шарнирно-кулачковое соединение

Формула изобретения

Шарнирно-кулачковое соединение, включающее сферический элемент, сочлененный с корпусом насоса и двигателя посредством фиксатора, и шарнирную муфту, связанную с выходными концами валов насоса и двигателя, отличающееся тем, что корпус насоса и корпус двигателя снабжены соответственно коническим и сферическим фланцами, сферический элемент выполнен в виде распорной втулки, сферический торец которой сопряжен с внутренней поверхностью сферического фланца, а противоположный - снабжен упорным кольцом с упругим элементом и связан с коническим фланцем, а фиксатор выполнен в виде разъемной обоймы, которая связана со сферическим фланцем посредством кулачкового соединения, а с коническим фланцем - шпоночным соединением и снабжена буртиком, внутренняя поверхность которого сопряжена с внутренней поверхностью сферического фланца, причем шарнирное соединение снабжено ограничительным кольцом, надетым на разъемную обойму, а шарнирная муфта соединена подвижно с выходными концами валов, при этом сферический элемент, сферический фланец и внутренняя поверхность буртика выполнены с возможностью совпадения центров образующих их сфер с центром шарнирной муфты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, в частности к погружным электронасосным агрегатам, и может быть использовано при конструировании, изготовлении и эксплуатации погружных агрегатов для добычи нефти и откачки воды из наклонно-направленных и искривленных скважин.

Известна конструкция фланцевого соединения (патент РФ 2154224, МПК F 16 L 23/02 1999 г.), включающая разъемную втулку с внутренним пазом, стопорный элемент, ограничительное кольцо и упруго-эластичные прокладки.

Основным недостатком этой конструкции является отсутствие шарнирного соединения валов, что при эксплуатации в искривленных скважинах приводит к снижению ресурса подшипниковых узлов двигателя и насоса.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является секционный погружной центробежный насос, нижний конец верхней секции которого снабжен сферическим элементом, а верхний конец нижней секции - сферическим гнездом (патент РФ 2122142, МПК F 04 D 1/10, 29/62).

Недостатками данной конструкции являются:

1. Наличие резьбовых соединений, что может вызвать при работе агрегата частичное повреждение или отвинчивание крепежных деталей и как следствие потерю прочности соединения.

2. Отсутствует компенсатор износа сферического соединения, что в результате эксплуатации может привести к появлению зазоров, нарушению герметичности и повышенным вибрациям агрегата.

3. Расположение в одной горизонтальной плоскости осей шарниров валов и корпусов из-за ограниченности размеров сочленения размерами скважины не позволяет разместить муфту, способную передавать значительную мощность. Задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции шарнирно-кулачкового соединения, имеющего следующие преимущества:

1. Возможность прохождения искривленных участков ствола скважины без возникновения изгибающего момента в соединении насоса и двигателя

2. Снижение вибрации при работе электронасосного агрегата.

3. Более простая сборка соединения насоса и двигателя.

4. Исключение из конструкции элементов с ограниченным ресурсом (резьбовые детали).

5. Увеличение передаваемой мощности шарнирной муфтой между валами насоса и двигателя.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности, герметичности и нагрузочной способности шарнирного соединения насоса двигателя за счет исключения из конструкции резьбовых деталей, введения в конструкцию упругого элемента для гашения вибраций и обеспечения постоянного прижимного усилия между сферическими поверхностями, увеличения нагрузочной способности шарнирной муфты.

