Глубинный плунжерный электронасос

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(84) ГЛУБИННЫЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОС(57) Использование: в технике механизированногоподьема пластовых жидкостей из скважин. Сущность изобретения; приводной электродвигательсвязан с ходовым винтом имеющим участки левой иправой резьб для сопряжения с гайкой, Гайка установлена в корпусе с возможностью возвратно - поступательного движения и связана с вытеснитепьным элементом насоса, выполненным с возможностью обеспечения тактов всасывания и нагнетания Участки резьбы винта по длине имеют полный(Я 1) 5 1764347 66 и неполный профили и содержат средний участок полного профиля с правой и левой резьбами разпичного шага и числа заходов, концевые участки с резьбой неполного профиля - верхний с правок, нижний с левой резьбой, и наоборот. Профиль резьбы концевых участков выполнен от среднего участка к концу уменьшающимся по высоте от максимума до нуля. Гайка выполнена составной и илтеет обечайку с размещенными в ней и соприкасающимися между собой чередукхцилися секторами с правой и левой резьбами, выполненными с возможностью попеременного их сопряжения соответственно с правой и левой резьбами виспа. Сектора в зоне соприкосновения выполнены зубчатыми и соединены с обечайкой при помощи упругих элементов. 4 илИзобретение относится к технике механизированного подьема пластовых жидкостей из скважин, в частности к глубинно-насосной их эксплуатации электроприводными бесштанговь 1 ми насосами.Известен глубинный плунжерный электронасос. содержащий корпус (цилиндр), нагнетательные и всасывающие клапаны, полый плунжер, жестко соединенный с движущимся возвратно-поступательно рабочим органом электродвигателя (1, 2).Недостаток конструкции известного глубинного плунжерного электронасоса состоит в том, то изменение направления движенил плунжера с.рабочим органом электродвигателя осуществляется коммутацией тока, при этом прямое (при нагнетании) и обратное (при всасывании) движения плунжера происходят с равными скоростями и усилиями, что увеличивает затраты электроэнергии и уменьшает КПД электро- насоса.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является бесштанговый сквакинный насос двойного действия, содержащий корпус, приводной электродвигатель, связанный с ходовым винтом, сопряженным с гайкой, установленной в корпусе с возмокностью возвратно-поступательного двикения и связанной с вытеснительным элементом, выполненным с возможностью обеспечения тактов всасывания и нагнетания 3),Недостатком указанного насоса является то, что в процессе его работы винт находится постоянно в рек,.1 ме реверсирования, а скорости и усилия, развиваемые плунжером при тактах всасывания и нагнетания, равны, что уменьшает КПД электронасоса.Цель изобретения - повышение КПД за счет исключения- реверса винта, а также обеспечения оптимальных (разных) скоростей и усилий при движении вытеснительного элемента насоса на тактах всасывания и нагнетания,Поставленная цель достигается тем, что в глубинном плунжерном электронасосе, содержащем корпус, приводной электродвигатель, связанный с ходовым винтом, сопряженным с гайкой, установленной в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения и связанной с вытеснительным элементом насоса, выполненным с возможностью обеспечения тактов всасывания и нагнетания, участки резьб ходового винта по длине имеют полный и неполный профили и включают средний участок полного профиля с правой и левой резьбами различного шага и числа заходов. концевые участки с резьбой неполного профиля - верхний с правой, а нижнийс левой резьбой, и наоборот, причем профиль резьбы концевых участков выполнен отсреднего участка к концу уменьшающимся5 по высоте от максимума до нуля. при этомгайка выполнена составной и включает обечайку с размещенными в ней и соприкасающимися между собой чередующимисясекторами с правой и левой резьбами, вы 10 полненными с возможностью попеременного их сопряжения соответственно с правойи левой резьбами ходового винта, при этомсектора в зоне соприкосновения выполнены зубчатыми и соединены с обечайкой при15 помощи упругих элементов.Благодаря однонаправленному вращению винта и рабочего органа электродвига, теля и возможности создания оптимальныхусилий и скоростей прямого (процесс нагне 20 тания) и обратного (процесс всасывания) ходов плунжера, повысится КПД и. снизитсяпотребляемая энергия электронасосгНа фиг,1 изображен продольный схематический разрез заявленного глубинного25 плунжерного злектронасоса; на фиг,2 - разрез А - А на фиг,1; на фиг.Э - схема усилий всекторах гайки; на фиг,4- фрагмент сеченияповерхностей соприкасающихся секторовгайки,30 Заявленный глубинный плунжерныйэлектронасос содержит жестко соединенные между собой насос 1 и погружной маслозаполненный электродвигатель 2 свращающимся рабочим органом 3.35 Насос 1 включает цилиндр 4, внутри которого находится вытеснительный элемент(полый глухой плунжер 5) с подвижным уплотнением б, Над цилиндром 4 расположенклапан 7, приемная полость которого сооб 40 щена с затрубным пространством радиальными каналами 8, а через полость 9 и каналы10 он сообщен с цилиндром 4, Нагнетательный клапан 11 расположен над всасывающим клапаном 7 в верхней части насоса 1 и45 сообщен через каналы 10 с цилиндром 4,По оси насоса 1 и электродвигателя 2установлен ходовой винт 12, верхний конецкоторого может входить в палый глухойплунжер 5, а нижний конец жестко соединен50 с однонаправленно вращающимся рабочиморганом 3 электродвигателя 2.На ходовом винте 12 смонтирована гайка 13 с возможностью возвратно-поступательного перемещения по винту 12.55 Обечайка 14 гайки 13 фиксируется относительно корпуса насоса 1 шариками 15,скользящими в процессе работы насоса попазам (пазы могут быть выполнены винтовыми), которые выполнены на внутреннейповерхности корпуса насоса 1, 200383610 15 20 25 30 25, который выполнен с полной правойрезьбой большого шага и многозэходной и 35 Гайка 13 состоит из секторов 16 с правой резьбой и секторов 17 с левой резьбой, установленных с возможностью радиального взаимного пермещения в обечайке 14. Сектора 16 и 17 вы пол нены с возможностью попеременного сопряжения их соответственно с правой и левой резьбами ходового винта 12. Боковые поверхности соприкоеновения секторов 16 и 17 выполнены зубчатыми с углом при вершинеа = - - (10.20 О),360где и - общее количество секторов, Сектора 16 и 17 соединены с корпусом гайки 13 с помощью упругих элементов 18. Упругие элементы могут быть выполнены раздельно нэ каждый сектор. Обечайка 14 гайки 13 в.верхней части жестко соединена с плунжером 5. э в нижней части - с наружной телескопической трубой 19 с подвижными уплотнениями 20, неподвижная труба 21 закреплена в нижней части насоса 1 и служит опорой для радиальных 22 и упорных 23 подшипников ходового винта 12,Резьбовая часть ходового винта 12 имеет три участка - средний участок 24 с полнымпрофилем с правой и левой резьбами, при этом (например. вращение винта 12 по часовой стрелке), его правая резьба выполнена с большим шагом и количеством заходов, а левая -с меньшим шагом и одноэаходная: концевой верхний участок левой резьбой неполного профиля, уменьшающегося по высоте от максимума до нуля со среднего участка 24 к концу; концевой нижний участок 26, выполненный с полной левой резьбой меньшего шага и однозаходной и правой резьбой неполного профиля, уменьшающегося по высоте от максимума до нуля со среднего участка 24 к концу. Рабочий орган 3 электродвигателя 2 соединен с ходовым винтом 12 муфтой 27.Работает электронасос следующим образом.При вращении рабочего органа 3 электродвигателя 2 соединенный с ним муфтой 27 ходовой винт 12 вращается со скоростью и об/мин, например, по часовой стрелке. Находящиеся в зацеплении со средним участком 24 вращающегося винта 12 сектора 16 с правой резьбой, смонтированные в обечайке 14 секторной гайки 13, перемещают плунжер 5, соединенный с обечайкой 14, вниз со скоростью1 КЧ- и - мlмин,1000где и - скорость вращения винта, об/мин; 40 45 50 55 т - шэг винтовой передачи, мм: К - количество заходов резьбы. шт.