован вариант реализации изобретения, в котором элемент 502 соединительной муфты сам по себе выполняет роль фиксатора 514. В такой конструкции лепестки 508 цанги 504 могут прикрепляться к валу 506 в виде отдельных деталей или же могут быть изготовлены вместе с валом 506 в виде цельной детали. Зажим 530 с пазом 112 может прикрепляться к другому валу 506’ другого компонента 100’ ЭЦПН в виде отдельной детали либо может быть изготовлен как часть другого вала 506’ в виде цельной детали. Элемент 502 соединительной муфты в виде отдельной детали может сдвигаться по присоединяемому валу 506’, с тем чтобы лепестки 508 цанги могли прийти в зацепление с пазом 112, а также действовать как фиксатор при соскальзывании назад, для того, чтобы накрыть лепестки 508 по наружному диаметру, таким образом предотвращая выдвижение лепестков 508 из паза 112. Для разобщения лепестков 508 во время разъединения соединительная муфта 502 сдвигается с лепестков цанги 508 к другому валу 506’ под воздействием усилия упругого элемента 516 и кольца 518.

Если зажим 530 с пазом 112 и лепестки 508 цанги изготовлены в виде отдельных деталей относительно их соответствующих валов 506 и 506’, то их положения на валах 506 и 506’ могут быть отрегулированы на заводе после готовности каждого компонента 100 и 100’ ЭЦПН, например, с регулировочными кольцами 532 и 534 для компенсирования изменения положений валов 506 и 506’ ЭЦПН относительно поверхности контакта фланцев 536 между компонентами 100 и 100’ ЭЦПН. Благодаря этому возможна полная взаимозаменяемость компонентов 100 ЭЦПН по месту эксплуатации с исключением необходимости замеров и регулировки по месту эксплуатации.

На Фиг. 6 проиллюстрирована типовая соединительная муфта 602 с вырезом, сокращающая расстояние, на которое соединительную муфту 602 необходимо сдвинуть по валам для высвобождения цанги 604 из паза 112 во время разъединения валов. Вырез 634 выполняется на внутреннем диаметре соединительной муфты 602. Для разобщения соединения соединительная муфта 602 с вырезом сдвигается, например, на Фиг. 6, вправо, сжимая упругий элемент 616 (например, пружину). Когда вырез 634 находится на соответствующей части цанги 604, лепестки цанги 608 и буртики 610 могут разжаться и выйти из паза 112. Расстояние, на которое соединительную муфту 602 необходимо сдвинуть для разъединения, может быть очень малым: расстояние 622 разъединения может быть равным разнице между кромкой выреза 634 и концом лепестков цанги 608. Для разобщения соединения соединительную муфту 602 можно передвинуть по валу 606 отвертками или аналогичным инструментом, вставленным через отверстия в корпусе, например, как проиллюстрировано на Фиг. 17.

Регулировочные кольца 640 и 642 могут быть использованы в конструкции на Фиг. 6 с соединительной муфтой 602 с вырезом для регулировки положения цанги 604 относительно зажима 630 и паза 112 под нее, и вставляться на заводе для компенсирования погрешностей изготовления и изменений относительного положения двух валов 606 и 606’.

На Фиг. 7 проиллюстрировано типовое цанговое соединение двух валов 706 и 706’ двух компонентов ЭЦПН 700 и 700’ с использованием двухкомпонентной регулируемой цанги 704 и 705. Вследствие иногда встречающихся погрешностей при изготовлении типовых компонентов ЭЦПН 700 и 700’ может представляться полезным надлежащим образом компенсировать расстояние между двумя валами 606 и 606’ для каждого из двух соединяемых компонентов ЭЦПН 700 и 700’. Регулировка может производиться путем изменения местоположения и особенно расстояния между буртиками 710 детали цанги 704 и буртиками 710’ детали цанги 705. Для этой цели двухкомпонентная цанга 704 и 705 изготавливается из двух регулируемых деталей 704 и 705, которые можно располагать и закреплять относительно друг друга с достаточной точностью.

