EA031287B1 - Скважинный электрический погружной насос с гидродинамическим подшипником - Google Patents

Скважинный электрический погружной насос с гидродинамическим подшипником Download PDF

Info

Publication number
EA031287B1
EA031287B1 EA201591900A EA201591900A EA031287B1 EA 031287 B1 EA031287 B1 EA 031287B1 EA 201591900 A EA201591900 A EA 201591900A EA 201591900 A EA201591900 A EA 201591900A EA 031287 B1 EA031287 B1 EA 031287B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
bearing
rotor
electric submersible
grooves
submersible pump
Prior art date
Application number
EA201591900A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201591900A1 (ru
Inventor
Маркес Адольфо Дельгадо
Джереми Дэниел Ван Дам
Кен Ивкар Салас Нобрега
Стивен Масао Сакамото
Роберт Ли Марвел Третий
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of EA201591900A1 publication Critical patent/EA201591900A1/ru
Publication of EA031287B1 publication Critical patent/EA031287B1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/167—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings
    • H02K5/1672—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F04D13/10—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use adapted for use in mining bore holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046—Bearings
    • F04D29/047—Bearings hydrostatic; hydrodynamic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/026—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with helical grooves in the bearing surface to generate hydrodynamic pressure, e.g. herringbone grooves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106—Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
    • H02K5/132—Submersible electric motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Предложен электрический погружной насос, обладающий улучшенными вибрационными характеристиками по сравнению с обычными электрическими погружными насосами. Указанные насосы с улучшенными характеристиками содержат электрический двигатель, механически соединенный с нагнетательной секцией. Улучшенные вибрационные характеристики указанного насоса обеспечиваются благодаря наличию по меньшей мере одного роторного подшипника, выбранного из группы, включающей роторные подшипники с шевронными канавками, пороговые роторные подшипники, роторные подшипники с окружной канавкой и комбинации по меньшей мере из двух любых из вышеуказанных роторных подшипников.

