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Hierin beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsformen betreffen das Gebiet der Lager von elektrischen Tauchpumpenbaugruppen. Insbesondere, jedoch nicht einschränkend, ermöglichen eine oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen ein Drucklager mit Presspassung.
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Fluide, wie etwa Gas, Öl oder Wasser, befinden sich häufig in unterirdischen Formationen. Wenn der Druck im Bohrloch nicht ausreicht, um das Fluid aus dem Bohrloch zu drücken, muss das Fluid an die Oberfläche gepumpt werden, damit es gesammelt, getrennt, verfeinert, verteilt und/oder verkauft werden kann. Zentrifugalpumpen werden typischerweise in Anwendungen mit elektrischen Tauchpumpen (ESP) zum Anheben von Bohrlochfluid an die Oberfläche verwendet. Zentrifugalpumpen verleihen einem Fluid Energie, indem sie das Fluid durch ein rotierendes Laufrad beschleunigen, das mit einem stationären Diffusor gepaart ist. Eine rotierende Welle verläuft durch die zentrale Nabe von Laufrad und Diffusor. Ein Motor stromaufwärts der Pumpe dreht die Welle und das Laufrad ist mit der Welle verkeilt, wodurch das Laufrad mit der Welle rotiert.
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Jedes Paar aus rotierendem Laufrad und stationärem Diffusor wird als „Stufe“ bezeichnet. Die Rotation des Laufrads verleiht dem durch die Pumpe strömenden Fluid einen Drehimpuls. Der Drehimpuls wandelt kinetische Energie in Druck um, wodurch der Druck auf das Fluid erhöht und es an die Oberfläche angehoben wird. Es können mehrere Stufen von Paaren aus Laufrad und Diffusor verwendet werden, um den Druckanstieg weiter zu erhöhen. Die Stufen sind in Reihe um die Pumpenwelle gestapelt, wobei jedes nachfolgende Laufrad auf einem Diffusor der vorherigen Stufe sitzt.
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Eine herkömmliche ESP-Baugruppe beinhaltet, von unten nach oben, einen Motor, einen Dichtungsbereich, einen Einlassbereich und eine mehrstufige Zentrifugalpumpe. Produktionsrohre befördern das gepumpte Fluid von der Zentrifugalpumpe zur Oberfläche des Bohrlochs. Die Baugruppenkomponenten weisen jeweils eine in Längsrichtung durch ihre Mitten verlaufende Welle auf, die miteinander verbunden sind und vom Motor rotiert werden. In Gasbrunnen kann auch ein Gasabscheider oder eine Ladungspumpe in der Baugruppe enthalten sein. Beispielsweise kann ein Gasabscheider als Einlass für die Baugruppe dienen. In solchen Fällen komprimiert der Gasabscheider das gasförmige Fluid und versucht dann, jedes ungesättigte Gas abzuscheiden, bevor das Fluid in die Zentrifugalpumpe gelangt. Gasabscheider beinhalten manchmal Laufrad- und Diffusorstufen, um den Druck des Fluids während der Verdichtung und Abscheidung von Gasen zu erhöhen. In ähnlicher Weise werden Ladungspumpen manchmal zusammen mit einer primären Zentrifugalpumpe in Gasbrunnen verwendet und können auch Stufen verwenden. Ladungspumpen können als Niederdrucktandempumpe eingesetzt werden, um das Fluid vor dem Eintritt in die Produktionspumpe aufzuladen, indem die erforderliche Nettopositivsaughöhe verringert wird, wodurch die Produktionspumpe unter Bedingungen mit niedrigem Einlaufdruck betrieben werden kann, die durch das Eindringen von Gas verursacht werden können.
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Während des Betriebs, ob in einer Pumpe, einer Ladungspumpe oder einem Gasabscheider, sind die Pumpenmontagestufen axialen Kräften in Aufwärts- und Abwärtsrichtung ausgesetzt, die herkömmlicherweise als „Druck“ bezeichnet werden. Die Abwärtskraft oder der „Abwärtsdruck“ resultieren daraus, dass ein Teil des Laufradabgabedrucks auf die Oberseite des Laufrads wirkt. Die Aufwärtskraft oder der „Aufwärtsdruck“ resultiert daraus, dass ein Teil des Laufradabgabedrucks gegen die Unterseite des Laufrads wirkt. Eine zweite Aufwärtskraft ist die Kraft, die durch den Impuls des Fluids erzeugt wird, das sich im Laufraddurchgang dreht. Pumpenmontagestufen sind auch radialen Kräften ausgesetzt, die zu einer Fehlausrichtung der Welle führen können.
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Um den Druck der Pumpe zu tragen, werden manchmal in Pumpenstufen Drucklager aus gehärteter Keramik eingesetzt. Die Drucklager beinhalten eine Buchse, die in die Wand des Diffusors gepresst wird. Eine Flanschhülse ist innerhalb der stationären Buchse mit der Welle verkeilt. Während die Hülse in der nicht rotierenden Buchse rotiert, bildet sich zwischen Hülse und Buchse des Lagersatzes eine dünne Fluidschicht, die für eine Fluidfilmschmierung sorgt und Druckkräfte trägt. Die Hülse kann ferner als radiales Stützlager wirken. Um sowohl den Aufwärts- als auch den Abwärtsdruck zu bewältigen, werden typischerweise zwei gegenüberliegende Lagersätze übereinander verwendet, wie in 1 veranschaulicht. Der Flansch einer herkömmlichen Hülse 100 ist in einer ersten herkömmlichen Buchse 105 mit der Oberseite zur Handhabung des Abwärtsdrucks nach oben gerichtet, während der Flansch der zweiten herkömmlichen Hülse 100 in einer zweiten herkömmlichen Buchse 105 mit der Unterseite zur Handhabung des Aufwärtsdrucks nach unten gerichtet ist. Die Doppellagersätze sind nicht nur aufgrund der Kosten des gehärteten Keramikmaterials der Lager teuer, sondern die Anordnung erfordert spezielle Werkzeuge des Diffusors, um die Buchsensitze zu erzeugen. Zwei Bohrungen müssen aus entgegengesetzten Richtungen hergestellt werden und das spezielle Werkzeug erhöht die Bearbeitungskosten und erhöht die Möglichkeit von Fehlausrichtung der Buchsen oder Rundlaufproblemen. Durch die Verwendung von zwei getrennten Buchsen ist die Aufwärtsdruckbuchse zudem besonders anfällig für Verschiebungen.
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Stationäre Buchsen sind traditionell rohrförmig oder wie ein hohler Zylinder geformt. Eine herkömmliche Buchse 105 ist in 2 veranschaulicht. Die Buchse muss stationär bleiben, wenn die Hülse rotiert, und als solche müssen diese Buchsen sicher in die Innenwand des Diffusorauslasses gepresst werden. Typischerweise werden die Buchsen mit einer Presspassung fest in die Diffusorbohrung gepresst. Der Außendurchmesser der Buchse ist größer als die Diffusorbohrung, typischerweise um etwa 0,001-0,003 Zoll (0,025-0,076 mm), und wird unter Verwendung einer Einführschräge eingeführt. Reibungskräfte zwischen der Buchse und dem umgebenden Diffusor versuchen, ein Verrutschen der Buchse zu verhindern.
