погружной насосный агрегат

Формула изобретения

1. Погружной насосный агрегат, включающий корпус, эластичную оболочку, реверсивный электродвигатель, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штангой привода насоса, отличающийся тем, что штанга уплотнена в корпусе и связана с гайкой посредством полого штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение, а внутренние полости корпуса и эластичной оболочки заполнены маслом, причем наружная поверхность оболочки сообщается с полостью скважины, а на винте и полом штоке установлены демпферы.

2. Погружной насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что полый шток располагается в маслозаполненной эластичной оболочке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области насосного оборудования и может быть использовано для подъема жидкости с большой глубины.

Известен скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий погружной электродвигатель, соединенный с масляным насосом, снабженным масляным баком с компенсатором объема. Масляный насос обеспечивает привод гидродвигателя, обеспечивающего преобразование вращения электродвигателя в возвратно-поступательное движение поршня насоса, снабженного всасывающим и нагнетательным клапанами [Патент РФ №2166668 от 2001.04.05].

Насосный агрегат имеет следующие недостатки:

- низкую надежность, обусловленную наличием двух дополнительных сложных агрегатов: масляного насоса и гидродвигателя;

- низкий КПД и производительность, связанные со значительным гидравлическим сопротивлением этих агрегатов при прокачке масла под высоким давлением и большими потерями на трение.

Известен также наземный привод штангового насоса, содержащий электродвигатель, кинематически связанный с двухходовым винтом передачи винт-гайка. При вращении винта гайка, соединенная со штангами, совершает возвратно-поступательные движения в осевом направлении по вертикальной направляющей [Патент РФ №2133875 от 1999.07.27].

Недостатком привода является быстрый износ и небольшой срок службы передачи винт-гайка скольжения и низкий КПД вследствие высоких потерь на трение.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является наземный привод скважинного плунжерного насоса, содержащий по меньшей мере два установленных параллельно шарико-винтовых привода штанг от реверсивного электродвигателя. Гайки привода, соединенные траверсой с полированным штоком, совершают возвратно-поступательное движение. Винты соединены с электродвигателем и защищены от окружающей среды гофрированными эластичными оболочками. В верхней и нижней точках корпуса установлены концевые выключатели для переключения реверса электродвигателя, а также выключатели аварийного снятия напряжения [Патент США №5404767 от 1995.01.05]. Недостатки привода следующие:

1. Габариты привода, состоящего из двух и более параллельных шарико-винтовых передач и траверсы, не позволяют его использовать в погружном варианте.

2. Недостаточная герметизация шарико-винтового привода, которая делает его неработоспособным погруженным в скважину.

3. Использование концевых выключателей для управления реверсом двигателя и аварийного отключения в условиях скважины связано с прокладной отдельной кабельной линии, снижающей надежность агрегата в целом.

Задачей изобретения является повышение надежности работы погружного насосного агрегата и расширение области его применение.

Для решения поставленной задачи в погружном насосном агрегате, включающем корпус, эластичную оболочку, реверсивный электродвигатель, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штангой привода насоса, согласно изобретению штанга уплотнена в корпусе и связана с гайкой посредством полого штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение, а внутренние полости корпуса и эластичной оболочки заполнены маслом, причем наружная поверхность оболочки сообщается с полостью скважины, а на винте и полом штоке установлены демпферы, при этом полый шток располагается в маслозаполненной эластичной оболочке.

Указанные признаки позволяют устранить недостатки, присущие прототипу, за счет соосного расположения передачи винт-гайка качения, заключенной в маслозаполненную герметичную полость, включающую по меньшей мере одну эластичную оболочку, обеспечивающую равновесие давления масла в корпусе с давлением в скважине, и двух демпферов, обеспечивающих при их взаимодействии с гайкой увеличение силы тока электродвигателя, сигнализирующей о необходимости реверса или аварийного отключения.

Нам не известны устройства, обладающие совокупностью вышеперечисленных признаков, что означает соответствие предлагаемого устройства требованиям, предъявляемым к изобретениям.

На фиг.1 и 2 схематично изображен скважинный насосный агрегат.