Description

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента (51) Int. Cl. F04D13/08 (2006.01)
F04D 29/047 (2006.01)
ZU lo.lZ.Zo Н02К 5/132 (2006.01)
(21) Номер заявки Н02К 5/167 (2006.01)
201591900 F04D 29/66 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки F16C 17/02 (2006.01) F16C 33/10 (2006.01)
2014.03.28
(54) СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОГРУЖНОЙ НАСОС С ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМ ПОДШИПНИКОМ (31) 13/857,389 (32) 2013.04.05 (33) US (43) 2016.03.31 (86) PCT/US2014/032124 (87) WO 2014/165398 2014.10.09 (71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ (US) (72) Изобретатель:
Дельгадо Маркес Адольфо, Ван Дам Джереми Дэниел, Салас Нобрега Кен Ивкар, Сакамото Стивен Macao, Марвел Третий Роберт Ли (US) (74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU)
US-A1-2004258518
US-A1-2008286131
US-A-5215384
031287 В1
031287 Bl (57) Предложен электрический погружной насос, обладающий улучшенными вибрационными характеристиками по сравнению с обычными электрическими погружными насосами. Указанные насосы с улучшенными характеристиками содержат электрический двигатель, механически соединенный с нагнетательной секцией. Улучшенные вибрационные характеристики указанного насоса обеспечиваются благодаря наличию по меньшей мере одного роторного подшипника, выбранного из группы, включающей роторные подшипники с шевронными канавками, пороговые роторные подшипники, роторные подшипники с окружной канавкой и комбинации по меньшей мере из двух любых из вышеуказанных роторных подшипников.
Уровень техники
Предлагаемое изобретение относится к электрическим погружным насосам. В частности, предлагаемое изобретение относится к электрическим погружным насосам, обладающим улучшенными вибрационными характеристиками по сравнению с обычными электрическими погружными насосами.
Электрические погружные насосы используются при выполнении различных работ, при этом насос погружают в рабочую текучую среду для ее перемещения посредством указанного насоса. Например, подобные насосы используют в геотермальных скважинах, в которых горячую воду выкачивают из геотермального слоя, который зачастую расположен значительно ниже поверхности земли, через ствол скважины в систему сбора тепловой энергии на поверхности.
Электрические погружные насосы широко используются при выполнении работ по добыче углеводородов. Как правило, электрический погружной насос погружают через ствол скважины в залежь углеводородов. Содержащая углеводороды текучая среда из залежи поступает в ствол скважины и окружает указанный насос. По мере того как содержащая углеводороды текучая среда вокруг указанного насоса всасывается в него и обеспечивается ее прохождение к поверхности для очищения и использования, дополнительная текучая среда поступает из залежи в ствол скважины.
При выполнении работ по добыче как геотермальных вод, так и углеводородов надежность применяемых электрических погружных насосов является необходимым условием для успешного выполнения таких работ, поскольку возможности замены и ремонта установленных электрических погружных насосов при выполнении таких работ ограничены и неперспективны.
Полагают, что вибрационные характеристики данного узла оборудования с высокоскоростным вращением могут сыграть ключевую роль в отношении надежности и срока эксплуатации подобного оборудования. Таким образом, были предприняты соответствующие попытки по созданию средства для улучшения вибрационных характеристик оборудования с высокоскоростным вращением, такого как электрические погружные насосы. Несмотря на значительные улучшения вибрационных характеристик электрических погружных насосов, которых удалось достичь на сегодняшний день, существует потребность в дальнейших улучшениях для обеспечения большей эффективности при производстве энергии.
Сущность изобретения
В одном варианте выполнения предлагаемое изобретение относится к электрическому погружному насосу, содержащему (а) электрический двигатель, содержащий диэлектрическое масло, по меньшей мере один статор, по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один роторный подшипник с шевронными канавками, (b) нагнетательную секцию, содержащую несколько лопаток рабочего колеса, (с) приводной вал, механически соединенный с ротором и указанными лопатками, причем указанный подшипник с шевронными канавками погружен в диэлектрическое масло, находящееся внутри двигателя.
В другом варианте выполнения предлагаемое изобретение относится к электрическому погружному насосу, содержащему (а) электрический двигатель, содержащий диэлектрическое масло, по меньшей мере один статор, по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один роторный подшипник с шевронными канавками, по меньшей мере один дополнительный элемент опоры ротора, представляющий собой демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением; (с) нагнетательную секцию, содержащую несколько лопаток рабочего колеса; и (d) приводной вал, механически соединенный с указанным ротором и лопатками рабочего колеса, причем указанный подшипник с шевронными канавками погружен в диэлектрическое масло, находящееся внутри двигателя.
Краткое описание чертежей
Различные признаки, аспекты и преимущества изобретения станут более понятны после прочтения следующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми номерами позиций могут быть обозначены одинаковые элементы. Если не указано иное, подразумевается, что представленные в данном документе чертежи выполнены для того, чтобы проиллюстрировать ключевые отличительные признаки предлагаемого изобретения. Предполагается, что данные отличительные признаки могут применяться в самых различных системах, включающих по меньшей мере один вариант выполнения предлагаемого изобретения. По существу, данные чертежи не иллюстрируют общие признаки, известные специалистам средней квалификации в данной области техники и необходимые для осуществления изобретения.
Фиг. 1 изображает предложенный электрический погружной насос, используемый в геологических работах по извлечению текучей среды;
фиг. 2 - электрический погружной насос, выполненный в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 3 - электрический двигатель, который может использоваться в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения изобретения;
фиг. 4 - роторные подшипники с шевронными канавками, которые могут использоваться в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения предлагаемого изобретения;
фиг. 5 - пороговый роторный подшипник, который может использоваться в соответствии по меньшей мере с одним вариантом предлагаемого изобретения;
фиг. 6 - пороговый роторный подшипник, который может использоваться в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения предлагаемого изобретения;
- 1 031287 фиг. 7 - роторные подшипники с окружной канавкой, которые могут использоваться в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения предлагаемого изобретения;
фиг. 8 - комбинацию демпферного центрирующего устройства со смазкой под давлением с гидродинамическим роторным подшипником, которая может использоваться в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения предлагаемого изобретения;
фиг. 9 - комбинацию демпферного центрирующего устройства со смазкой под давлением с роторным подшипником с шевронными канавками, которая может использоваться в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения предлагаемого изобретения.
Подробное описание изобретения
В следующем описании и формуле изобретения использован ряд терминов, значение которых следует трактовать следующим образом.
Элементы, упомянутые в единственном числе, предполагают наличие множественных объектов, если четко не указано иное.
Слова дополнительный или дополнительно означают, что указанное за ними событие или обстоятельство может как произойти, так и не произойти, при этом в описании указаны случаи, когда событие происходит, и случаи, когда оно не происходит.
Приблизительные формулировки, используемые на протяжении всего описания и в формуле изобретения, могут применяться для преобразования любого численного значения, которое может изменяться в допустимых пределах, не приводя к изменению основной функции, к которой оно относится. Соответственно, значение, преобразуемое с помощью термина или терминов, таких как около или по существу, не должно трактоваться, как ограниченное указанным точным значением. По меньшей мере, в некоторых случаях приблизительная формулировка может соответствовать точности средства измерения данной величины. Если по смыслу или прямо не указано иное, в тексте описания и формулы изобретения границы диапазонов могут быть объединены и/или взаимозаменяемы, т.к. они являются равнозначными и включают все входящие в них промежуточные диапазоны.
Как было указано, в одном варианте выполнения предлагаемое изобретение относится к электрическому погружному насосу, содержащему (а) электрический двигатель, содержащий по меньшей мере один статор, по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один роторный подшипник, причем указанный электрический двигатель содержит смазку и выполнен так, что во время работы указанного насоса обеспечивается жидкостной контакт смазки по меньшей мере с одной вращающейся поверхностью данного роторного подшипника и ротора, (b) нагнетательную секцию, содержащую несколько лопаток рабочего колеса; и (с) приводной вал, механически соединенный с указанным ротором и лопаткам рабочего колеса, причем по меньшей мере один роторный подшипник представляет собой подшипник из группы, включающей роторные подшипники с шевронными канавками, пороговые роторные подшипники и роторные подшипники с окружной канавкой.