На Фиг. 8 проиллюстрировано типовое цанговое соединение двух валов 806 и 806’, увеличивающее регулируемость, как проиллюстрировано на Фиг. 7, к обоим валам 806 и 806’ с использованием цанги, состоящей из трех элементов 803, 804 и 805. Регулируемость элемента 803, в том числе буртиков 810, относительно основного элемента цанги 804 позволяет регулировать буртики 810 по отношению к положению паза 112 на валу 806. И, аналогично, регулируемость элемента 805, в том числе буртиков 810’, относительно основного элемента цанги 804 позволяет регулировать буртики 810’ относительно положения паза 112’ на валу 806’.

На Фиг. 9 проиллюстрирован типовой регулируемый элемент 803 резьбовой цанги с резьбовым сегментом 902, который может быть использован для соединения типовых элементов 803 и 804 цанги (Фиг. 8) и обеспечивает регулируемость соединенных элементов цанги. На резьбовом элементе 803 цанги имеются лепестки 808 и буртики 810 для входа в паз 112 вала, которые могут быть использованы в качестве регулируемого элемента 803 (или 805) цанги на Фиг. 8. Для предотвращения свинчивания резьбового сегмента 902 после монтажа можно использовать типовые короткие шпонки 950, совпадающие с прорезями в валу.

Как проиллюстрировано на Фиг. 10, короткие шпонки 950 на элементе 803 цанги могут помещаться в прорези 1002 вала 1006 и таким образом предотвращать проворачивание элемента 803 цанги и его последующее свинчивание.

На Фиг. 11 проиллюстрирован типовой метод замера расстояния “A2” 1102, обеспечивающего поправку на смещение метки вала или цанги от общей поверхности контакта фланцев 1104 между двумя соединяемыми компонентами 100 и 100’ ЭЦПН для целей подгонки двухкомпонентной цанги 704 и 705 или трехкомпонентной цанги 803, 804 и 805 для обеспечения отсутствия зазоров и удовлетворительного местоположения на имеющихся валах 106 и 106’. В одном из вариантов реализации изобретения с использованием трехкомпонентной цанги 803, 804 и 805 в качестве типовой замеряемое расстояние “A2” 1102 может представлять собой отклонение в осевом направлении детали элемента 803 цанги от поверхности контакта фланцев 1104. Такой замер, произведенный для каждого компонента 100 и 100’ ЭЦПН, способствует определению места, куда должны быть помещены элементы 803 и 805 цанги, и, наконец, где должны находиться буртики 810 и 810’ цанги для зацепления в соответствующие пазы 112 и 112’ на соответствующих валах 106 и 106’. Для простоты расчетов замер отклонения, например, “A2” 1102 может быть включен в итоговое значение осевого отклонения “D1” 1106, в котором учитывается одна или более расчетных поправок на смещение или меток, таких как фактическое положение вала, различные размеры цанги и начальная конфигурация элементов 803, 804 и 805 цанги относительно друг друга.

Для каждого значения отклонения, например, “D1” 1106, может быть нанесена маркировка или штамп на корпусе соответствующего компонента 100 ЭЦПН. Нанесенное штампом значение отклонения 1106 используется для юстировки стороны регулируемых элементов 803 и 804 цанги в случае монтажа элементов 803 и 804 цанги по месту эксплуатации, либо значения отклонения двух компонентов 100 и 100’ ЭЦПН могут быть совмещены для определения суммарного зазора, необходимого между элементами 803 и 805 цанги, оба из которых навинчиваются на средний элемент 804 цанги.

На Фиг. 12 проиллюстрирован типовой способ использования данных, маркированных на Фиг. 11, для подгонки типовой резьбовой цанговой муфты (муфт) 803 и 805 для компенсирования осевых отклонений вала и правильного помещения цанговой муфты. В одном из вариантов реализации изобретения оператор-эксплуатационник считывает показания расстояния 1106 отклонения, маркированного на каждом соединяемом компоненте 100 и 100’ ЭЦПН. Например, типовой компонент 100 ЭЦПН может иметь расстояние отклонения D1 = расчетное(1) – A1 = + 0,015 дюйма. Типовой компонент 100’ ЭЦПН может иметь расстояние отклонения D2=A2– расчетное(2) + (-0,235) дюйма. Оператор-эксплуатационник может считать показания двух отклонений, D1 и D2, на наружных корпусах двух компонентов 100 и 100’ ЭЦПН, сложить их, а затем прибавить расчетный зазор “G” соединительной муфты. Таким образом, расстояние для установки двух элементов 803 и 805 цанги по сторонам от среднего элемента 804 цанги составляет, например, S=G+D1+D2 или S=G+(+0,015)+(-0,235). В данном примере “S” представляет собой расстояние между кромками резьбовых сегментов 902 соответствующих элементов 803 и 805 цанги. Оператор-эксплуатационник проворачивает каждый резьбовой элемент 803 и 805 цанги относительно среднего элемента 804 цанги для юстировки расстояния между элементами 803 и 805 цанги.