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Während des Betriebs einer ESP-Baugruppe kommt es an der Baugruppe zu einem signifikanten Temperaturanstieg. In einem typischen Fall kann eine ESP-Baugruppe im zusammengebauten Zustand etwa 23,9 °C (75 °F) betragen, während des Bohrlochbetriebs jedoch auf 93,3 bis 148,9 °C (200 bis 300 °F) ansteigen. Einige Arten von ESP-Systemen, wie z. B. dampfunterstützte Schwerkraftentwässerungssysteme, erreichen im Bohrlochbetrieb Temperaturen von bis zu 287,8 °C (550 °F). Da die verschiedenen Pumpenkomponenten aus voneinander verschiedenen Materialien bestehen, dehnen sich diese Materialien mit zunehmender Temperatur der Pumpe unterschiedlich schnell aus. Üblicherweise bestehen Diffusoren aus Ni-Resist, einer austenitischen Eisenlegierung, und Buchsen aus einem gehärteten Keramikmaterial, wie etwa Wolframcarbid, Siliciumcarbid oder Titancarbid. Der Ni-Resist-Diffusor hat einen viel höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Verbundbuchse, wodurch sich der Diffusor schneller ausdehnt als die Buchse mit Presspassung. Das Ergebnis ist, dass die Presspassung auf der Buchse entlastet wird und die Buchse sich verschiebt oder rotiert. Sobald sich die Buchse verschiebt oder rotiert, kann dies zu einer Fehlausrichtung oder unerwünschten Bewegung führen, die die Gesamtleistung und/oder die Betriebslebensdauer der Pumpe beeinträchtigen können.
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Ein Ansatz zur Bekämpfung der Verschiebung von ESP-Buchsen aufgrund von Wärmeausdehnung bestand darin, einen Ni-Resist-Haltering über der Buchse zu platzieren. Der Haltering wird durch Einsetzen in eine Nut festgehalten. Da der Haltering aus dem gleichen Material wie der Diffusor besteht, vergrößert er sich mit dem Diffusor und verhindert, dass die Buchse bei steigender Temperatur nach oben rutscht. Dieser Ansatz ist jedoch nicht möglich, wenn das Lager einen Druckschutz bieten muss, da der Haltering keine Drucklast aufnehmen kann. Ein anderer Ansatz bestand darin, einen Flansch um das obere oder untere Ende der Buchse herum vorzusehen, um eine axiale Verschiebung der Buchse zu verhindern. Der Buchsenflansch bietet jedoch nur in einer Richtung einen Druckschutz und kann die Platzierung eines Halterings beeinträchtigen, was einen Kompromiss zwischen Verschiebungsschutz und Druckschutz erforderlich macht. Darüber hinaus sprechen sowohl herkömmliche Halteringe als auch herkömmliche Buchsenflansche das Problem des Durchdrehens der Buchse nicht an.
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Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, weisen derzeitige ESP-Stufen, die Drucklager mit Presspassung verwenden, viele Mängel auf. Daher besteht Bedarf an einem verbesserten Drucklagersystem und einer verbesserten Drucklagervorrichtung mit Presspassung.
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US 2017 0 002 823 A1 betrifft eine mehrstufige Kreiselpumpe. Diese umfasst ein Gehäuse, eine drehbare Welle und eine erste und zweite Turbomaschinenstufe. Die erste Turbomaschinenstufe umfasst einen ersten Diffusor, der mit dem Gehäuse verbunden ist, und ein erstes Laufrad, das mit der drehbaren Welle verbunden ist. Die zweite Turbomaschinenstufe umfasst einen zweiten Diffusor, der mit dem Gehäuse verbunden ist, und ein zweites Laufrad, das mit der drehbaren Welle verbunden ist. Die mehrstufige Kreiselpumpe umfasst ferner ein integriertes Axiallast- und Lagersystem, das mindestens eine Diffusorbuchse und mindestens ein Laufradlager umfasst.
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Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen ein Drucklagersystem und eine Drucklagervorrichtung mit Presspassung.
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Ein Drucklagersystem und eine Drucklagervorrichtung mit Presspassung sind beschrieben. Eine veranschaulichende Ausführungsform eines Drucklagersystems mit Presspassung beinhaltet einen nicht rotierenden Diffusor, der mit einem drehbaren Laufrad gepaart ist, um eine Stufe zu bilden, wobei das rotierbare Laufrad an einer rotierbaren Welle einer Zentrifugalpumpe befestigt ist, wobei die Stufe eine einzelne Buchse mit einem vorstehenden Band umfasst, das sich um einen Zwischenabschnitt der einzelnen Buchse und nach außen in Richtung des Diffusors erstreckt, wobei das vorstehende Band in den Diffusor eingepresst ist und zwei rotierbare Flanschhülsen mit der einzelnen Buchse gepaart sind, wobei die zwei rotierbaren Flanschhülsen und die Buchse gemeinsam einen Drucklagersatz bilden, der sowohl Aufwärtsdruck als auch Abwärtsdruck der Zentrifugalpumpe trägt. In einigen Ausführungsformen beinhaltet eine Bohrung des nicht rotierenden Diffusors eine Schulter, die mit dem vorstehenden Band und einem Abschnitt der Buchse unter dem vorstehenden Band zusammenpasst. Gemäß der Erfindung beinhaltet das Drucklagersystem mit Presspassung ferner eine nicht rotierende Führungshülse, die sich um einen Außendurchmesser der Buchse über dem vorstehenden Band erstreckt, wobei sich die Führungshülse von einer Oberkante des vorstehenden Bandes zu einer Oberseite der einzelnen Buchse erstreckt und die nicht rotierbare Führungshülse in den Diffusor eingepresst ist. Gemäß der Erfindung bestehen der Diffusor und die Führungshülse jeweils aus demselben Material. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich das vorstehende Band um 360° um den Außendurchmesser der einzelnen Buchse und beinhaltet eine Tasche, und die Führungshülse beinhaltet Vorsprünge, die mit der Tasche zusammenpassen. In bestimmten Ausführungsformen ist das vorstehende Band durch ein Paar axialer Kanäle unterteilt. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Drucklagersystem mit Presspassung ferner eine nicht rotierende Führungshülse, die sich um einen Außendurchmesser der Buchse entweder über oder unter dem vorstehenden Band erstreckt, wobei die nicht rotierende Führungshülse in den Diffusor eingepresst ist und wobei die Führungshülse ein Paar Vorsprünge beinhaltet, wobei jeder Vorsprung des Paares Vorsprünge mit einem axialen Kanal des Paares axialer Kanäle zusammenpasst. In bestimmten Ausführungsformen ist das vorstehende Band eine Lasche und ferner beinhaltend eine nicht rotierende Führungshülse, die sich um einen Außendurchmesser der Buchse entweder über oder unter der Lasche erstreckt, wobei die nicht rotierende Führungshülse in den Diffusor eingepresst ist, wobei die Führungshülse eine Öffnung beinhaltet, die um die Lasche herum passt. In einigen Ausführungsformen ist die Lasche rechteckig und die Öffnung passt um drei Seiten der Lasche. In bestimmten Ausführungsformen erstreckt sich ein erster Flansch einer ersten Flanschhülse der zwei rotierbaren Flanschhülsen über eine Oberseite der einzelnen Buchse und ein zweiter Flansch einer zweiten Flanschhülse der zwei rotierbaren Flanschhülsen erstreckt sich über eine Unterseite der einzelnen Buchse. In einigen Ausführungsformen ist die Oberseite der Buchse eine erste Druckfläche, die den Abwärtsdruck handhabt, und die Unterseite der Buchse ist eine zweite Druckfläche, die den Aufwärtsdruck handhabt. In bestimmten Ausführungsformen sind die zwei rotierbaren Flanschhülsen mit der rotierbaren Welle verkeilt. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Zentrifugalpumpe eine Vielzahl von Stufen, und wobei mindestens zwei Diffusoren der Vielzahl von Stufen jeweils die einzelne Buchse, die darin eingepresst ist, beinhalten.
