Система упорного подшипника, ограничивающая нагрузку, и соответствующий способ Российский патент 2020 года по МПК F16C27/00 F16C17/04 F16C17/26 F16C41/02 F16C39/02 F04D13/10 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Данное изобретение в целом относится к подшипниковой системе и, если точнее, к системе упорного подшипника, ограничивающей нагрузку и используемой в установках, таких как электрический погружной насос (ESP).

[0002] В углеводородном пласте обычно используют установку для перемещения добываемой текучей среды на большую высоту на поверхность земли. Одна такая установка для подъема текучей среды содержит электрический погружной насос (ESP), содержащий насос, двигатель и уплотнительный узел.

[0003] Во время работы указанного электрического погружного насоса внутри него вращаются рабочие колеса для обеспечения перемещения добываемой текучей среды из ствола скважины. Как правило, во время вращения рабочие колеса создают осевую нагрузку, действующую на электрический погружной насос, причем такую осевую нагрузку воспринимает узел упорного подшипника, расположенный внутри указанного насоса. Чем больше диаметр узла упорного подшипника, тем больше у него допустимая нагрузка. Однако ствол скважины имеет ограничение по размерам, что в свою очередь ограничивает диаметр узла упорного подшипника, который может использоваться в электрическом погружном насосе, и, таким образом, оказывает влияние на допустимую нагрузку узла упорных подшипников. В таком случае для увеличения допустимой нагрузки может быть использован резервный узел упорных подшипников. Однако существующие в настоящее время подшипниковые системы не обеспечивают надлежащего распределения и/или регулирования осевой нагрузки между узлами упорных подшипников, что в результате приводит либо к перегрузке, либо к неравномерному истиранию и износу узла упорного подшипника.

[0004] Соответственно, есть потребность в улучшенной подшипниковой системе и соответствующем способе распределения и регулирования осевой нагрузки между несколькими узлами упорных подшипников.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

[0005] В соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения предложена подшипниковая система, содержащая вал, расположенный по меньшей мере частично внутри корпуса. Кроме того, подшипниковая система содержит первый упорный гребень и второй упорный гребень, разнесенные друг от друга в осевом направлении и присоединенные к указанному валу. По меньшей мере один из указанных первого и второго упорных гребней расположен внутри указанного корпуса. Подшипниковая система дополнительно содержит первый подшипниковый узел, расположенный между первым упорным гребнем и первой стороной второго упорного гребня. Первый подшипниковый узел расположен вблизи первого упорного гребня. Кроме того, подшипниковая система содержит второй подшипниковый узел, расположенный вблизи второй стороны, противоположной первой стороне второго упорного гребня. Между первым и вторым подшипниковыми узлами расположен механический компонент.

[0006] В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения предложена установка, которая содержит насос, двигатель и уплотнительный узел, расположенный между указанными насосом и двигателем и присоединенный к ним. Уплотнительный узел содержит кожух и подшипниковую систему, расположенную внутри указанного кожуха. Подшипниковая система содержит корпус, присоединенный к кожуху. Внутри корпуса по меньшей мере частично расположен вал, присоединенный к насосу и двигателю. Кроме того, подшипниковая система содержит первый упорный гребень и второй упорный гребень, разнесенные друг от друга в осевом направлении и присоединенные к указанному валу. По меньшей мере один из первого и второго упорных гребней расположен внутри указанного корпуса. Подшипниковая система дополнительно содержит первый подшипниковый узел, расположенный между первым упорным гребнем и первой стороной второго упорного гребня. Первый подшипниковый узел расположен вблизи первого упорного гребня. Кроме того, подшипниковая система содержит второй подшипниковый узел, расположенный вблизи второй стороны, противоположной первой стороне второго упорного гребня. Между первым и вторым подшипниковыми узлами расположен механический компонент.

[0007] В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения предложен способ, включающий приложение осевой нагрузки к подшипниковой системе, содержащей вал, первый упорный гребень, второй упорный гребень, первый подшипниковый узел, второй подшипниковый узел и механический компонент. Указанный вал расположен по меньшей мере частично внутри корпуса. Первый и второй упорные гребни разнесены друг от друга в осевом направлении и присоединены к указанному валу. По меньшей мере один из первого и второго упорных гребней расположен внутри указанного корпуса. Первый подшипниковый узел расположен между первым упорным гребнем и первой стороной второго упорного гребня. Первый подшипниковый узел расположен вблизи первого упорного гребня. Второй подшипниковый узел расположен вблизи второй стороны, противоположной первой стороне второго упорного гребня. Между первым и вторым подшипниковыми узлами расположен механический компонент. Способ дополнительно включает перемещение одного из первого и второго подшипниковых узлов с помощью механического компонента вдоль осевого направления указанного вала и распределение осевой нагрузки между первым и вторым подшипниковыми узлами.

ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Вышеуказанные и другие признаки, а также аспекты вариантов выполнения данного изобретения будут более понятны после прочтения следующего подробного описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых одинаковыми номерами позиций обозначены одинаковые детали и на которых:

[0009] Фиг. 1 схематично изображает разрез электрического погружного насоса, расположенного в стволе скважины, в соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения;

[0010] Фиг. 2 изображает вид в аксонометрии подшипниковой системы в соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения изобретения;

[0011] Фиг. 3 изображает вид в аксонометрии механического компонента в соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения изобретения;

[0012] Фиг. 4 схематично изображает уплотнительный узел, содержащий подшипниковую систему в соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения;

[0013] Фиг. 5 схематично изображает уплотнительный узел, содержащий подшипниковую систему в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, показанным на Фиг. 4;

[0014] Фиг. 6 схематично изображает уплотнительный узел, содержащий подшипниковую систему в соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения данного изобретения;

[0015] Фиг. 7 схематично изображает уплотнительный узел, содержащий подшипниковую систему в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, показанным на Фиг. 6;

[0016] Фиг. 8 изображает вид в аксонометрии подшипниковой системы в соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения данного изобретения;

[0017] Фиг. 9 схематично изображает уплотнительный узел, содержащий подшипниковую систему в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, показанным на Фиг. 8;

[0018] Фиг. 10 схематично изображает уплотнительный узел, содержащий подшипниковую систему в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения, показанными на Фиг. 8 и 9;

[0019] Фиг. 11 схематично изображает уплотнительный узел, содержащий подшипниковую систему в соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения; и

[0020] Фиг. 12 схематично изображает уплотнительный узел, содержащий подшипниковую систему в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, показанным на Фиг. 11.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0021] Варианты выполнения, рассмотренные в данном документе, относятся к подшипниковой системе, например, системе упорного подшипника, ограничивающей нагрузку для установок, таких как электрический погружной насос. Иллюстративная подшипниковая система выполнена с возможностью распределения и регулирования осевой нагрузки между первым и вторым подшипниковыми узлами, расположенными последовательно в осевом направлении вдоль вала указанного насоса. В некоторых вариантах выполнения данного изобретения подшипниковая система содержит вал, расположенный по меньшей мере частично внутри корпуса. Кроме того, подшипниковая система содержит первый и второй упорные гребни, разнесенные друг от друга в осевом направлении и присоединенные к указанному валу, причем по меньшей мере один из первого и второго упорных гребней расположен внутри корпуса. Подшипниковая система дополнительно содержит первый подшипниковый узел, расположенный между первым упорным гребнем и первой стороной второго упорного гребня, причем первый подшипниковый узел расположен вблизи первого упорного гребня. Кроме того, подшипниковая система содержит второй подшипниковый узел, расположенный вблизи второй стороны, противоположной первой стороне второго упорного гребня, и механический компонент, расположенный между первым и вторым подшипниковыми узлами.

[0022] Фиг. 1 схематично изображает разрез установки 100 в соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения. В показанном варианте выполнения установка 100 представляет собой электрический погружной насос (ESP). Следует отметить, что в данном документе термины «установка» и «электрический погружной насос» являются взаимозаменяемыми. В некоторых других вариантах выполнения установка 100 может представлять собой бурильную установку, турбоустановку, роторную установку на подшипниках или подобную им. Проиллюстрированный вариант выполнения установки 100 не следует рассматривать в качестве ограничительного для данного изобретения.

[0023] Электрический погружной насос 100 расположен внутри скважинной обсадной колонны 106 в стволе 102 скважины, погруженном в углеводородный пласт 104. В проиллюстрированном варианте выполнения электрический погружной насос 100 содержит двигатель 108, уплотнительный узел 110, присоединенный к верхнему концу 112 двигателя 108, и насос 114, расположенный выше и присоединенный к уплотнительному узлу 110. Насос 100 дополнительно содержит вал 116, проходящий от двигателя 108 к насосу 114 через уплотнительный узел 110. Более точно, один конец вала 116 присоединен к двигателю 108, а другой конец вала 116 присоединен к рабочему колесу 118, расположенному внутри насоса 114. Несмотря на то, что вал 116 в проиллюстрированном варианте выполнения изображен в виде единого элемента, тем не менее, следует отметить, что вал 116 может состоять из нескольких частей.

[0024] Насос 114 дополнительно имеет несколько впускных отверстий 120 для поступления добываемой текучей среды 122 из ствола 102 скважины. Электрический погружной насос 100 может дополнительно содержать газожидкостный сепаратор (не показан на Фиг. 1), который расположен между уплотнительным узлом 110 и насосом 114 и который может быть выполнен с возможностью отделения жидкой фазы от газообразной фазы добываемой текучей среды 122. В таких вариантах выполнения только жидкая фаза подается к насосу 114 через несколько впускных отверстий 120.

[0025] Уплотнительный узел 110 выполнен с возможностью выравнивания давления между внутренней частью двигателя 108 и стволом 102 скважины для амортизации осевой нагрузки, создаваемой валом 116, а также для компенсации теплового расширения смазочного материала двигателя (не показан на Фиг. 1), чтобы предотвратить поступление добываемой текучей среды 122 во внутреннюю часть двигателя 108. В одном варианте выполнения насос 100 дополнительно содержит подшипниковую систему 124, расположенную внутри уплотнительного узла 110. Если точнее, подшипниковая система 124 окружает вал 116 и присоединена к кожуху 126 уплотнительного узла 110. В некоторых вариантах выполнения подшипниковая система 124 содержит узел упорного подшипника, такой как упорный подшипник скольжения с наклонными и/или фиксированными вкладышами. В некоторых других вариантах выполнения подшипниковая система 124 может быть расположена внутри двигателя 108 или внутри насоса 114 в зависимости от области применения и проектных требований. Уплотнительный узел 110 обеспечивает амортизацию осевой нагрузки, создаваемой насосом 114, а также рассеивание тепла, выделяемого подшипниковым системой 124.