В предыдущих отчетах, согласно которым для электрических погружных насосов с улучшенной вибрационной устойчивостью необходимо использовать многоклиновые подшипники, например, лимонные подшипники в качестве роторных подшипников для электрического двигателя, приводящего в движение нагнетательную секцию электрического погружного насоса. Было установлено, что роторные подшипники (роторные подшипники с шевронными канавками, пороговые роторные подшипники и роторные подшипники с окружной канавкой), которые ранее считались неподходящими для использования в подобных электрических погружных насосах с улучшенной вибрационной устойчивостью, в действительности могут преимущественно использоваться вместо обычных подшипников скольжения в электрическом двигателе электрического погружного насоса. Вышеуказанное решение, согласно которому использование многоклиновых подшипников в электрических погружных насосах обеспечивает повышенную вибрационную устойчивость по сравнению с электрическими погружными двигателями, в которых для опоры приводного вала и/или ротора в электрическом двигателе используют обычные подшипники скольжения, изложено в патенте США № 6099271, опубликованном 8 августа 2000 г., содержание которого включено в данный документ посредством ссылки.
Электрический двигатель, который может применяться в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения предлагаемого изобретения, может содержать только один ротор с магнитной подвеской. В другом варианте выполнения электрический двигатель содержит несколько роторов с магнитной подвеской. Указание на то, что данные роторы являются роторами с магнитной подвеской, означает, что перемещение данных роторов происходит под воздействием статора электрического двигателя путем бесконтактной передачи вырабатываемой статором магнитной энергии указанному ротору. Электрический двигатель, используемый в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения предлагаемого изобретения, как правило, содержит один статор, однако в некоторых вариантах выполнения указанный двигатель может содержать несколько статоров. По меньшей мере в одном варианте выполнения электрический двигатель содержит несколько роторов с магнитной подвеской, механически соединенных с приводным валом, который выполнен с возможностью передачи механической энергии в нагнетательную секцию данного насоса. По меньшей мере в одном варианте выполнения электрический двигатель содержит несколько роторов, последовательно расположенных вдоль приводного вала и меха
- 2 031287 нически соединенных с ним, при этом указанные роторы образуют последовательное соединение, каждый конец которого закреплен с помощью по меньшей мере одного роторного подшипника, выбранного из группы, включающей роторные подшипники с шевронными канавками, пороговые роторные подшипники, роторные подшипники с окружной канавкой и комбинации по меньшей мере из двух из вышеуказанных роторных подшипников. В подобном варианте выполнения по меньшей мере несколько из соседних роторов с магнитной подвеской отделено с помощью роторных подшипников, выбранных из группы, включающей роторные подшипники с шевронными канавками, пороговые роторные подшипники и комбинации по меньшей мере из двух из вышеуказанных роторных подшипников. В определенных вариантах выполнения комбинация по меньшей мере из одного роторного подшипника, выбранного из группы, включающей роторные подшипники с шевронными канавками, пороговые роторные подшипники и роторные подшипники с окружной канавкой, использована в сочетании по меньшей мере с одним обычным роторным подшипником. Обычные роторные подшипники могут представлять собой, например, многоклиновые подшипники и подшипники скольжения. Для специалистов средней квалификации, прочитавших данное описание, будет очевидно, что указанный электрический двигатель, используемый в соответствии с различными вариантами выполнения изобретения, должен содержать по меньшей мере один роторный подшипник, представляющий собой роторный подшипник с шевронными канавками, пороговый роторный подшипник или роторный подшипник с окружной канавкой, но может также содержать и обычные опорные подшипники, например обычные упорные подшипники.
Электрический двигатель, используемый в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения изобретения, выполнен с возможностью вмещения смазочной текучей среды, контактирующей с различными поверхностями внутри данного двигателя. Это означает, что электрический двигатель содержит смазочную текучую среду (иногда называемую в настоящем документе смазкой или указанной смазкой), например органическую жидкость, которая контактирует с различными поверхностями внутренней части данного электрического двигателя во время работы. Когда смазка контактирует с поверхностью внутри электрического двигателя, указывается, что данная поверхность находится в жидкостном контакте со смазкой. Указанная смазка может представлять собой любую подходящую текучую среду, которая стабильна в условиях использования и соответствует санитарным правилам и нормам безопасности. В одном варианте выполнения указанная смазка представляет собой диэлектрическую текучую среду, например силиконовое масло, ароматический углеводород, например дифениловый эфир, фторосодержащий полиэфир, раствор силикатного эфира, полностью фторированный углерод, алкан, полиальфаолефин и комбинации по меньшей мере из двух из вышеуказанных веществ, например смесь по меньшей мере двух алканов (например, смесь гексадекана и октадекана), смесь полностью фторированного углерода, например октадека-фторированного декалина (температура кипения 415 К), с дифениловым эфиром (температура кипения 530 К). В одном варианте выполнения указанная смазка содержит анизол (температура кипения 427 К). В другом варианте выполнения данная смазка содержит хлорнафталин-1 (температура кипения 532-536 К). В еще одном варианте выполнения указанная смазка содержит стабилизированный теплоноситель SYLTHERM 800 Stabilized HTF (выпускаемый компанией DOW Chemical Company). По меньшей мере в одном варианте выполнения во время эксплуатации электрического двигателя смазка контактирует по меньшей мере с одной вращающейся поверхностью роторного подшипника и ротора.
Как указано, электрический погружной насос, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, содержит нагнетательную секцию, выполненную с обеспечением продвижения поступающей в нее текучей среды от ее впускного отверстия по направлению к ее выпускному отверстию. По меньшей мере в одном варианте выполнения электрические погружные насосы, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, выполнены с возможностью вертикального расположения внутри ствола скважины, находящейся в жидкостном контакте со слоем, содержащим геологическую текучую среду, например, с подповерхностной залежью углеводородов. В таких случаях посредством нагнетательной секции может быть обеспечено перемещение геологической текучей среды по направлению к поверхности для ее сбора, очистки и распределения. Нагнетательная секция содержит несколько лопаток рабочего колеса, выполненных с возможностью совместного вращения с приводным валом, который механически соединен с данным электрическим двигателем или выполнен в виде единого целого с ним. Данная нагнетательная секция, как правило, содержит несколько неподвижных диффузорных элементов, выполненных с возможностью взаимодействия с лопатками рабочего колеса для обеспечения перемещения рабочей текучей среды от впускного отверстия нагнетательной секции к ее выпускному отверстию и дальше. По меньшей мере в одном варианте выполнения данная нагнетательная секция может содержать корпус, в котором выполнены соответствующие впускное и выпускное отверстия.
В одном варианте выполнения настоящее изобретение относится к электрическому погружному насосу, который содержит по меньшей мере один роторный подшипник с шевронными канавками. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, считается, что роторный подшипник с шевронными канавками обеспечивает лучшую ротодинамическую стабильность электрического погружного насоса благодаря нагнетающему действию канавок, выточенных в отверстии неподвижной части подшипника или на внешней окружной поверхности вращательного вкладыша. Указанные канавки расположены таким обра
- 3 031287 зом, что во время работы обеспечивается нагнетание смазки от осевых концов данного подшипника по направлению к его центру, при этом возникает радиально направленная к центру результирующая сила. Указанное действие может быть усилено благодаря выполнению окружной канавки внутри указанного роторного подшипника для создания стока, в котором сходятся потоки из указанных канавок. Результирующая радиальная сила обеспечивает большую жесткость подшипника и, соответственно, более высокий порог устойчивости. Угол (а) подъема канавки, показанный на фиг. 4 (на фиг. 50F), может варьироваться от 0 до 180°. Данный угол может быть различным, при этом канавка может проходить по кривой. Канавки могут занимать от приблизительно 50 до 100% от осевой длины подшипника.
В одном варианте выполнения настоящее изобретение представляет собой электрический погружной насос, содержащий по меньшей мере один роторный подшипник с шевронными канавками, который имеет вращательную поверхность, неподвижную поверхность и осевой центр, причем на указанной вращательной поверхности выполнена по меньшей мере одна канавка, обеспечивающая протекание смазки по направлению к осевому центру роторного подшипника во время работы электрического погружного насоса.
В другом варианте выполнения изобретение представляет собой электрический погружной насос, содержащий по меньшей мере один роторный подшипник с шевронными канавками, который имеет вращательную поверхность, неподвижную поверхность и осевой центр, причем на указанной неподвижной поверхности выполнена по меньшей мере одна канавка, обеспечивающая протекание смазки по направлению к осевому центру данного роторного подшипника во время работы электрического погружного насоса.