На Фиг. 13 проиллюстрирован типовой комплект регулировочных колец для торца фланца 1104 ЭЦПН, в том числе регулировочного кольца 1302 и регулировочного кольца 1304 для компенсирования изменений положения вала ЭЦПН относительно торца фланца 1104. Комплект регулировочных колец 1302 и 1304 также допускает соединение компонентов 100 и 100’ ЭЦПН в случае, когда оба вала выступают за границы своих соответствующих корпусов. Комплект двухкомпонентных заводских регулировочных колец 1302 и 1304 может обеспечить полную взаимозаменяемость компонентов 100’ ЭЦПН по месту эксплуатации. Типовое регулирование при помощи колец может исключить необходимость замеров и юстировки расстояния между элементами 803 и 805 цанги по месту эксплуатации. Монтажу по месту эксплуатации уделяется меньше внимания, чем в условиях завода, а также затрачивается дорогостоящее время бурения.

Типовой комплект регулировочных колец 1302 и 1304 также обеспечивает предпочтительный вариант реализации изобретения, включающий в себя соединительную муфту (например, 704 на Фиг. 7, но с левой стороной цанги, предварительно присоединенной к валу 706), которая предварительно присоединена на заводе, например, к нижнему валу 106 с помощью комбинации двухкомпонентного кольца и гайки, и цангу (например, 705), резьба на которой нарезана по месту эксплуатации для сопряжения с верхним валом (аналогично правостороннему элементу 705 цанги на Фиг. 7).

Типовой процесс изготовления

Типовой процесс изготовления на заводе начинается с присоединения элемента корпуса соединительной муфты стационарно к нижнему валу компонента ЭЦПН с помощью, например, двухкомпонентного кольца и гайки. Во время такого присоединения типовой процесс продолжается вставкой регулировочных колец в этот узел для точной регулировки положения соединительной муфты относительно торца фланца компонента ЭЦПН. Предпочтительное местоположение таких регулировочных колец - между внутренним концом соединительной муфты и двухкомпонентным кольцом.

Также на заводе конец цанги с буртиками может быть временно присоединен к верхнему соединяемому валу. Далее типовой процесс может включать в себя вставку регулировочных колец стационарно в цангу для точной регулировки положения цанги относительно торца фланца.

Предпочтительное местоположение для таких регулировочных колец верхнего компонента - в нижней части резьбового гнезда, которое в противном случае соприкасалось бы с концом соединительной муфты. В случае если необходимы регулировочные кольца меньшей толщины, их можно предпочтительно удержать по месту последним регулировочным кольцом большой толщины с резьбой, которая ввинчивается в резьбу в соединительной муфте, завершая таким образом последовательный ряд регулировочных колец.

По месту эксплуатации нижний компонент может быть помещен в устье скважины. В одном из вариантов реализации изобретения метод включает сдвигание фиксатора назад по валу верхнего компонента и снятие цанги. Далее цанга навинчивается на соединительную муфту нижнего компонента до соприкасания соединительной муфты с регулировочными кольцами. Затем узел верхнего компонента ЭЦПН опускается на нижний компонент 100 ЭЦПН, где цанга просто защелкивается в паз на нижнем валу.

Такой типовой процесс может иметь различия, в том числе в последовательности операций, способе присоединения соединительной муфты к нижнему валу, изменении ориентации сборочного узла относительно верхнего и нижнего вала, использовании цанг с регулировочными кольцами на обоих валах, соприкасании соединительной муфты наружной фаской, а не концом, помещением регулировочных колец в сборочный узел, удержании регулировочных колец при помощи других средств, таких как дополнительная резьба, клеящие вещества, намагниченность, посадка с натягом, упругость и т.д.

