ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2019 года по МПК F04D13/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к насосным установкам, применяемым для поддержания давления в пласте или в магистральном трубопроводе.

Известна горизонтальная насосная установка, содержащая опорную раму, электродвигатель, последовательно расположенные на одном валу вспомогательный малопроизводительный и основной высокопроизводительный центробежный насос, при этом узел нагнетания вспомогательного насоса совмещен с узлом всасывания основного насоса (Патент №2380577 РФ, F04D 13/06, 2010).

Известна также горизонтальная насосная установка, содержащая опорную раму, электродвигатель, секционный центробежный насос, первая секция которого совмещена с входным модулем и расположена с ним на общем валу, уплотненном торцевым уплотнением, а упорный узел насоса размещен в узле входного модуля, содержащем два дополнительных радиальных подшипника (Патент №2162163 РФ, F04D 13/06, 2001).

Наряду с вышеописанными, известна горизонтальная насосная установка, содержащая электродвигатель, входной узел с тангенциальным патрубком, приводным валом, торцевым уплотнением и подшипником скольжения, насосные секции с соединенными с помощью муфт валами, установленные посредством центраторов в трубчатом контейнере, начало и конец которого снабжены патрубками, связанными трубопроводом с вентилятором, и выкидной патрубок (Патент №2338093 РФ, F04D 1/06, 2008).

Перечисленные горизонтальные насосные установки из-за непростой конструкции сложны в монтаже и обслуживании и имеют высокую стоимость.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является горизонтальная насосная установка, содержащая герметичную колонну и размещенные в ней на центраторах погружной электродвигатель, гидрозащиту и входной модуль, валы которых соединены между собой посредством шлицевых муфт, при этом колонна со стороны электродвигателя сообщена с входным патрубком, а со стороны входного модуля - с погружным центробежным насосом, имеющем осевую опору (Патент на ПМ №84074 РФ, F04D 13/06, 2009).

Недостатком принятой за прототип горизонтальной насосной установки является низкая ремонтопригодность, поскольку герметичная колонна затрудняет доступ к размещенным в ней составляющим установки, например, гидрозащите, которая ко всему прочему имеет сложную и ненадежную конструкцию. Сказанное усложняет выполнение профилактических мероприятий и устранение отказов, в результате чего повышается стоимость и снижается эксплуатационная надежность горизонтальной насосной установки.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности горизонтальной насосной установки.

Указанный технический результат достигается тем, что в горизонтальной насосной установке, содержащей насос с осевой опорой, электродвигатель, шлицевую муфту для соединения валов, устройство защиты электродвигателя и входной патрубок, согласно изобретению, электродвигатель оснащен трубчатым валом с проточным каналом, сообщающим входной патрубок с полостью шлицевой муфты и через отверстия в ее стенке - с приемом насоса, устройство защиты образовано торцовыми уплотнениями на трубчатом валу и отдельно размещенным компенсатором, внутренний объем которого разделен на две полости, одна из которых гидравлически сообщена с входным патрубком, а вторая - с электродвигателем.

В некоторых вариантах исполнения осевая опора насоса может быть установлена в электродвигателе и дополнительно подсоединена к системе охлаждения, включающей электродвигатель, сообщающуюся с ним полость компенсатора, теплообменник и циркуляционный насос.

На фиг. 1 схематично изображена заявляемая горизонтальная насосная установка, в которой осевая опора размещена в насосе, на фиг. 2 - то же, осевая опора установлена в электродвигателе и снабжена системой охлаждения.

Горизонтальная насосная установка смонтирована на несущей раме (не показана) и содержит входной патрубок 1, электродвигатель (ЭД) 2, снабженный трубчатым валом 3, насос 4 и компенсатор 5 (фиг. 1). В качестве ЭД может быть применен маслонаполненный асинхронный или вентильный электродвигатель. Каждый из них может эксплуатироваться с электроцентробежным, объемно-роторным или винтовым насосом. Трубчатый вал 3 ЭД 2 соединен со сплошным валом 6 насоса 4 посредством шлицевой муфты 7, имеющей центральную полость 8 и отверстия 9 в стенке. Проточный канал 10 в трубчатом валу 3 сообщает входной патрубок 1 с центральной полостью 8 в шлицевой муфте 7, а через отверстия 9 в ее стенке - с приемом насоса 4. Площадь сечения проточного канала 10 и суммарная площадь отверстий 9 сопоставимы по величине для устранения потери напора перекачиваемой жидкости. В ЭД 2 трубчатый вал 3 уплотнен со стороны входного патрубка 1 и со стороны насоса 4 торцовыми уплотнениями 11, которые отделяют маслонаполненную полость 12 от перекачиваемой жидкости, находящейся в передней 13 и задней 14 камерах. Компенсатор 5 представляет собой сосуд высокого давления, внутренний объем которого разделен подпружиненным поршнем 15 на две полости 16 и 17, при этом полость 16 заполнена перекачиваемой жидкостью, а полость 17 - маслом. Полость 16 гидравлически сообщена передающей трубкой 18 с передней камерой 13, а полость 17 посредством передающей трубки 19 - с маслонаполненной полостью 12 ЭД 2. Компенсатор 5 и торцовые уплотнения 11 на трубчатом валу 3 образуют устройство защиты ЭД 2 от проникновения перекачиваемой жидкости. Осевая опора 20 установлена на валу 7 насоса 4. В некоторых вариантах исполнения осевая опора 21 может быть размещена в маслонаполненной полости 12 (фиг. 2), которая при этом может быть дополнительно закольцована вместе с полостью 17 компенсатора 5 в контур охлаждения, содержащий теплообменник 22 и циркуляционный насос 23.