В еще одном варианте выполнения изобретение представляет собой электрический погружной насос, который содержит по меньшей мере один роторный подшипник с шевронными канавками, который имеет вращательную поверхность, неподвижную поверхность и осевой центр, причем на вращательной поверхности выполнена по меньшей мере одна канавка, которая проточно сообщается со стоком для смазки, расположенным на вращательной поверхности и проходящим вокруг осевого центра данного роторного подшипника.
В еще одном варианте выполнения изобретение представляет собой электрический погружной насос, который содержит по меньшей мере один роторный подшипник с шевронными канавками, который имеет вращательную поверхность, неподвижную поверхность и осевой центр, причем на указанной неподвижной поверхности выполнена по меньшей мере одна канавка, проходящая в сток для смазки и проточно сообщающаяся с данным стоком, расположенным на неподвижной поверхности вокруг осевого центра данного роторного подшипника.
В еще одном варианте выполнения изобретение представляет собой электрический погружной насос, который содержит по меньшей мере один пороговый роторный подшипник. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, считают, что пороговый роторный подшипник обеспечивает лучшую устойчивость благодаря его окружным участкам сброса, выполненным на внутренней поверхности его корпуса (также именуемого в настоящем документе как неподвижный элемент роторного подшипника), разделенного на два сегмента, как показано на фиг. 5 настоящей заявки. Благодаря наличию указанных участков сброса возникает поле давления, которое способствует нагружению данного подшипника в одном направлении, таким образом, увеличивая его устойчивость. Участок сброса с угловым размером от 0 до 180° может быть выполнен в отверстии одного сегмента, при этом на противоположном сегменте может быть выполнен участок с угловым размером от 0 до 170°. Отношение осевой длины каждого такого участка к осевой длине данного подшипника может составлять от 0,05 до 0,95, при этом замкнутые и прерывистые участки сброса могут иметь различные осевые длины. Аналогичным образом, отношение глубины каждого участка сброса к радиальному зазору подшипника должно составлять от 1/10 до 10. Как показано на фиг. 6, прерывистый участок сброса давления может проходить от средней линии одного сегмента статора подшипника на угловое расстояние до 150° в направлении вращения. В одном варианте выполнения окружная длина участка сброса составляет от 120 до 140°. Порог с окружной длиной от 0 до 170° обеспечивает возможность перемещения вала от участка сброса, обеспечивая эффективное нагружение данного подшипника. Другое преимущество обеспечено благодаря замкнутому участку сброса противоположного сегмента подшипника, благодаря которому эффективно уменьшена длина данного подшипника.
В еще одном варианте выполнения изобретение относится к электрическому погружному насосу, который содержит по меньшей мере один роторный подшипник с окружной канавкой. В подшипнике данного типа окружная канавка выточена в отверстии статора подшипника или на внешней окружной поверхности вращательного вкладыша подшипника. Как показано на фиг. 7, данная канавка предпочтительно проходит, по существу, рядом с осевой центральной точкой статора подшипника или вращательного вкладыша. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, полагают, что роторный подшипник с окружной канавкой преимущественно влияет на профиль гидродинамического давления внутри подшипника во время эксплуатации. Окружная канавка также разделяет подшипник в осевом направлении в месте ее расположения, обеспечивая наличие двух параллельно функционирующих подшипников,
- 4 031287 уменьшая допустимую нагрузку на подшипник.
В одном варианте выполнения изобретение относится к электрическому погружному насосу, который содержит по меньшей мере один подшипник с окружной канавкой, имеющий вращательную поверхность и неподвижную поверхность, причем на вращательной поверхности выполнена окружная канавка.
В другом варианте выполнения изобретение относится к электрическому погружному насосу, который содержит по меньшей мере один подшипник с окружной канавкой, имеющий вращательную поверхность и неподвижную поверхность, причем на неподвижной поверхности выполнена окружная канавка.
Как указано, в одном варианте выполнения изобретение относится к электрическому погружному насосу, который содержит по меньшей мере один роторный подшипник, выбранный из группы, включающей роторные подшипники с шевронными канавками, пороговые роторные подшипники и роторные подшипники с окружной канавкой, и дополнительно содержит по меньшей мере одно демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением. Демпферные центрирующие устройства со смазкой под давлением известны из уровня техники. Как указано в настоящем документе, демпферные центрирующие устройства со смазкой под давлением содержат центрирующий элемент, например набор кольцевых уплотнений, и демпферный элемент, представляющий собой, как правило, заполненный маслом зазор, ограниченный указанным центрирующим элементом, внешней поверхностью роторного подшипника и внутренней поверхностью электрического двигателя. Соответствующие демпферные центрирующие устройства со смазкой под давлением могут представлять собой соответствующие устройства с кольцевыми опорами, устройства с беличьей клеткой, устройства с центрирующей пружиной, устройства со встроенной центрирующей пружиной и устройства с винтовой пружиной. В одном варианте выполнения настоящее изобретение относится к электрическому погружному насосу, который содержит по меньшей мере одно из вышеперечисленного: беличью клетку, центрирующую пружину, встроенную центрирующую пружину, винтовую пружину, кольцевую центрирующую пружину и комбинации по меньшей мере из двух из вышеуказанных элементов центрирующего демпферного устройства со смазкой под давлением.
В других вариантах выполнения изобретение относится к электрическому погружному насосу, который содержит электрический двигатель, содержащий по меньшей мере один гидродинамический роторный подшипник и по меньшей мере один элемент опоры ротора, представляющий собой демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением, причем указанный гидродинамический роторный подшипник выбран из группы, включающей цилиндрические подшипники скольжения, многоклиновые подшипники, сегментные подшипники, подшипники с шевронными канавками, подшипники с окружной канавкой и пороговые подшипники, причем к подходящим демпферным центрирующим устройствам со смазкой под давлением относятся соответствующие устройства с кольцевыми опорами, устройства с центрирующими пружинами, устройства со встроенными центрирующими пружинами и устройства с винтовыми пружинами.
По меньшей мере в одном варианте выполнения электрических погружных насосов, выполненных в соответствии с изобретением и содержащих демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением, указанный электрический погружной насос выполнен таким образом, что демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением размещено между неподвижным элементом гидродинамического роторного подшипника, например неподвижным элементом роторного подшипника с шевронными канавками, и неподвижным элементом электрического двигателя, например стойкой, прикрепленной к внутренней стенке корпуса электрического двигателя, или внутренней поверхностью статора электрического двигателя. В одном варианте выполнения демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением жестко прикреплено к внутренней поверхности статора электрического двигателя.
Если обратиться к чертежам, фиг. 1 изображает вариант выполнения предлагаемого изобретения, в котором электрический погружной насос 10, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, используют для добычи геологической текучей среды 2 из соответствующего подпочвенного слоя 1. Насос 10 помещают в ствол 3 скважины, отделенный от слоя 1, содержащего геологическую текучую среду, проницаемой обсадной трубой 6. Геологическая текучая среда 2, представляющая собой, как правило, воду или смесь, содержащую жидкие углеводороды, например сырую нефть, поступает в указанный ствол скважины через проницаемую обсадную трубу 6 и собирается внутри ствола 3 скважины, окружая насос 10. Насос 10 содержит электрический двигатель 20, предназначенный для приведения в действие нагнетательной секции 30, которая обеспечивает прохождение текучей среды 2 по трубопроводу 4 для текучей среды к поверхностному приемному устройству 5 для дальнейшей обработки и/или потребления.
Фиг. 2 изображает электрический погружной насос 10, содержащий электрический двигатель 20, механически соединенный с нагнетательной секцией 30. Двигатель 20 содержит статор 22, ротор 24 и роторные подшипники 26, причем по меньшей мере один из указанных подшипников 26 представляет собой роторный подшипник с шевронными канавками, пороговый роторный подшипник или роторный подшипник с окружной канавкой. Двигатель 20 ограничивает внутренний объем 29, который согласно
