Устройство для предохранения узла привода скважинного насоса от перегрузки по крутящему моменту и способ эксплуатации узла привода скважинного насоса

Изобретение относится к устройству стопорения крутящего момента для привода скважинных погружных насосов и направлено на предохранение от поломки элементов соединения при достижении крутящего момента предельного значения. Устройство для предохранения узла привода скважинного насоса от перегрузки по крутящему моменту содержит по меньшей мере один предохранительный элемент, выполненный в виде шпонки, обеспечивающей передачу крутящего момента между скважинным насосом и узлом его привода и срезающейся при достижении крутящим моментом предельного значения, причем предохранительный элемент состоит по меньшей мере из двух материалов. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к устройству для предохранения узла привода скважинного насоса от перегрузки по крутящему моменту.

В публикации патента DD 245931 А1 раскрыто шпоночное соединение для передачи крутящих моментов с аксиальным стопором ведомого элемента на приводном валу. Ведомый элемент, прежде всего в форме поводка, снабжен пазом, и его аксиальное стопорение происходит посредством затягивания зажимным винтом. Служащий для затягивания ведомого элемента на приводном валу паз ведомого элемента соответствует ширине шпонки. При монтаже ведомого элемента шпонку устанавливают таким образом, что после затягивания ведомого элемента он с геометрическим замыканием взаимодействует с боковыми поверхностями призматической шпонки.

В публикации патента DE 19748907 С1 раскрыта приводная головка для выполненной с возможностью вращения штанги, прежде всего для приведения в действие скважинного насоса. В корпусе, имеющем пропускные отверстия для штанги, установлена имеющая возможность вращения гильза, которая охватывает участок штанги и посредством муфты соединена со штангой. Для контролированного уменьшения накопленной в штанге энергии скручивания предусмотрен обратный тормоз, выполненный с возможностью приведения в действие посредством гильзы ротор и закрепленный на корпусе статор. Вращению статора относительно корпуса препятствует блокировка, которую можно снять только в том случае, когда штанга по существу свободна от энергии скручивания. Таким образом можно безопасно проверить, уменьшена ли энергия скручивания.

Из уровня техники известны многочисленные устройства и способы, с помощью которых скважинные насосы можно приводить в действие и/или фиксировать. Проблемы здесь создает, прежде всего, предохранение от перегрузки под действием крутящего момента, возникающей вследствие скручивания штанги. Эта энергии скручивания может давать настолько высокие частоты вращения, что привод через ведущий шкив и ремни разгоняется настолько, что разрушается. В худшем случае скорость вращения ведущего шкива может быть настолько велика, что после обрыва ремней он разгоняется настолько, что не выдерживает нагрузки и ломается. Разлетающиеся вокруг части приводного шкива могут нанести тяжелые травмы. Вследствие таких сложных задач на рынке представлены различные устройства.

Таким образом, в основе данного изобретения лежит задача создать устройство, посредством которого можно надежно и экономично предотвратить перегрузки вследствие энергии скручивания и/или вызванных сверхвысокой энергией привода крутящих моментов для приводного вала скважинных насосов.

Вышеназванная задача решена посредством устройства для предохранения от перегрузки, которое содержит в себе признаки п. 1 формулы изобретения. Другие преимущественные варианты осуществления следуют из признаков зависимых пунктов формулы изобретения.

Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ, посредством которого, прежде всего, можно надежно и просто избежать перегрузок вследствие энергии скручивания и/или вызванных сверхвысокой энергией привода крутящих моментов для приводного вала скважинных насосов.

Эта задача решена посредством способа, содержащего признаки п. 7 формулы изобретения.

Для решения поставленной задачи предложено устройство для предохранения узла привода для скважинных насосов от перегрузки по крутящему моменту. Устройство содержит по меньшей мере один предохранительный элемент, выполненный в виде шпонки, обеспечивающей передачу крутящего момента между скважинным насосом и узлом его привода и срезающейся при достижении крутящим моментом предельного значения, причем предохранительный элемент состоит по меньшей мере из двух материалов. Исходящая от скважинного насоса и/или узла привода перегрузка, т.е. крутящий момент, передаваемый между скважинным насосом и узлом его привода, может полностью восприниматься и/или нейтрализовываться по меньшей мере одним предохранительным элементом. Вследствие применения предохранительного элемента согласно изобретению самая слабая деталь транспортировочного устройства защищается от слишком больших крутящих моментов.