Поставленная задача достигается тем, что в шарнирно- кулачковом соединении, включающем сферический элемент, сочлененный с корпусом насоса и двигателя посредством фиксатора и шарнирную муфту, связанную с выходными концами валов насоса и двигателя, согласно изобретению, корпус насоса и корпус двигателя снабжены соответственно коническим и сферическим фланцами, сферический элемент выполнен в виде распорной втулки, сферический торец которой сопряжен с внутренней поверхностью сферического фланца, а противоположный снабжен упорным кольцом с упругим элементом и связан с коническим фланцем, а фиксатор выполнен в виде разъемной обоймы, которая связана со сферическим фланцем посредством кулачкового соединения, а с коническим - шпоночным соединением и снабжена буртиком, внутренняя поверхность которого сопряжена с внутренней поверхностью сферического фланца, причем сферическое соединение снабжено ограничительным кольцом, надетым на разъемную обойму, а шарнирная муфта соединена подвижно с выходными концами валов, при этом сферический элемент, сферический фланец и внутренняя поверхность буртика выполнены с возможностью совпадения центров образующих их сфер с центром шарнирной муфты.

Одновременно между сферическим фланцем и разъемной обоймой, а также в кулачковом соединении выполнены расчетные зазоры.

На фиг.1 показан общий вид шарнирно-кулачкового соединения.

На фиг.2.показан разрез по шпоночному соединению.

На фиг. 3 показано кулачковое соединение и расчетный зазор в кулачковом соединении.

Соединение имеет: 1 - корпус двигателя, 2 - сферический фланец, 3 - корпус насоса, 4 - конический фланец, 5 - распорная втулка, 6 - разъемная обойма, 7 - упорное кольцо, 8 - шпоночное соединение, 9 - ограничительное кольцо, 10 - кулачковое соединение, 11 - буртик, 12 - шарнирная муфта, 13, 14 - уплотнения, 15 - упругий элемент, 16 - расчетный зазор в сферическом соединении, 17 - расчетный зазор в кулачковом соединении.

Корпус двигателя 1 снабжен сферическим фланцем 2, сопрягающимся с внутренней поверхностью буртика 10. Корпус насоса 3 выполнен с коническим фланцем 4. Между коническим фланцем 4 и сферическим фланцем 2 размещена распорная втулка 5, имеющая сферический элемент; при этом сферический элемент, сферический фланец и внутренняя поверхность буртика выполнены с возможностью совпадения центров образующих их сфер с центром шарнирной муфты 12. Для фиксации насоса относительно двигателя в осевом направлении служит упорное кольцо 7, для уменьшения вибрации, обеспечения постоянного прижимного усилия между распорной втулкой 5 и сферическим фланцем 2 предусмотрен упругий элемент 15.

Шарнирно-кулачковое соединение фиксируется с помощью ограничительного кольца 9 и разъемной обоймы 6, имеющей шпоночное соединение 8 с коническим фланцем 4 и кулачковое соединение 11 с корпусом электродвигателя.

Для обеспечения возможности поворота между сферическим фланцем 2 и разъемной обоймой 6, а также в кулачковом соединении 11 выполнены расчетные зазоры 16 (фиг.1) и 17 (фиг.3) соответственно. Уплотнения 13 и 14 служат для герметизации шарнирно-кулачкового соединения. Выходные концы валов насоса и двигателя соединены с шарнирной муфтой 12 подвижно.

Собирают устройство следующим образом: на сферический фланец 2 устанавливают распорную втулку 5, затем на вал двигателя надевают шарнирную муфту 12. Далее на распорную втулку устанавливают упорное кольцо 7 с упругим элементом 15. На упорное кольцо устанавливается конический фланец 4 с одновременным введением вала насоса в шарнирную муфту. Затем устанавливается разъемная обойма 6 и окончательно ограничительное кольцо 9.

При прохождении агрегата по искривленным участкам скважин благодаря сферическим поверхностям распорной втулки, сферического фланца и сферической поверхности буртика происходит поворот оси двигателя относительно оси насоса. Угол поворота определяется расчетными зазорами в кулачковом соединении и между сферическим фланцем и разъемной обоймой.

При пуске двигателя возникает крутящий момент, который воспринимают: на двигателе - кулачковое соединение, на насосе - шпоночное соединение. Осевое биение валов компенсируется подвижным соединением валов и шарнирной муфты. Уменьшение вибраций достигается применением упругого элемента, разрывающего жесткую связь между насосом и двигателем.