RU2476727C1

RU2476727C1 - Stage of downhole multistage rotary pump

Info

Publication number: RU2476727C1
Application number: RU2011136122/06A
Authority: RU
Inventors: Олег Гедалиевич Деснер; Сергей Николаевич Смирнов; Игорь Павлович Трясцын; Олег Алексеевич Толстогузов
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-02-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: pump stage consists of impeller fitted on the shaft to displace axially thereon and fixed distributor. Thrust collar is arranged on face surface of said impeller in contact area to get in contact with axial bearing 5 arranged on the face of guide vanes to make thrust bearing. Axial bearing 5 is composed of washer made from elastomer and has radial grooves made on its end surface and spaced through equal angles on ID and OD sides. At least, one of side walls 10 of radial grooves is inclined at acute angle to face surface of axial bearing 5 to make ledge 11 above groove bottom to bend axially in rotation.

EFFECT: decreased leaks through bearing, higher efficiency.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области многоступенчатых насосов, преимущественно к ступеням погружных скважинных электронасосов для добычи нефти.The invention relates to the field of multi-stage pumps, mainly to the steps of submersible borehole electric pumps for oil production.

Известны ступени в многоступенчатых погружных скважинных электронасосах, в которых суммарное осевое усилие нескольких рабочих колес передается на общий упорный подшипник скольжения, смазываемый перекачиваемой жидкостью (Агеев Ш.Р. и др. «Энциклопедический справочник лопастных насосов для добычи нефти и их применение», Пермь, 2007, стр.107, рис.2.25).Steps are known in multistage submersible borehole electric pumps in which the total axial force of several impellers is transmitted to a common thrust sliding bearing lubricated by the pumped liquid (Ageev Sh.R. et al. "Encyclopedic Handbook of Vane Pumps for Oil Production and Their Application", Perm, 2007, p. 107, fig. 2.25).

Недостатком такой ступени является то, что габарит скважины, в которой должен эксплуатироваться насос, вынуждает ограничивать наружный диаметр упорного подшипника и его рабочую площадь. Это приводит к необходимости повышения удельной нагрузки в упорном подшипнике и, соответственно, к увеличению интенсивности износа рабочих поверхностей, особенно при работе на жидкостях, содержащие твердые частицы.The disadvantage of this step is that the size of the well in which the pump is to be operated forces the outer diameter of the thrust bearing and its working area to be limited. This leads to the need to increase the specific load in the thrust bearing and, accordingly, to increase the intensity of wear of the working surfaces, especially when working on liquids containing solid particles.

Частично указанный недостаток устранен в ступени многоступенчатого погружного скважинного насоса, состоящей из рабочего колеса, установленного с возможностью свободного перемещения в осевом направлении по валу, и неподвижного направляющего аппарата, в которой использован индивидуальный упорный подшипник скольжения, воспринимающий осевую нагрузку, действующую на каждое рабочее колесо (Агеев Ш.Р. и др. «Энциклопедический справочник лопастных насосов для добычи нефти и их применение», Пермь, 2007, стр.75, рис.2.8). Упорный подшипник образован с помощью упорного бурта на торцевой поверхности направляющего аппарата и опорной шайбы, установленной в рабочем колесе и выполняющей роль подпятника. Такой упорный подшипник имеет уменьшенные удельные нагрузки, его плоская рабочая поверхность, способствующая уменьшению утечек, дополнительно выполняет функцию уплотнения.Partially indicated drawback is eliminated in the stage of a multi-stage submersible borehole pump, consisting of an impeller mounted with the possibility of free axial movement along the shaft, and a stationary guide apparatus, in which an individual thrust sliding bearing is used, perceiving the axial load acting on each impeller ( Ageev Sh.R. et al. “Encyclopedic Handbook of Vane Pumps for Oil Production and Their Application”, Perm, 2007, p. 75, fig. 2.8). The thrust bearing is formed with the help of a thrust shoulder on the end surface of the guide apparatus and the supporting washer installed in the impeller and acting as a thrust bearing. Such a thrust bearing has reduced specific loads, its flat working surface, which helps to reduce leakage, additionally serves as a seal.

