многофазный винтовой насос
Классы МПК: | F04C2/16 с геликоидальными зубьями, например шевронными или винтовыми |
Автор(ы): | Ибрагимов Наиль Габдулбариевич (RU), Афлетонов Радик Абузарович (RU), Дмитриев Анатолий Валентинович (RU), Заббаров Руслан Габдельракибович (RU), Абайдуллин Альфред Ибрагимович (RU), Назмутдинов Рустам Махмутович (RU), Садыков Альфред Файзрахманович (RU), Хамидуллин Ильдар Вагизович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "ТАТНЕФТЬ" им. В.Д. Шашина (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-03-16 публикация патента:
20.03.2008 |
Использование: для перекачки газожидкостных сред. Насос содержит, по меньшей мере, один подающий винт, заключенный в корпус с боковыми крышками и масляными картерами в них, один всасывающий патрубок и, по меньшей мере, один напорный патрубок. Вал подающего винта опирается на подшипниковые опоры, изолированные от полости всасывания торцовыми уплотнениями. Между подшипниковыми опорами, торцовыми уплотнениями, валом и корпусом образована кольцевая полость, сообщенная посредством каналов, выполненных в корпусе, с системой охлаждения. Участок вала в этой зоне выполнен двухступенчатым, и каждая ступень опоясана рядом отверстий, которые сообщены между собой. Ступень с большим диаметром расположена под уплотнениями. Кольцевая полость отделена от подшипниковой опоры с помощью плавающей втулки, установленной концентрично ступени вала меньшего диаметра с минимальным щелевым зазором и закрепленной в корпусе подвижно в радиальном направлении. Система охлаждения содержит контур с масляным насосом, линия нагнетания которого соединена с кольцевой полостью, а линия всасывания - с масляным картером через канал в боковой крышке. Повышается надежность работы насоса путем увеличения долговечности работы уплотнений и упрощения конструкции. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Формула изобретения
1. Многофазный винтовой насос с, по меньшей мере, одним подающим винтом, заключенным в корпус с боковыми крышками и масляными картерами в них, один всасывающий патрубок и, по меньшей мере, один напорный патрубок, причем всасывающий патрубок сообщен с полостью всасывания, размещенной перед подающим винтом, а напорный патрубок сообщен с полостью нагнетания, расположенной за подающим винтом, вал которого опирается на подшипниковые опоры, изолированные от полости всасывания торцовыми уплотнениями, пары трения которых образованы кольцами, одно из которых прикреплено неподвижно к корпусу, а другое - к валу, при этом между подшипниковыми опорами, торцовыми уплотнениями, валом и корпусом образована кольцевая полость, сообщенная посредством каналов, выполненных в корпусе, с системой охлаждения, а участок вала в этой зоне выполнен двухступенчатым и каждая ступень опоясана рядом отверстий, которые сообщены между собой, причем ступень с большим диаметром расположена под уплотнениями, отличающийся тем, что кольцевая полость отделена от подшипниковой опоры с помощью плавающей втулки, установленной концентрично ступени вала меньшего диаметра с минимальным щелевым зазором и закрепленной в корпусе подвижно в радиальном направлении, а система охлаждения содержит контур с масляным насосом, линия нагнетания которого соединена с кольцевой полостью, а линия всасывания - с масляным картером через канал в боковой крышке.
2. Многофазный винтовой насос по п.1, отличающийся тем, что масляный насос установлен на боковой крышке и соединен с валом многофазного насоса.
3. Многофазный винтовой насос по п.1, отличающийся тем, что на концах валов в зоне крышек установлены разбрызгивающие диски, взаимодействующие с маслом картера, а боковые крышки выполнены с охлаждающими ребрами.
4. Многофазный винтовой насос по п.1, отличающийся тем, что ступени вала соединены отверстиями, выполненными под углом к оси вала и пересекающимися друг с другом.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к насосостроению, а именно к винтовым насосам для перекачки газожидкостных сред, например сырой нефти и природного газа, в условиях, когда доля каждой фракции меняется от нуля до 100%.
