RU186213U1

RU186213U1 - Linear drive submersible pump installation

Info

Publication number: RU186213U1
Application number: RU2018116616U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Original assignee: Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-05-05
Publication date: 2019-01-11
Also published as: UA127926U

Abstract

Полезная модель относится к отрасли машиностроения, в частности - конструкции линейных электропогружных насосных установок, и может быть использована в конструкции линейного электродвигателя на постоянных магнитах.Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что линейный привод электропогружной насосной установки содержит пару трения, где твердость направляющей трубы выше твердости ферромагнитных вставок подвижной части линейного электродвигателя. При этом между ферромагнитными вставками поверх постоянных магнитов расположены втулки, обеспечивающие снижение коэффициента трения посредством переноса части материала на внутреннюю поверхность направляющей трубы по мере их износа.Технический результат, достигнутый от реализации заявляемой полезной модели, заключается в увеличении ресурса работы привода электропогружной насосной установки, снижении коэффициента трения с обеспечением плавности движения слайдера линейного привода. 3 з.п. ф-лы, 2 фиг.The utility model relates to the engineering industry, in particular, to the design of linear electric submersible pump units, and can be used in the construction of a linear permanent magnet electric motor. The essence of the claimed technical solution lies in the fact that the linear drive of the electric submersible pump installation contains a friction pair, where the hardness of the guide tube higher hardness of the ferromagnetic inserts of the moving part of the linear electric motor. At the same time, bushings are located between the ferromagnetic inserts on top of the permanent magnets, which provide a reduction in the coefficient of friction by transferring part of the material to the inner surface of the guide pipe as they wear out. The technical result achieved by the implementation of the claimed utility model is to increase the service life of the drive of an electric submersible pump installation, to reduce friction coefficient to ensure smooth movement of the linear drive slider. 3 s.p. f-ly, 2 Fig.

Description

Полезная модель относится к отрасли машиностроения, в частности к конструкции линейных электропогружных насосных установок, и может быть использована в конструкции линейного электродвигателя на постоянных магнитах.The utility model relates to the mechanical engineering industry, in particular to the design of linear electric submersible pumping units, and can be used in the construction of a linear permanent magnet electric motor.

В нефтяной промышленности широко применяются электропогружные насосные установки с приводом от линейного электродвигателя на постоянных магнитах. Принцип действия таких насосных установок основан на обеспечении возвратно-поступательного движения плунжеров насосного узла посредством связи с подвижной частью (слайдером) линейного электродвигателя. In the oil industry, electric submersible pumping units driven by a permanent magnet linear motor are widely used. The principle of operation of such pumping units is based on the reciprocating movement of the plungers of the pumping unit through communication with the moving part (slider) of a linear electric motor.

В процессе эксплуатации слайдер привода электропогружной насосной установки, размещенный в полости направляющей трубы с образованием пары трения, выполняет возвратно-поступательные движения с частотой до 20-ти ходов в минуту в зависимости от режимов работы, что требует от конструкции пары трения значительной износоустойчивости для продления сроков службы электродвигателя. Также, указанная пара трения должна обеспечивать снижение коэффициента трения, что обеспечивает повышение энергоэффективности электродвигателя.During operation, the drive slider of the electric submersible pump installation, located in the cavity of the guide tube with the formation of a friction pair, performs reciprocating movements with a frequency of up to 20 strokes per minute depending on the operating conditions, which requires considerable wear resistance from the friction pair design to extend the life motor service. Also, the specified pair of friction should provide a decrease in the coefficient of friction, which ensures increased energy efficiency of the electric motor.

Из уровня техники известны различные варианты выполнения конструкции подвижной части (слайдера) линейного привода электропогружной насосной установки, которые должны обеспечивать оптимальное значение коэффициента трения.The prior art various embodiments of the design of the movable part (slider) of the linear drive of the electric submersible pump installation, which should provide the optimal value of the coefficient of friction.

Так из патента на изобретение № 2549381 от 29.05.2014 известен погружной линейный электродвигатель, который содержит сформированный из последовательно установленных в направляющей трубе из нержавеющей стали аксиально намагниченных магнитов, выполненных из сплава неодим-железо-бор с концентраторами магнитного поля (полюсами) из конструкционной стали. Магниты и полюсы разделены на технологические пакеты, которые соединены между собой муфтами с уплотнительными резиновыми кольцами. So from the patent for invention No. 2549381 dated 05/29/2014 a linear submersible electric motor is known which comprises axially magnetized magnets made of neodymium-iron-boron alloy with magnetic field concentrators (poles) made of structural steel formed in series from axially magnetized magnets mounted in a stainless steel guide tube . Magnets and poles are divided into technological packages, which are interconnected by couplings with rubber sealing rings.