- 5 031287 проиллюстрированному варианту выполнения заполнен смазкой 28. Внутренние элементы данного электрического двигателя защищены от попадания геологической текучей среды из соответствующего слоя его корпусом 25 и уплотнением 27. Электрический двигатель 20 механически соединен с нагнетательной секцией 30 посредством приводного вала 40, который механически соединен с ротором 24 с магнитной подвеской, который, в свою очередь, выполнен с возможностью приведения в действие статором 22. В изображенном варианте выполнения приводной вал 40 опирается на соответствующие опорные подшипники 46 приводного вала и роторные подшипники 26, обеспечивающие его устойчивость. В проиллюстрированном варианте выполнения роторные подшипники 26 имеют неподвижную часть, прикрепленную к внутренней поверхности статора 22, и вращательную поверхность 26r, выполненную с возможностью совместного вращения с приводным валом 40. Для специалистов средней квалификации в данной области техники очевидно, что во варианте выполнения, изображенном на фиг. 2 (и в других вариантах выполнения, раскрытых в настоящем документе) во время работы электрического двигателя 20 смазка 28 находится в жидкостном контакте с вращающимися поверхностями указанного ротора и роторных подшипников, которые изображены на фиг. 2, соответственно, в виде элементов 24r и 26r. Элемент 26s представляет собой поверхность неподвижного элемента роторного подшипника 26, проходящую напротив вращательной поверхности 26r.
Фиг. 2 изображает электрический погружной насос 10, содержащий нагнетательную секцию 30, механически соединенную посредством приводного вала 40 с электрическим двигателем 20. Во время работы геологическая текучая среда 2 (фиг. 1) поступает из соответствующего слоя 1 (фиг. 1) в нагнетательную секцию 30 через ее впускное отверстие 31, ограниченное корпусом 35 нагнетательной секции, и проходит через указанную секцию по воздействием лопаток 32 рабочего колеса вместе с неподвижными диффузорными элементами 33, к выпускному отверстию 34 нагнетательной секции, которое может быть соединено с трубопроводом 4 для текучей среды (фиг. 1), и проходит через указанный трубопровод к поверхностному приемному устройству 5 (фиг. 1). В изображенном варианте выполнения приводной вал 40, проходящий внутри нагнетательной секции 30, опирается на соответствующий опорный подшипник 46.
Фиг. 3 изображает электрический двигатель 20, используемый в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения предлагаемого изобретения. В изображенном варианте выполнения электрический двигатель содержит пару роторов 24 с магнитной подвеской, которые опираются на три роторных подшипника 26. Роторы 24 выполнены с возможностью приведения в движение статором 22 и в свою очередь с возможностью приведения в движение приводного вала 40, который опирается на опорные подшипники 46 на обоих концах электрического двигателя. Внутренние элементы электрического двигателя 20: статор 22, роторы 24, роторные подшипники 26, часть приводного вала 40, расположенная во внутреннем объеме 29 электрического двигателя, опорные подшипники 46 приводного вала и смазка 28 (фиг. 2), отделены от окружающей среды корпусом 25 электрического двигателя и по меньшей мере одним уплотнением 27 электрического двигателя (фиг. 2). По меньшей мере в одном варианте выполнения предлагаемого изобретения роторные подшипники 26 содержат вращательный вкладыш (см., например, вращательные вкладыши 52, показанные на фиг. 4 и 50А-50С) и неподвижный элемент (см., например, неподвижные элементы 54, показанные на фиг. 4 и 50D-50F). Указанный вращательный вкладыш выполнен с возможностью совместного вращения с приводным валом 40 и/или ротором 24. Можно сказать, что вращательный вкладыш выполнен с возможностью совместного вращения с приводным валом и/или ротором благодаря механическому соединению с приводным валом или с ротором, или и с тем, и с другим. Указано, что неподвижный элемент роторного подшипника 26 является неподвижным благодаря закреплению относительно указанного вращательного вкладыша. Для специалистов средней квалификации в данной области техники очевидно, что указанный неподвижный элемент может иметь ограниченный диапазон перемещения, как в случае плавающих роторных подшипников, содержащих клин, ограничивающий возможность совместного вращения указанного неподвижного элемента с вращательным вкладышем, при этом обеспечивая ограниченный диапазон периодического перемещения неподвижного элемента, при этом такой период ограничен указанным клином и конструкцией ответной формы, как правило, представляющей собой канавку, ограниченную внутренней поверхностью указанного статора, предназначенной для размещения в ней данного клина. По меньшей мере в одном варианте выполнения предлагаемого изобретения роторный подшипник представляет собой плавающий роторный подшипник, содержащий неподвижный элемент, закрепленный на месте с помощью клина, как показано на фиг. 9 (элемент 98 на данном чертеже). Для специалистов средней квалификации в данной области техники будет очевидно, что фиг. 9 изображает плавающий подшипник, который дополнительно содержит центрирующие пружины 96.
Фиг. 4 изображает частичные разрезы нескольких роторных подшипников 50 с шевронными канавками, которые могут использоваться в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения предлагаемого изобретения. В первом варианте выполнения роторный подшипник представляет собой роторный подшипник 50А с шевронными канавками. В изображенном варианте выполнения роторный подшипник 50А с шевронными канавками содержит вращательный вкладыш 52, выполненный с возможностью соединения и совместного вращения с приводным валом 40 или ротором 24. Внешняя по
- 6 031287 верхность 52r вращательного вкладыша 52 имеет шевронный профиль, т.е. имеет канавки 58, сходящиеся к осевому центру 56 роторного подшипника и проходящие через него. Поверхность 52r вращательного вкладыша 52 отделена от неподвижного элемента роторного подшипника 54 зазором 53. Во время работы обеспечивается перетекание смазки 28 в зазоре 53 между внешней вращательной поверхностью 52r вращательного вкладыша 52 и внутренней поверхностью 54s неподвижного элемента 54 роторного подшипника по направлению к осевому центру 56 данного роторного подшипника.
Фиг. 50В, представленная на фиг. 4, изображает роторный подшипник с шевронными канавками, в котором участок вращательной поверхности 52r вращательного вкладыша 52 ограничивает канавки 58, отделенные в осевом направлении бесканавочным участком вращательной поверхности 52r, включающей осевой центр 56 данного роторного подшипника. Во время работы обеспечивается протекание смазки 28 в зазоре 53 между внешней вращательной поверхностью 52r вращательного вкладыша 52 и внутренней поверхностью 54s неподвижного элемента 54 роторного подшипника по направлению к его осевому центру 56.
Фиг. 50С, представленная на фиг. 4, изображает роторный подшипник с шевронными канавками, в котором на вращательной поверхности 52r вкладыша 52 выполнены канавки 58, соединяющиеся друг с другом в осевом направлении в стоке 59 для смазки, проходящем через осевой центр 56 роторного подшипника. Во время работы обеспечивается протекание смазки 28 в зазоре 53 между внешней вращательной поверхностью 52r вкладыша 52 и внутренней поверхностью 54s неподвижного элемента 54 подшипника по направлению к его осевому центру 56 и стоку 59 для смазки.
В каждом из вариантов выполнения, изображенных на фиг. 50А, 50В и 50С, внутренняя поверхность 54s элемента 54 может иметь или не иметь определенную структуру. По меньшей мере в одном варианте выполнения внутренняя поверхность элемента 54 является, по существу, гладкой.
Фиг. 50D-50F, представленные на фиг. 4, изображают неподвижные элементы роторных подшипников с шевронными канавками, выполненные с возможностью соединения по меньшей мере с одним неподвижным элементом указанного электрического двигателя, например с его корпусом или статором. Как показано на каждой из фиг. 50D-50F, внутренняя поверхность 54s неподвижного элемента 54 роторного подшипника имеет шевронный профиль с канавками 58. Шевронный профиль, изображенный на фиг. 50D, аналогичен профилю, показанному на фиг. 50А, при этом канавки 58 сходятся в осевом центре 56 роторного подшипника и проходят через него. Шевронный профиль, показанный на фиг. 50Е, аналогичен профилю на фиг. 50В, при этом канавки 58 отделены в осевом направлении бесканавочным участком неподвижной поверхности 54s, по которому проходит осевой центр 56 данного роторного подшипника. Шевронный профиль на фиг. 50F аналогичен профилю на фиг. 50С, при этом канавки 58 соединены друг с другом в осевом направлении в стоке 59 для смазки, через который проходит осевой центр 56 данного роторного подшипника. На каждой из фиг. 50D-50F имеющийся в роторном подшипнике вращательный вкладыш 52 не показан для лучшего отображения структуры внутренней поверхности 54s. Во время эксплуатации обеспечивается протекание смазки 28 в зазоре 53 между внешней вращательной поверхностью 52r вкладыша 52 и внутренней поверхностью 54s неподвижного элемента 54 роторного подшипника по направлению к осевому центру 56 роторного подшипника.
В каждом из вариантов выполнения, изображенных на фиг. 50D, 50Е и 50F, внешняя поверхность 52r вкладыша 52 может иметь или не иметь определенную структуру. По меньшей мере в одном варианте выполнения внешняя поверхность 52r является, по существу, гладкой.
Фиг. 5 и 6 изображают пороговый роторный подшипник 60, показанный в аксонометрии (фиг. 5) и в разрезе (фиг. 6), причем данный подшипник может использоваться в соответствии по меньшей мере с одним вариантом выполнения изобретения. Пороговый роторный подшипник 60 содержит вращательный вкладыш 62 (фиг. 6), выполненный с возможностью соединения и совместного вращения с приводным валом 40 или ротором 24 данного электрического двигателя, и неподвижный элемент 64 (фиг. 6), который может быть жестко прикреплен к соответствующей неподвижной части данного электрического двигателя, например к внутренней стенке его статора или к его корпусу. Пороговый роторный подшипник 60 имеет порог 61 сброса давления (фиг. 5), прерывистый участок 65 сброса и непрерывный окружной участок 66 сброса.
