Насос и способ его применения (варианты)

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при добыче нефти на нефтяных месторождениях. Насос содержит устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное с телом вращения в виде вала и втулку, установленную с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения вала и соединенную с плунжером, втулка фиксирована от поворота вокруг оси вращения вала, на боковой поверхности которого выполнена, по меньшей мере, одна замкнутая винтовая канавка, состоящая из правой и левой винтовых канавок, крайние витки которых плавно переходят друг в друга, на внутренней поверхности втулки имеется, как минимум, один выступ, установленный в замкнутой винтовой канавке и выполненный с возможностью перемещения вдоль ее оси. Угол подъема цилиндрической винтовой линии правой канавки β_{1 пр.к.} не равен углу подъема цилиндрической винтовой линии левой канавки β_{1 л.к.}, β_{1 пр.к.}≠β_{1 л.к.}, или шаг цилиндрической винтовой линии правой канавки не равен шагу цилиндрической винтовой линии левой канавки или шаг, по меньшей мере, одной цилиндрической винтовой линии выполнен равномерно возрастающим или равномерно убывающим. В качестве варианта указан насос, в котором устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное содержит тело вращения в виде втулки и вал, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения втулки и соединенный с плунжером. В нем шаг цилиндрической винтовой линии правой канавки β_{2 пр.к.} не равен шагу цилиндрической винтовой линии левой канавки β_{2 л.к.,} β_{2 пр.к.}≠β_{2 л.к.}, или шаг, по меньшей мере, одной цилиндрической винтовой линии выполнен равномерно возрастающим или равномерно убывающим. Упрощается конструкция и повышается коэффициент полезного действия. 4 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к конструкциям насосов для подъема газосодержащей пластовой жидкости из скважины, и может быть использовано при добыче нефти на нефтяных месторождениях.

Известен насос плунжерный для перекачивания жидкостей, содержащий устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное (RU 2294454 С1, 2007.02.27).

Недостатками данного насоса являются сложная конструкция и низкий КПД. Указанный насос по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению.

Технический результат изобретения - повышение коэффициента полезного действия насоса и упрощение его конструкции.

Технический результат достигается за счет того, что насос, включающий корпус, в котором размещено устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержит тело вращения в виде вала и втулку, установленную с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения вала и соединенную с плунжером, втулка фиксирована от поворота вокруг оси вращения вала, на боковой поверхности которого выполнена, по меньшей мере, одна замкнутая винтовая канавка, состоящая из правой и левой винтовых канавок, крайние витки которых плавно переходят друг в друга, а оси представляют собой цилиндрические винтовые линии, на внутренней поверхности втулки имеется, как минимум, один выступ, установленный в замкнутой винтовой канавке и выполненный с возможностью перемещения вдоль ее оси, при этом угол подъема цилиндрической винтовой линии правой канавки β_1пр.к. не равен углу подъема цилиндрической винтовой линии левой канавки β_1л.к., β_1пр.к. ≠β_1л.к., или шаг цилиндрической винтовой линии правой канавки не равен шагу цилиндрической винтовой линии левой канавки, или шаг, по меньшей мере, одной цилиндрической винтовой линии выполнен равномерно возрастающим или равномерно убывающим.

На фиг.1 схематически изображен насос с втулкой, соединенной с плунжером; на фиг.2 - насос, в котором вал соединен с плунжером; на фиг.3 - пара вал-втулка, разрез; на фиг.4 - эпюра правой и левой цилиндрических винтовых линий.

Насос (фиг.1) включает корпус 1, в котором размещено устройство для преобразования вращательного движения от привода 2 в возвратно-поступательное, содержащее тело вращения в виде вала 3 и находящуюся с ним в зацеплении втулку 4, установленную с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения вала 3 и соединенную с плунжером 5. Втулка 4 фиксирована от поворота вокруг оси вращения вала 3, на боковой поверхности которого выполнена, по меньшей мере, одна замкнутая винтовая канавка 6 (фиг.3), состоящая из правой и левой цилиндрических винтовых канавок, крайние витки которых плавно переходят друг в друга, а оси представляют собой цилиндрические винтовые линии 7 и 8, соответственно (фиг.4). На внутренней поверхности втулки 4 имеется выступ 9, установленный в замкнутой винтовой канавке 6 и выполненный с возможностью перемещения вдоль ее оси. На корпусе 1 выполнены всасывающий клапан 10 и нагнетательный клапан 11, а на плунжере 5 клапан 12. Внутри корпуса 1 находится насосная камера 13. Насос установлен в скважине внутри обсадной трубы 14 с пластовой жидкостью 15. Угол β (фиг.4) - угол подъема цилиндрической винтовой линии. Шаг цилиндрической винтовой линии определяется величиной 2πRtgβ, где R - радиус цилиндра, по боковой поверхности которого движется точка, образующая цилиндрическую винтовую линию. Угол подъема цилиндрической винтовой линии правой канавки β_пр.к. принят не равным углу подъема цилиндрической винтовой линии левой канавки β_л.к., при этом β_пр.к.≠β_л.к.; шаг цилиндрической винтовой линии правой канавки не равен шагу цилиндрической винтовой линии левой канавки, или шаг, по меньшей мере, одной цилиндрической винтовой линии выполнен равномерно возрастающим или равномерно убывающим.