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Eine veranschaulichende Ausführungsform eines Drucklagersatzes mit Presspassung beinhaltet mindestens eine rotierbare Flanschhülse, eine Buchse, die in einen Diffusor nach außen der mindestens einen rotierbaren Flanschhülse eingepresst ist, wobei die Buchse einen rohrförmigen Abschnitt ein vorstehendes Band beinhaltet, das sich in Umfangsrichtung um mindestens einen Abschnitt eines Zwischenbereichs des rohrförmigen Abschnitts und nach außen zum Diffusor erstreckt, wobei das vorstehende Band in den Diffusor eingepresst ist, einen ersten Außenflächenabschnitt der Buchse, die in den Diffusor eingepresst ist, wobei der erste Außenflächenabschnitt an eine erste Kante des vorstehenden Bandes angrenzt und sich zu einer ersten Druckfläche der Buchse erstreckt, eine nicht rotierbare Führungshülse, die sich in Umfangsrichtung um einen zweiten Außenflächenabschnitt der Buchse erstreckt, wobei sich der zweite Außenflächenabschnitt von einer zweiten Kante des vorstehenden Bandes zu einer zweiten Druckfläche der Buchse erstreckt, wobei die Führungshülse zwischen dem zweiten Außenflächenabschnitt der Buchse und dem Diffusor gepresst ist, und mindestens einen Flansch der mindestens einen rotierbaren Flanschhülse, der sich über eine der ersten Druckfläche der Buchse, die zweite Druckfläche der Buchse oder eine Kombination davon erstreckt. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der mindestens eine Flansch zwei Flansche und wobei sich ein erster Flansch über die erste Druckfläche der Buchse erstreckt und sich ein zweiter Flansch über die zweite Druckfläche der Buchse erstreckt. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die mindestens eine rotierbare Flanschhülse eine erste rotierbare Flanschhülse und eine zweite rotierbare Flanschhülse und ein erstes Ende der ersten rotierbaren Flanschhülse gegenüber dem ersten Flansch und ein zweites Ende der zweiten rotierbaren Flanschhülse gegenüber dem zweiten Flansch erstrecken sich innerhalb der Buchse. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Buchse ein zweites vorstehendes Band, das sich in Umfangsrichtung um den rohrförmigen Abschnitt herum und nach innen zu einer Antriebswelle erstreckt, wobei das zweite vorstehende Band zwischen dem ersten Ende der ersten Lagerhülse und dem zweiten Ende der zweiten Lagerhülse angeordnet ist. In bestimmten Ausführungsformen ist die erste Druckfläche eine Unterseite der Buchse, die zweite Druckfläche ist eine Oberseite der Buchse und der erste Außenflächenabschnitt der Buchse erstreckt sich von unterhalb des vorstehenden Bandes in Richtung der Unterseite der Buchse. In einigen Ausführungsformen ist die erste Druckfläche eine Oberseite der Buchse, die zweite Druckfläche ist eine Unterseite der Buchse und der erste Außenflächenabschnitt der Buchse erstreckt sich von oberhalb des vorstehenden Bandes in Richtung der Oberseite der Buchse. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet das vorstehende Band eine erste Tasche und die Führungshülse beinhaltet einen ersten Vorsprung, der in der ersten Tasche verriegelt ist. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Drucklagersatz mit Presspassung ferner eine zweite Tasche, die um 180° von der ersten Tasche beabstandet ist, und die Führungshülse beinhaltet einen zweiten Vorsprung, der mit der zweiten Tasche verriegelt ist. In bestimmten Ausführungsformen ist das vorstehende Band durch einen Kanal unterteilt, und die Führungshülse beinhaltet einen Vorsprung, der in den Kanal passt. In einigen Ausführungsformen ist die mindestens eine rotierbare Flanschhülse mit der Antriebswelle verkeilt. In bestimmten Ausführungsformen ist der Diffusor mit einem Laufrad gepaart, um eine Stufe einer elektrischen Tauchpumpe zu bilden. In einigen Ausführungsformen ist ein Innendurchmesser des Diffusors abgestuft, um mit dem vorstehenden Band mit Presspassung und dem ersten Außenflächenabschnitt der Buchse zusammenzupassen.