Фиг. 6 изображает осевое поперечное сечение порогового роторного подшипника 60 (фиг. 60А) и его продольное поперечное сечение (фиг. 60В). В варианте выполнения, изображенном на фиг. 60А, номером 65LC обозначена окружная длина прерывистого окружного участка 65 сброса, которая может составлять до 150° на окружности роторного подшипника. Номером 66LC обозначена окружная длина непрерывного окружного участка 66 сброса, которая может составлять до 170° на окружности данного роторного подшипника. В варианте выполнения, изображенном на фиг. 60В, номером 65La обозначена осевая длина прерывистого окружного участка 65 сброса, и номером 66La обозначена осевая длина непрерывного окружного участка 66 сброса. Как правило, осевые длины 65La и 66La составляют от приблизительно 50% до приблизительно 90% от общей длины 68L роторного подшипника 60.
Фиг. 7 изображает роторный подшипник 70 с окружной канавкой, который может использоваться в соответствии по меньшей мере с одним вариантом изобретения. Фиг. 70А изображает роторный подшипник с окружной канавкой, содержащий вращательный вкладыш 72, выполненный с возможностью
- 7 031287 механического соединения с ротором 24 или приводным валом 40 двигателя 20 или и с тем и с другим. По меньшей мере в одном варианте выполнения приводной вал 40 может представлять собой полый приводной вал. На внешней поверхности 72r вращательного вкладыша выполнена окружная канавка 76, проходящая через осевой центр 56 данного роторного подшипника. Зазор 73 отделяет вкладыш 72 от неподвижного элемента 74 данного роторного подшипника с окружной канавкой. Во время работы канавка 76 остается в значительной мере заполненной смазкой 28. Фиг. 70В изображает роторный подшипник с окружной канавкой, выполненный во многом аналогично подшипнику на фиг. 70А, за исключением того, что на поверхности 74s неподвижного элемента 74 выполнена окружная канавка.
Фиг. 8 изображает комбинацию 80 демпферного центрирующего устройства со смазкой под давлением и опорами в виде кольцевых уплотнений и гидродинамического роторного подшипника, размещенных внутри электрического погружного насоса, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. В изображенном варианте выполнения указанное демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением и опорами в виде кольцевых уплотнений содержит кольцевые опоры 86 и имеет заполненный смазкой зазор 88. Зазор 88 ограничен указанными кольцевыми уплотнениями и внутренней поверхностью 87s статора 87 данного насоса и внешней поверхностью 84о неподвижного элемента 84 данного роторного подшипника. Роторный подшипник содержит вращательный вкладыш 82, который в соответствии с изображенным вариантом выполнения выполнен с возможностью совместного вращения с полым приводным валом 40, ограничивающим внутреннюю полость 40h. В другом варианте выполнения вращательный вкладыш выполнен с возможностью совместного вращения с ротором 24. Зазор 83 отделяет вкладыш 82 от неподвижного элемента 84 подшипника. По меньшей мере в одном варианте выполнения роторный подшипник, используемый в соответствии с проиллюстрированной на фиг. 8 комбинацией, выбран из группы, включающей роторные подшипники с шевронными канавками, пороговые роторные подшипники и роторные подшипники с окружной канавкой.
Фиг. 9 изображает комбинацию 90 демпферного центрирующего устройства со смазкой под давлением и встроенной пружиной и роторного подшипника 50 с шевронными канавками, который показан на фиг. 50А и 50В, которая размещена внутри электрического погружного насоса, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на чертеже, роторный подшипник 50 с шевронными канавками размещен в отверстии 95 статора 97 данного электрического двигателя электрического погружного насоса. Заполненное смазкой отверстие статора является демпферным элементом демпферного центрирующего устройства со смазкой под давлением. Роторный подшипник 50 с шевронными канавками содержит вращательный вкладыш 52, выполненный с возможностью совместного вращения с приводным валом 40. На вращательной поверхности 52r, которая является внешней поверхностью вращательного вкладыша 52, выполнены канавки 58. Вращательный вкладыш размещен внутри неподвижного элемента 54 роторного подшипника с шевронными канавками. На внутренней поверхности 54s неподвижного элемента 54 отсутствуют поверхностные элементы, такие как канавки 58, таким образом указанная поверхность является, по существу, гладкой. Демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением и встроенной пружиной содержит центрирующие пружины 96, поддерживающие неподвижный элемент 54 роторного подшипника 50 с шевронными канавками. Центрирующие пружины 96 соприкасаются как с внешней поверхностью 54о неподвижного элемента 54, так и с внутренней поверхностью 97s статора 97. Клин 98 выполнен с возможностью предотвращения вращения неподвижного элемента 54 роторного подшипника 50 с шевронными канавками. Статорное отверстие 95 заполнено смазкой 28, которая выступает в качестве демпфирующего компонента в демпферном центрирующем устройстве со смазкой под давлением, раскрытом во варианте выполнения, проиллюстрированном на фиг. 9.
Экспериментальная часть
Следующий пример 1 наглядно показывает преимущества, обеспечиваемые в процессе работы благодаря предлагаемому изобретению. Двухполюсный индукционный двигатель для электрического погружного насоса модели 562 с двумя роторами, выпускаемый компанией Дженерал Электрик Артифишиал Лифт, город Оклахома-Сити, США (GE Artificial Lift, Oklahoma City, U.S.A.), был оснащен тремя роторными подшипниками с шевронными канавками типа 50А, изображенного на фиг. 4, и сравнен с двигателем для электрического погружного насоса, содержащим обычные подшипники скольжения. В экспериментальном электрическом двигателе, использованном в соответствии с приведенным описанием, неподвижные элементы роторных подшипников с шевронными канавками представляли собой подшипники плавающего типа, диапазон вращения которых ограничен клином внутри статора, как показано на фиг. 9. При этом, однако, не были использованы центрирующие пружины 96. Измерения вибрации вала были выполнены с помощью оптических датчиков, размещенных внутри указанного двигателя, во время управляемого экспериментального запуска. Во время данных экспериментов указанный двигатель находился в вертикальном положении. Результаты эксперимента сведены в таблицу и свидетельствуют о неожиданном улучшении эксплуатационных характеристик, достигнутом благодаря использованию роторных подшипников с шевронными канавками.
- 8 031287
Скорость ротора, об/мин 1350 1668 1962 2214 2478 2820 Пример 1 Подсинхронная вибрация [Результаты пронормированы] 0,67 0,50 0,43 0,43 0,37 0,30 Пример 1 Синхронная вибрация [Результаты пронормированы] 0,27 0,27 0,27 0,23 0,27 0,24
3120 0,27 0,23
3420 0,20 0,23
3708 0,01 0,25
3960 0,00 0,28
4140 0,00 0,40
4200 0,00 0,60
4380 0,00 1,00
Приведенные в таблице результаты были пронормированы таким образом, что наибольшее измеренное значение амплитуды вибраций было принято за единицу, что в данном случае соответствует синхронной вибраций при 4400 об/мин. Как видно из таблицы, значение начальной подсинхронной амплитуды вибраций очень большое и приблизительно в три раза превышает указанную синхронную амплитуду. По мере увеличения скорости ротора вибрационные характеристики двигателя, оснащенного указанными подшипниками с шевронными канавками, постепенно снижаются так, что при рабочей скорости 3600 об/мин и выше значение асинхронной вибрации, отслеженное при меньших значениях рабочей скорости, сводится к нулю.
Данные для сравнения, измеренные у аналогичного двигателя для электрического погружного насоса, содержащего обычные подшипники скольжения вместо роторных подшипников с шевронными канавками, использованных в примере 1, свидетельствуют о большом значении подсинхронной вибрации при любой скорости вала во время испытаний, и о том, что значение подсинхронной вибрации мало зависит или совсем не зависит от скорости вала. Таким образом, в отличие от двигателя для электрического погружного насоса, содержащего роторные подшипники с шевронными канавками, подсинхронная вибрация двигателя для электрического погружного насоса, содержащего обычные подшипники скольжения, не исчезла при более высоких скоростях вала.
Вышеприведенные примеры являются исключительно иллюстративными и приведены в отношении лишь некоторых признаков предлагаемого изобретения. В прилагаемой формуле изобретение раскрыто в объеме, охватывающем замысел изобретения, а представленные в данном документе примеры иллюстрируют выборочные из всех возможных варианты выполнения. Таким образом, согласно намерению заявителя объем изобретения, раскрытый в прилагаемой формуле, не ограничивается выбранными примерами, приведенными для иллюстрации его признаков. Использованное в пунктах формулы изобретения слово содержит и его грамматические формы по смыслу также охватывают и включают фразы с различающимся и отличным объемом правовой охраны, например состоящий, по существу, из и состоящий из, но не ограничиваясь данным примером. Представленные диапазоны по мере необходимости также включают в себя все поддиапазоны, входящие в них. Предполагается, что с учетом различных значений в рамках данных диапазонов специалистам средней квалификации в данной области техники станут очевидны те случаи, которые еще не являются общедоступными, при этом данные вариации должны по мере возможности охватываться объемом прилагаемой формулой изобретения. Также предполагается, что благодаря прогрессу в науке и технике будут обеспечены подходящие эквиваленты и замещения, которые на данный момент не учтены по причине неточностей в изложении, при этом предполагается, что данные вариации по возможности также охватываются объемом изобретения, раскрытым в прилагаемой формуле изобретения.

