NO803765L

NO803765L - Aksiallager for en aksel.

Info

Publication number: NO803765L
Application number: NO803765A
Authority: NO
Inventors: Dale P Gilson
Original assignee: Kobe Inc
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1981-09-15
Also published as: GB2071789A; DE3100367A1; US4323285A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et dobbelt aksiallager, for en aksel, og spesielt et aksiallager for understøttelse av i

i -akselen av en pumpe for anbringelse nede i et brønnhull. i Pumpeenheter for anbringelse i brønnhull har lenge vært benyttet for oljebrønner. På grunn av de diametrale begrensninger som settes av oljebrønnWs foring, har det i dype brønner vært vanlig praksis å anordne en rekke aksialt inn- ; rettede pumpeenheter montert på og drevet av en felles aksel for å skape tilstrekkelig trykk til å heve brønnfluidene til overflaten. I slike pumpeapparater utvikles betydelig aksialkraft av hver av pumpeenhetene, og når et større antall slike enheter er innrettet i rekke, blir de resulterende aksial-belastninger større enn .det som hensiktsmessig kan håndteres , av et enkelt aksiallager når man tar i betraktning diametrale

.begrensninger som settes av oljebrønnens foring.

i

Det har derfor vært nødvendig å innsette flere aksiallagre

med innbyrdes avstand langsetter en multienhets pumpe. Imidlertid krever hvert slikt aksiallager spesielle mon-teringstiltak i forhold til pumpehuset og/eller brønnfor-ingen. Videre har man ingen sikkerhet for at belastningen

som hvert enkelt aksiallager utsettes for vil være hovedsak-elig den samme fordi de toleransevariasjoner som nødvendigvis vil være tilstede i en multienhets pumperekke kan resultere i at enkelte lagre utsettes for overbelastning mens andre lagre får relativt liten belastning.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en dobbel aksial-lagerunderstøttelse for en aksel for en pumpe for anbringelse i et brønnhull, hvilken understøttelse utsettes for betydelig aksialkraft i normal brukstilstand,karakterisert vedet apparat som nøyaktig fordeler halvparten av den totale aksialkraft til hver av de to aksiallagre. Det doble aksiallagerapparat ifølge oppfinnelsen omfatter etpar aksiallagre som er montert med innbyrdes aksial avstand i et egnet hus. Hvert lager omfatter et stasjonært ringformet aksialkraftabsorberende element og et ringformet 'aksialkraft opptagende roterende element. Akselen som skal understøttes av lagrene, er roterbar i de ringformede aksial— kraftopptagende roterende elementer, men er aksialt bevegelig : i forhold til disse. Akselen er forsynt med et hult sentralt parti som strekker seg aksialt gjennom begge de ringformede '

i roterende aksialkraft opptagende elementer.

Inne i det hule, sentrale akselparti er det montert et par aksialt bevegelige aksialkraft overførende elementer. Et av de aksialkraft overførende elementer er forbundet med et av ringformede aksialkraft opptagende roterende elementer ved hjelp av en radialt anordnet settskrue som er ført gjennom en aksialt forløpende spalte i akselveggen. Det andre aksialkraft overførende element er forbundet med det andre ringformede aksialkraft opptagende roterende element ved hjelp av en andre settskrue som forløper gjennom en annen aksial spalte i akselveggen. De aksiale endeflater av de aksialkraft over-i førende elementer har samme areal. En passende forbindelse som har egenskapene til en elastomer masse er anordnet mellom endeveggen av akselens hule parti og de aksiale endeflater .av hvert av de aksialkraft overførende elementer for å over-føre aksialkraft som virker på akselen likt mellom de to aksialkraft overførende elementer, og derved likt mellom de to aksiallagre.

Arrangementet ifølge foreliggende oppfinnelse sikrer derfor at hvert av aksiallagrene belastes til sin fulle kapasitet uten at det oppstår noen risiko for at det ene eller det andre lager skal overbelastes på grunn av ubalanse i aksial-belastningen som overføres til disse. Derved kan antall aksiallagre som er nødvendige for å understøtte en gitt aksel reduseres betydelig, samtidig med at den totale levetid og ytelse av alle lagerenhetene forbedres på grunn av elimina-sjon av overbelastning av spesielle aksiallager elementer.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nærmere under henvisning til de utførelseseksempler som er

. vist på vedføyede tegninger. Fig. 1 er et skjematisk snitt av et understøttelsesarrange- I ment for et dobbelt aksiallager for en aksel utformet ifølge "et eksempel på foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et snitt langs linjen 2-2 på fig. 1.

Fig. 3 er et snitt i likhet med fig. 1, men viser en fore-trukket utførelse av oppfinnelsen hvor den fjærende forbindelse mellom akselen og de aksialkraftoverførende elementer utgjøres av en masse elastomert materiale.