Известен многофазный винтовой насос, содержащий корпус с всасывающим и напорным патрубками, сообщенными соответственно с полостями всасывания и нагнетания, подающие винты, установленные в корпусе и опирающиеся своими валами на подшипниковые опоры, изолированные от полости всасывания торцовыми уплотнениями, пары трения которых образованы поджатыми один к другому кольцами, одно их которых прикреплено неподвижно к корпусу, а другое - к вращающемуся валу, а кольцевая полость, образованная между подшипниковыми опорами, торцовыми уплотнениями, валом и корпусом, сообщена посредством каналов, выполненных в корпусе, с автономной термосифонной системой охлаждения (с безнапорной буферной системой) (проспект фирмы Борнеманн "Мультифазные насосы и системы" от 05.99 г, стр.3, 4).
Недостатком известного технического решения является недолговечность работы уплотнений при перекачивании газожидкостной смеси с большим количеством газа и малым содержанием жидкой фазы.
Поскольку применяемые в насосе уплотнения являются уплотнениями внешнего охлаждения и охлаждаются, в основном, перекачиваемой насосом рабочей жидкостью, то при ее небольшом количестве отвод теплоты, возникающий в результате трения контактирующих поверхностей элементов уплотнения, недостаточен. Кроме того, внутренняя кольцевая полость, связанная с термосифонной системой охлаждения, расположена на некотором удалении от пары трения, поэтому процесс отвода тепла и с внутренней стороны уплотнения при длительной работе в условиях полусухого трения недостаточно эффективен. Это приводит к перегреву уплотнений, быстрому износу и, в конечном итоге, - к разрушению насоса.
Указанные недостатки частично устранены в многофазном винтовом насосе, содержащем, по меньшей мере, один подающий винт, заключенный в корпус с боковыми крышками с масляными картерами в них, имеющий, по меньшей мере, один всасывающий патрубок и, по меньшей мере, один напорный патрубок, причем всасывающий патрубок сообщен с полостью всасывания, размещенной перед подающим винтом, а напорный патрубок сообщен с полостью нагнетания, расположенной за подающим винтом. Вал винта опирается на подшипниковые опоры, изолированные от полости всасывания торцовыми уплотнениями, пары трения которых образованы кольцами, одно из которых прикреплено неподвижно к корпусу, а другое - к валу, а кольцевая полость, образованная между подшипниковыми опорами, торцовыми уплотнениями, валом и корпусом, сообщена посредством каналов, выполненных в корпусе, с автономной термосифонной системой охлаждения. Участок вала подающего винта, заключенный между торцовыми уплотнениями и подшипниковыми опорами, выполнен двухступенчатым и опоясан двумя рядами радиальных отверстий, из которых один ряд со стороны подшипниковых опор выполнен на ступени вала с меньшим диаметром, а другой расположен напротив торцовых уплотнений и выполнен на ступени с большим диаметром и отверстия сообщены между собой через канал, выполненный по оси вала.
Благодаря дополнительной циркуляции жидкости через радиальные отверстия вала улучшается процесс отвода тепла из зоны трения с внутренней стороны уплотнения (см. патент РФ № 2213265, МПК F04С 2/16, опубл. 27.09.2003).
Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому по совокупности признаков и принято за прототип.
Однако безнапорная термосифонная система охлаждения при повышении давления среды в полости всасывания насоса не препятствует проникновению утечек перекачиваемой насосом рабочей среды в кольцевую полость уплотнения. Это происходит при перекачивании продукции скважин добычи нефти и газа, когда давление среды превышает атмосферное. При этом так называемые нормированные утечки среды смешиваются с жидкостью термосифонной системы, загрязняют ее и далее проникают в подшипниковую зону. С утечками в притертые поверхности пар трения заносятся также частицы песка и другие твердые включения среды, которые изнашивают трущиеся поверхности, что нарушает герметичность уплотнения, а это, в свою очередь, связано с опасностью разрушения насоса.