Claims (13)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Электрический погружной насос (10), содержащий:
(a) заполненный маслом электрический двигатель (20), содержащий диэлектрическое масло, по меньшей мере один статор (22), по меньшей мере один ротор (24) и по меньшей мере один роторный подшипник (50) с шевронными канавками, (b) нагнетательную секцию (30), содержащую лопатки (32) рабочего колеса, и (c) приводной вал (40), механически соединенный с указанным ротором (24) и указанными лопатками (32) рабочего колеса, причем указанный подшипник (50) с шевронными канавками погружен в диэлектрическое масло, находящееся внутри двигателя (20).
2. Электрический погружной насос по п.1, содержащий только один ротор (24).
3. Электрический погружной насос по п.1, в котором указанный по меньшей мере один роторный подшипник (50) с шевронными канавками имеет вращательную поверхность (52r), неподвижную поверхность (54s) и осевой центр (56), причем на вращательной поверхности (52r) выполнены одна или более канавок (58), предназначенных для обеспечения протекания смазки по направлению к осевому центру (56) подшипника (50) во время работы.
4. Электрический погружной насос по п.1, в котором указанный по меньшей мере один роторный подшипник (50) с шевронными канавками имеет вращательную поверхность (52r), неподвижную поверхность (54s) и осевой центр (56), причем на неподвижной поверхности (54s) выполнены одна или более канавок (58), предназначенных для обеспечения протекания смазки по направлению к осевому центру (56) подшипника (50) во время работы.
5. Электрический погружной насос по п.1, в котором указанный по меньшей мере один роторный подшипник (50) с шевронными канавками имеет вращательную поверхность (52r), неподвижную поверхность (54s) и осевой центр (56), причем на вращательной поверхности (52r) выполнены одна или более канавок (58), не сходящихся в осевом центре (56) подшипника, и указанные канавки (58) образуют сток (59) для смазки внутри подшипника (50) во время работы.
6. Электрический погружной насос по п.1, в котором указанный по меньшей мере один роторный подшипник (50) с шевронными канавками имеет вращательную поверхность (52r), неподвижную поверхность (54s) и осевой центр (56), причем на неподвижной поверхности (54s) выполнены одна или более канавок (58), не сходящихся в осевом центре (56) подшипника (50), и указанные канавки (58) образуют сток (59) для смазки внутри подшипника (50) во время работы.
7. Электрический погружной насос по п.1, содержащий несколько роторов и несколько роторных подшипников с шевронными канавками.
8. Электрический погружной насос по п.7, содержащий по меньшей мере один дополнительный элемент опоры ротора, представляющий собой демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением.
9. Электрический погружной насос по п.8, в котором указанное демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением содержит по меньшей мере одно из перечисленного: беличью клетку, центрирующую пружину, встроенную центрирующую пружину, винтовую пружину, кольцевую центрирующую пружину и комбинации двух или более из вышеуказанных элементов.
- 9 031287
- 10 031287
Фиг. 1
Фиг. 2
10. Электрический погружной насос, содержащий:
(a) заполненный маслом электрический двигатель (20), содержащий диэлектрическое масло, по меньшей мере один статор (22), по меньшей мере один ротор (24) и по меньшей мере один роторный подшипник (50) с шевронными канавками, (b) по меньшей мере один дополнительный элемент опоры ротора, представляющий собой демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением, (c) нагнетательную секцию (30), содержащую лопатки (32) рабочего колеса, и (d) приводной вал (40), механически соединенный с указанным ротором (24) и лопатками (32) рабочего колеса, причем указанный подшипник (50) с шевронными канавками погружен в диэлектрическое масло, находящееся внутри двигателя (20).
- 11 031287
Фиг. 3
Фиг. 4
11. Электрический погружной насос по п.10, в котором указанное демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением содержит по меньшей мере одно из перечисленного: беличью клетку, центрирующую пружину, встроенную центрирующую пружину, винтовую пружину, кольцевую центрирующую пружину и комбинации двух или более из вышеуказанных элементов.
- 12 031287
Фиг. 5
Фиг. 6
12. Электрический погружной насос по п.10, в котором указанное демпферное центрирующее устройство со смазкой под давлением расположено между неподвижным элементом указанного роторного подшипника с шевронными канавками и опорой гидродинамического роторного подшипника, закрепленной на указанном статоре.
- 13 031287
Фиг. 9
EA201591900A 2013-04-05 2014-03-28 Скважинный электрический погружной насос с гидродинамическим подшипником EA031287B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/857,389 US10424988B2 (en) 2013-04-05 2013-04-05 Downhole electric submersible pumps with high rotordynamic stability margin
PCT/US2014/032124 WO2014165398A1 (en) 2013-04-05 2014-03-28 Downhole electric submersible pump with hydrodynamic bearing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201591900A1 EA201591900A1 (ru) 2016-03-31
EA031287B1 true EA031287B1 (ru) 2018-12-28