К недостаткам описанного технического решения можно отнести выполнение конструкции из материалов подверженных интенсивному износу в процессе эксплуатации, что может повлиять на надежность работы и привести к снижению срока службы электродвигателя.The disadvantages of the described technical solutions include the design of materials subject to intense wear during operation, which can affect the reliability and reduce the life of the electric motor.

Также, из заявки на изобретение WO2015096086A1 от 02.07.2015 известен погружной линейный электродвигатель, принятый за ближайший аналог. Описанный в заявке электродвигатель, содержит статор с помещенной в его полости направляющей трубой для подвижной части (слайдера) линейного электродвигателя, выполняющей возвратно-поступательное движение внутри статора. Указанный слайдер содержит внутреннюю трубу с установленными на ее поверхности постоянными магнитами, разделенными ферромагнитными кольцами (концентраторами магнитного поля). Также слайдер содержит множество изнашиваемых компенсационных колец, периодически установленных между пакетами постоянных магнитов, причем множество изнашиваемых колец имеют диаметр больше диаметра ферромагнитных колец и образуют пару трения с направляющей трубой подвижной части электродвигателя. Изнашиваемые кольца выполнены из сплава высокой твердости, такого как - стеллит.Also, from the application for the invention WO2015096086A1 dated 07/02/2015 a submersible linear electric motor, adopted for the closest analogue, is known. The electric motor described in the application contains a stator with a guide tube placed in its cavity for the movable part (slider) of the linear electric motor that performs reciprocating motion inside the stator. The specified slider contains an inner tube with permanent magnets mounted on its surface, separated by ferromagnetic rings (magnetic field concentrators). The slider also contains many wear compensation rings periodically installed between the packages of permanent magnets, and many wear rings have a diameter greater than the diameter of the ferromagnetic rings and form a friction pair with a guide tube of the moving part of the electric motor. Wear rings are made of high hardness alloy such as stellite.

К недостаткам описанного технического решения можно отнести выполнение изнашиваемых колец из материала высокой твердости, что может привести к увеличению коэффициента трения и не равномерному износу элементов пары трения в процессе эксплуатации. Также, в результате износа компенсационных колец в полости направляющей трубы могут накапливаться твердые частицы, что приведет к абразивному износу элементов пары трения. The disadvantages of the described technical solutions include the implementation of wear rings of high hardness material, which can lead to an increase in the friction coefficient and uneven wear of the friction pair elements during operation. Also, as a result of wear of the compensation rings, solid particles can accumulate in the cavity of the guide tube, which will lead to abrasive wear of the elements of the friction pair.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является снижение коэффициента трения в паре трения, сформированной из направляющей трубы с подвижной частью линейного привода, установленной в полости статора, обеспечивая увеличение срока службы линейного привода электропогружной насосной установки.The technical problem to which the claimed utility model is directed is to reduce the coefficient of friction in a friction pair formed from a guide tube with a movable part of the linear drive installed in the stator cavity, providing an increase in the service life of the linear drive of an electric submersible pump installation.

Технический результат, достигнутый от реализации заявляемой полезной модели, заключается в увеличении ресурса работы привода электропогружной насосной установки, снижении коэффициента трения с обеспечением плавности движения линейного привода. Снижение коэффициента трения, также способствует повышению энергоэффективности насосной установки.The technical result achieved from the implementation of the claimed utility model is to increase the service life of the drive of an electric submersible pump installation, reduce the friction coefficient to ensure smooth movement of the linear drive. A decrease in the coefficient of friction also helps to increase the energy efficiency of the pump unit.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что линейный привод электропогружной насосной установки содержит пару трения, где твердость направляющей трубы выше твердости ферромагнитных вставок подвижной части линейного электродвигателя. При этом между ферромагнитными вставками поверх постоянных магнитов, расположены втулки обеспечивающие снижение коэффициента трения посредством переноса части материала на внутреннюю поверхность направляющей трубы по мере их износа.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that the linear drive of an electric submersible pump installation contains a friction pair, where the hardness of the guide tube is higher than the hardness of the ferromagnetic inserts of the moving part of the linear electric motor. In this case, between the ferromagnetic inserts on top of the permanent magnets, there are bushings providing a decrease in the coefficient of friction by transferring part of the material to the inner surface of the guide pipe as they wear.

