Глубинный плунжерный электронасос

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4937910/29 (22) 24.04.93 (46) 30.11.93 Бюл. Иа 43-44 (76) Смердов Геннадий Георгиевич; Смердов Олег

Геннадьевич (84) ГЛУБИННЫЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОС (57) Использование: в технике механизированного подьема пластовых жидкостей из скважин. Сущность изобретения: приводной электродвигатель связан с ходовым винтом, имеющим участки левой и правой 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 (В) RU (1Ц 2ОО3836С1 (51) 5 F 64 8 47 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 имеет обечайку с размещенными в ней и соприкасающимися между собой чередующимися секторами с правой и левой резьбами. выполненными с возможностью попеременного их сопряжения соответственно с правой и левой резьбамн вин1а. Сектора в зоне соприкосновения выполнены зубчатыми и соединены с обечайкой при помощи упругих элементов. 4 ил

2003836

Изобретение относится к технике механизированного подьема пластовых жидкостей из скважин, в частности к глубинно-насосной их эксплуатации электроприводными бесштанговыми 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 электронасоса.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является бесштанговый сква>кинный насос двойного действия, содержащий корпус, приводной электродвигатель, связанный с ходовым винтом, сопряженным с гайкой, установленной в корпусе с возмо>кностью возвратно-поступательного дви>кения 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 рея,лме 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 сходовым 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 неполклапан 7, приемная полость которого сооб40 щена с затрубным пространством радиальными каналами 8, а через полость 9 и каналы

10 он сообщен с цилиндром 4. Нагнетательный клапан 11 расположен над всасывающим клапаном 7 в верхней части насоса 1 и

45 сообщен через каналы 10 с цилиндром 4.

По оси насоса 1 и электродвигателя 2 установлен ходовой винт 12, верхний конец которого может входить в палый глухой плунжер 5, а нижний конец жестко соединен

50 с однонаправленно вращающимся рабочим органом 3 электродвигателя 2.

На ходовом винте 12 смонтирована raAка 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 по пазам (пазы могут быть выполнены винтовыми), которые выполнены на внутренней поверхности корпуса насоса 1, 10

35 ного профиля — верхний с правой, а нижний с левой резьбой, и наоборот, причем профиль резьбы концевых участков выполнен от среднего участка к концу уменьшающимся 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 резьбами, выполненными с возможностью попеременного их сопряжения соответственно с правой и левой резьбами ходового винта, при этом сектора в зоне соприкосновения выполнены зубчатыми и соединены с обечайкой при помощи упругих элементов.

Благодаря однонаправленному вращению винта и рабочего органа электродвигателя и возможности создания оптимальных усилий и скоростей прямого (процесс нагнетания) и обратного (процесс всасывания) ходов плунжера, повысится КПД и. снизится потребляемая энергия электронасосг

На фиг,1 изображен продольный схематический разрез заявленного глубинного плунжерного электронасоса; на фиг.2 — разрез А — А на фиг.1; на фиг.Э вЂ” схема усилий s секторах гайки; на фиг,4- фрагмент сечения поверхностей соприкасающихся секторов гайки, Заявленный глубинный плунжерный электронасос содержит жестко соединенные между собой насос 1 и погружной маслозаflîëненный электродвигатель 2 с вращающимся рабочим органом 3.

Насос 1 включает цилиндр 4, внутри которого находится вытеснительный элемент (полый глухой плунжер 5) с подвижным уплотнением 6, Над цилиндром 4 расположен

2003836

10

Р = P2+ ХЛР" — Р1, 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 выполнены 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 вершине а = — „- (10...20 ), 360 где 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 s.âeðxíåé 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 полным профилем 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

25, который выполнен с полной правой резьбой большого шага и многозэходной и 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 Т 6 с правой резьбой, смонтированные в обечайке 14 секторной гайки 13, перемещают плунжер 5, соединенный с обечайкой 14, вниз со скоростью

V и — м/мин, 1000 где n - скорость вращения винта, об/мин;

t — шэг винтовой передачи. мм:

К вЂ” 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 формуле где Р— 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;

Pl — радиальная сила, образованная профилем резьбы ходового винта 12.

При прямоугольной ленточной резьбе

РТ =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 ZhP", 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 нэ величину h. 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 ll 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 направление

2003836 движения плунжера 5; а следовательно, и процесс нагнетания на всасывание.

8о время движения гайки телескопическая труба 19 с подвижным уплотнением 20, повторяя движение гайки 13 с плунжером 5, скользит по неподвижной трубе 21 (опоре), предохраняя винтовую передачу от попадания добываемой жидкости, имеющей абразивные включения, 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 и з

Формула изобретения

ГЛУБИННЫЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОС, содержащий корпус, приводной электродвигатель, связанный с ходовым винтом, имеющим участки левой и правой резьбы для сопряжения с гайкой, установленной в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения и связанной с вытеснительным элементом насоса, выполненным с возможностью обеспечения тактов всасывания и нагнета ния, отличающийся тем, что, с целью обеспечения разных скоростей движения вытеснительного элемента насоса на тактах всасывания и нагнетания, участки .резьбы ходового винта по длине имеют полный и неполный профили и включают средний участок полного профиля с правой мощностью 8,5 квт, позволяет сделать следующий вывод: КПД повысится до 56$, напор 1500-2600 м, т.е, вести добычу пластовых жидкостей можно с глубины

5 1500-2000 м. Немаловажное значение имеет то, что насос стыкуется с серийно выпускаемыми электродвигателями типа ПЭД для электроцентробежных насосов ЭЦН с его гидрозащитой.

10 (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 669083, кл. F 04 В 47/02, 1979.

2, Авторское свидетельство СССР

М 756078, кл. F 04 В 47/06, 1980, 3. Авторское свидетельство СССР

15 М 1455046, кл, F 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 концу уменьшающимся 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 возможно30 . стью попеременного их сопряжения соответственно с правой или левой резьбой ходового винта, при этом сектора в зо не соприкосновения выполнены. зубчатыми и соединены.с обечайкой при помощи уп35 ругих элементов.

2003836

Ю

16

4 Р

2003836

Я-A

Заказ 3316

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Составитель Г.Смердов

Редактор Н.Цалихина Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова