Модульная секция фильтра погружного насосного агрегата

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в погружных центробежных насосах для добычи пластовой жидкости (нефти) из скважин. Модульная секция фильтра погружного насосного агрегата состоит из головки, основания, корпуса с отверстиями, фильтроэлемента, вала с подшипниками, каждый из которых содержит подвижную и неподвижную втулки, составляющие пару трения. Корпус установлен между головкой и основанием и изготовлен в виде тонкостенной трубы. Втулки каждого подшипника вала изготовлены из твердосплавного и (или) керамического материала. На валу у подвижной втулки, по крайней мере, одного подшипника установлено устройство для принудительною охлаждения его пары трения, которое состоит, по крайней мере, из одного лопастного колеса. Изобретение направлено на повышение КПД и надежности погружного насосного агрегата за счет снижения гидравлического сопротивления при поступлении пластовой жидкости в насос и обеспечения условий для надежной работы подшипников вала. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в погружных центробежных насосах для добычи пластовой жидкости (нефти) из скважин.

Известен входной модуль погружного центробежного электронасоса для подъема жидкости из скважин (RU №42081, МПК F04D 13/10, 20.11.2004). Конструкция содержит входной модуль с дистругирующими аппаратами, основание входного модуля снабжено само очищающим многосекционным фильтром, представляющим собой щелевой экран, который крепится на основании модуля опорными кольцами, притом по всей длине основания расположены отверстия, количество и периодичность расположения которых расчетная.

Недостатком конструкции является низкая эффективность фильтрации, обусловленная тем, что отфильтрованная жидкость должна проходить через перфорированное основание, длина которого ограничена.

Дистругирующие аппараты, установленные в верхней части, предназначены для диспергирования, перемешивания газожидкостной смеси, но поскольку аппараты являются неподвижными, скорость течения жидкости при прохождении через них невысока, и диспергирование является малоэффективным. Кроме того они создают дополнительное гидравлическое сопротивление.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является входной модуль погружного насосного агрегата с щелевым фильтром, состоящий из головки с верхним подшипником, основания с нижним подшипником, соединенного с ними цилиндрического корпуса с отверстиями, внутри которого установлены промежуточные подшипники, а с наружи размещен щелевой фильтроэлемент, и вала, установленного в подшипниках. Подшипники отделены друг от друга перфорированными трубками, расположенными внутри корпуса и снабжены подпружиненными отбойниками (см. патент на изобретение RU 2312253, МПК F04D 13/10, 10.12.2007).

Недостатком данного модуля является повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное тем, что откачиваемая жидкость попадает в насос, проходя не только через щелевой фильтроэлемент, но и через отверстия в корпусе и перфорированные трубки. Это приводит к снижению производительности насоса.

Помимо этого, из-за наличия в подшипниках отбойников и элементов подпружинивания отбойников, отвод тепла из зоны трения подшипников осложнен, так как в паре трения затруднен проток пластовой жидкости. То есть не обеспечивается охлаждение подшипника, вследствие чего возникает локальный нагрев, что снижает надежность работы подшипников и насосного агрегата в целом.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности и КПД погружного насосного агрегата за счет обеспечения условий для надежной работы подшипников вала и снижения гидравлического сопротивления при поступлении пластовой жидкости в насос.

Указанный технический результат достигается за счет того, что модульная секция фильтра погружного насосного агрегата, состоящая из головки,, основания, корпуса с отверстиями, который установлен между головкой и основанием, фильтроэлемента, вала с подшипниками, каждый из которых содержит подвижную и неподвижную втулки, составляющие пару трения, причем корпус изготовлен в виде тонкостенной трубы, втулки каждого подшипника вала изготовлены из твердосплавного и (или) керамического материала, причем на валу у подвижной втулки, по крайней мере, одного подшипника установлено устройство для принудительного охлаждения его пары трения, которое состоит, по крайней мере, из одного лопастного колеса.