På tegningene, hvor like henvisningstall representerer identiske komponenter, er det vist en hul aksel 1 som er egnet for å drive en rekke pumper i et borehull. Akselen forløper-., gjennom et par aksialt påfølgende, identiske aksiallagre1 10. Hvert aksiallager 10 omfatter ringformede stasjonære elementer 10 a og 10 b som kan festes på vanlig måte i et pumpe-hus (ikke vist) for montering av aksiallagrene 10 i aksialt påfølgende innbyrdes forhold. Hvert aksiallager 10 omfatter videre et ringformet aksialkraft opptagende roterende element 10 c som roterer mellom de ringformede stasjonære aksialkraft opptagende elementer 10 a og 10 b, og overfører en del av aksialkraften utviklet av akselen 1 til disse. Hvert ringformet aksialkraft opptagende roterende element 10 c kan også omfatte en aksialt forløpende hylse 11. Hylsen 11 danner en sylindrisk boring 11 a som pumpeakselen 1 roterer fritt i og også kan bevege seg aksialt i. Hver hylse 11 kan være festet til det tilsvarende roterende aksialkraft opptagende element 10 c ved hjelp av en innvendig gjenget krave 12 som kan skrues på gjenger 11 b, anordnet på en ende av hylsen 11 med redusert diameter og således klemme det aksialkraft absorberende element 10 c mot en radial skulder 11 c anordnet på hver hylse 11.

Den hule boring 1 a av akselen 1 er plugget på to aksialt adskilte steder ved hjelp av plugger 3 som er innsatt i akselen og festet til denne ved hjelp av kryss-splinter 3 a.| Pluggene 3 begrenser således et sylindrisk kammer 4 mellom seg, hvilket kammer strekker seg gjennom et parti av hver av hylsene 11, eller i videre forstand, i et parti av hvert ""aksialkraft opptagende roterende elements montering.

i Inne i det således begrensede kammer 4 er det anordnet et par aksialkraft overførende elementer 20. I utførelses- i eksemplet ifølge oppfinnelsen vist på fig.'l og 2, omfatter de aksialkraft overførende elementer 20 to identiske, halv- ;

sylindriske stenger 20 a og 20 b som har likt endeflateareal, hhv. 20 c og 20 d. Den ene stang 20 a er forbundet ved hjelp av en radial settskrue 21 til en av hylsene 11, idet den for-løper gjennom et aksialt spor 1 c anordnet i akselen 1 for dette formålet. Således er et av de aksialkraft opptagende ringformede elementer 10 c stivt forbundet med det. aksialkraft overførende element 20 a. På lignende måte er det andre aksialkraft overførende element 20 b forbundet med den andre hylse 11 ved hjelp av en radial settskrue 23 som forløper gjennom et aksialt spor Idi akselen 1, og er således forbundet med det andre aksialkraft opptagende roterende element 10 c i det andre aksiallager 10. Det er klart at dersom aksial-kreftene som overføres av hvert av de aksialkraft overførende elementer 20 a og 20 b er identiske, vil aksialkraften som absorberes av hvert aksiallager 10 likeledes være lik.

I henhold til oppfinnelsen utøves halvparten av den totale aksialkraft i akselen 1 i hver av endeflatene 20 c og 20 d av de aksialkraft overførende elementer 20 a og 20 b ved at det er innskutt en forbindelse som representeres av en U-formet trykkfjær 22 anordnet mellom de respektive endeflater og pluggen 3.

En semi-sirkulær utsparing 3 c er anordnet i den nedre endeflate 3 b av pluggen 3 for å oppta det bøyde parti av den U-formede fjær 22, og de to ender 22 a og 22 b av fjæren 22

er innsatt i vertikale hull 20 e og 20 f i endeflatene 20 c og 20 d av de aksialkraft overførende elementer 20 a og 20 b. : Det vil forstås at enhver kraft utøvet i en ende av fjæren

. 22 vil gi en lik kraft i den andre ende av fjæren, idet begge

ender av fjæren overfører sine respektive krefter til de aksialkraft overførende elementer. Således blir aksial- ' ~kraftbelastningen i akselen 1 overført i like halvdeler til i dé aksialkraft overførende elementer 20 a og 20 b, og derfor til de to roterende ringfarmede aksialkraft opptagende elementer 10 c i de to aksiallagre 10.