Как указано выше, по меньшей мере один предохранительный элемент состоит по меньшей мере из двух материалов. По меньшей мере два материала предохранительного элемента присутствуют в виде слоев и/или в виде гомогенной смеси и/или в виде армированной сеткой или пластами наполнителя гомогенной смеси, это позволяет гибко задавать максимальное срезающее усилие, которое может быть воспринято, прежде чем система привода и/или скважинный насос получат повреждение. Предлагаемое в изобретении использование в срезной шпонке по меньшей мере двух материалов позволяет расширить диапазон задаваемых предельных значений передаваемого шпонкой крутящего момента при ограниченных возможностях изменения размеров шпонки. В частности, комбинирование разных материалов и/или их взаимного расположения (слоистое расположение, гомогенная смесь, с армированием или без него) позволяет создать несколько шпонок, имеющих одинаковый размер, т.е. подходящих к одной и той же системе пазов, но срезающихся при разных предельных моментах. В зависимости от условий эксплуатации скважинного насоса, например в зависимости от мощности привода, может использоваться та или иная срезная шпонка.

Предлагаемое в изобретении устройство может содержать втулку, в которой расположен по меньшей мере один предохранительный элемент. Втулка расположена таким образом, что она полностью охватывает полый вал и связывает его с ведущим шкивом. Предохранительный элемент одновременно вставлен в первый паз втулки и во второй паз полого вала. Предохранительный элемент зафиксирован в обоих пазах держателем, закрепленным по меньшей мере двумя винтами.

Объектом изобретения является также способ эксплуатации узла привода скважинного насоса, причем для передачи крутящего момента между скважинным насосом и узлом его привода используют описанное выше устройство. При этом один или несколько предохранительных элементов при возникающей как на полом валу, так и на ведущем шкиве перегрузке срезаются по линии сдвига. Предохранительный элемент согласно изобретению изготавливается по меньшей мере из двух разных материалов. Далее различные размеры и различные сочетания материалов предохранительного элемента могут воспринимать и/или нейтрализовать крутящие моменты разной величины.

В дальнейшем примеры выполнения изобретения и его преимущества более подробно поясняются с помощью прилагаемых рисунков. Масштабные отношения отдельных элементов между собой на рисунках не всегда соответствует реальным масштабным отношениям, поскольку одни формы изображены упрощенно, а другие формы для лучшей наглядности увеличены по сравнению с другими элементами.

На фиг. 1 показано размещение устройства согласно изобретению в узле привода скважинного насоса.

На фиг. 2 показана схематическая конструкция устройства согласно изобретению в трехмерном изображении.

На фиг. 3 показан предпочтительный вариант осуществления предохранительного элемента.

На фиг. 4 показано, как посредством предохранительного элемента обеспечивает взаимодействие между устройством и узлом привода.

На фиг. 1 показано размещение устройства 20 согласно изобретению в узле 10 привода. Посредством устройства 20 предотвращаются перегрузки, которые передаются от ведущего шкива 12 на полый вал 16 или наоборот. Такая перегрузка может создаваться слишком большим усилием приводного электродвигателя (не показан), когда скважинный насос (не показан) заблокирован. Другая возможность неисправности может быть связана с перегрузкой, которая создается накопленной в приводной штанге энергией скручивания. Эта энергия скручивания высвобождается внезапно, когда привод выходит из строя и предусмотренный тормоз обратного удара функционирует ненадлежащим образом или полностью выходит из строя. Для предотвращения этого устройство 20 расположено в области ведущего шкива 12 на полом валу 16. Устройство 20 вмонтировано таким образом, что предохранительный элемент 24 находится выше ведущего шкива 12. Тем самым обеспечена доступность винтов 28, которыми зафиксирован предохранительный элемент 24. Поскольку предохранительный элемент 24 при слишком высоком крутящем моменте, то есть при перегрузке, срезается, необходима быстрая замена, чтобы иметь возможность возобновить эксплуатацию. Это обеспечено посредством размещения устройства 20. Сквозь полый вал 16 проходит полированный шток 14, посредством которого скважинный насос приводится в действие.