Во время типового процесса соединения двух компонентов 100 и 100’ ЭЦПН сдвижение валов 106 и 106’ достаточно близко друг к другу для того, чтобы буртики 110 и 110’ лепестков 108 и 108’ цанги попали в соответствующие пазы 112 и 112’ вала, может быть затруднительным. Люфт вала может быть довольно большим, так что фланцы, например, 1104 компонентов 100 и 100’ ЭЦПН соприкасаются до того, как валы 106 и 106’ сближаются на достаточное для задействования цанги 104 расстояние. Для преодоления этой проблемы часть валов 106 и 106’, выступающая из компонентов 100 и 100’ ЭЦПН, может быть увеличена. Для компенсирования увеличенной выступающей части вала для монтажа может быть использован комплект двухкомпонентных регулировочных колец 1302 и 1304, как проиллюстрировано на Фиг. 13.

В качестве варианта, для обеспечения того, что буртики 110 достигают паза 112 на валу 106, вал 106 одного или обоих компонентов 100 ЭЦПН может быть передвинут к их полностью выступающей части (или вблизи нее) при помощи приспособления, которое может быть вставлено в него. Приспособление может быть включено в транспортировочную крышку либо же оно может быть включено в насадку для упрощения доступа в то время, когда компонент ЭЦПН наполовину опущен в скважину в процессе монтажа. Когда приспособление снимается после соединения цанговой соединительной муфты 102 или 803, 804 и 805, валы 106 и 106’ можно свободно сдвинуть друг к другу на всю длину их осевого люфта.

На Фиг. 14 проиллюстрирован типовой доступ к фиксатору 114 для целей разобщения валов 106 и 106’ от цанговой соединительной муфты. Для разобщения вала 106 фиксатор 114 сдвигается от цанги 803 для высвобождения лепестков. Перемещение фиксатора 114 можно начать типовым инструментом, достающим до фиксатора 114 через специальные отверстия 1402 в компоненте 100 ЭЦПН, как проиллюстрировано на Фиг. 14. Во время обычной эксплуатации 100 ЭЦПН отверстия 1402 можно закрыть заглушками. Для облегчения операции перемещения фиксатора 114 на фиксаторе 114 может быть проделана специальная зажимная прорезь или паз.

Так как фиксатор 114 может застопориться из-за частиц окалины, ржавчины или из-за износа, для перемещения фиксатора 114 может потребоваться значительное усилие. Для поддержания зацепления типового перемещающего инструмента при помощи фиксатора 114 и предохранения специального отверстия 1402 от повреждения перемещающий инструмент может содержать рычажный элемент и шарнирный элемент, приводимые в надежное зацепление друг с другом с помощью цапфы или шарнирного шипа. Шарнир предпочтительно представляет собой втулку, ввинчиваемую в специальное отверстие для доступа 1402 до зацепления рычага с фиксатором 114, после чего рычаг можно перемещать с достаточным усилием без разобщения фиксатора 114. Усилие может быть приложено к рычагу вручную либо гидравлическим или электрическим приводом или системой рычагов, кулачков или шестерней.

В качестве варианта, вместо шарнирного рычага фиксатор 114 может быть сдвинут типовым вращающимся кулачковым инструментом. Кулачок устанавливается на вал, входящий во втулку, вставленную в специальное отверстие 1402 в компоненте 100 ЭЦПН таким образом, что кулачок приходит в зацепление с фиксатором 114. Вал также может приходить в зацепление с другой неподвижной деталью внутри компонента 100 ЭЦПН для обеспечения дополнительной опоры и для устойчивости. Во время вращения вала кулачок преобразует это вращение в осевое усилие, которое сдвигает фиксатор 114.

Типовой кулачковый инструмент может также принимать форму инструмента с коническим концом, приходящим в зацепление с фиксатором 114 и преобразующим перемещение в осевом направлении в осевое усилие, сдвигающее фиксатор 114. Осевое усилие может быть образовано ввинчиванием типового инструмента в специальное отверстие 1402, надавливанием или постукиванием. Как и в случае с типовым кулачковым инструментом, вал может приходить в зацепление с неподвижной деталью внутри компонента 100 ЭЦПН для обеспечения опоры.

В качестве варианта фиксатор 114 может быть сдвинут типовым не-вращающимся неповоротным жестким инструментом, вставляемым в специальное отверстие 1402 или предварительно смонтированным внутри компонента. Такой типовой инструмент отводит фиксатор 114, вследствие чего лепестки 108 цанги отсоединяются в момент, когда два компонента 100 и 100’ ЭЦПН отодвигаются друг от друга.