Кроме того, наличие достаточно протяженного осевого канала, связывающего радиальные отверстия и выполняемого от концов валов, технологически трудоемко, что усложняет конструкцию, а также удлиняет путь циркуляции жидкости и снижает интенсивность отвода тепла из уплотнения.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы насоса путем увеличения долговечности работы уплотнений и упрощения конструкции.
Для достижения этого технического результата предлагается многофазный винтовой насос с, по меньшей мере, одним подающим винтом, заключенным в корпус с боковыми крышками и масляными картерами в них, имеющий, по меньшей мере, один всасывающий патрубок и, по меньшей мере, один напорный патрубок, причем всасывающий патрубок сообщен с полостью всасывания, размещенной перед подающим винтом, а напорный патрубок сообщен с полостью нагнетания, расположенной за подающим винтом, вал которого опирается на подшипниковые опоры, изолированные от полости всасывания торцовыми уплотнениями, пары трения которых образованы кольцами, одно из которых прикреплено неподвижно к корпусу, а другое - к валу, при этом между подшипниковыми опорами, торцовыми уплотнениями, валом и корпусом образована кольцевая полость, сообщенная посредством каналов, выполненных в корпусе, с системой охлаждения, а участок вала в этой зоне выполнен двухступенчатым, и каждая ступень опоясана рядом отверстий, которые сообщены между собой, причем ступень с большим диаметром расположена под уплотнениями.
В отличие от известного в предлагаемом насосе кольцевая полость отделена от подшипниковой опоры с помощью плавающей втулки, установленной концентрично ступени вала меньшего диаметра с минимальным щелевым зазором и закрепленной в корпусе подвижно в радиальном направлении, а система охлаждения содержит контур с масляным насосом, линия нагнетания которого соединена с кольцевой полостью, а линия всасывания - с масляным картером через канал в боковой крышке.
Кроме того, масляный насос установлен на боковой крышке и соединен с валом многофазного насоса.
На концах валов в зоне крышек установлены разбрызгивающие диски, взаимодействующие с маслом картера, причем боковые крышки выполнены с охлаждающими ребрами.
Новым является также и то, что ступени вала соединены отверстиями, выполненными под углом к оси вала и пересекающимися друг с другом.
Благодаря введению новых признаков давление масла в кольцевой полости уплотнений превышает давление перекачиваемой среды и тем самым препятствует проникновению частиц абразива в контактные поверхности пар трения. При этом постоянная циркуляция масла через образованный по валу щелевой зазор в сторону подшипниковых опор обеспечивает проточное охлаждение внутренней зоны уплотнений, достаточное в период прокачивания газовых фаз среды. Кроме того, наклонные к оси вала отверстия увеличивают интенсивность охлаждения непосредственно в зоне трения.
Предлагаемый многофазный винтовой насос иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2:
- на фиг.1 дан продольный разрез насоса,
- на фиг.2 - поперечный разрез по А-А.
Винтовой насос содержит корпус 1, внутри которого в качестве рабочих органов размещены две пары подающих винтов, находящихся в бесконтактном зацеплении друг с другом и вращающихся в противоположных направлениях. Каждая пара включает один правозаходный винт 2 и один левозаходный - 3. Корпус насоса снабжен двумя всасывающими патрубками 4, сообщенными с полостями всасывания 5, которые размещены перед подающими винтами, и центральным напорным патрубком 6, сообщенным с полостью нагнетания 7, размещенной за подающими винтами. Корпус снабжен боковыми крышками 8 с масляными картерами и с охлаждающими ребрами 9. В зоне крышек размещены шестерни связи 10 и разбрызгивающие диски 11.
Валы 12 винтов 2, 3 опираются на подшипники 13, которые изолированы от полости всасывания торцовыми уплотнениями 14.