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Eine veranschaulichende Ausführungsform eines verbesserten Drucklagersystems mit Presspassung für eine elektrische Tauchpumpe (ESP) beinhaltet mindestens ein vorstehendes Band, das sich in Umfangsrichtung um einen mittleren Bereich einer Buchse erstreckt, wobei sich das mindestens eine vorstehende Band nach innen zu einer Antriebswelle, nach außen zu einem Diffusor oder eine Kombination davon erstreckt. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich das mindestens eine vorstehende Band nach außen in Richtung des Diffusors und ist in den Diffusor eingepresst, um eine Verschiebung der Buchse zu verhindern. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet eine Bohrung des Diffusors eine Schulter, die mit dem mindestens einen vorstehenden Band und einem Abschnitt der Buchse unter dem mindestens einen vorstehenden Band zusammenpasst. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das verbesserte Drucklagersystem mit Presspassung ferner eine Führungshülse um die Buchse entweder über oder unter dem mindestens einen vorstehenden Band, wobei die Führungshülse in den Diffusor eingepresst ist und mit einem des mindestens einen Bandes verriegelt, um eine Rotation der Buchse zu verhindern. In bestimmen Ausführungsformen beinhaltet die Führungshülse einen Vorsprung, das eine des mindestens einen vorstehenden Bandes eine Kerbe aufweist und wobei der Vorsprung mit der Kerbe zusammenpasst, um die Führungshülse mit dem einen des mindestens einen vorstehenden Bandes zu verriegeln. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Führungshülse Ni-Resist, die Buchse beinhaltet eines von Wolframcarbid, Siliziumcarbid oder Titancarbid und der Diffusor beinhaltet Ni-Resist. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet das verbesserte Drucklagersystem mit Presspassung ferner ein Paar rotierbarer Lagerhülsen, die sich von der Buchse nach innen erstrecken und mit der Antriebswelle verkeilt sind. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich das vorstehende Band nach innen zur Antriebswelle und zwischen dem Paar rotierbarer Lagerhülsen. In bestimmten Ausführungsformen ist das Paar rotierbarer Lagerhülsen angeflanscht und trägt den Druck des ESP. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Buchse ein erstes vorstehendes Band, das sich zur Antriebswelle nach innen erstreckt, und ein zweites vorstehendes Band, das sich zum Diffusor nach außen erstreckt. In bestimmten Ausführungsformen ist das erste vorstehende Band, das sich zur Antriebswelle nach innen erstreckt, ein Einsatz, der durch einen Elastomerring gegen Drehung gehalten wird. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich das mindestens eine vorstehende Band nach außen zum Diffusor und das mindestens eine vorstehende Band ist durch mindestens einen axialen Kanal unterteilt, der sich entlang einer Außenfläche der Buchse erstreckt. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet das verbesserte Drucklagersystem mit Presspassung ferner eine nicht rotierende Führungshülse um die Buchse und eine Presspassung an den Diffusor über dem mindestens einen vorstehenden Band, wobei die nicht rotierende Führungshülse einen Vorsprung beinhaltet, der mit dem mindestens einen axialen Kanal zusammenpasst.
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In weiteren Ausführungsformen können Merkmale von spezifischen Ausführungsformen mit Merkmalen von anderen Ausführungsformen kombiniert werden. Zum Beispiel können Merkmale von einer Ausführungsform mit Merkmalen von einer beliebigen der anderen Ausführungsformen kombiniert werden. In weiteren Ausführungsformen können den hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen zusätzliche Merkmale hinzugefügt werden.
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Vorteile der vorliegenden Erfindung können für den Fachmann mit dem Vorteil der folgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden, in denen Folgendes gilt:
- 1 ist eine herkömmliche Doppellagersatzanordnung nach dem Stand der Technik.
- 2 ist eine herkömmliche Buchse nach dem Stand der Technik.
- 3A ist eine perspektivische Ansicht eines Drucklagersystems mit Presspassung einer veranschaulichenden Ausführungsform.
- 3B ist eine Querschnittsansicht eines Drucklagersystems mit Presspassung einer veranschaulichenden Ausführungsform.
- 4A-C sind perspektivische Ansichten einer Buchse von veranschaulichenden Ausführungsformen.
- 5 ist eine Seitenansicht eines Druckdrucklagers mit Presspassung einer veranschaulichenden Ausführungsform in einer beispielhaften Stufe.
- 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Buchse und Führungshülse einer veranschaulichenden Ausführungsform.
- 7 ist eine Querschnittsansicht eines Drucklagersatzes einer veranschaulichenden Ausführungsform.
- 8 ist eine Querschnittsansicht eines Drucklagersatzes einer veranschaulichenden Ausführungsform mit einer Buchse mit einem inneren Band einer veranschaulichenden Ausführungsform.
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Während die Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen unterworfen sein kann, sind spezifische Ausführungsformen davon in den Zeichnungen beispielhaft gezeigt und können hierin ausführlich beschrieben sein. Die Zeichnungen sind möglicherweise nicht maßstabsgetreu. Es versteht sich jedoch, dass die hierin beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen die Erfindung nicht auf die bestimmte offenbarte Form beschränken sollen, sondern stattdessen alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken sollen, die in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.
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Nun werden ein Drucklagersystem und eine Drucklagervorrichtung mit Presspassung beschrieben. In der folgenden beispielhaften Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründlicheres Verständnis der erfindungsgemäßen Ausführungsformen zu ermöglichen. Für einen Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann, ohne alle Aspekte der hierin beschriebenen spezifischen Details einzubeziehen. In anderen Fällen wurden spezifische Merkmale, Größen oder Messungen, die dem Fachmann gut bekannt sind, nicht ausführlich beschrieben, um die Erfindung nicht zu verschleiern. Der Leser sollte beachten, dass, obwohl hierin Beispiele für die Erfindung angegeben sind, die Ansprüche und der volle Umfang aller Äquivalente die Grenzen der Erfindung definieren.
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Vorliegend schließen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen Pluralbezüge ein, sofern der Zusammenhang nicht deutlich etwas anderes verlangt. So beinhaltet beispielsweise die Bezugnahme auf eine Stufe eine oder mehrere Stufen.
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„Gekoppelt“ bezieht sich entweder auf eine direkte Verbindung oder eine indirekte Verbindung (z. B. mindestens eine dazwischenliegende Verbindung) zwischen einem oder mehreren Objekten oder einer oder mehreren Komponenten. Der Ausdruck „direkt angebracht“ bedeutet eine direkte Verbindung zwischen Objekten oder Komponenten.
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Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „äußere“, „außen“ oder „außerhalb“ die radiale Richtung weg von der Mitte der Welle der elektrischen Tauchpumpenanordnung (ESP) und/oder die Öffnung einer Komponente, durch die sich die Welle erstrecken würde. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „innere“, „innen“ oder „innerhalb“ die radiale Richtung zur Mitte der Welle der ESP-Baugruppe und/oder die Öffnung einer Komponente, durch die sich die Welle erstrecken würde.
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Wie hierin verwendet, beziehen sich die Ausdrücke „axial“ und „longitudinal“ austauschbar auf die Richtung, die sich entlang der Länge der Welle einer ESP-Baugruppenkomponente, wie etwa einer mehrstufigen Zentrifugalpumpe, eines Gasabscheiders oder einer Ladungspumpe, erstreckt.
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„Stromabwärts“ bezieht sich auf die Längsrichtung mit dem Hauptstrom des angehobenen Fluids durch ein Bohrloch, wenn die Pumpenbaugruppe in Betrieb ist. Beispielhaft, aber nicht einschränkend, kann in einer vertikalen Bohrloch-ESP-Anordnung die stromabwärtige Richtung zum Bohrlochkopf hin sein.
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„Stromaufwärts“ bezieht sich auf die Längsrichtung, die dem Hauptstrom des durch ein Bohrloch gehobenen Fluids entgegengesetzt ist, wenn die Pumpenbaugruppe in Betrieb ist. Beispielhaft, aber nicht einschränkend, kann in einer vertikalen Bohrloch-ESP-Anordnung die stromaufwärtige Richtung dem Bohrlochkopf entgegengesetzt sein.