Втулка 4 и плунжер 5 соединены друг с другом или составляют единое целое.

Работает насос следующим образом.

Для откачивания пластовой жидкости из скважины на поверхность внутрь обсадной трубы 14 помещают насос, включающий корпус 1. При помощи привода 2 приводят во вращение вал 3. От взаимодействия с валом 3 выступа 9 втулка 4 и соединенный с ней плунжер 5 приходят в возвратно-поступательное движение вдоль оси вращения вала 3.

За один оборот вала 3 втулка 4 перемещается вдоль оси вращения вала 3 на длину одного шага цилиндрической винтовой линии. Исключение составляют крайние витки правой и левой винтовых канавок, которые плавно переходят друг в друга и при нахождении в которых плунжер 5 меняет направление

При движении выступа 9 по правой винтовой канавке втулка 4 с плунжером 5 перемещается вверх, а при перемещении выступа 9 по левой винтовой канавке втулка 4 с плунжером 5 движется вниз.

Во время движения плунжера 5 вверх в насосной камере 13 возникает зона пониженного давления. Это приводит к открытию всасывающего клапана 10 и закрытию клапана 12.

Пластовая жидкость 15 через открытый всасывающий клапан 10 поступает в нижнюю часть насосной камеры 13 и заполняет ее.

После заполнения насосной камеры 13 пластовой жидкостью направление движения втулки 4 с плунжером 5 меняется на противоположное и плунжер 5 перемещается вниз.

Под давлением плунжера 5, передающимся на пластовую жидкость, находящуюся внутри насосной камеры 13, всасывающий клапан 10 закрывается и пластовая жидкость через открытый клапан 12 перемещается в верхнюю часть насосной камеры 13 и далее через нагнетательный клапан 11 и насосно-компрессорные трубы (на фиг.1, 2, 3, 4 не показаны) выталкивается на поверхность. Далее цикл работы насоса повторяется.

Частота циклов зависит от конкретной конструкции насоса и режима отдачи пласта. С учетом конкретных параметров жидкой среды, в том числе пластовой жидкости, шаг, по меньшей мере, одной цилиндрической винтовой линии может выполняться равномерно возрастающим или равномерно убывающим.

Способ применения насоса включает перемещение жидкой среды и заключается в том, что перемещение жидкой среды осуществляют при помощи насоса, включающего корпус, в котором размещено устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащее тело вращения в виде вала и втулку, соединенную с плунжером и фиксированную от поворота вокруг оси вращения вала, на боковой поверхности которого выполнена, по меньшей мере, одна замкнутая винтовая канавка, состоящая из правой и левой винтовых канавок, крайние витки которых плавно переходят друг в друга, а оси представляют собой цилиндрические винтовые линии, на внутренней поверхности втулки имеется, как минимум, один выступ, установленный в канавке и выполненный с возможностью перемещения вдоль ее оси. В предлагаемом способе применения насоса перемещение жидкой среды осуществляют при помощи насосов, в которых:

- угол подъема цилиндрической винтовой линии правой канавки β_пр.к. выполняется не равным углу подъема цилиндрической винтовой линии левой канавки β_л.к., при этом β_пр.к.≠β_л.к., а шаг цилиндрической винтовой линии правой канавки не равен шагу цилиндрической винтовой линии левой канавки.

По меньшей мере, шаг одной цилиндрической винтовой линии в насосе может выполняться равномерно возрастающим или равномерно убывающим.

В качестве варианта насоса рассматривается насос, включающий корпус, в котором размещено устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, устройство содержит тело вращения в виде втулки и вал, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения втулки и соединенный с плунжером, на боковой поверхности вала выполнена, по меньшей мере, одна замкнутая винтовая канавка, состоящая из правой и левой винтовых канавок, крайние витки которых плавно переходят друг в друга, а оси представляют собой цилиндрические винтовые линии, на внутренней поверхности втулки имеется, как минимум, один выступ, установленный в замкнутой винтовой канавке и выполненный с возможностью перемещения вдоль ее оси.

Угол подъема цилиндрической винтовой линии правой канавки β_{1 пр.к.} выполняется не равным углу подъема цилиндрической винтовой линии левой канавки β_1л.к., при этом возможен вариант, когда β_1пр.к≠β_1л.к., шаг цилиндрической винтовой линии правой канавки выполняется неравным шагу цилиндрической винтовой линии левой канавки.

Кроме того, шаг, по меньшей мере, одной цилиндрической винтовой линии может быть равномерно возрастающим или равномерно убывающим.

Втулка 4 и плунжер 5 соединены друг с другом или составляют единое целое.