Уплотнение (фиг.2) состоит из установленного на валу и вращающегося с ним кольца 15, поджатого пружиной 16 к неподвижному кольцу 17, установленному в корпусе. Неподвижное кольцо 17 и вращающееся с валом кольцо 15 образуют между собой пару трения, изолирующую подшипниковые опоры 13 от полости всасывания. Между подшипниковой опорой и уплотнением образована кольцевая полость 18, которая отделена от подшипников плавающей втулкой 19, зафиксированной в корпусе от проворота штифтом 20. Стопорным кольцом 21 втулка закреплена в корпусе с возможностью радиального перемещения и самоустановки по валу с минимальным щелевым зазором, который с учетом температурных деформаций и погрешностей изготовления сопрягаемых деталей выбирается в пределах 0,03÷0,05 мм. Вал 12 выполнен двухступенчатым, с меньшим диаметром d 1, сопряженным с плавающей втулкой 19, и большим - d 2, расположенным под уплотнением. Ступени вала соединены между собой наклонными к оси вала отверстиями 22.
Кольцевая полость 18 через подводящий в корпусе канал 23 сообщена трубопроводом 24 с системой охлаждения, в которую входит маслонасос 25, установленный на боковой крышке 8 соосно с валом 12 и соединенный с ним приводом. Линия нагнетания 26 маслонасоса соединена с кольцевой полостью 18, а линия всасывания 27 - с масляным картером 28 через канал 29 в боковой крышке.
Винтовой насос работает следующим образом.
При вращении подающих винтов 2, 3 поток жидкости и газа через всасывающие патрубки 5 поступает в полости всасывания 6, перемещается винтами и через напорный патрубок 7 поступает к потребителю. Поток жидкости при прохождении через полость всасывания охлаждает с наружной стороны контактирующие между собой кольца 15, 17 уплотнения. Кроме того, в кольцевую полость 18 масляным насосом 25 подается под давлением масло для охлаждения уплотнения с внутренней стороны. Через щелевой зазор втулки 19 масло через подшипник 13 сливается в масляный картер 28, откуда забирается вновь насосом 25 и закачивается обратно во внутреннюю зону уплотнения. Таким образом обеспечивается напорная проточная циркуляция масла с давлением, превышающим давление перекачиваемой рабочей среды. Нормированные утечки масла, смазывающие и исключающие сухое трение контактирующих поверхностей пар трения колец 15, 17, стекают в полость всасывания и предохраняют зону трения от проникновения загрязнений из рабочей среды.
Интенсификация теплообмена в самой кольцевой полости 18 обеспечивается за счет дополнительной циркуляции жидкости через ряд отверстий 22, соединяющих ступени вала. Циркуляция возникает в результате разности центробежных сил, действующих при вращении вала на частицы жидкости в наклонных отверстиях от меньшего диаметра d1 к большему d2.
Диски 11, взаимодействуя с масляным картером 28, разбрызгивают масло, которое, стекая по стенкам боковых крышек 8, охлаждается с помощью оребренных поверхностей крышек. Это позволяет отказаться от дополнительных охладителей масла, учитывая минимальный расход масла через щелевой зазор втулки 19, и в то же время достаточный для смазки подшипников, шестерен и охлаждения уплотнений в период прохождения газовых фаз рабочей среды. Это упрощает конструкцию.
Таким образом, повышается надежность работы многофазного насоса путем увеличения срока службы уплотнений с использованием напорной системы охлаждения и интенсивного теплообмена внутренней зоны уплотнения.
Класс F04C2/16 с геликоидальными зубьями, например шевронными или винтовыми
ротор винтового насоса и способ уменьшения скользящего течения в винтовом насосе - патент 2461736 (20.09.2012) | |
система и способ регулирования работы мультифазного винтового насоса - патент 2433306 (10.11.2011) | |
погружная многофазная насосная установка - патент 2431765 (20.10.2011) | |
способ и устройство защиты мультифазного насоса - патент 2403448 (10.11.2010) | |
малошумный насос - патент 2399797 (20.09.2010) | |
многофазный винтовой насос - патент 2397369 (20.08.2010) | |
винтовой насос - патент 2392496 (20.06.2010) | |
многофазный винтовой насос - патент 2366833 (10.09.2009) | |
многофазный винтовой насос - патент 2346186 (10.02.2009) | |
насос - патент 2324075 (10.05.2008) |