Недостатком данной конструкции являются низкие КПД и недолговечность насоса из-за повышенного коэффициента и момента трения на плоской рабочей поверхности упорного подшипника, обусловленного переходным характером трения от сухого к чисто гидродинамическому.The disadvantage of this design is the low efficiency and fragility of the pump due to the increased coefficient and friction moment on the flat working surface of the thrust bearing, due to the transitional nature of friction from dry to purely hydrodynamic.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, состоит в уменьшении трения в упорном подшипнике, повышении КПД и долговечности насоса.The technical result, to which the claimed invention is directed, consists in reducing friction in a thrust bearing, increasing the efficiency and durability of the pump.

Указанный технический результат достигается тем, что в ступени погружного скважинного насоса, состоящей из рабочего колеса, установленного с возможностью осевого перемещения, и неподвижного направляющего аппарата, имеющих в зоне контакта на торцевых поверхностях упорный бурт и подпятник из эластомера в виде шайбы, образующие упорный подшипник, согласно изобретению на торцевой поверхности подпятника с противоположных сторон через равные углы выполнены радиальные канавки, по крайней мере, одна из боковых стенок которых наклонена под острым углом к торцевой поверхности с образованием над дном канавки выступа, отгибающегося в осевом направлении при вращении. Предпочтительно радиальные канавки выполнять тупиковыми, при этом тупиковые части канавок со стороны наружного диаметра подпятника могут быть размещены между тупиковыми частями канавок, выполненных со стороны его внутреннего диаметра.The specified technical result is achieved by the fact that in the step of the submersible borehole pump, consisting of an impeller mounted with the possibility of axial movement, and a stationary guide apparatus having a thrust collar and an elastomer thrust bearing in the form of a washer in the contact zone on the end surfaces, forming a thrust bearing, according to the invention, radial grooves are made on opposite ends of the thrust bearing from opposite sides through equal angles, at least one of whose side walls is inclined at Thrym angle to the end surface to form a protrusion on the bottom of the groove, folded in the axial direction during rotation. Preferably, the radial grooves are made with dead ends, while the dead end parts of the grooves from the outer diameter of the thrust bearing can be placed between the dead end parts of the grooves made from the side of its inner diameter.

Благодаря выполнению на торцевой поверхности подпятника радиальных канавок, имеющих боковую стенку с выступом, отгибающимся в осевом направлении при вращении, упорный подшипник в ступени работает при наличии гидродинамического клина и уменьшенных затратах мощности на трение с минимальными утечками через рабочую поверхность подшипника. Тем самым увеличивается КПД и долговечность насоса.Due to the implementation on the end surface of the thrust bearing of radial grooves having a side wall with a protrusion bending in the axial direction during rotation, the thrust bearing in the stage operates in the presence of a hydrodynamic wedge and reduced friction power consumption with minimal leakage through the bearing working surface. This increases the efficiency and durability of the pump.

Предлагаемый упорный подшипник иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез ступени; на фиг.2 - поперечный разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - поперечное сечение канавки.The proposed thrust bearing is illustrated by drawings, where figure 1 shows a longitudinal section of a stage; figure 2 is a transverse section aa of figure 1; figure 3 is a cross section of a groove.

Ступень погружного скважинного насоса состоит из рабочего колеса 1, установленного на валу 2 с возможностью свободного перемещения в осевом направлении, и неподвижного направляющего аппарата 3. В зоне контакта на торцевой поверхности рабочего колеса 1 имеется упорный бурт 4, который соприкасается с подпятником 5, смонтированным на торце направляющего аппарата 3, образуя упорный подшипник (фиг.1).The stage of the submersible borehole pump consists of an impeller 1 mounted on the shaft 2 with the possibility of free movement in the axial direction, and a stationary guide apparatus 3. In the contact zone on the end surface of the impeller 1 there is a thrust collar 4, which is in contact with the thrust bearing 5 mounted on the end of the guide apparatus 3, forming a thrust bearing (figure 1).