[0026] Во время работы добываемая текучая среда 122, которая может содержать жидкий углеводород, газообразный углеводород и/или воду, поступает в ствол 102 скважины из пласта 104 через отверстия 128, выполненные в скважинной обсадной колонне 106. Двигатель 108, выполненный с возможностью приведения в действие посредством источника питания (не показан на Фиг. 1), обеспечивает вращение вала 116 и, соответственно, рабочего колеса 118. Добываемая текучая среда 122, находящаяся в стволе 102 скважины, подается к насосу 114 через несколько впускных отверстий 120. Добываемая текучая среда 122 подвергается сжатию посредством вращающегося рабочего колеса 118, при этом обеспечивается ее перемещение к удаленному хранилищу, расположенному на большей высоте (не показано на Фиг. 1), через одну или несколько труб 130, присоединенных к верхнему концевому участку 132 насоса 114. Под действием вращающегося рабочего колеса 118 возникает направленная вниз осевая нагрузка. Подшипниковая система 124 выполнена с возможностью выдерживания указанной нагрузки путем ее регулирования и распределения между несколькими упорными подшипниками (не показано на Фиг. 1).

[0027] Фиг. 2 изображает в аксонометрии подшипниковую систему 124 в соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения. Система 124 содержит вал 116, первый упорный гребень 134, второй упорный гребень 136, первый подшипниковый узел 138, второй подшипниковый узел 140, механический компонент 142 и пластину 150. В проиллюстрированном варианте выполнения для упрощения изображения подшипниковой системы 124 показан лишь участок первого подшипникового узла 138, второго подшипникового узла 140, механического компонента 142 и пластины 150. В некоторых вариантах выполнения подшипниковая система 124 может содержать более двух подшипниковых узлов и упорных гребней в зависимости от области применения и проектных требований. Проиллюстрированный вариант выполнения не следует рассматривать в качестве ограничительного для данного изобретения.

[0028] Подшипниковая система 124 дополнительно содержит корпус (не показан на Фиг. 2), окружающий по меньшей мере один из первого упорного гребня 134 и второго упорного гребня 136. В таких вариантах выполнения вал 116 расположен по меньшей мере частично внутри указанного корпуса и присоединен к двигателю 108 и насосу 114 (как показано на Фиг. 1).

[0029] Первый упорный гребень 134 и второй упорный гребень 136 разнесены друг от друга в осевом направлении и присоединены к валу 116. Первый и второй гребни 134, 136 представляют собой кольцеобразные элементы, выполненные с возможностью вращения и перемещения соосно с валом 116. Первый подшипниковый узел 138 расположен между первым упорным гребнем 134 и первой стороной 146 второго упорного гребня 136. Первый подшипниковый узел 138 расположен вблизи первого упорного гребня 134. Второй подшипниковый узел 140 расположен вблизи второй стороны 148, противоположной первой стороне 146 второго упорного гребня 136. Каждый из указанных первого подшипникового узла 138 и второго подшипникового узла 140 содержит упорный подшипник 145, состоящий из нескольких частей. Каждый упорный подшипник 145 содержит металлическое основание 139 и вкладыш 141. В одном варианте выполнения вкладыш 141 неподвижно прикреплен к металлическому основанию 139, образуя упорный подшипник скольжения с фиксированными вкладышами. В другом варианте выполнения вкладыш 141 выполнен с возможностью поворота вокруг одного или более выступов или шарнирных конструкций (не показаны на Фиг. 2) металлического основания 139 с образованием самоустанавливающегося сегментного упорного подшипника скольжения. В проиллюстрированном варианте выполнения вкладыш 141 первого подшипникового узла 138 находится в контакте с первым упорным гребнем 134. Вкладыш 141 второго подшипникового узла 140 расположен вблизи второй стороны 148 второго упорного гребня 136, при этом металлическое основание 139 второго подшипникового узла 140 присоединено к пластине 150. В одном или более вариантах выполнения пластина 150 может быть дополнительно присоединена к указанному корпусу. В одном варианте выполнения пластина 150 представляет собой неподвижную пластину, присоединенную к валу 116 и расположенную вокруг него.

[0030] Первый подшипниковый узел 138 имеет первый диаметр «D₁», а второй подшипниковый узел 140 имеет второй диаметр «D₂», отличающийся от первого диаметра «D₁». В показанном варианте выполнения первый диаметр «D₁» превышает второй диаметр «D₂». В другом варианте выполнения первый диаметр «D₁» может быть приблизительно равен второму диаметру «D₂» в зависимости от области применения и проектных требований. Количество упорных подшипников в первом и втором подшипниковых узлах 138, 140 может изменяться в зависимости от области применения и проектных требований. В одном варианте выполнения первый упорный гребень 134 имеет диаметр, по существу равный первому диаметру «D₁» первого подшипникового узла 138, а второй упорный гребень 136 имеет диаметр, приблизительно равный второму диаметру «D₂» второго подшипникового узла 140.