Согласно предпочтительному варианту реализации технического решения втулки, расположенные между ферромагнитными вставками поверх постоянных магнитов, выполнены из сплава меди. Также втулки, расположенные между ферромагнитными вставками содержат на внешней поверхности канавки, обеспечивающие вывод продуктов износа из пары трения. При этом согласно описанному варианту реализации заявляемого технического решения, направляющая труба подвижной части линейного привода выполнена из немагнитного материала, а ее необходимая твердость достигается посредством химико-термического поверхностного упрочнения.According to a preferred embodiment of the technical solution, the bushings located between the ferromagnetic inserts on top of the permanent magnets are made of a copper alloy. Also, the bushings located between the ferromagnetic inserts contain grooves on the outer surface, providing the output of wear products from the friction pair. Moreover, according to the described embodiment of the claimed technical solution, the guide tube of the movable part of the linear drive is made of non-magnetic material, and its necessary hardness is achieved by means of chemical-thermal surface hardening.

Сущность заявляемого технического решения поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами:The essence of the proposed technical solution is illustrated, but not limited to the following graphic materials:

фиг.1 – электропогружная насосная установка, общий вид;figure 1 - electric submersible pump installation, General view;

фиг.2 – линейный привод электропогружной насосной установки в разрезе.figure 2 is a linear actuator of an electric submersible pump installation in section.

Заявляемое техническое решение в приведенном варианте реализации может быть использовано в конструкции линейного привода 1 (фиг.1) электропогружной насосной установки 2, обеспечивающего возвратно-поступательное движение плунжеров насосного узла 3 и поднятие скважинного флюида на поверхность.The claimed technical solution in the above embodiment can be used in the design of a linear actuator 1 (Fig. 1) of an electric submersible pump unit 2, which provides reciprocating movement of the plungers of the pump unit 3 and raising the well fluid to the surface.

Одним из факторов повышения энергоэффективности и увеличения срока эксплуатации насосной установки является описанный в настоящей заявке вариант выполнения подвижной части линейного привода электропогружной насосной установки. One of the factors of increasing energy efficiency and increasing the life of the pumping unit is the embodiment of the movable part of the linear drive of the electric submersible pumping unit described in this application.

Линейный привод 1 электропогружной насосной установки 2 содержит, заключенный в цилиндрическом корпусе 4 (фиг.2), герметичный статор 5. В расточке статора установлена направляющая труба 6 с помещенной в ее полости подвижной частью 7 линейного привода 1, которая выполняет возвратно-поступательные движения и проводит в действие насосный узел 3 электропогружной насосной установки.The linear actuator 1 of the electric submersible pump installation 2 contains, enclosed in a cylindrical housing 4 (FIG. 2), a sealed stator 5. A guide tube 6 is installed in the stator bore with the movable part 7 of the linear actuator 1 placed in its cavity, which performs reciprocating movements and drives the pump unit 3 of the electric submersible pump installation.

Подвижная часть линейного привода выполнена из множества постоянных магнитов 8, разделенных ферромагнитными вставками 9 (концентраторами магнитного поля). Между ферромагнитными вставками 9, поверх постоянных магнитов, расположены втулки 10, обеспечивающие защиту постоянных магнитов, а также снижение коэффициента трения, посредством переноса части материала на внутреннюю поверхность направляющей трубы 6, по мере их износа. В качестве одного из возможных вариантов для реализации данной полезной модели могут быть использованы втулки 10 из сплава меди, такого как - бронза. В сконфигурированной таким образом паре трения, твердость направляющей трубы 6должна быть выше твердости ферромагнитных вставок 9, втулок 10. Втулки 10 могут устанавливаться как на одном уровне с поверхностью ферромагнитных вставок, так и ниже указанного уровня. Также, согласно предпочтительному варианту реализации полезной модели, втулки 10, расположенные между ферромагнитными вставками 9 содержат на внешней поверхности канавки 11, обеспечивающие вывод продуктов износа из пары трения за счет чего удается избежать абразивного износа элементов пары трения. Также, в описанной в данном варианте реализации паре трения, направляющая труба 6 подвижной части линейного привода выполнена из немагнитного материала, при этом, ее необходимая твердость достигается посредством поверхностного химико-термического упрочнения, в частности - путем карбонитрации.The movable part of the linear actuator is made of many permanent magnets 8, separated by ferromagnetic inserts 9 (magnetic field concentrators). Between the ferromagnetic inserts 9, on top of the permanent magnets, there are bushings 10 that protect the permanent magnets, as well as reduce the coefficient of friction, by transferring part of the material to the inner surface of the guide tube 6, as they wear. As one of the possible options for implementing this utility model, bushes 10 made of an alloy of copper, such as bronze, can be used. In a friction pair configured in this way, the hardness of the guide tube 6 must be higher than the hardness of the ferromagnetic inserts 9, the bushings 10. The bushings 10 can be installed at the same level with the surface of the ferromagnetic inserts, and below this level. Also, according to a preferred embodiment of the utility model, the bushings 10 located between the ferromagnetic inserts 9 comprise grooves 11 on the outer surface, which allow the wear products to be removed from the friction pair, thereby avoiding the abrasive wear of the friction pair elements. Also, in the friction pair described in this embodiment, the guide tube 6 of the movable part of the linear actuator is made of non-magnetic material, while its necessary hardness is achieved by surface chemical-thermal hardening, in particular by carbonitration.