Типовой процесс соединения и разъединения валов 106 и 106’ компонентов 100 и 100’ ЭЦПН во время монтажа и отвода ЭЦПН проиллюстрирован на Фиг. 15, 16 и 17.

На Фиг. 17 проиллюстрировано типовое разъединение компонентов ЭЦПН во время снятия ЭЦПН. Сначала вынимаются заглушки из отверстий 1402, а также снимаются болты, удерживающие соединение компонентов ЭЦПН. В отверстия доступа 1402 вставляются отвертки или другой рычажный инструмент. Отвертками или инструментом сдвигается фиксатор 114 и высвобождается цанга. Верхняя секция ЭЦПН поднимается и регулировочные кольца 1302 и 1304 снимаются.

Типовые способы

На Фиг. 18 проиллюстрирован типовой способ 1800 соединения валов двух компонентов ЭЦПН. На блок-схеме операции сведены в отдельные блоки.

На блоке 1802 указано, что один конец соединительной муфты присоединен к первому вращающемуся валу нижнего компонента ЭЦПН в скважине с таким приспособлением, как двухкомпонентное кольцо или кольцо с гайкой.

На блоке 1804 указано, что длина резьбовой части вдоль оси резьбовой цанги соединительной муфты юстирована для присоединения ко второму вращающемуся валу верхнего компонента ЭЦПН, опускаемого на нижний компонент ЭЦПН.

На блоке 1806 указано, что лепестки резьбовой цанги расходятся при помещении второго вращающегося вала в резьбовую цангу.

На блоке 1808 указано, что буртики раздвижных лепестков цанги приведены в зацепление с пазом второго вращающегося вала для сопряжения первого вращающегося вала со вторым вращающимся валом, а также передачи и восприятия осевых нагрузок между первым вращающимся валом и вторым вращающимся валом посредством резьбовой цанги, лепестков и буртиков.

Типовой способ 1800 может дополнительно включать закрепление лепестков и буртиков в паз второго вращающегося вала при помощи передвижного фиксатора, удерживаемого по месту отклоняющим элементом. Типовой способ 1800 может включать разобщение второго вращающегося вала от резьбовой цанги путем сдвигания стопорного элемента относительно отклоняющего элемента для выпуска лепестков и высвобождения буртиков из паза. Способ 1800 может также включать помещение по меньшей мере фланцевого регулировочного кольца между нижним компонентом ЭЦПН и верхним компонентом ЭЦПН для обеспечения заданного расстояния между первым вращающимся валом и вторым вращающимся валом.

На Фиг. 19 проиллюстрирован типовой способ 1900 установки цанговой соединительной муфты в соответствии с заводскими значениями юстировки. На блок-схеме операции сведены в отдельные блоки.

На блоке 1902 указано, что расстояние отклонения по оси замерено между меткой на валу и торцом фланца первой установки электроцентробежного погружного насоса (ЭЦПН).

На блоке 1904 указано, что расстояние отклонения по оси переведено в значение частичной юстировки для изменения длины регулируемой цанговой соединительной муфты для целей соединения первого вала первого компонента ЭЦПН со вторым валом второго компонента ЭЦПН и передачи осевых нагрузок между первым валом и вторым валом.

На блоке 1906 указано, что на корпус первого компонента ЭЦПН нанесена маркировка значения частичной юстировки для последующего монтажа регулируемой цанговой соединительной муфты.

На блоке 1908 указано, что типовой способ 1900 может также включать сложение первого значения частичной юстировки на корпусе первого компонента ЭЦПН со вторым значением частичной юстировки на корпусе второго компонента ЭЦПН для расчета настройки зазора для изменения длины регулируемой цанговой соединительной муфты.

На блоке 1910 указано, что типовой способ 1900 может также включать подгонку длины регулируемой цанговой соединительной муфты в соответствии с рассчитанной величиной зазора и совмещение первого вала со вторым валом с использованием отрегулированной цанговой соединительной муфты.