[0031] Механический компонент 142 расположен между первым и вторым подшипниковыми узлами 138, 140. В проиллюстрированном варианте выполнения компонент 142 представляет собой гибкий поджимающий элемент. В показанном варианте выполнения металлическое основание 139 первого подшипникового узла 138 присоединено к первому концу 152 компонента 142, а металлическая пластина 150 присоединена ко второму концу 154 компонента 142. Компонент 142 более подробно рассмотрен далее.

[0032] Фиг. 3 изображает в аксонометрии механический компонент 142 в соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения. В проиллюстрированном варианте выполнения компонент 142 имеет цилиндрическую форму со сквозным осевым отверстием 156. Компонент 142 имеет первую боковую стенку 158, вторую боковую стенку 160 и несколько промежуточных стенок 162. Первая боковая стенка 158 присоединена ко второй боковой стенке 160 посредством нескольких промежуточных стенок 162. Стенки 162 разнесены друг от друга и ограничивают несколько пазов 164, расположенных вдоль окружности компонента 142. Первая боковая стенка 158 имеет первый конец 152, присоединенный к металлическому основанию 139 первого подшипникового узла 138 (как показано на Фиг. 2). Вторая боковая стенка 160 имеет второй конец 154, присоединенный к пластине 150 (как показано на Фиг. 2).

[0033] В проиллюстрированном варианте выполнения механический компонент 142 представляет гибкий поджимающий элемент. Гибкость механического компонента 142 по существу определяется количеством пазов 164 и материалами компонента 142. Компонент 142 выполнен с возможностью деформирования или перемещения в осевом направлении во время работы для поджатия второго подшипникового узла 140 ко второму упорному гребню 136. В некоторых других вариантах выполнения компонент 142 может представлять собой жесткие рычаги с опорными точками, которые расположены с возможностью действия в качестве аналогичного поджимающего элемента.

[0034] Фиг. 4 схематично изображает уплотнительный узел 110, содержащий подшипниковую систему 124, в соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения.

[0035] Подшипниковая система 124 содержит корпус 144, окружающий первый упорный гребень 134 и второй упорный гребень 136. Корпус 144 жестко присоединен к кожуху 126 уплотнительного узла 110. Вал 116 расположен по меньшей мере частично внутри корпуса 144 и присоединен к двигателю 108 и насосу 114 (как показано на Фиг. 1). Первый подшипниковый узел 138 расположен вблизи второй стороны 172, противоположной первой стороне 170 первого упорного гребня 134. Второй подшипниковый узел 140 присоединен к корпусу 144 с помощью пластины 150. Механический компонент 142 присоединен к пластине 150 и первому подшипниковому узлу 138. Подшипниковая система 124 дополнительно содержит третий подшипниковый узел 168, расположенный вблизи первой стороны 170 первого упорного гребня 134. Упорный подшипник 145 может представлять собой либо упорный подшипник скольжения с фиксированными вкладышами, либо упорный подшипник скольжения с самоустанавливающимися вкладышами в зависимости от области применения и проектных требований. Каждый упорный подшипник 145 содержит металлическое основание 139 и вкладыш 141. Металлическое основание 139 дополнительно присоединено к корпусу 144 с помощью неподвижного элемента 174.

[0036] Во время работы электрического погружного насоса вращающиеся рабочие колеса 118 насоса 114 (как показано на Фиг. 1) создают осевую нагрузку 176, действующую на подшипниковую систему 124 через вал 116. Под действием осевой нагрузки 176 обеспечивается перемещение вала 116 в осевом направлении вдоль первого направления 178, при этом обеспечивается соединение первого упорного гребня 134 с первым подшипниковым узлом 138. Затем первый подшипниковый узел 138 передает осевую нагрузку 178 к механическому компоненту 142. Вначале компонент 142, пластина 150 и корпус 144 противодействуют осевой нагрузке путем приложения реактивной осевой нагрузки 184. В результате осевую нагрузку 176, приложенную к подшипниковой системе 124, главным образом воспринимает первый подшипниковый узел 138 до тех пор, пока осевая нагрузка 176 не станет равна заданной допустимой нагрузке первого подшипникового узла 138. При этом смещение второго подшипникового узла 140 ко второму упорному гребню 136 не происходит до тех пор, пока фактическая допустимая осевая нагрузка первого подшипникового узла 138 не превысит заданную допустимую нагрузку. В одном варианте выполнения слова «фактическая допустимая осевая нагрузка» означают осевую нагрузку, приложенную к первому подшипниковому узлу 138 системы 124, а слова «заданная допустимая осевая нагрузка» означают максимально допустимую осевую нагрузку для первого подшипникового узла 138, которая указывается производителем подшипниковой системы 124.

[0037] Фиг. 5 схематично изображает уплотнительный узел 110, содержащий подшипниковую систему 124, выполненную в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, показанным на Фиг. 4.