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Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „oben“ in Bezug auf eine ESP-Baugruppe auf die am weitesten stromabwärts gelegene Seite der Komponente, unabhängig davon, ob das Bohrloch horizontal, vertikal, gebogen oder abgewinkelt ist. Der Begriff „unten“ bezeichnet die am weitesten stromaufwärts gelegene Seite der Komponente, unabhängig davon, ob das Bohrloch horizontal, vertikal, gebogen oder abgewinkelt ist.
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Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen ein Drucklagersystem mit Presspassung für Zentrifugalpumpen bereit. Während veranschaulichende Ausführungsformen in Bezug auf eine ESP-Öl- und/oder -Gas-Bohrlochpumpenausführung beschrieben werden, soll hier nichts die Erfindung auf diese Ausführungsform beschränken. Veranschaulichende Ausführungsformen können in jeder Anwendung eingesetzt werden, die sowohl eine Aufwärts- als auch eine Abwärtsdruckwellenunterstützung erfordert, und/oder können gleichermaßen auf horizontale Oberflächenpumpen, Mischströmungs- und/oder Radialströmungsstufen anwendbar sein.
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Veranschaulichende Ausführungsformen können eine Druckhandhabungsbuchse bereitstellen, die sowohl gegen Verschiebung als auch gegen Rotation trotz des Betriebs in Umgebungen mit hohen Temperaturen, wie etwa 93,3 bis 287,8 °C (200 bis 550 °F) und/oder der Wärmeausdehnung des umgebenden Diffusors beständig ist. Die Buchse ist möglicherweise nicht konform, sondern in den Diffusor eingepresst. Eine einzelne Buchse kann sowohl Aufwärts- als auch Abwärtsdrucklasten tragen und kann die Betriebsflussrate und/oder die Druckhandhabungsfähigkeit der ESP-Baugruppe der veranschaulichenden Ausführungsformen erhöhen. Die Buchse kann mit zwei rotierbaren Flanschhülsen gepaart sein, wobei eine Flanschhülse für jede Druckfläche der Buchse vorgesehen ist. Der Diffusorbearbeitungsprozess für den einzelnen Buchsensitz kann vereinfacht werden, indem die Diffusorbohrung von einer Seite bearbeitet wird und keine speziellen Werkzeuge erforderlich sind. Die Eliminierung einer zweiten Buchse kann auch die Kosten der Pumpenanordnung reduzieren, indem die Menge an gehärtetem Keramikmaterial eliminiert wird, die zur Bereitstellung der Wellenstützung erforderlich ist. Außerdem kann eine Verringerung der Anzahl der benötigten Teile im Vergleich zu der herkömmlichen Doppelbuchsenkonfiguration für jede Stufe den Zusammenbau der Pumpenstufen und die Installation vor Ort vereinfachen.
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Veranschaulichende Ausführungsformen können eine Buchse vorsehen, die ein hervorstehendes Band in Umfangsrichtung um ihren mittleren Bereich aufweist, ähnlich einem Riemen. In einigen Ausführungsformen kann sich das Band um den gesamten Umfang der Buchse erstrecken. In bestimmten Ausführungsformen kann das Band durch einen axialen Kanal unterteilt sein oder sich nur um einen Abschnitt der Buchse erstrecken, um eine vorstehende Lasche zu bilden. Das vorstehende Band kann sich nach außen zu einem Diffusor erstrecken und in den Diffusor gepresst werden. Der Buchsensitz in der Diffusorbohrung kann eine Schulter aufweisen, sodass der engere Abschnitt der Buchse unter dem vorstehenden Band auch in den Diffusor gepresst werden kann. Eine statische Führungshülse kann sich über dem vorstehenden Band um die Buchse erstrecken. In einigen Ausführungsformen können die Positionen des engeren Abschnitts der Buchse und der Führungshülse umgekehrt sein. Die nicht rotierbare Führungshülse kann aus dem gleichen Material wie der Diffusor hergestellt sein und sich bei Temperaturerhöhungen im Wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit ausdehnen. Das vorstehende Band kann eine Aufnahmetasche, eine Kerbe und/oder einen axialen Kanal aufweisen, die mit einem Steckervorsprung an der Führungshülse verriegelt sind. Die Verriegelung kann ein Rotieren der Buchse trotz Temperaturerhöhung verhindern. In einigen Ausführungsformen kann das vorstehende Band eine Steckerlasche sein, die mit einer Aufnahmevertiefung in der Führungshülse verriegelt ist, um eine Rotation der Buchse zu verhindern.
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Sowohl die Oberseite als auch die Unterseite der Buchse können Druck tragen, wobei die Oberseite Abwärtsdruck und die Unterseite Aufwärtsdruck trägt. Zwei rotierbare Flanschhülsen können mit der einzelnen Buchse gepaart sein. Jede der Flanschhülsen kann innerhalb der Buchse rotieren und axial in entgegengesetzten Richtungen liegen. Ein Flansch jeder Lagerhülse kann sich über eine Druckfläche der Buchse erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann sich ein zweites vorstehendes Umfangsband um den mittleren Bereich der Buchse in Richtung der Antriebswelle nach innen erstrecken. Das nach innen vorstehende Band kann sich zwischen den Enden der beiden Hülsen nach innen von der Buchse erstrecken und kann eine zusätzliche Druckfläche bereitstellen, falls die obere oder untere Fläche der Buchse aufgrund von Verschleiß versagt.
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3A und 3B zeigen eine eingepresste Buchse einer veranschaulichenden Ausführungsform. Die Buchse der veranschaulichenden Ausführungsformen kann auf der Basis und/oder dem Kopf einer mehrstufigen Zentrifugalpumpe, in einem, wenigen oder jedem Diffusor, in jedem sechsten Diffusor, in jedem dritten Diffusor und/oder an einer beliebigen Stelle innerhalb einer Pumpenbaugruppe eingesetzt werden, wo eine Wellenunterstützung gewünscht sein kann. Die Buchse 300 kann im Allgemeinen ringförmig und/oder rohrförmig sein und durch Interferenzpassung (Presspassung) in der Bohrung 305 des Diffusors 310 befestigt sein. Der Diffusor 310 kann eine austenitische Gusseisenlegierung sein, wie beispielsweise ein Ni-Resist vom Typ 1, Edelstahl oder ein anderes Material mit ähnlichen Eigenschaften. Wie in 3A und 3B gezeigt, ist die Buchse 300 in den Fluidausgang des Diffusors 310 eingepresst. Die Diffusorbohrung 305 kann von einer einzigen Seite des Diffusors 310, entweder von oben oder von unten, bearbeitet werden. Zwei Bohrungen können von einer Seite aus erzeugt werden, um eine abgestufte Bohrung 305 mit einem abgestuften Innendurchmesser zu bilden, die einen Buchsensitz bildet. In der Ausführungsform gemäß 3B nimmt der Innendurchmesser der Bohrung 305 zur Oberseite des Diffusors 300 hin zu, sodass der schmale Abschnitt 315 der Bohrung 305 einen kleineren Innendurchmesser als der breite Abschnitt 320 der Bohrung 305 aufweisen kann. In einem veranschaulichenden Beispiel kann der schmale Abschnitt 315 eine Öffnung von etwa 1,3 Zoll (3,3 cm) Durchmesser aufweisen, wohingegen der breite Abschnitt 320 eine Öffnung von etwa 1,43 Zoll (3,6 cm) Durchmesser aufweisen kann. Die Abmessungen können je nach Pumpengröße und -typ variieren. Die Änderung des Innendurchmessers des Diffusors 300 von schmaler zu breiter kann eine Schulter 325 am Innendurchmesser des Diffusors 300 an der Grenzfläche zwischen dem schmalen Abschnitt 315 und dem breiten Abschnitt 320 bilden.