В частном случае выполнения модульной секции фильтра, внешний диаметр лопастного колеса устройства для принудительного охлаждения превышает внешний диаметр неподвижной втулки подшипника не более чем на сорок процентов.

В частном случае выполнения модульной секции фильтра, лопастное колесо устройства для принудительного охлаждения выполнено в виде втулки со шпоночным пазом и продольных лопастей.

В частном случае выполнения модульной секции фильтра, лопастное колесо устройства для принудительного охлаждения выполнено в виде втулки со шпоночным пазом и лопастей, изготовленных под наклоном к плоскости, перпендикулярной к оси вращения.

В частном случае выполнения модульной секции фильтра, лопастное колесо устройства для принудительного охлаждения выполнено в виде втулки со шпоночным пазом с винтовой канавкой.

Кроме того, в частном случае выполнения модульной секции фильтра, отверстия в корпусе изготовлены в виде окон, разделенных перегородками в виде стержней.

Изготовление корпуса из тонкостенной трубы увеличивает площадь его проточной части в поперечном сечении (размер поперечного сечения зависит от внутреннего диаметра корпуса в квадрате), что позволяет повысить наружный диаметр подшипников и, соответственно, площадь каналов в них. Это приводит к увеличению производительности насоса за счет увеличения площади проточной части модульной секции фильтра и, соответственно, снижению гидравлического сопротивления.

Изготовление втулок каждого подшипника из твердого сплава или аналогичного материала, например, керамического позволит увеличить надежность работы входного модуля, так как этот материал имеет повышенную твердость и износостойкость.

Установка на валу у подвижной втулки, по крайней мере, одного подшипника устройства для принудительного охлаждения его пары трения позволит обеспечивает принудительную прокачку пластовой жидкости через пару трения в подшипнике, следовательно, в паре трения подшипника не возникает локальный нагрев (благодаря протоку жидкости, отводящей тепло). Этим обеспечивается надежная работа подшипника и, следовательно, повышение надежности работы насосного агрегата.

Устройство для принудительного охлаждения пары трения подшипника может быть изготовлено в виде лопастного колеса. Для обеспечения принудительного подвода жидкости в область пары трения подшипника, внешний диаметр лопастного колеса не должен превышать внешний диаметр неподвижной втулки подшипника более чем на сорок процентов.

Фильтр может состоять из нескольких секций.

На фиг.1 изображен продольный разрез модульной секции фильтра.

На фиг.2 - продольный разрез подшипника модульной секции фильтра с устройством для принудительного охлаждения пары трения подшипника.

На фиг.3 - лопастное колесо устройства для принудительного охлаждения пары трения подшипника, изготовленное в виде втулки со шпоночным пазом и продольными лопастями.

На фиг.4 - лопастное колесо устройства для принудительного охлаждения пары трения подшипника, изготовленное в виде втулки со шпоночным пазом и лопастей, изготовленных под наклоном к плоскости, перпендикулярной к оси вращения.

На фиг.5 - лопастное колесо устройства для принудительного охлаждения пары трения подшипника, изготовленное в виде втулки со шпоночным пазом с винтовой канавкой.

Модульная секция фильтра состоит из головки 1, основания 2, подшипников 3, корпуса 4 с отверстиями 5, фильтроэлемента 6 и вала 7. Корпус 4 установлен между головкой 1 и основанием 2, и изготовлен в виде тонкостенной трубы. Вал 7 установлен в подшипниках 3, каждый из которых содержит подвижную 8 и неподвижную 9 втулки, составляющие пару трения. Втулки 8, 9 каждого подшипника 3 изготовлены из твердосплавного и (или) керамического материала. На валу 7 у подвижной 8 втулки, по крайней мере, одного подшипника 3 установлено устройство для принудительного охлаждения 10 пары трения подшипника 3, которое состоит, по крайней мере, из одного лопастного колеса. Внешний диаметр лопастного колеса устройства для принудительного охлаждения 10 пары трения превышает внешний диаметр неподвижной втулки 9 подшипника 3 не более чем на сорок процентов.