Горизонтальная насосная установка работает следующим образом.

В горизонтальную насосную установку перекачиваемая жидкость поступает под начальным давлением, достаточным для функционирования насоса 4 без срыва подачи. При этом через входной патрубок 1 заполняется передняя камера 13, а заполнение задней камеры 14 происходит через проточный канал 8 трубчатого вала 3. В результате на торцовые уплотнения 11 со стороны перекачиваемой жидкости действует входное давление. Из передней камеры 13 входное давление передается по передающей трубке 18 в полость 16 компенсатора 5 и воздействует на подпружиненный поршень 15. Поршень 15 перемещается и сжимает масло в маслонаполненной полости 17 компенсатора 5 и, как следствие, в сообщающейся с ней по передающей трубке 19 маслонаполненной полости 12 ЭД 2 до тех пор, пока давление масла не сравняется с входным давлением перекачиваемой жидкости. В результате на торцовые уплотнения 11 с двух сторон будет действовать одинаковое давление, что исключит проникновение перекачиваемой жидкости в ЭД 2 и утечку из него масла.

При работе ЭД 2 вращающий момент от трубчатого вала 3 передается через шлицевую муфту 7 на вал 6, на котором насажены рабочие органы 24 насоса 4. При вращении рабочих органов 24 перекачиваемая жидкость по проточному каналу 10 трубчатого вала 3 проходит в полость 8 шлицевой муфты 7, откуда через отверстия 9 в ее стенке попадает на прием насоса 4. После прохождения через насос 4 давление перекачиваемой жидкости значительно возрастает, и она, например, закачивается в нагнетательную скважину. Во время движения по трубчатому валу 3 перекачиваемая жидкость забирает тепло, выделяемое работающим ЭД 2, что предохраняет его от перегрева и тем самым повышает долговечность и надежность. Осевая опора 20 (фиг. 1) или 21 (фиг. 2) воспринимает действующие на вал 7 осевые и радиальные нагрузки насоса 4, причем, будучи установленной в маслонаполненной полости 12, осевая опора 21 может работать в режиме жидкостного трения при более высоких нагрузках, поскольку масло в отличие от перекачиваемой жидкости не содержит механических частиц. Кроме того, для осевой опоры 21 возможно обеспечить постоянные температурные условия эксплуатации и повысить тем самым ее ресурс работы. Для этого циркуляционный насос 23 отбирает нагретое масло из маслонаполненной полости 12 и направляет его в теплообменник 22, где тепло от масла передается, например, в окружающий воздух. Далее охлажденное масло попадает в маслонаполненную полость 17 компенсатора 5 и по передающей трубке 19 возвращается в маслонаполненную полость 12 ЭД 2. И так далее.

По сравнению с прототипом предлагаемая горизонтальная насосная установка имеет более простую и надежную конструкцию без габаритной колонны и входного модуля, так как перекачиваемая жидкость поступает в насос по трубчатому валу ЭД. Кроме того, в ней отпадает необходимость в использовании сложной и ненадежной гидрозащиты, поскольку функцию последней успешно выполняют торцовые уплотнения на трубчатом валу, отделяющие перекачиваемую жидкость от масла, и отдельно размещенный компенсатор, создающий противодавление со стороны масла. Горизонтальная насосная установка удобна в монтаже и обслуживании, так как входящие в нее узлы открыты для манипуляций и при необходимости легко могут быть демонтированы и заменены новыми.

Изобретение относится к горизонтальным насосным установкам для закачки воды в нагнетательные скважины в системе поддержания пластового давления, а также может использоваться для поднятия давления в магистральных нефтепроводах и водоводах. Установка содержит входной патрубок, электродвигатель с трубчатым валом, оснащенным торцовыми уплотнениями, насос с осевой опорой на валу, шлицевую муфту для соединения валов. Проточный канал в трубчатом валу сообщает входной патрубок с полостью шлицевой муфты и через отверстия в ее стенке - с приемом насоса. Отдельно размещенный компенсатор содержит две отдельные полости, одна из которых гидравлически сообщена с входным патрубком, а вторая - с погружным электродвигателем. Изобретение направлено на упрощение конструкции горизонтальной насосной установки, повышение ее надежности, удобства монтажа и обслуживания. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Горизонтальная насосная установка, содержащая насос с осевой опорой, электродвигатель, шлицевую муфту для соединения валов, устройство защиты электродвигателя и входной патрубок, отличающаяся тем, что погружной электродвигатель оснащен трубчатым валом с проточным каналом, сообщающим входной патрубок с полостью шлицевой муфты и через отверстия в ее стенке - с приемом насоса, устройство защиты образовано торцовыми уплотнениями на трубчатом валу и отдельно размещенным компенсатором, внутренний объем которого разделен на две полости, одна из которых гидравлически сообщена с входным патрубком, а вторая - с электродвигателем.

2. Горизонтальная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что осевая опора насоса установлена на трубчатом валу электродвигателя.

3. Горизонтальная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что осевая опора насоса установлена на трубчатом валу электродвигателя и дополнительно подсоединена к системе охлаждения, включающей электродвигатель, сообщающуюся с ним полость компенсатора, теплообменник и циркуляционный насос.