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Unter Bezugnahme auf die 4A-4C kann die Buchse 300 ein gehärtetes Keramikmaterial sein, das in der Technik von ESP-Pumpen üblicherweise als „abriebfeste Verkleidung“ oder „AR-Verkleidung“ bezeichnet wird, wie beispielsweise Wolframcarbid, Siliziumcarbid oder Titancarbid.
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Die Buchse 300 kann in die Diffusorbohrung 305 eingepresst sein. Die Buchse 300 kann ein nach außen vorstehendes Band 330 um den Außendurchmesser 335 der Buchse 300 beinhalten. Das äußere Band 330 kann sich in Umfangsrichtung um den Außendurchmesser 335 an oder in der Nähe des Zentrums, des mittleren Bereichs, des Äquators, der Mitte und/oder der Mittellinie der Buchse 300 wie ein Riemen erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann das äußere Band 330 von der Mitte der Buchse 300 in Längsrichtung nach oben oder unten verschoben werden, obwohl das äußere Band 330 die Buchsenoberseite 410 oder die Buchsenunterseite 415 nicht erreichen sollte, da mindestens ein Abschnitt des Außendurchmessers 335 der Buchse 300 sich sowohl über als auch unter dem äußeren Band 330 erstrecken sollte. Das vorstehende Band 330 kann einstückig mit der Buchse 300 sein und/oder ein hartes Carbidmaterial umfassen.
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Der Außendurchmesser 335 der Buchse 300 kann um etwa 10 % vergrößert werden, um das äußere Band 330 und/oder an der Stelle des äußeren Bandes 330 auszubilden. In diesem Beispiel, in dem der untere Abschnitt 315 des Buchsensitzes eine Öffnung von etwa 1,3 Zoll (3,30 cm) Durchmesser aufweist, kann der Abschnitt 420 der Buchse 300, der das äußere Band 330 nicht beinhaltet, gleichermaßen einen Außendurchmesser von etwa 1,3 Zoll (3,30 cm) aufweisen, obwohl der Außendurchmesser 335 der Buchse etwa 0,001-0,003 Zoll (0,025-0,076 mm) größer sein sollte als der Innendurchmesser des unteren Bohrungsabschnitts 315, um die Presspassung zu ermöglichen. In demselben Beispiel kann der Abschnitt des Außendurchmessers 335 der Buchse 300 einschließlich des äußeren Bandes 330 einen Außendurchmesser 335 von etwa 1,43 Zoll (3,63 cm) aufweisen, obwohl er immer noch 0,001-0,003 Zoll (0,025 mm-0,076 mm) größer als die Bohrung 305 an der Stelle des äußeren Bandes 330 ist. In beispielhaften Ausführungsformen kann das äußere Band 330 eine Höhe 425 von ungefähr einem Drittel oder ungefähr einem Viertel der Höhe der Buchse 300 aufweisen. Das äußere Band 330 und der Abschnitt 420 der Buchse 300 unter dem Band 330 können in die Bohrung 305 eingepresst werden, sodass die Buchse 300 mit der Schulter 325 verriegelt und/oder zusammenpasst. Wenn die Buchse 300 in den Diffusor 310 gepresst wird, kann die Ober-oder Unterkante 430 des äußeren Bandes 330 auf der Schulter 325 des Diffusors 310 aufliegen. Das äußere Band 330 kann auch eine Tasche 340 beinhalten, die eine weibliche Fassung sein kann, die in das Band 330 eingegossen, bearbeitet oder gepresst sein kann. Die Buchse 300 mit dem einstückigen Band 330 kann in die gewünschte Form gegossen, gepresst und/oder gesintert werden. Die Tasche 340 kann abgerundet sein, wie in 4B gezeigt, oder kann eine quadratische oder rechteckige Kerbe sein, wie in 4C gezeigt. Eine oder mehrere Taschen 340 können um das Band 330 herum beabstandet sein. Beispielsweise können zwei Taschen 340 um 180° voneinander beabstandet sein, oder drei Taschen 340 können um 120° voneinander beabstandet sein.
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Wie in 4B und 4C gezeigt, kann sich das vorstehende Band 330 in einigen Ausführungsformen um 360° um den mittleren Bereich der Buchse 300 erstrecken. Wie in 4A und 6 gezeigt, kann sich in bestimmten Ausführungsformen das vorstehende Band 330 um einen Abschnitt des Umfangs der Buchse 300 um weniger als 360° erstrecken. Unter Bezugnahme auf 4A kann das Band 330 durch einen oder mehrere axiale Kanäle 405 unterteilt sein. In 4A ist das Band 330 durch zwei axiale Kanäle 405 unterteilt, wobei die axialen Kanäle 405 um 180° voneinander beabstandet sind. Der Kanal 405 kann sich über eine Bogenlänge und/oder -breite erstrecken, die um 15°, 20°, 25° oder einen ähnlichen Winkel um den Außendurchmesser 335 der Buchse 300 gebildet ist. Beispielsweise kann sich jeder Abschnitt des vorstehenden Bandes 330 um 160° um den Umfang der Buchse 300 erstrecken, und jeder der zwei axialen Kanäle 405 kann um 20° um den Umfang der Buchse 300 herum verlaufen. Der Kanal 405 kann sich axial entlang der Höhe der Buchse 300 zwischen der Oberseite 410 und der Unterseite 415 der Buchse 300 erstrecken und kann eine Vertiefung oder Nut in der Außenfläche der Buchse 300 sein. Wenn der Kanal 405 enthalten ist, kann der Kanal 405 die Tasche 340 als die Steckbuchse ersetzen, die mit der Führungshülse 345 (in 3A gezeigt) zusammenpasst, um eine Rotation der Buchse 300 zu verhindern. Der axiale Kanal 405 kann in den Außendurchmesser 335 der Buchse 300 eingelassen sein, zum Beispiel in etwa 0,06 Zoll (0,15 cm) eingelassen sein, oder kann bündig mit dem Außendurchmesser 335 sein und/oder kann ein Raum in dem Band 330 oder ein Ausschnitt davon sein.