При реализации заявляемого технического решения обеспечивается увеличение ресурса линейного привода за счет уменьшения износа элементов пары трения. Указанный технический результат достигается путем оптимального подбора твердости материалов пары трения, в частности - ферромагнитных вставок (концентраторов магнитного поля) и направляющей трубы слайдера. Также, согласно предпочтительному варианту реализации полезной модели, снижение коэффициента трения обеспечивается путем переноса материала втулок 10 на внутреннюю поверхность направляющей трубы 6 с образованием равномерного покрытия, устойчивого к воздействию высоких температур и обеспечивающего плавность движения подвижной части линейного привода.When implementing the claimed technical solution, an increase in the life of the linear drive is provided by reducing the wear of the friction pair elements. The specified technical result is achieved by optimal selection of the hardness of the materials of the friction pair, in particular, ferromagnetic inserts (magnetic field concentrators) and the guide tube of the slider. Also, according to a preferred embodiment of the utility model, the friction coefficient is reduced by transferring the material of the bushings 10 to the inner surface of the guide pipe 6 with the formation of a uniform coating that is resistant to high temperatures and ensures smooth movement of the movable part of the linear drive.

Уменьшение коэффициента трения снижает сопротивление движению слайдера, за счет чего повышается энергоэффективность насосной установки, особенно с учетом того, что при ходе подвижной части вверх она испытывает значительное сопротивление от давления столба скважинной жидкости. A decrease in the coefficient of friction reduces the resistance to movement of the slider, thereby increasing the energy efficiency of the pump unit, especially taking into account the fact that when the moving part moves up, it experiences significant resistance from the pressure of the wellbore fluid column.

Описанное техническое решение, предусматривает различные варианты и альтернативные формы реализации. Конкретный вариант осуществления раскрыт в описании и показан посредством приведенных графических материалов. Описанный вариант реализации полезной модели, не ограничивается конкретной раскрытой формой и может охватывать все возможные варианты исполнения, эквиваленты и альтернативы в рамках существенных признаков, раскрытых в формуле.The described technical solution provides for various options and alternative forms of implementation. A specific embodiment is disclosed in the description and shown by means of the accompanying drawings. The described embodiment of the utility model is not limited to the specific form disclosed and may cover all possible embodiments, equivalents and alternatives within the essential features disclosed in the formula.

Claims

1. A linear drive of an electric submersible pump installation, comprising a sealed stator enclosed in a cylindrical housing with a guide tube and a movable part of the electric motor placed in its cavity, performing reciprocating movements, while the movable part is made of many permanent magnets separated by ferromagnetic inserts with the formation of a friction pair with the inner surface of the guide tube, characterized in that in the friction pair, the hardness of the guide tube is higher than the hardness of the ferromagnetic inserts the movable part of the electric motor, while between the ferromagnetic inserts, on top of the permanent magnets, wear sleeves are arranged to protect the permanent magnets from wear.

2. The linear drive of the electric submersible pump installation according to claim 1, characterized in that the wear sleeves located between the ferromagnetic inserts on top of the permanent magnets are made of copper alloy.

3. The linear drive of the electric submersible pump installation according to claim 1, characterized in that the wear sleeves located between the ferromagnetic inserts are configured to divert the wear products of the ferromagnetic inserts from the friction pair by means of grooves on their outer surface.

4. The linear drive of the electric submersible pump installation according to claim 1, characterized in that the guide tube is made of non-magnetic material of increased hardness by surface chemical-thermal hardening.