Способ применения насоса, включающий перемещение жидкой среды, заключается в том, что перемещение жидкой среды осуществляют при помощи насоса, включающего корпус, в котором размещено устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащее тело вращения в виде втулки и вал, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения втулки и соединенный с плунжером, на боковой поверхности вала выполнена, по меньшей мере, одна замкнутая винтовая канавка, состоящая из правой и левой винтовых канавок, крайние витки которых плавно переходят друг в друга, а оси представляют собой цилиндрические винтовые линии, на внутренней поверхности втулки имеется, как минимум, один выступ, установленный в замкнутой винтовой канавке и выполненный с возможностью перемещения вдоль ее оси, при этом угол подъема цилиндрической винтовой линии правой канавки β_1пр.к. не равен углу подъема цилиндрической винтовой линии левой канавки β_1л.к., шаг цилиндрической винтовой линии правой канавки не равен шагу цилиндрической винтовой линии левой канавки, и шаг, по меньшей мере, одной цилиндрической винтовой линии в насосе может выполняться равномерно возрастающим или равномерно убывающим.

Возможен вариант, при котором β_1пр.к.=β_1л.к.=<π/4.

Во всех рассмотренных выше насосах плунжер в одном направлении проходит расстояние, равное количеству шагов цилиндрической винтовой линии.

Замкнутых винтовых канавок может быть несколько. Очевидно, что количество замкнутых винтовых канавок равняется количеству выступов. В каждой замкнутой винтовой канавке находится один выступ, который во время работы привода перемещается вдоль ее оси.

Для фиксации вала от поворота вокруг оси вращения втулки на внешней поверхности плунжера, соединенного с валом или составляющего с ним единое целое, выполняется, по меньшей мере, один выступ, перемещающийся параллельно оси вращения втулки в сопряженной с ним продольной канавке на корпусе насоса. Фиксацию вала от поворота вокруг оси вращения втулки осуществляют также путем выполнения на внешней поверхности плунжера, соединенного с валом или составляющего с ним единое целое, по меньшей мере, одной продольной канавки, а на корпусе насоса - как минимум, одного выступа, находящегося в канавке и перемещающегося в ней параллельно оси вращения втулки.

Фиксация втулки, соединенной с плунжером или составляющей с ним единое целое, от поворота вокруг оси вращения вала производится путем выполнения на внешней поверхности плунжера, как минимум, одного выступа, перемещающегося параллельно оси вращения втулки в сопряженной с ним продольной канавке на корпусе насоса. Фиксацию втулки, соединенной с плунжером или составляющей с ним единое целое, от поворота вокруг оси вращения вала производят также путем выполнения на внешней поверхности плунжера, по меньшей мере, одной продольной канавки, а на корпусе насоса, как минимум, одного выступа, находящегося в продольной канавке и перемещающегося в ней параллельно оси вращения вала.

Описываемые технические решения позволяют значительно повысить коэффициент полезного действия насосов, упростить их конструкцию.

1. Насос, включающий корпус, в котором размещено устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащее тело вращения в виде вала и втулку, установленную с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения вала и соединенную с плунжером, при этом втулка фиксирована от поворота вокруг оси вращения вала, на боковой поверхности которого выполнена, по меньшей мере, одна замкнутая винтовая канавка, состоящая из правой и левой винтовых канавок, крайние витки которых плавно переходят друг в друга, а оси представляют собой цилиндрические винтовые линии, на внутренней поверхности втулки имеется, как минимум, один выступ, установленный в замкнутой винтовой канавке и выполненный с возможностью перемещения вдоль ее оси, отличающийся тем, что угол подъема цилиндрической винтовой линии правой канавки β_{1 пр.к.} не равен углу подъема цилиндрической винтовой линии левой канавки β_{1 л.к.}, β_{1 пр.к.}≠β_л.к., или шаг цилиндрической винтовой линии правой канавки не равен шагу цилиндрической винтовой линии левой канавки, или шаг, по меньшей мере, одной цилиндрической винтовой линии выполнен равномерно возрастающим или равномерно убывающим.

2. Способ применения насоса, включающий перемещение жидкой среды, отличающийся тем, что перемещение жидкой среды осуществляют при помощи насоса по п.1.

3. Насос, включающий корпус, в котором размещено устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, устройство содержит тело вращения в виде втулки и вал, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения втулки и соединенный с плунжером, на боковой поверхности вала выполнена, по меньшей мере, одна замкнутая винтовая канавка, состоящая из правой и левой винтовых канавок, крайние витки которых плавно переходят друг в друга, а оси представляют собой цилиндрические винтовые линии, вал фиксирован от поворота вокруг оси вращения втулки, на внутренней поверхности которой имеется, как минимум, один выступ, установленный в замкнутой винтовой канавке и выполненный с возможностью перемещения вдоль ее оси, отличающийся тем, что шаг цилиндрической винтовой линии правой канавки β_{2 пр.к.} не равен шагу цилиндрической винтовой линии левой канавки β_{2 л.к.,} β_{2 пр.к.} ≠β_{2 л.к,} или шаг, по меньшей мере, одной цилиндрической винтовой линии выполнен равномерно возрастающим или равномерно убывающим.

4. Способ применения насоса, включающий перемещение жидкой среды, отличающийся тем, что перемещение жидкой среды осуществляют при помощи насоса по п.3.