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Wieder bei 3A und 3B kann die statische Führungshülse 345 die Buchse 300 über dem äußeren Band 330 umgeben. Die Führungshülse 345 kann durch Presspassung zwischen der Buchse 300 und dem Diffusor 310 befestigt sein und rotiert nicht. Die Führungshülse 345 kann aus Ni-Resist und/oder aus demselben Material wie der Diffusor 310 bestehen, sodass sich die Führungshülse 345 als Reaktion auf einen Temperaturanstieg mit derselben Geschwindigkeit oder in etwa derselben Geschwindigkeit wie der Diffusor 310 ausdehnt. Die Führungshülse 345 kann sich in Umfangsrichtung um die Buchse 330 erstrecken und auf der Oberkante 430 des äußeren Bandes 330 sitzen. Die Führungshülse 345 kann ringförmig und/oder zylindrisch sein, jedoch rohrförmiger als ein herkömmlicher Haltering. Die Führungshülse 345 kann in Form und Größe dem äußeren Band 330 ähnlich sein. Die Führungshülse 345 kann sich von der Kante 430 des äußeren Bandes 330 bis kurz vor die Buchsenoberseite 410 und/oder bis zur Kante der Buchsenoberseite 410 erstrecken. Die Oberseite 410 der Buchse 300 kann ohne Beeinträchtigung durch die Führungshülse 345, die außerhalb der Buchse 300 und nicht darüber angeordnet sein kann, Abwärtsdruckkräfte aufnehmen. Da die Führungshülse 345 keinen Druck ausübt, sollte sich die Führungshülse 345 nicht über die Oberseite 410 oder die Unterseite 415 erstrecken. Wenn die Führungshülse 345 um die Buchse 300 herum angeordnet ist, kann sie einen Außendurchmesser aufweisen, der dem äußeren Band 330 gleich oder ähnlich ist, sodass die Außenfläche der Führungshülse 345 mit dem Band 330 bündig ist und/oder in die Bohrung 305 über dem äußeren Band 330 gepresst wird.
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In einigen Ausführungsformen kann sich die Führungshülse 345 unter dem äußeren Band 330 als über dem Außenband 330 erstrecken, wobei in diesem Fall die Ausrichtung der Schulter 325 und/oder die Position des breiten Abschnitts 320 und des schmalen Abschnitts 315 umgekehrt sein können. Wenn die ESP-Pumpe im Abwärtsdruck läuft, beispielsweise, wenn eine geringere Durchflussrate vorliegt, kann bevorzugt werden, die Führungshülse 345 über dem Band 330 anzuordnen. Alternativ kann bevorzugt werden, die Führungshülse 345 unter dem äußeren Band 330 zu platzieren, wenn die Pumpe im Aufwärtsdruck läuft, beispielsweise während des Betriebs in einer gasförmigen Umgebung. Die Form und/oder Art des Diffusors 310 kann auch berücksichtigt werden, wenn bestimmt wird, ob die Führungshülse 345 über oder unter dem Band 330 angeordnet sein kann. Beispielsweise kann die Position der Bohrung 305 mit mehr Diffusormaterial eine festere Verbindung zwischen der in die Diffusorbohrung 305 gepressten Führungshülse 345 ermöglichen, ohne dass die Gefahr einer Verformung des Diffusors 310 besteht. Zur einfacheren Veranschaulichung und um die Erfindung nicht unverständlich zu machen, werden veranschaulichende Ausführungsformen hauptsächlich in Bezug auf die Führungshülse 345 beschrieben, die über dem Band 330 angeordnet ist, jedoch kann der Fachmann erkennen, dass die Führungshülse 345 unter dem Band 330 angeordnet sein kann und die hierin beschriebenen Merkmale entsprechend umgekehrt und/oder modifiziert werden können.
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Die Führungshülse 345 kann sowohl eine Axialsperre als auch eine Rotationssperre gegen die Bewegung der Buchse 300 vorsehen. Die Presspassung der Führungshülse 345 kann verhindern, dass sich die Buchse 300 axial verschiebt, da die Führungshülse 345 mit einer Presspassung fest in den Diffusor 310 gepresst werden kann und, wenn es aus dem gleichen Material wie der Diffusor 310 besteht (oder aus einem Material mit einer ähnlichen Wärmeausdehnungsrate), kann sie sich bei Temperaturänderungen mit gleicher Geschwindigkeit ausdehnen. Die Führungshülse 345 kann auch eine mechanische Interferenz bereitstellen, um eine Rotation der Buchse 300 zu verhindern. 5 veranschaulicht eine Rotationssperre von veranschaulichenden Ausführungsformen. Die Führungshülse 345 kann einen Steckervorsprung 400 aufweisen, der mit dem Aufnahmekanal 405 und/oder der Tasche 340 zusammenpasst. Die Verriegelung zwischen dem Kanal 405 und/oder der Tasche 340 einerseits und dem Vorsprung 400 andererseits kann die Rotation der Buchse 300 trotz des Betriebs der Pumpenanordnung bei hohen Temperaturen bis zu etwa 550 ° (287 °C) verringern oder verhindern. Die Tasche 340 und/oder der Kanal 405 können geringfügig größer und/oder breiter als der Vorsprung 400 sein, um eine Wärmeausdehnung der Führungshülse 345 zu ermöglichen, die schneller als die Wärmeausdehnung der Buchse 300 auftreten kann.
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In einigen Ausführungsformen kann die Führungshülse 345 anstelle des Steckervorsprungs 400 eine Aufnahmeöffnung 600 aufweisen, die mit dem Band 330 der Buchse 300 zusammenpasst, wie in 6 gezeigt. In der Ausführungsform von 6 kann das äußere Band 330 wie eine oder mehrere Laschen geformt sein, die sich nur um einen Abschnitt des Umfangs der Buchse 300 erstrecken, beispielsweise eine Länge, die durch einen Winkel von 15°, 20° oder 25° um den Umfang der Buchse 300 gebildet wird. Die Lasche kann quadratisch oder rechteckig sein und die Öffnung 600 in der Führungshülse 345 kann um drei Seiten des laschenförmigen Bandes 330 zusammenpassen und/oder ineinander greifen, wobei die verbleibende Kante 430 des Bandes 330 auf der Schulter 325 sitzen bleibt. Wenn das Band 330 laschenförmig ist, können mehrere Bänder 330 um die Buchse 300 herum beabstandet sein, beispielsweise zwei laschenförmige Bänder 330, die um 180° voneinander beabstandet sind und in Öffnungen 600 der statischen Führungshülse 345 eingreifen.