[0038] Во время работы электрического погружного насоса избыточная осевая нагрузка 186, приложенная к подшипниковой системе 124, передается от первого подшипникового узла 138 ко второму подшипниковому узлу 140 через механический компонент 142. В одном варианте выполнения под формулировкой «избыточная осевая нагрузка» понимается осевая нагрузка, превышающая заданную допустимую осевую нагрузку первого подшипникового узла 138. Первый упорный гребень 134 и первый подшипниковый узел 138 обеспечивают перемещение механического компонента 142 вдоль оси в первом направлении 178, вызывая сжатие компонента 142 в осевом направлении вдоль вала 116. Сжатие компонента 142 вызывает перемещение второго упорного гребня 136 в осевом направлении, при этом указанный гребень входит в контакт со вторым подшипниковым узлом 140. В результате происходит распределение осевых нагрузок 176, 186 между первым и вторым подшипниковыми узлами 138, 140. Кроме того, во время работы электрического погружного насоса, если избыточная осевая нагрузка 186 меньше заданной допустимой осевой нагрузки первого подшипникового узла 138, компонент 142 расширяется. В результате второй подшипниковый узел 140 выходит из соединения со вторым упорным гребнем 136, таким образом, регулируя распределение осевых нагрузок 176, 186 между первым и вторым подшипниковыми узлами 138, 140.

[0039] В одном иллюстративном варианте выполнения первый упорный гребень 134 проталкивают в осевом направлении для обеспечения перемещения второго упорного гребня 136 в осевом направлении для вхождения в контакт со вторым подшипниковым узлом 140. Третий подшипниковый узел 168 выполнен с возможностью вхождения в контакт с первым упорным гребнем 134 во время переходных рабочих режимов электрического погружного насоса. Если точнее, третий подшипниковый узел 168 может быть выполнен с возможностью восприятия направленной вверх осевой нагрузки 187, создаваемой насосом 114 (как показано на Фиг. 1) во время запуска электрического погружного насоса.

[0040] Фиг. 6 схематично изображает уплотнительный узел 210, содержащий подшипниковую систему 224, выполненную в соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения.

[0041] Подшипниковая система 224 содержит вал 216, первый упорный гребень 234, второй упорный гребень 236, первый подшипниковый узел 238, второй подшипниковый узел 240 и механический компонент 242. Подшипниковая система 224 дополнительно содержит корпус 244, окружающий первый упорный гребень 234 и присоединенный к кожуху 226. Вал 116 расположен частично внутри корпуса 244. Первый подшипниковый узел 238 расположен вблизи первого упорного гребня 234 и присоединен к корпусу 244. Второй подшипниковый узел 240 находится в контакте со вторым упорным гребнем 236 и присоединен к пластине 250. В одном варианте выполнения пластина 250 может перемещаться в осевом направлении одновременно с валом 216. Компонент 242 расположен между первым подшипниковым узлом 238 и пластиной 250. Первый конец 252 компонента 242 присоединен к первому подшипниковому узлу 238, а второй конец 254 компонента 242 присоединен к пластине 250. Подшипниковая система 224 содержит третий подшипниковый узел 268, расположенный вблизи первой стороны 270 первого упорного гребня 234 и присоединенный к корпусу 244 с помощью неподвижного элемента 274.

[0042] Во время работы электрического погружного насоса осевая нагрузка 276 действует на подшипниковую систему 224, обеспечивая перемещение вала 216 в осевом направлении и соединение второго упорного гребня 236 со вторым подшипниковым узлом 240. Затем второй подшипниковый узел 240 передает осевую нагрузку 276 механическому компоненту 242 через пластину 250. Вначале компонент 242 и корпус 244 противодействуют осевой нагрузке 276 в виде реактивной осевой нагрузки 284. Осевую нагрузку 276 главным образом воспринимает второй подшипниковый узел 240 до тех пор, пока величина осевой нагрузки не станет равна заданной допустимой нагрузке второго подшипникового узла 240. При этом смещение первого подшипникового узла 238 к первому упорному гребню 234 не происходит до тех пор, пока фактическая допустимая осевая нагрузка второго подшипникового узла 240 не превысит заданную допустимую нагрузку.

[0043] Фиг. 7 схематично изображает уплотнительный узел 210, содержащий подшипниковую систему 224, выполненную в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, показанным на Фиг. 6. Во время работы электрического погружного насоса избыточная осевая нагрузка 286, приложенная к подшипниковой системе 224, передается от второго подшипникового узла 240 к первому подшипниковому узлу 238 через механический компонент 242. Второй упорный гребень 236 и второй подшипниковый узел 240 обеспечивают перемещение механического компонента 242 и пластины 250 в осевом направлении, вызывая тем самым осевое расширение механического компонента 242 для обеспечения возможности перемещения вниз вала 216. Расширение механического компонента 242 обеспечивает перемещение первого упорного гребня 234 в осевом направлении и вхождение в контакт с первым подшипниковым узлом 238. В результате происходит распределение осевых нагрузок 276, 286 между первым и вторым подшипниковыми узлами 238, 240. Кроме того, во время работы электрического погружного насоса, если избыточная осевая нагрузка 286 меньше заданной допустимой осевой нагрузки второго подшипникового узла 240, компонент 242 сжимается. В результате первый подшипниковый узел 238 выходит из соединения с первым упорным гребнем 234, обеспечивая регулирование распределения осевых нагрузок 276, 286 между первым и вторым подшипниковыми узлами 238, 240. В одном иллюстративном варианте выполнения при проталкивании пластины 250 в осевом направлении обеспечивается перемещение первого упорного гребня 234 в осевом направлении для вхождения в контакт с первым подшипниковым узлом 238.