Насосный агрегат содержит маслозаполненный корпус 1, соединенный с реверсивным электродвигателем 2, снабженным гидрозащитой. Электродвигатель 2 соединен кабелем со станцией управления, установленной на поверхности (не показаны). Вал 3 электродвигателя 2 через промежуточный вал 4 соединен соосно с передачей 5 винт 6 - гайка 7 качения. Гайка 7 посредством выступов 8 входит в подвижное соединение с пазами 9, выполненными в корпусе 1, обеспечивая продольное перемещение гайки 7 и соединенного с ней соосного полого штока 10, перемещающегося снаружи винта 6. Промежуточный вал 4 установлен внутри маслозаполненной эластичной оболочки 11, полость которой сообщается с полостью корпуса 1, а внешняя поверхность - с полостью скважины. В нижней части винта 6 установлен нижний демпфер 12. В верхней части полого штока 10 установлен верхний демпфер 13. Демпферы 12 и 13 выполнены в виде пружин.

Нижняя часть эластичной оболочки 11 герметизирована кольцевым уплотнением 14. Полый шток 10 соединен полированной штангой 15 с насосом 16, имеющим впускные отверстия 17. Штанга 15 уплотнена в корпусе 1 кольцевым уплотнением 18. Винт 6 и промежуточный вал 4 имеют подшипники 19 и 20. Винт 6 входит с полым штоком 10 в подвижное соединение посредством подшипника 21.

Для улучшения герметизации маслозаполненной полости агрегата полый шток 10 может располагаться в маслозаполненной гофрированной оболочке 22 (фиг.2), верхняя часть которой закреплена на полом штоке 10, а нижняя - на корпусе 1. Внешняя поверхность эластичной гофрированной оболочки 22 сообщается с полостью скважины.

Агрегат работает следующим образом.

Вращение вала 3 реверсивного электродвигателя 2 передается промежуточным валом 4 на винт 6 передачи 5 винт-гайка качения. Так как гайка 7 передачи 5 входит в подвижное соединение с пазами 9 корпуса 1 посредством выступов 8, происходит продольное перемещение гайки 7 и соединенного с ней полого штока 10 до верхнего (нижнего) положения. Шток 10 перемещает штангой 15 плунжер насоса 16, жидкость в который поступает через впускные отверстия 17, причем длина хода плунжера насоса 16 соответствует числу оборотов двигателя 2 в одном направлении. Подшипники 19, 20 и 21 обеспечивают фиксировано-простой способ монтажа передачи 5 винт-гайка качения.

При ходе гайки 7 вниз и сжатии пружины демпфера 12 ток двигателя 2 возрастает, поэтому, при известной характеристике пружины демпфера 12, изменение силы тока соответствует деформации пружины или перемещению гайки 7. Происходит реверсирование электродвигателя 2 и его вращение на определенное число оборотов, соответствующее ходу вверх гайки 7, полого штока 10, штанги 15 и плунжера насоса 16 с учетом деформации пружины. После чего происходит реверсирование вращения вала 3 электродвигателя 2 и перемещение гайки 7 вниз и связанных с ней штока 10, штанги 15 и плунжера насоса 16.

При сбое отсчета числа оборотов двигателя 2 и аварийном выходе гайки 7 выше крайнего верхнего положения полый шток 10 упирается пружиной демпфера 13 в корпус 1, что приводит к возрастанию силы тока в двигателе 2 и его отключению станцией управления. Аналогично, при выходе гайки 7 ниже крайнего нижнего положения она упирается в пружину нижнего демпфера 12, и, если деформация превышает величину деформации при реверсировании, ток двигателя превышает заданную величину, и двигатель 2 останавливается.

При возвратно-поступательном перемещении штока 10 происходит свободное перетекание масла в замкнутой системе из эластичной оболочки 11 в корпус 1 и обратно, обеспечивая смазку передачи 5, гидроизолированной кольцевыми уплотнениями 14 и 18. При этом эластичная оболочка 11 не нагружена, а перепад давления на уплотнениях 14, 18 близок к нулю, так как давление в корпусе 1 находится в равновесии с давлением в скважине. При этом только уплотнение 18 контактирует с жидкостью скважины, так как уплотнение 14 контактирует с маслом гидрозащиты двигателя 1.

При использовании гофрированной эластичной оболочки 22 вместо кольцевого уплотнения 18 обеспечивается значительно большая герметичность полости корпуса 1, исключая контакт ее полости и скважинной жидкости.

В качестве передачи 5 винт-гайка качения может использоваться шарико-винтовая или ролико-винтовая передача.

Предлагаемый насосный агрегат обеспечивает значительный напор при экономии электроэнергии и надежности конструкции.