Для сокращения гидравлических потерь входящей жидкости отверстия 5 в корпусе 4 могут быть изготовлены в виде окон, разделенных перегородками в виде стержней (на Фиг. не показаны). Лопастное колесо устройства для принудительного охлаждения 10 может быть выполнено в виде втулки со шпоночным пазом и продольных лопастей (Фиг.3), втулки со шпоночным пазом и лопастями, изготовленными под наклоном к плоскости, перпендикулярной оси вращения (Фиг.4), втулки со шпоночным пазом и винтовой канавкой (Фиг.5).

Вал 7 механически соединяется с валом протектора гидрозащиты погружного электродвигателя, установленного ниже, и с валом погружного насоса или с валом газосепаратора, установленного выше (на фигурах эти элементы не показаны).

При работе погружного насосного агрегата жидкость проходит через фильтроэлемент 6, очищаясь от мехпримесей, и попадает во внутреннюю полость модульной секции фильтра через отверстия 5 в корпусе 4. Поднимаясь вверх в полости модульной секции фильтра, жидкость проходит через устройства для принудительного охлаждения 10 пары трения подшипника 3, приобретая дополнительную энергию, далее проходит через подшипники 3, содержащие подвижные 8 и неподвижные 9 втулки из твердосплавного и (или) керамического материала. Устройство для принудительного охлаждения 10 пары трения подшипника, установленное на валу 7 у подвижной 8 втулки, по крайней мере, одного подшипника 3, позволяет обеспечить принудительную прокачку пластовой жидкости через пару трения в подшипнике, центробежную сепарацию механических примесей и обеспечить диспергирование газожидкостной смеси. Жидкость, пройдя через внутреннюю полость входного модуля, поступает в газосепаратор или на прием насоса.

Заявленная модульная секция фильтра имеет высокую надежность. Обеспечен проход пластовой жидкости через пары трения подшипников, что обеспечивает условия для их стабильной работы. Конструкция модульной секции обеспечивает снижение гидравлических потерь, что повышает эффективность работы насосного агрегата.

1. Модульная секция фильтра погружного насосного агрегата, состоящая из головки, основания, корпуса с отверстиями, который установлен между головкой и основанием, фильтроэлемента, вала с подшипниками, каждый из которых содержит подвижную и неподвижную втулки, составляющие пару трения, отличающаяся тем, что корпус изготовлен в виде тонкостенной трубы, втулки каждого подшипника вала изготовлены из твердосплавного и/или керамического материала, причем на валу у подвижной втулки, по крайней мере, одного подшипника установлено устройство для принудительного охлаждения его пары трения, которое состоит, по крайней мере, из одного лопастного колеса.

2. Модульная секция фильтра по п.1, отличающаяся тем, что внешний диаметр лопастного колеса устройства для принудительного охлаждения превышает внешний диаметр неподвижной втулки подшипника не более чем на 40%.

3. Модульная секция фильтра по п.1, отличающаяся тем, что лопастное колесо устройства для принудительного охлаждения выполнено в виде втулки со шпоночным пазом и продольных лопастей.

4. Модульная секция фильтра по п.1, отличающаяся тем, что лопастное колесо устройства для принудительного охлаждения выполнено в виде втулки со шпоночным пазом и лопастей, изготовленных под наклоном к плоскости, перпендикулярной к оси вращения.

5. Модульная секция фильтра по п.1, отличающаяся тем, что лопастное колесо устройства для принудительного охлаждения выполнено в виде втулки со шпоночным пазом с винтовой канавкой.

6. Модульная секция фильтра по п.1, отличающаяся тем, что отверстия в корпусе изготовлены в виде окон, разделенных перегородками в виде стержней.