Заключение

Хотя выше подробно описано лишь несколько типовых вариантов реализации изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидным, что возможно большое количество модификаций типовых вариантов реализации изобретения без особого отклонения от сущности настоящего изобретения. Соответственно, предполагается, что все подобные модификации должны находиться в пределах объема настоящего изобретения, как определено в нижеследующих пунктах формулы изобретения. В формуле изобретения пункты, касающиеся одновременно средств и функционирования, должны распространяться на конструкции, описанные в данной заявке с учетом выполнения ими перечисленных функций, а также не только на конструктивные эквиваленты, но и на аналогичные конструкции. Заявитель изобретения четко выразил желание не требовать применения раздела 35 Кодекса законов США § 114, пункт 6, о каких-либо ограничениях объема изобретения в данной заявке, за исключением тех пунктов, в которых в явной форме использованы слова "средства для" вместе с соответствующей функцией.

Группа изобретений относится к приспособлению и способам соединения валов электроцентробежного погружного насоса. Приспособление содержит соединительную муфту (102), полый трубчатый элемент муфты (102) для размещения в нем концов каждого из двух вращающихся валов (106, 106’), по меньшей мере одну цангу (104) для прикрепления муфты (102) по меньшей мере к одному из двух валов (106, 106’). По меньшей мере на одном конце по меньшей мере одной цанги (104) имеются раздвижные лепестки (108, 108’) для приложения радиального усилия к наружному диаметру по меньшей мере одного из двух валов (106, 106’). На лепестках (108, 108’) выполнены буртики (110, 110’) для фиксации по меньшей мере в одном пазу (112, 112’) по меньшей мере на одном из двух валов (106, 106’). По меньшей мере на одном пазе (112, 112’) имеются фаски для передачи и восприятия усилий осевой нагрузки между двумя валами (106, 106’) посредством буртиков (110, 110’), раздвижных лепестков (108, 108’) и по меньшей мере одной цанги (104). Изобретения направлены на упрощения процесса соединения-разъединения секций насоса и сокращение затрат рабочего времени. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Приспособление, содержащее:

соединительную муфту для соединения двух вращающихся валов в колонну оборудования электроцентробежного погружного насоса (ЭЦПН);

полый трубчатый элемент соединительной муфты для размещения в нем концов каждого из двух вращающихся валов;

по меньшей мере одну цангу для прикрепления соединительной муфты по меньшей мере к одному из двух вращающихся валов;

раздвижные лепестки по меньшей мере на одном конце по меньшей мере одной цанги для приложения радиального усилия к наружному диаметру по меньшей мере одного из двух вращающихся валов;

буртики на лепестках для фиксации по меньшей мере в одном пазу по меньшей мере на одном из двух вращающихся валов; и

фаски по меньшей мере на одном пазе для передачи и восприятия усилий осевой нагрузки между двумя вращающимися валами посредством буртиков, раздвижных лепестков и по меньшей мере одной цанги.

2. Приспособление по п. 1, дополнительно содержащее передвижной фиксатор для закрепления раздвижных лепестков вокруг одного из вращающихся валов и фиксации буртиков по меньшей мере в одном пазе.

3. Приспособление по п. 2, дополнительно содержащее отклоняющий элемент для удержания фиксатора на раздвижных лепестках;

при этом, когда фиксатор сдвигается в зависимости от отклоняющего усилия отклоняющего элемента, раздвижные лепестки раздвигаются и высвобождают буртики по меньшей мере из одного паза для разъединения по меньшей мере одной цанги от вращающегося вала.

4. Приспособление по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна цанга состоит из комплекта лепестков на каждом конце цанги в виде встроенной единой детали.

5. Приспособление по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна цанга включает двухкомпонентный элемент, при этом

первый элемент цанги состоит из полого трубчатого элемента и лепестков для зажима первого вала, объединенного с одним концом полого трубчатого элемента в виде единой детали, а второй элемент цанги состоит из регулируемого резьбового элемента цанги, содержащего лепестки для зажима второго вала, при этом второй элемент является регулируемым относительно первого элемента цанги при помощи резьбового участка между первым и вторым элементами цанги.

6. Приспособление по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна цанга включает трехкомпонентный элемент, при этом первый элемент цанги состоит из полого трубчатого элемента с резьбой на каждом конце для юстировки для размещения в нем второго элемента цанги на одном конце и третьего элемента цанги на другом конце;

при этом на втором элементе цанги и третьем элементе цанги имеются соответствующие лепестки для зажима соответствующих вращающихся валов; и

при этом второй элемент цанги и третий элемент цанги выполнены с возможностью регулирования относительно первого элемента цанги при помощи концов с резьбой первого элемента цанги.