[0044] Фиг. 8 изображает в аксонометрии подшипниковую систему 324 в соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения. Подшипниковая система 324 содержит вал 316, первый упорный гребень 334, второй упорный гребень 336, первый подшипниковый узел 338, второй подшипниковый узел 340 и механический компонент 342. В некоторых вариантах выполнения подшипниковая система 324 может содержать более двух подшипниковых узлов и упорных гребней в зависимости от области применения и проектных требований.

[0045] Подшипниковая система 324 дополнительно содержит корпус 344, пластину 350 и гибкий поджимающий элемент 392. В проиллюстрированном варианте выполнения показана лишь часть корпуса 344 для упрощения изображения подшипниковой системы 324. Второй упорный гребень 336 расположен внутри корпуса 344. Вал 316 расположен по меньшей мере частично внутри корпуса 344 и выполнен с возможностью присоединения к двигателю и насосу.

[0046] Первый упорный гребень 334 и второй упорный гребень 336 разнесены друг от друга в осевом направлении и присоединены к валу 316. Первый подшипниковый узел 338 присоединен к компоненту 342 и расположен между первым упорным гребнем 334 и первой стороной 346 второго упорного гребня 336. Если точнее, первый подшипниковый узел 338 входит в контакт с первым упорным гребнем 334. Второй подшипниковый узел 340 расположен вблизи второй стороны 348, противоположной первой стороне 346 второго упорного гребня 336.

[0047] В одном варианте выполнения механический компонент 342 представляет собой элемент ходового винта. Компонент 342 содержит первый ряд резьбовых элементов 400, имеющий первую периферийную боковую стенку 394 и вторую периферийную боковую стенку 396. Первая периферийная боковая стенка 394 присоединена к первому подшипниковому узлу 338. Вторая периферийная боковая стенка 396 расположена вблизи первой стороны 346 второго упорного гребня 336. Вторая периферийная боковая стенка 396 имеет несколько канавок 398, разнесенных друг от друга.

[0048] Пластина 350 представляет собой резьбовую опорную пластину, содержащую несколько первых резьбовых элементов 402. Пластина 350 выполнена с возможностью поворота и расположена вокруг вала 316. Корпус 344 имеет первый концевой участок 404 со вторым рядом резьбовых элементов 408 и второй концевой участок 406, на котором выполнено несколько вторых резьбовых элементов 410. Второй ряд резьбовых элементов 408 находится в соединении с первым рядом резьбовых элементов 400. Несколько вторых резьбовых элементов 410 соединены с указанными первыми резьбовыми элементами 402. Указанные первые и вторые резьбовые элементы 402, 410 обеспечивают возможность регулирования положения пластины 350 относительно второго подшипникового узла 340.

[0049] В проиллюстрированном варианте выполнения гибкий поджимающий элемент 392 представляет собой гибкий стержень. Гибкий поджимающий элемент 392 с возможностью поворота присоединен к корпусу 344 и компоненту 342. Если точнее, гибкий стержень 392 присоединен к канавке 398 и выполнен с возможностью сгибания/разгибания во время поворота компонента 342. В некоторых вариантах выполнения подшипниковая система 324 содержит несколько гибких поджимающих элементов, причем в таких вариантах выполнения каждый гибкий поджимающий элемент присоединен к одной из указанных канавок. Гибкие элементы 392 могут содержать пружинные элементы, например, винтовые пружины, пневматические пружины, пружины из эластомера или подобные им.

[0050] Фиг. 9 схематично изображает уплотнительный узел 410, содержащий подшипниковую систему 324, выполненную в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, показанным на Фиг. 8.

[0051] Корпус 344 жестко присоединен к кожуху 326. Вал 316 расположен по меньшей мере частично внутри корпуса 344 и присоединен к двигателю и насосу. Второй подшипниковый узел 340 присоединен к корпусу 344 с помощью резьбовой опорной пластины 350. Компонент 342 присоединен к первому подшипниковому узлу 338 и расположен между первым подшипниковым узлом 338 и вторым упорным гребнем 336. Первый подшипниковый узел 338 расположен в контакте с первым упорным гребнем 334. Второй подшипниковый узел 340 расположен вблизи второго упорного гребня 336. Первый ряд резьбовых элементов 398 механического компонента 342 находится в соединении со вторым рядом резьбовых элементов 408 корпуса 344. Подшипниковая система 324 может дополнительно содержать третий подшипниковый узел (не показан на Фиг. 9), расположенный вблизи первой стороны 370 первого упорного гребня 334.