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Um einen Lagersatz von veranschaulichenden Ausführungsformen zu bilden, kann eine einzelne Buchse 300 mit einer oder mehreren Lagerhülsen 710 gepaart sein. 7 veranschaulicht einen Lagersatz einer veranschaulichenden Ausführungsform, bestehend aus zwei Lagerhülsen 710 und einer Buchse 300. Die Lagerhülse 710 kann rohrförmig und verkeilt oder anderweitig an der Welle 500 befestigt sein und mit der Welle 500 rotieren. Eine oder mehrere Lagerhülsen 710 können innerhalb der Buchse 300 rotieren, beispielsweise ein Paar Lagerhülsen 710, wie in 7 gezeigt. Jede Lagerhülse 710 kann einen Flansch 715 an einem Ende des rohrförmigen Abschnitts der Lagerhülse 710 beinhalten. Der Flansch 715 kann sich über eine Druckfläche der Buchse 300 erstrecken, beispielsweise über die Oberseite 410 oder die Unterseite 415. In einem Lagersatz von veranschaulichenden Ausführungsformen, der eine Buchse 300 und zwei Lagerhülsen 710 beinhaltet, kann sich ein Flansch 715 über jede der Oberseite 410 und der Unterseite 415 erstrecken, sodass der Lagersatz sowohl den Aufwärtsdruck als auch den Abwärtsdruck handhaben kann. Der Flansch 715, der sich über die Oberseite 410 oder die Unterseite 415 auf derselben Seite der Buchse 300 wie die Führungshülse 345 erstreckt, kann sich über die Oberfläche der Oberseite 410 oder der Unterseite 415 erstrecken, jedoch nicht über die Führungshülse 345. Die Enden 725 des rohrförmigen Abschnitts der Lagerhülsen 710 können sich innerhalb der Buchse 300 mit einem Raum zwischen ihnen gegenüberliegen. Die Länge des rohrförmigen Abschnitts der Lagerhülsen 710 kann gegenüber der herkömmlichen Länge verkürzt werden, wodurch weitere Materialkosten eingespart werden. Beispielsweise kann jede Lagerhülse 710 in veranschaulichenden Ausführungsformen um etwa 20 % verkürzt sein.
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Sobald die Bearbeitung der Diffusorbohrung 305 abgeschlossen ist, können die Buchse 300 und die Führungshülse 345 in einem Arbeitsgang in die Bohrung 305 gepresst werden. Vor dem Pressen kann die Führungshülse 345 auf dem Brett ausgerichtet werden, das durch die Kante 430 des äußeren Bandes 330 erzeugt wird. Sobald das Pressen abgeschlossen ist, können dem Diffusor 310 während des Zusammenbaus des Stapels der Pumpenstufe 700 sowohl Aufwärts- als auch Abwärtsdruck-Flanschhülsen 710 hinzugefügt werden, wie es dem Fachmann bekannt ist.
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7 zeigt eine beispielhafte Stufe 700 mit einem Drucklager 300 mit Presspassung der veranschaulichenden Ausführungsformen. Die Stufen 700 können Paare aus Laufrad 505 und Diffusor 310 beinhalten, wobei jedes Laufrad 505 auf einem Diffusor 310 der vorherigen Stufe gestapelt ist. Die Laufräder 505 können mit der Welle 500 rotieren, während die Diffusoren 310 stationär bleiben und als Träger für die Pumpe 705 und als Stützstruktur für die Buchse 300 dienen können. Mehrfach gestapelte Stufen 700 können eine mehrstufige Zentrifugalpumpe 705 bilden, beispielsweise eine mehrstufige ESP-Zentrifugalpumpe. Eine, einige oder alle Stufen 700 können eine Buchse 300 beinhalten.
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In einigen Ausführungsformen kann die Buchse 300 ein um ihren mittleren Bereich nach innen vorstehendes Band beinhalten, das als sekundäre, nicht rotierende Stütze dienen kann, falls die Oberseite 410 abgenutzt ist. 8 veranschaulicht eine beispielhafte Buchse 300 mit einem inneren Band 800. Das innere Band 800 kann sich in ähnlicher Weise wie das äußere Band 330 in Umfangsrichtung um die Buchse 300 erstrecken. Anstatt jedoch nach außen vorzustehen, kann das innere Band 800 nach innen zur Welle 500 vorstehen und zwischen den Enden 725 der Lagerhülsen 710 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann das innere Band 800 einstückig mit der Buchse 300 sein oder kann ein nicht rotierender Einsatz sein. Wo das innere Band 800 ein Einsatz ist, können Elastomerringe eingesetzt werden, um zu verhindern, dass das innere Band 800 rotiert.
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Veranschaulichende Ausführungsformen können einen einzelnen Lagersatz bereitstellen, der sowohl Aufwärts- als auch Abwärtsdrucklasten einer ESP-Stufe, wie beispielsweise einer Stufe einer Zentrifugalpumpe, Ladungspumpe oder eines Gasabscheiders, tragen kann. Durch die Handhabung des Aufwärtsdrucks und des Abwärtsdrucks können veranschaulichende Ausführungsformen den Betriebsbereich der Durchflussraten des ESP-Systems der veranschaulichenden Ausführungsformen erhöhen. Die Stärke des Auftriebs, den eine ESP-Pumpe bewältigen kann, bestimmt die obere Flussratengrenze. Im Gegensatz dazu bestimmt die Stärke des Abtriebs, die eine ESP-Pumpe bewältigen kann, die untere Flussratengrenze. Beispielsweise kann eine herkömmliche ESP-Pumpe, die keine herkömmliche Druckstützte beinhaltet, einen Flussratenbereich von 2. 000 bis 3. 500 Barrel pro Tag (bpd) aufweisen. Eine konventionelle ESP-Pumpe kann unter ähnlichen Bedingungen, die konventionelle Lagersätze für die Druckunterstützung beinhaltet, einen Flussratenbereich von 500 bis 3. 500 bpd aufweisen. Eine ESP-Pumpe, die einen oder mehrere Drucklagersätze mit Presspassung der veranschaulichenden Ausführungsformen beinhaltet, kann unter ähnlichen Bedingungen wie die vorstehenden Beispiele in einem Flussratenbereich von 500 bis 4. 500 bpd arbeiten. Veranschaulichende Ausführungsformen können somit die Anwendungen und Arten von Bohrlöchern erweitern, in denen ESP-Pumpen eingesetzt werden können, einschließlich der Erweiterung von Flussraten und Temperaturbereichen, durch die eine ESP-Pumpenanordnung der veranschaulichenden Ausführungsformen fehlerfrei Fluid produzieren kann, wodurch die Lebensdauer verlängert wird.
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Veranschaulichende Ausführungsformen können sowohl einen Aufwärts- als auch einen Abwärtsdruckschutz unter Verwendung von nur einer Buchse bereitstellen, wobei herkömmlicherweise zwei Buchsen verwendet würden. Das Lager der veranschaulichenden Ausführungsformen kann sowohl gegen Verschiebung als auch gegen Rotation bei Anwendungen mit hohen Temperaturen beständig sein und/oder kann im Vergleich zu herkömmlichen ESP-Pumpen mit einer erweiterten Flussrate arbeiten. Anschauliche Ausführungsformen können die Bearbeitungs-, Montage- und Installationsvorgänge vereinfachen und die Materialkosten senken, indem die Menge der in Pumpenstufen benötigten gehärteten Keramikteile verringert wird.