На фиг. 2 показана схематическая конструкция устройства 20 согласно изобретению в трехмерном изображении. Устройство 20 состоит, по существу, из втулки 22, на которой установлен ведущий шкив (не показан). На втулке 22 находится первый паз 30, в который устанавливается предохранительный элемент 24. Предохранительный элемент 24 зафиксирован держателем 26 и закреплен винтами 28.

На фиг. 3 показан предпочтительный вариант осуществления предохранительного элемента 24. Предохранительный элемент 24 изготовлен из первого материала 34 и второго материала 36. Понятно, что предохранительный элемент 24 может быть выполнен из гомогенной массы, в которой смешаны по меньшей мере два материала. В технике известно много возможностей для соединения, стабилизации двух материалов и придания им нужной формы. Таким образом, показанный здесь предпочтительный вариант осуществления не является окончательным ограничением объема охраны. Далее в мысленно изображенном положении видна линия 40 сдвига. Вдоль этой линии 40 сдвига предохранительный элемент 24 будет срезан при появлении перегрузки.

На фиг. 4 показано, как посредством предохранительного элемента 24 обеспечивается взаимодействие между устройством 20 и узлом привода. Предохранительный элемент 24 заходит в первый паз 30 втулки 22 и во второй паз 32 полого вала 16. Посредством этого геометрического замыкания связи в нормальном режиме обеспечена передача крутящих моментов. В случае слишком больших крутящих моментов, которые могут привести к повреждению скважинного насоса и/или узла привода, предохранительный элемент 24, предпочтительно вдоль линии 40 сдвига, срезается и обеспечивает таким образом постепенную остановку соответствующих вращающихся деталей. Предохранительный элемент 24 застопорен держателем 26, который винтами 28 соединен с втулкой 22.

Изобретение описано на примере предпочтительного варианта его осуществления.

ССЫЛОЧНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

10 узел привода с предлагаемым устройством

12 ведущий шкив

14 полированный шток

16 полый вал

20 предлагаемое устройство

22 втулка

24 предохранительный элемент/шпонка

26 держатель

28 винт

30 первый паз

32 второй паз

34 первый материал

36 второй материал

40 линия сдвига.

1. Устройство (20) для предохранения узла (10) привода скважинного насоса от перегрузки по крутящему моменту, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один предохранительный элемент (24), выполненный в виде шпонки, обеспечивающей передачу крутящего момента между скважинным насосом и узлом (10) его привода и срезающейся при достижении крутящим моментом предельного значения, причем предохранительный элемент (24) состоит по меньшей мере из двух материалов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере два материала предохранительного элемента (24) присутствуют в виде слоев и/или в виде гомогенной смеси и/или в виде армированной сеткой или пластами наполнителя гомогенной смеси.

3. Устройство (20) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит втулку (22), в которой расположен по меньшей мере один предохранительный элемент (24).

4. Устройство (20) по п. 3, отличающееся тем, что втулка (22) полностью охватывает полый вал (16) и связывает его с ведущим шкивом (12).

5. Устройство (20) по п. 1, 2 или 4, отличающееся тем, что оно содержит втулку (22), имеющую первый паз (30), и полый вал (16), охватываемый втулкой (22) и имеющий второй паз (32), причем предохранительный элемент (24) одновременно вставлен в первый паз (30) и во второй паз (32) и зафиксирован держателем (26), застопоренным по меньшей мере двумя винтами (28).

6. Устройство (20) по п. 3, отличающееся тем, что оно содержит втулку (22), имеющую первый паз (30), и полый вал (16), охватываемый втулкой (22) и имеющий второй паз (32), причем предохранительный элемент (24) одновременно вставлен в первый паз (30) и во второй паз (32) и зафиксирован держателем (26), застопоренным по меньшей мере двумя винтами (28).

7. Способ эксплуатации узла (10) привода скважинного насоса, отличающийся тем, что для передачи крутящего момента между скважинным насосом и узлом (10) его привода используют устройство по одному из пп. 1-6.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что предельное значение передаваемого предохранительным элементом (24) крутящего момента задают путем выбора размеров предохранительного элемента (24) или сочетания используемых в нем материалов.