Family

ID=50640015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201591900A EA031287B1 (ru) 2013-04-05 2014-03-28 Скважинный электрический погружной насос с гидродинамическим подшипником

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10424988B2 (ru)
CA (1) CA2908848C (ru)
EA (1) EA031287B1 (ru)
WO (1) WO2014165398A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799613C1 (ru) * 2022-04-20 2023-07-07 Дмитрий Васильевич Гамбеев Погружной насос
US11788555B1 (en) 2022-06-30 2023-10-17 Halliburton Energy Services, Inc. Metal compliance ring-mounted bearings in electric submersible pump motor

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150167697A1 (en) * 2013-12-18 2015-06-18 General Electric Company Annular flow jet pump for solid liquid gas media
RU2674479C2 (ru) * 2014-02-24 2018-12-11 ДжиИ ОЙЛ ЭНД ГЭС ЭСП, ИНК. Скважинное компрессорное устройство для обработки влажного газа
US20150275870A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-01 General Electric Company Pumping system for a wellbore and methods of assembling the same
US20200056462A1 (en) * 2018-08-16 2020-02-20 Saudi Arabian Oil Company Motorized pump
EP3921555B1 (en) * 2019-02-07 2023-07-12 GEA Process Engineering A/S Rotary bearing with a damper, a motor and a rotary atomizer comprising such bearing, and the use of such bearing
EP3812595A1 (en) * 2019-10-25 2021-04-28 Sulzer Management AG Multiphase pump with bearing squeeze film damper
CN110994939B (zh) * 2019-12-11 2021-11-30 江苏大学镇江流体工程装备技术研究院 一种自稳流圆柱式线性感应电磁泵
RU201789U1 (ru) * 2020-10-16 2021-01-13 Общество С Ограниченной Ответственностью "Инвестиционная Инициатива" Погружной маслозаполненный вентильный электродвигатель

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5215384A (en) * 1992-04-16 1993-06-01 Dresser-Rand Company Self-centering squeeze film damper bearing
US6099271A (en) * 1999-04-02 2000-08-08 Baker Hughes Incorporated Downhole electrical submersible pump with dynamically stable bearing system
US20040258518A1 (en) * 2003-06-18 2004-12-23 Steven Buchanan Self-lubricating ceramic downhole bearings
US20080286131A1 (en) * 2003-06-21 2008-11-20 Michael Andrew Yuratich Electric submersible pumps

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3433986A (en) * 1966-06-13 1969-03-18 Reda Pump Co Oil filled elongated submergible electric motor
US5660481A (en) 1987-05-29 1997-08-26 Ide; Russell D. Hydrodynamic bearings having beam mounted bearing pads and sealed bearing assemblies including the same
JP3206191B2 (ja) * 1993-03-15 2001-09-04 松下電器産業株式会社 スピンドルモータおよびその組立方法
US5847479A (en) * 1997-04-15 1998-12-08 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Self-pressure-balanced hydrodynamic bearing spindle motor
US6091175A (en) 1998-03-12 2000-07-18 Camco International, Inc. Self-centering rotor bearing assembly for submersible pump motors
US6566774B2 (en) 2001-03-09 2003-05-20 Baker Hughes Incorporated Vibration damping system for ESP motor
US7492069B2 (en) * 2001-04-19 2009-02-17 Baker Hughes Incorporated Pressurized bearing system for submersible motor
US6863124B2 (en) 2001-12-21 2005-03-08 Schlumberger Technology Corporation Sealed ESP motor system
JP4172957B2 (ja) * 2002-07-09 2008-10-29 Ｔｈｋ株式会社 動圧軸受を用いたスピンドル装置
US6857781B1 (en) * 2003-01-29 2005-02-22 Wood Group ESP. Inc. Rotor bearing with propeller for increased lubricant flow
JP4672379B2 (ja) * 2005-01-17 2011-04-20 Ｎｔｎ株式会社 流体軸受装置
US7942213B2 (en) 2006-10-27 2011-05-17 Schlumberger Technology Corporation Using hydrostatic bearings for downhole applications
US7679242B2 (en) * 2007-10-03 2010-03-16 Baker Hughes Incorporated Shrink tube encapsulated magnet wire for electrical submersible motors
EP2060805A1 (en) 2007-11-19 2009-05-20 Danmarks Tekniske Universitet Method for producing a hydrodynamic thrust bearing and hydrodynamic thrust bearing
US7780424B2 (en) 2008-10-21 2010-08-24 Baker Hughes Incorporated Self leveling dynamically stable radial bearing
CN102844576B (zh) * 2010-03-29 2015-12-02 Ntn株式会社 流体动压轴承装置及其组装方法
US8616863B2 (en) 2011-03-29 2013-12-31 Baker Hughes Incorporated ESP with offset laterally loaded bearings
US8651836B2 (en) 2011-04-08 2014-02-18 Baker Hughes Incorporated Torque transmitting rings for sleeves in electrical submersible pumps

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5215384A (en) * 1992-04-16 1993-06-01 Dresser-Rand Company Self-centering squeeze film damper bearing
US6099271A (en) * 1999-04-02 2000-08-08 Baker Hughes Incorporated Downhole electrical submersible pump with dynamically stable bearing system
US20040258518A1 (en) * 2003-06-18 2004-12-23 Steven Buchanan Self-lubricating ceramic downhole bearings
US20080286131A1 (en) * 2003-06-21 2008-11-20 Michael Andrew Yuratich Electric submersible pumps

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799613C1 (ru) * 2022-04-20 2023-07-07 Дмитрий Васильевич Гамбеев Погружной насос
US11788555B1 (en) 2022-06-30 2023-10-17 Halliburton Energy Services, Inc. Metal compliance ring-mounted bearings in electric submersible pump motor

Also Published As

Publication number Publication date
EA201591900A1 (ru) 2016-03-31
CA2908848A1 (en) 2014-10-09
US10424988B2 (en) 2019-09-24
US20140300231A1 (en) 2014-10-09
CA2908848C (en) 2021-05-04
WO2014165398A1 (en) 2014-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA031287B1 (ru) Скважинный электрический погружной насос с гидродинамическим подшипником
US6091175A (en) Self-centering rotor bearing assembly for submersible pump motors
CA2374797C (en) Vibration damping system for esp motor
RU2559981C2 (ru) Подшипниковый узел забойного двигателя с масляным уплотнением со смазываемым буровым раствором дальним от забоя упорным подшипником
CN107075928B (zh) 井下涡轮组件
CN102425382B (zh) 动压润滑钻具及具有该钻具的钻具组合
RU2701655C2 (ru) Расширительная камера для текучей среды с защищенным сильфоном
US20190186245A1 (en) Lubricant Circulating Pump For Electrical Submersible Pump Motor
US8987957B2 (en) Systems and methods for facilitating oil flow in relation to rotor bearings
WO2012118631A2 (en) Electric submersible pump floating ring bearing and method to assemble same
GB2581447A (en) Self-aligning and vibration damping bearings in a submersible well pump
EP2235373B1 (en) Water lubricated line shaft bearing and lubrication system for a geothermal pump
CA2956837C (en) Abrasion-resistant thrust ring for use with a downhole electrical submersible pump
US6837621B1 (en) Rotor bearing for increased lubricant flow
CN104653130B (zh) 一体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具
US6116338A (en) Inducer for increasing centrifugal pump efficiency in wells producing high viscosity crude oil
CN101864932A (zh) 大排量电潜螺杆泵采油设备
RU2725470C1 (ru) Гидравлические забойные двигатели с упорным подшипником с повышенным крутящим моментом
AU2004202435B2 (en) Self-lubricating ceramic downhole bearings
CA2534956C (en) Bearing arrangement
NO20101569A1 (no) Ringmotorpumpe
Grant et al. Development, field experience, and application of a new high reliability hydraulically powered downhole pumping system
Fox Well tool