Винт 12 при этом входит в полый плунжер 5, Сектора 16 удерживаются в зацеплении (фиг,4) с секторами 17 с максимальным усилием Р от сжатого упругого элемента 18 через зубчатые поверхности секторов 16 и 17. Усилие прижатия секторов 16 к резьбовой поверхности ходового винта 12 определяется по формулеР = Р 2+ ХЬР" - Р 1,где Р 2 - усилие предварительного напряжения упругого элемента,Х ЛР" - сумма разложен н ых усилий сжатого упругого элемента 18, воздействующего на сектора 17, имеющих определенную зависимость от угла а при вершине зубчатых поверхностей;Р 1 - радиальная сила, образованная профилем резьбы ходового винта 12,При прямоугольной ленточной резьбе Р 1= О.Добываемая жидкость при движении плунжера 5 вниз поступает из затрубного пространства через каналы 8, открытый всасывающий клапан 7, полость 9, каналы 10 и цилиндр 4. Нагнетательный клапан 11 при этом закрыт. Идет процесс всасывания.Сектора 16, дойдя до концевого участка 26 ходового винта 12, где правая резьба заканчивается уменьшением с полного профиля до нуля, как бы кулачком раздвигаются по радиусу на величину, большую профиля резьбы, сектора 17 с левой резьбой, скользя по зубчатым боковым поверхностям, усилием ХЬР", создаваемым сжатым упругим элементом 18, сдвигаются к резьбовой поверхности ходового винта 12 и вводятся в зацепление с соответствующей им левой резьбой винта 12. При этом сила Р, значительно увеличенная наклонной плоскостью угла Р (фиг,4) в нэчэле и в момент сдвига секторов 16 дополнительно сдвигает сектора 17 на величину и. Войдя в зацепление сектора 17 с левой резьбой малого шага и однозэходной с большим усилием и малой скоростью начинают движение вместе с плунжером 5 в обратном направлении вверх, при этом добываемая жидкость, находящаяся в цилиндре 4, выдавливается плунжером 5 через каналы 10, полость 9, открытый нагнетатвльный клапан 11 в насосные трубы не показаны). Всасывающий клапан 7 при этом закрыт. Идет процесс нагнетания. Дойдя до участка 25, на котором заканчивается левая резьба, аналогично вышеописанному меняется направление2003836 движения плунжера 5; а следовательно, и процесс нагнетания на всасывание.Во время движения гайки телескопическая труба 19 с подвижным уплотнением 20, повторяя движение гайки 13 с плунжером 5, скользит по неподвижной трубе 21 (опоре), предохраняя винтооую передачу от попадания добываемой жидкости, имеющей абразивные вкл 1 очения,По сравнению с известным по прототипу бесштанговым скважинным насосом двойного действия заявляемый глубинный плунжерный электронасос, технический проект которого с диаметром плунжера 43 мм, производительностью 16 м в сутки из Формула изобретенияГЛУБИННЫЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОС, содержащий корпус, приоодной электродвигатель, связанный с ходовым винтом, имеющим участки левой и правой резьбы для сопряжения с гайкой, установленной о корпусе с Возможностью возвратно-поступательного движения и связанной с вытеснительным элементом насоса, выполненным с возможностью обеспечения тактов всасывания и нагнетания, отличающийся тем, что, с целью обеспечения разных скоростей движения вытеснительного элемента насоса на тактах всасывания и нагнетания, участки ,резьбы ходового Винта по длине имеот полный и неполный профили и включают средний участок полного профиля с правой мощностью 8,5 квт, позволяет сделать следующий вывод: КПД повысится до 567 О, напор 1500-2600 м, т.е, вести добычупластовых жидкостей можно с глубины5 1500-2000 м. Немаловажное значение имеет то, что насос стыкуется с серийно выпускаемыми электродвигателями типа ПЭДдля электроцентробежных насосов ЭЦН сего гидрозащитой,10 (56) 1. Авторское свидетельство СССРМ 669083, кл, Р 04 В 47/02, 1979.2, Авторское соидетельство СССРМ 756078, кл, Р 04 В 47/06, 1980,3. Авторское свидетельство СССР15 %1455046, кл, Р 04 В 47/06.1986; и левой резьбой различного шага и числа. заходов, концевые участки с резьбой неполного профиля - верхний с правой, а 20 нижний - с левой резьбой и наоборот, причем профиль резьбы концевых участков выполнен от среднего участка к концууменьшающимся по высоте от максимума до нуля, при этом гайка выполнена составной и включает обечайку с размещенными в ней.и соприкасающимися между собой чередующимися секторами с правой и левой резьбой, выполненными с возможно . стью попеременного их сопряжениясоответственно с правой или левой резьбой ходового винта, при этом сектора в зо не соприкосновения выполнены зубчатымии соединены, с обечайкой при помощи уп ругих элементов.