[0052] Во время работы электрического погружного насоса осевая нагрузка 376 прикладывается к подшипниковой системе 324 через вал 316. Осевая нагрузка 376 обеспечивает перемещение вала 316 вдоль оси в первом направлении 378 и соединение первого упорного гребня 334 с первым подшипниковым узлом 338. Первый подшипниковый узел 338 обеспечивает поворот механического компонента 342 и передает осевую нагрузку 376 к компоненту 342. Вначале компонент 342 и гибкий поджимающий элемент 392 противодействуют осевой нагрузке 376 путем приложения реактивной осевой нагрузки 384. Осевую нагрузку 376, приложенную к подшипниковой системе 324, главным образом воспринимает первый подшипниковый узел 338 до тех пор, пока нагрузка 376 не станет равна заданной допустимой нагрузке первого подшипникового узла 338. При этом смещение второго подшипникового узла 340 ко второму упорному гребню 336 не происходит до тех пор, пока фактическая допустимая осевая нагрузка первого подшипникового узла 338 не превысит заданную допустимую нагрузку первого подшипникового узла 338.

[0053] Фиг. 10 схематично изображает уплотнительный узел 410, содержащий подшипниковую систему 324, выполненную в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения, показанными на Фиг. 8 и 9.

[0054] Во время работы электрического погружного насоса избыточная осевая нагрузка 386, приложенная к подшипниковой системе 324, передается от первого подшипникового узла 338 ко второму подшипниковому узлу 340 через механический компонент 342 и гибкий поджимающий элемент 392. Под действием избыточной осевой нагрузки 386 первый упорный гребень 334 и первый подшипниковый узел 338 обеспечивают поворот механического компонента 342, и, соответственно, его перемещение в осевом направлении одновременно с перемещением вниз вала 316. Осевое перемещение компонента 342 вызывает сгибание гибкого поджимающего элемента 392, и, соответственно, перемещение второго упорного гребня 336 ко второму подшипниковому узлу 340. В результате происходит распределение осевых нагрузок 376, 386 между первым и вторым подшипниковыми узлами 338, 340.

[0055] Кроме того, во время работы электрического погружного насоса, если приложенная избыточная осевая нагрузка 386 имеет величину меньше заданной допустимой осевой нагрузки первого подшипникового узла 338, гибкий поджимающий элемент 392 возвращается в исходное состояние и, соответственно, обеспечивает перемещение компонента 342 одновременно с перемещением вверх вала 316. В результате поворот компонента 342 обеспечивает отсоединение второго подшипникового узла 340 от второго упорного гребня 336, таким образом, обеспечивая регулирование распределения осевых нагрузок 376, 386 между первым и вторым подшипниковыми узлами 338, 340.

[0056] Фиг. 11 схематично изображает уплотнительный узел 510, содержащий подшипниковую систему 424, выполненную в соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения. Подшипниковая система 424 содержит вал 416, первый упорный гребень 434, второй упорный гребень 436, первый подшипниковый узел 438, второй подшипниковый узел 440, механический компонент 442, корпус 444, пластину 450 и гибкий поджимающий элемент 492, расположенные таким же образом, как и в вышеприведенных вариантах выполнения.

[0057] В проиллюстрированном варианте выполнения гибкий поджимающий элемент 492 представляет собой торсионную пружину. Гибкий элемент 492 с возможностью поворота присоединен к корпусу 444 и механическому компоненту 442, при этом он выполнен с возможностью сгибания во время поворота компонента 442. Во время работы сначала компонент 442 и гибкий поджимающий элемент 492 противодействуют осевой нагрузке 476, действующей на подшипниковую систему 424, в виде реактивной осевой нагрузки 484. Осевую нагрузку 476 главным образом воспринимает первый подшипниковый узел 438 до тех пор, пока величина осевой нагрузки 476 не станет равна заданной допустимой нагрузке первого подшипникового узла 438. При этом смещение второго подшипникового узла 440 ко второму упорному гребню 436 не происходит до тех пор, пока фактическая допустимая осевая нагрузка первого подшипникового узла 438 не превысит величину заданной допустимой нагрузки первого подшипникового узла 438. Подшипниковая система 424 дополнительно содержит третий подшипниковый узел 468, расположенный вблизи первой стороны 470 первого упорного гребня 434 и присоединенный к корпусу 444 с помощью неподвижного элемента 474.

[0058] Фиг. 12 схематично изображает уплотнительный узел 510, содержащий подшипниковую систему 424, выполненную в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, показанным на Фиг. 11. Во время работы электрического погружного насоса избыточная осевая нагрузка 486, приложенная к подшипниковой системе 424, передается от первого подшипникового узла 438 ко второму подшипниковому узлу 440 через механический компонент 442 и гибкий поджимающий элемент 492. Под действием избыточной осевой нагрузки 486 первый упорный гребень 434 и первый подшипниковый узел 438 обеспечивают поворот механического компонента 442, и, соответственно, его перемещение в осевом направлении одновременно с перемещением вниз вала 416. Осевое перемещение механического компонента 442 вызывает сгибание гибкого поджимающего элемента 492, и, соответственно, перемещение второго упорного гребня 436 ко второму подшипниковому узлу 440. В результате обеспечивается распределение осевых нагрузок 476, 486 между первым и вторым подшипниковыми узлами 438, 440. Когда величина приложенной избыточной осевой нагрузки 486 становится меньше заданной допустимой осевой нагрузки первого подшипникового узла 438, гибкий поджимающий элемент 492 возвращается в исходное состояние и, соответственно, обеспечивает перемещение механического компонента 442 одновременно с перемещением вверх вала 416. В результате механический компонент 442 поворачивается, обеспечивая отсоединение второго подшипникового узла 440 от второго упорного гребня 436, таким образом, обеспечивая регулирование распределения осевых нагрузок 476, 486 между первым и вторым подшипниковыми узлами 438, 440.