For å eliminere unødvendig vibrasjon av de aksialkraft j overførende elementer 20 a og 20 b, er det blitt funnet hensiktsmessig å anordne en ytterligere fjærende innretning. Den omfatter et par fjærer 24 som virker mellom de andre endeflater 20 g og 20 h av de respektive aksialkraft over-førende elementer 20 a og 20 b og den andre plugg 3 for å opprettholde en konstant og lik kraft mot de aksialkraft overførende elementer som presser dem mot den fjærende aksialkraft overførende innretning 22. For å sikre at fjærene 24 ikke forstyrrer aksialkraft balansen, er deres nedre ende opptatt i utsparinger 6 a og 6 b, anordnet i et vip-pesete 6 som balanserer på en oppstående egg 3 f, dannet på toppflaten av den nedre plugg 3.

Det vil forstås at den beskrevne doble lagerkonstruksjon vil absorbere aksialkraften i begge retninger, men i pumpean-vendelser vil vanligvis aksialkraft bare opptre i en retning.

For fagmannen vil det være klart at mange forskjellige for-mer for kraftoverførende elementer kan benyttes mellom endeflaten 3 b av pluggen 3 og endeflatene 20 c og 20 d av de aksialkraft overførende elementer 20 a og 20 b, så lenge den totale kraft fordeles likt mellom de to aksialkraft overfør-ende elementer. Som det skal beskrives nærmere i forbindelse med utførelseseksemplet på fig. 3, kan en masse elastomert materiale erstatte kompresjonfjæren 22. Likeledes kan en fluidmasse innskytes mellom de respektive endeflater 20 c.og 20 d av de aksialkraft overførende elementer 20 a og 20 b, og endeflaten 3 b av pluggen 3, så sant tilstrekkelige tet-ninger er anordnet for å forhindre uønsket lekkasje av en slik fluid. For å beskrive generisk den type forbindelse

som er ønskelig mellom akselen 1, representert ved endeflaten_ 3 b av pluggen 3 og endeflatene av de aksialkraft overførende ""elementer 20 a og 20 b, vil uttrykket"elastomert masse"bli benyttet i det følgende.

På fig. 3 omgir de to aksiallagre 10 den hule aksel 1 på samme måte som beskrevet i det foregående. Likeledes er boring lai akselen 1 igjen delt av plugger 3 slik at det dannes et sylindrisk kammer 4 som strekker seg gjennom de roterende aksialkraft opptagende monteringer av aksiallagrene 10. I denne utførelse utgjøres imidlertid de aksialkraft overfør-ende elementer av et hylseelement 30 som etter stangelementet 40 er aksialt glidbart montert i. En radial settskrue 21 som forløper gjennom en aksial spalte Ici veggen av akselen 1 og sitter i hylsen 11 av det øvre lager 10, griper inn i veggen av hylseelementet 30. Likeledes ender stangelementet 40 ved sin nedre ende i et utvidet sylindrisk parti 41 og opptar den indre ende av en radial settskrue 23 som forløper gjennom en spalte Idi akselen 1 og sitter fast i hylsen 11 av det nedre lager 10. Således utgjør sylinderen 30 og hylsen 40 aksialkraft overførende elementer. De øvre endeflater 30 a og 40 a av sylinderen 30 og stangen 40 er konstruert slik at deres arealer er like. En masse elastomert materiale 5 er anordnet mellom disse endeflater og den tilstøtende endeflate 3 b av pluggen 3. Siden den totale nedadrettede aksialkraft som utøves av akselen 1 overføres til den elastomere masse 5, og massen 5 er i kontakt med like endeflate-arealer 30 a og 40 a på det sylindriske elementet 30 og stangelementet 40, er det åpenbart at den totale aksialkraft på akselen 1. fordeles likt og overføres i like halvparter til de to aksiallagre 10.

For å eliminere unødvendig vibrasjon av de aksialkraft over-førende elementer 30 og 40, kan en tallerkenfjær 42 være anordnet for stangen 40 mellom endeflaten 40 b av stangen 4o og den tilstøtende endeflate 3 b av pluggen 3. En kompresjons-fjær 33 kan være anordnet for å presse den sylindriske hylse, 30 mot den elastomere masse 5, idet fjæren 33 virker mellom endeflaten 30 b av sylinderen og veggen 40 c av stangen 40. Funksjonen av utførelseseksemplet på fig. 3 er identisk med

i "eksemplet på fig. 1 beskrevet i det følgende, og den totale nedadrettede aksialkraft på akselen 1 deles og utøves i like store deler på de to aksiallagre 10. Denne konstruksjon er imidlertid ikke virksom i begge retninger.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i form av spesielle utførelseseksempler som er angitt i detalj, vil det forstås at disse kun er ment som illustrasjon av oppfinnelsen og at denne ikke nødvendigvis er begrenset til disse, da alterna-tive utførelser og bruksmåter vil være åpenbare for fagmannen i lys av det som her er beskrevet. Således har man under over-veielse modifikasjoner som kan utføres uten å avvike fra den beskrevne oppfinnelse.

Claims

I 1. Dobbel aksiallager-understøttelse for en aksel, omfattende et par aksialt tilstøtende aksiallagre som hver har et stasjonært, ringformet aksialkraft absorberende element innrettet for befestigelse til et hus og et ringformet aksialkraft opptagende roterende element; en aksel som er roterbar i nevnte ringformete aksialkraft opptagende elementer, men aksialt bevegelig i forhold til disse, hvilken aksel har et hult sentralt parti; et første aksialkraft overfør-ende element montert i det hule sentrale akselparti for relative aksiale bevegelser; midler for stiv befestigelse av førstnevnte aksialkraft overførende element til et av nevnte roterende aksialkraft overførende elementer for over-føring av aksialkraft til det tilhørende aksialkraft absorberende element; et andre aksialkraft overførende element montert i det hule sentrale akselparti for relative aksiale bevegelser; midler for stiv befestigelse av nevnte andre aksialkraft overførende element til nevnte andre roterende aksialkraft overførende element for overføring av aksial

kraft til det tilhørende aksialkraft absorberende element;

og midler som innbyrdes forbinder akselen og hvert av de aksialkraft overførende elementer for overføring av aksialkraft på akselen likt mellom de aksialkraft overførende elementer.
2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at de aksialkraft overførende elementer har omtrent like store endeflater, og at sistnevnte midler omfatter en elastomer masse anordnet mellom en radial flate på akselen og endeflatene på nevnte aksialkraft overførende elementer .
3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at den omfatter midler som virker mellom akselen og

nevnte aksialkraft overførende elementer for å presse elemen-

i tene aksialt mot nevnte elastomere masse. I
4. Anordning ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at et av de aksialkraft

; overførende elementer omfatter en hylse som er glidbar i nevnte hule skaftparti og at det andre aksialkraft over-førende element omfatter en stang som er glidbar i nevnte hylse.
5. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at sistnevnte midler omfatter en plugg i det hule sentrale parti av akslen, hvilken plugg har en radial endeflate som er aksialt adskilt fra endeflatene av de aksialkraft overførende elementer, og en U-formet kompre-sjonsfjær som har sitt bøyde parti glidbart montert i en utsparing i pluggens radiale flate, mens endene av fjæren virker mot de respektive endeflater av de aksialkraft overfør-ende elementer.
6. Dobbel aksiallager-understøttelse for en brønn-pumpeaksel, karakterisert ved at den omfat-

...ter et par aksialt tilstøtende aksiallagre, hvilke lagre hver har et stasjonært ringformet aksialkraft absorberende element innrettet for befestigelse i et hus og et ringformet aksialkraft overførende roterende element; et par hylser som er festet til hvert sitt av de ringformede roterende elementer og er anordnet aksialt etter hverandre; en pumpe drivaksel som er roterbar i hylsene, men som er aksialt bevegelig i forhold til disse, hvilken drivaksel har et hult sentralt parti som strekker seg inn i begge hylsene; dette første aksialkraft overførende element montert i det hule sentrale akselparti for relative aksiale bevegelser; midler som omfatter en første spalte i drivakselen for stiv befestigelse av førstnevnte aksialkraft overførende element til en av hylsene for overføring av aksialkraft til de tilhørende aksiallager; et andre aksialkraft overførende element montert -i det hule sentrale akselparti for relative aksiale bevegelser; midler som omfatter en andre spalte i drivakselen for stiv !befestigelse av det.andre aksialkraft overførende element til i 'den andre hylse for overføring av aksialkraft til det til- 1 hørende aksiallager; og midler som innbyrdes forbinder ak

selen og hvert av de aksialkraft overførende elementer for "å overføre aksialkraft i akselen likt til de aksialkraft

overførende elementer.
7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at de aksialkraft overførende elementer har omtrent like store endeflatearealer, og at nevnte innbyrdes forbind-ende midler omfatter en elastomer masse anordnet mellom en radial flate på akselen og endeflatene av nevnte aksialkraft overførende elementer.
8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at den videre omfatter fjærende midler som virker mellom akselen og nevnte aksialkraft overførende elementer for å presse elementene aksialt mot nevnte elastomere masse.
9. Anordning ifølge krav 6, 7 eller 8, karakterisert ved at et av de aksialkraft overførende elementer omfatter en hylse som er glidbar i det hule akselparti og at det andre aksialkraft overfø rende element omfatter en stang som er glidbar i nevnte hylse.
10. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at sistnevnte midler omfatter en plugg i det hule sentrale parti av akselen, hvilken plugg har en radial endeflate som er aksialt adskilt fra endeflatene på nevnte aksialkraft overførende elementer, og en U-formet trykkfjær som har sitt bøyde parti glidbart montert i en utsparing i pluggens radiale flate, mens endene av fjæren støtter mot de respektive endeflater på de aksialkraft overførende elementer.