Подпятник 5 выполнен в виде шайбы из эластомера и имеет радиальные тупиковые канавки 6, расположенные попеременно через равные углы с его внутренней 7 и наружной 8 стороны. При этом тупиковые части 9 канавок 6 на внутренней стороне 7 подпятника 5 размещены на равном расстоянии от встречных соседних канавок 6, выполненных с наружной стороны 8 (фиг.2).The thrust bearing 5 is made in the form of a washer from an elastomer and has radial deadlock grooves 6 located alternately through equal angles from its inner 7 and outer 8 sides. In this case, the dead end parts 9 of the grooves 6 on the inner side 7 of the thrust bearing 5 are placed at an equal distance from the oncoming adjacent grooves 6 made from the outer side 8 (Fig. 2).

Каждая канавка 6 имеет, по меньшей мере, одну боковую стенку 10, наклоненную под острым углом к торцевой поверхности подпятника 5 и формирующую над дном канавки 6 выступ 11, способный ввиду эластичности материала отгибаться в осевом направлении при вращении. Поперечное сечение канавки может быть выполнено, например, в форме равнобедренной (фиг.3) или прямоугольной трапеции.Each groove 6 has at least one side wall 10 inclined at an acute angle to the end surface of the thrust bearing 5 and forming a protrusion 11 above the bottom of the groove 6, which, due to the elasticity of the material, can bend in the axial direction during rotation. The cross section of the groove can be made, for example, in the form of an isosceles (Fig.3) or rectangular trapezoid.

Работа предлагаемого изобретения осуществляется следующим образом.The work of the invention is as follows.

При вращении рабочего колеса 1 возникает осевая сила, смещающая рабочее колесо 1 по валу 2 в сторону направляющего аппарата 3. Упорный бурт 4 входит в соприкосновение с подпятником 5. Под действием потока жидкости, увлекаемого упорным буртом 4, выступ 11 отгибается в осевом направлении, чем обеспечивает благоприятные условия для создания смазочного гидродинамического клина. За счет того, что канавки 6 выполнены тупиковыми, утечки через упорный подшипник малы, так как зависят только от толщины гидродинамического клина. В результате уменьшаются потери на трение в ступени и, как следствие, повышается КПД и долговечность насоса.When the impeller 1 rotates, an axial force arises, displacing the impeller 1 along the shaft 2 towards the guide apparatus 3. The thrust collar 4 comes into contact with the thrust bearing 5. Under the action of the fluid flow carried by the thrust collar 4, the protrusion 11 is bent in the axial direction, which provides favorable conditions for creating a lubricating hydrodynamic wedge. Due to the fact that the grooves 6 are made deadlock, leaks through the thrust bearing are small, since they depend only on the thickness of the hydrodynamic wedge. As a result, friction losses in the stage are reduced and, as a result, the efficiency and durability of the pump are increased.

Claims

1. The step of a submersible borehole pump, consisting of an impeller mounted for axial movement, and a stationary guide apparatus having a thrust collar and an elastomer thrust bearing in the form of a washer in the contact area on the end surfaces, forming a thrust bearing, characterized in that on the end radial grooves are made at equal angles to the surface of the thrust bearing on the side of the outer and inner diameters, at least one of whose side walls is inclined at an acute angle to the end surface to form a protrusion on the bottom of the groove, folded in the axial direction during rotation.

2. The stage according to claim 1, characterized in that the radial grooves are made dead end.

3. The step according to claim 2, characterized in that the dead end parts of the grooves on the outer diameter side of the thrust bearing are located between the dead end parts of the grooves made on the side of its inner diameter.