7. Приспособление по п. 6, отличающееся тем, что на втором элементе цанги и третьем элементе цанги имеются короткие шпонки для зацепления в прорези на двух вращающихся валах для предотвращения вывинчивания второго элемента цанги и третьего элемента цанги из первого элемента цанги.

8. Приспособление по п. 1, дополнительно содержащее зажим, выполненный с возможностью прикрепления к одному из концов одного из двух вращающихся валов для обеспечения по меньшей мере одного паза.

9. Приспособление по п. 8, дополнительно содержащее регулировочные кольца, расположенные на осевом конце зажима по меньшей мере одной цанги для размещения зажима по меньшей мере с одним пазом применительно к концу одного из вращающихся валов.

10. Приспособление по п. 8, отличающееся тем, что полый трубчатый элемент выполнен с возможностью сдвига по меньшей мере на одном из двух вращающихся валов на зажим, для того, чтобы действовать как перемещаемый фиксатор для закрепления лепестков по меньшей мере одной цанги.

11. Приспособление по п. 10, дополнительно содержащее вырез, выполненный на поверхности внутреннего диаметра полого трубчатого элемента для осуществления выпуска лепестков и буртиков, когда полый трубчатый элемент надвигается по меньшей мере на один вращающийся вал.

12. Приспособление по п. 1, дополнительно содержащее по меньшей мере одно фланцевое регулировочное кольцо для регулировки расстояния между компонентами электроцентробежных погружных насосов (ЭЦПН), включая соответствующие валы каждого компонента ЭЦПН.

13. Приспособление по п. 2, дополнительно содержащее рычажный элемент для осуществления сдвига перемещаемого фиксатора для разобщения по меньшей мере одного вращающегося вала по меньшей мере от одной цанги.

14. Способ, в котором:

присоединяют один конец соединительной муфты к первому вращающемуся валу нижнего компонента ЭЦПН в скважине;

подгоняют длину резьбовой части вдоль оси резьбовой цанги соединительной муфты для присоединения ко второму вращающемуся валу верхнего компонента ЭЦПН, опускаемого на нижний компонент ЭЦПН;

раздвигают лепестки резьбовой цанги путем помещения второго вращающегося вала в резьбовую цангу;

осуществляют зацепление буртиков раздвижных лепестков цанги с пазом второго вращающегося вала для сопряжения первого вращающегося вала со вторым вращающимся валом и передачи и восприятия осевых нагрузок между первым вращающимся валом и вторым вращающимся валом посредством резьбовой цанги, лепестков и буртиков.

15. Способ по п. 14, в котором дополнительно закрепляют лепестки и буртики в пазу второго вращающегося вала при помощи перемещаемого фиксатора, удерживаемого по месту отклоняющим элементом.

16. Способ по п. 15, в котором дополнительно осуществляют разобщение второго вращающегося вала с резьбовой цанги путем сдвигания стопорного элемента относительно отклоняющего элемента для выпуска лепестков и высвобождения буртиков из паза.

17. Способ по п. 14, в котором дополнительно помещают по меньшей мере фланцевое регулировочное кольцо между нижним компонентом ЭЦПН и верхним компонентом ЭЦПН для обеспечения заданного расстояния между первым вращающимся валом и вторым вращающимся валом.

18. Способ, в котором:

осуществляют замер расстояния отклонения по оси между меткой на валу и торцом фланца первого компонента электроцентробежного погружного насоса (ЭЦПН);

переводят расстояние отклонения по оси в значение частичной юстировки для изменения длины регулируемой цанговой соединительной муфты для соединения первого вала первого компонента ЭЦПН со вторым валом второго компонента ЭЦПН; и

наносят маркировку значения частичной юстировки на корпус первого компонента ЭЦПН для последующего монтажа регулируемой цанговой соединительной муфты.

19. Способ по п. 18, в котором дополнительно складывают первое значение частичной юстировки на корпусе первого компонента ЭЦПН со вторым значением частичной юстировки на корпусе второго компонента ЭЦПН для расчета настройки зазора для изменения длины регулируемой цанговой соединительной муфты;

подгоняют длину регулируемой цанговой соединительной муфты в соответствии с рассчитанным значением зазора; и

совмещают первый вал со вторым валом с использованием отрегулированной цанговой соединительной муфты.