[0059] В соответствии с одним или более вариантами выполнения, рассмотренными в данном документе, примерная подшипниковая система обеспечивает выдерживание, распределение и регулирование осевой нагрузки между первым и вторым подшипниковыми узлами. Избыточная осевая нагрузка распределяется между первым и вторым подшипниковыми узлами, тем самым обеспечивая эффективное регулирование осевой нагрузки, приложенной к указанной подшипниковой системе. Коэффициент распределения осевой нагрузки между первым и вторым подшипниковыми узлами может изменяться в зависимости от диаметра первого и второго подшипниковых узлов. В результате уменьшается истирание и износ подшипниковых узлов.

[0060] Несмотря на то, что в данном документе проиллюстрированы и описаны определенные признаки вариантов выполнения настоящего изобретения, специалистами могут быть осуществлены различные модификации и изменения. Таким образом, следует понимать, что описанные варианты выполнения охватывают все указанные модификации и изменения, подпадающие под предмет данного изобретения.

Изобретение относится к подшипниковой системе, а именно к системе упругого подшипника, ограничивающей нагрузку и используемой в электрических погружных насосах, и направлено на повышение надежности работы системы. Подшипниковая система содержит вал, первый упорный гребень и второй упорный гребень, разнесенные друг от друга в осевом направлении и присоединенные к валу, причем по меньшей мере один из первого и второго упорных гребней расположен внутри корпуса, первый подшипниковый узел, расположенный между первым упорным гребнем и первой стороной второго упорного гребня, причем первый подшипниковый узел расположен вблизи первого упорного гребня, второй подшипниковый узел, расположенный вблизи второй стороны, противоположной первой стороне второго упорного гребня, неподвижную пластину, присоединенную к корпусу и обеспечивающую присоединение второго подшипникового узла к корпусу, и упругий поджимающий механический компонент, выполненный с возможностью сжатия в направлении оси вала под действием осевой нагрузки, при этом механический компонент расположен между первым подшипниковым узлом и указанной пластиной и присоединен к ним. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Подшипниковая система (124), содержащая

вал (116), расположенный по меньшей мере частично внутри корпуса (144),

первый упорный гребень (134) и второй упорный гребень (136), разнесенные друг от друга в осевом направлении и присоединенные к указанному валу (116), причем по меньшей мере один из указанных первого и второго упорных гребней (134, 136) расположен внутри указанного корпуса (144),

первый подшипниковый узел (138), расположенный между первым упорным гребнем (134) и первой стороной (146) второго упорного гребня (136), причем первый подшипниковый узел (138) расположен вблизи первого упорного гребня (134),

второй подшипниковый узел (140), расположенный вблизи второй стороны (148), противоположной первой стороне (146) второго упорного гребня (136),

неподвижную пластину (150), присоединенную к корпусу (144) и обеспечивающую присоединение второго подшипникового узла (140) к корпусу (144), и

упругий поджимающий механический компонент (142), выполненный с возможностью сжатия в направлении оси вала (116) под действием осевой нагрузки, при этом механический компонент (142) расположен между первым подшипниковым узлом (138) и указанной пластиной (150) и присоединен к ним.

2. Подшипниковая система по п.1, содержащая третий подшипниковый узел (168), расположенный вблизи первой стороны (170) первого упорного гребня (134), причем первый подшипниковый узел (138) расположен вблизи второй стороны (172), противоположной первой стороне (170) первого упорного гребня (134).

3. Подшипниковая система по п.1, в которой первый подшипниковый узел (138) находится в контакте с первым упорным гребнем (134).

4. Подшипниковая система по п.3, в которой указанный механический компонент (142) имеет первый конец (152), присоединенный к первому подшипниковому узлу (138), и второй конец (154), присоединенный к указанной пластине (150).

5. Погружная насосная установка, содержащая насос (114), двигатель (108) и уплотнительный узел (110), расположенный между указанными насосом (114) и двигателем (108) и присоединенный к ним, причем указанный уплотнительный узел (110) содержит кожух (126) и подшипниковую систему (124) по любому из пп.1-4, при этом корпус (144) указанной системы (124) присоединен к кожуху (126) уплотнительного узла (110).

6. Установка по п.5, в которой первый подшипниковый узел (138) находится в контакте с первым упорным гребнем (134).

7. Установка по п.6, в которой механический компонент (142) имеет первый конец (152), присоединенный к первому подшипниковому узлу (138), и второй конец (154), присоединенный к указанной пластине (150).

8. Способ распределения и регулирования осевой нагрузки в подшипниковой системе по любому из пп.1-4, включающий

приложение осевой нагрузки к валу (116) подшипниковой системы (124) с обеспечением осевого перемещения вала (116) и сжатия механического компонента (142) первым подшипниковым узлом (138) до вхождения второго упорного гребня (136) в контакт со вторым подшипниковым узлом (140), для распределения осевой нагрузки между первым и вторым подшипниковыми узлами (138, 140).