погружной насосный агрегат

Формула изобретения

Погружной насосный агрегат, включающий корпус и эластичную оболочку заполненные маслом, причем наружная поверхность оболочки сообщается с полостью скважины, демпферы, реверсивный электродвигатель, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения и со штангой привода насоса, уплотненной в корпусе, нижний конец винта установлен в подшипнике, отличающийся тем, что верхний конец винта передачи винт-гайка качения закреплен в подшипнике, размещенном внутри вставки, отцентрированной и зафиксированной в корпусе шпонками, гайка передачи винт-гайка качения связана с полым штоком, имеющим продольные пазы и выполненным с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения по подшипникам, установленным в шпонках на опорах, нижний демпфер установлен внутри полого штока.

Описание изобретения к патенту

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

Известен 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.

Известен также наземный привод скважинного плунжерного насоса, содержащий по меньшей мере два установленных параллельно шариковинтовых 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 шариковинтовых передач и траверсы, не позволяют его использовать в погружном варианте.

2. Недостаточная герметизация шариковинтового привода, которая делает его неработоспособным при погружении 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.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является 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, 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 [Патент РФ № 2347947 от 2007.09.04]. Недостатки привода следующие.

1. Быстрый износ и небольшой срок службы передачи винт-гайка качения, обусловленные способом закрепления винта только в нижнем положении.

2. Несоответствие требуемых динамических нагрузок, возникающих при работе передачи винт-гайка качения.

Техническим эффектом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы погружного насосного агрегата и увеличение ресурса передачи винт-гайка качения за счет предотвращения ее разрушения, возникающего из-за крутящей и осевой нагрузок, а также возможность повышения критической частоты вращения винта.

Заявленный технический эффект достигается решением технической задачи, направленной на увеличение межремонтного периода погружного насосного агрегата.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в погружном насосном агрегате, содержащем корпус и эластичную оболочку, заполненные маслом, причем наружная поверхность оболочки сообщается с полостью скважины, реверсивный электродвигатель, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения и со штангой привода насоса, уплотненной в корпусе, оба конца винта установлены в подшипниках, при этом верхний подшипник расположен внутри вставки, отцентрированной и зафиксированной в корпусе шпонками. Гайка передачи винт-гайка качения соединена с полым штоком, имеющим пазы и выполненным с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения по подшипникам, установленным в шпонках на опорах. Верхний демпфер установлен на полом штоке, а нижний внутри полого штока.

Сущность предлагаемого агрегата заключается в том, что за счет отцентрированного и зафиксированного в подшипниках винта передачи винт-гайка качения удалось увеличить межремонтный период насосного агрегата, установка нижнего демпфера в полый шток позволила значительно уменьшить габариты изделия, а использование подшипников скольжения - уменьшить потери на трение при движении по ним продольного паза полого штока.

На фиг.1 схематично изображен скважинный насосный агрегат.

На фиг.2 - узел крепления верхнего конца винта передачи винт-гайка качения.

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 винтом 5 и гайкой 6 передачи качения.

Промежуточный вал 4 установлен внутри маслозаполненной эластичной оболочки 7, полость которой сообщается с полостью корпуса 1, а внешняя поверхность - с полостью скважины. Нижняя часть эластичной оболочки 7 герметизирована кольцевым уплотнением 8. В верхней части корпуса 1 на штанге насоса 9 установлен верхний демпфер 10. Нижний демпфер 11 расположен внутри полого штока 12, выполненного с продольными пазами 13.

Нижний конец винта 5 и промежуточный вал 4 установлены в подшипниках 14, 15 и 16. Верхний конец винта 5 установлен в подшипнике 17, находящемся внутри вставки 18, закрепленной и отцентрированной в корпусе 1 шпонками 19, в которых установлены на опорах 20 подшипники скольжения 21.

Полый шток 12 соединен штангой 9 с насосом 22, имеющим впускные отверстия 23. Штанга 8 уплотнена в корпусе 1 кольцевым уплотнением 24.

Агрегат работает следующим образом. Вращение вала 3 реверсивного электродвигателя 2 передается промежуточным валом 4 на винт 5 передачи винт-гайка качения. Полый шток 12 совместно с гайкой 6 передачи посредством пазов 13 выполнен с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения до верхнего (нижнего) положения внутри корпуса 1 по подшипникам скольжения 21, установленным в шпонках 19 на опорах 20. Шток 12 перемещает штангой 9 плунжер насоса 22, жидкость в который поступает через впускные отверстия 23, причем длина хода плунжера насоса 22 соответствует числу оборотов двигателя 2 в одном направлении. При достижении заданного количества оборотов двигателя 2 в одном из направлений (соответствующее длине хода плунжера насоса 22) меняется направление вращения электродвигателя 2 и соответственно направление движения плунжера.

При возвратно-поступательном перемещении полого штока 12 происходит свободное перетекание масла в замкнутой системе из эластичной оболочки 7 в корпус 1 и обратно, обеспечивая смазку передачи винт-гайка качения, гидроизолированной кольцевыми уплотнениями 8 и 24.

Преимущества предлагаемого насосного агрегата заключаются в том, что данная конструкция обеспечивает надежность и регулирование работы погружного насосного агрегата, при этом увеличивается ресурс передачи винт-гайка качения, повышается критическая частота вращения винта, уменьшаются габаритные размеры.