RU2755845C1

RU2755845C1 - Radial displacement modulus

Info

Publication number: RU2755845C1
Application number: RU2020144095A
Authority: RU
Inventors: Наталья Анатольевна Лыкова; Данила Николаевич Мартюшев; Тимофей Ринатович Мотыгуллин; Александр Сергеевич Новиков; Максим Олегович Перельман; Евгений Вячеславович Пошвин
Original assignee: Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-09-22

Abstract

FIELD: hydraulic engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of hydraulic engineering and can be used in pumping units. The radial displacement module contains a cylindrical housing and a shaft placed inside it with end fitting elements for connection with axially offset connecting shafts. The shaft is bent relative to the axial direction. At the ends of the shaft, radial bearings are placed on each side. Radial bearings are placed from the end of the shaft at a distance of no more than 20% of the total length of the shaft.

EFFECT: invention is aimed at improving the reliability and durability of the module by strengthening the connection of the shafts, reducing bending loads during the passage of curved sections of the well, as well as simplifying the manufacturing technology of the module.

7 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в насосных агрегатах, применяемых, например, в нефтяной, химической и других отраслях промышленности для перекачивания нефти и воды, химически активных жидкостей, суспензий и пульп.The invention relates to the field of hydraulic engineering and can be used in pumping units used, for example, in the oil, chemical and other industries for pumping oil and water, chemically active liquids, suspensions and slurries.

Известен модуль радиального смещения, выполненный в виде эксцентриковой муфты, состоящей из установленных в корпусе входного и выходного валов, которые соединены между собой промежуточным валом шарнирами. Выходной вал установлен в корпусе с заданным эксцентриситетом «е» относительно входного вала, что позволяет сместить ось электроцентробежного насоса параллельно относительно оси электродвигателя в сторону, противоположную той, по которой проходит кабельная линия [патент на полезную модель RU 73024, Е21В 43/00, опубл. 10.05.2008]. Эксцентриковая муфта может быть установлена между насосом и входным модулем, между входным модулем и протектором или между протектором и погружным электродвигателем.Known module of radial displacement, made in the form of an eccentric clutch, consisting of installed in the housing of the input and output shafts, which are interconnected by the intermediate shaft by hinges. The output shaft is installed in a housing with a given eccentricity "e" relative to the input shaft, which makes it possible to shift the axis of the electric centrifugal pump parallel to the axis of the electric motor in the direction opposite to that along which the cable line runs [utility model patent RU 73024, Е21В 43/00, publ. ... 05/10/2008]. An eccentric clutch can be installed between the pump and the inlet module, between the inlet module and the protector, or between the protector and the submersible motor.

Недостатком данного модуля является низкая надежность эксцентриковой муфты при повышенных частотах, на которых работают электроцентробежные насосные установки с вентильными электродвигателями.The disadvantage of this module is the low reliability of the eccentric clutch at increased frequencies, at which electric centrifugal pumping units with valve motors operate.

Известен модуль радиального смещения, смещающий ось гидрозащиты относительно оси электродвигателя, где соединительный элемент содержит заключенную в корпус толстостенную трубу из металла с прорезями на ее средней части, перпендикулярными ее оси [RU 181 156, F16D 3/72, опубл. 05.07.2018].A known radial displacement module displaces the axis of the hydraulic protection relative to the axis of the electric motor, where the connecting element contains a thick-walled metal pipe enclosed in a housing with slots in its middle part perpendicular to its axis [RU 181 156, F16D 3/72, publ. 07/05/2018].

Недостатком данной конструкции является технологическая сложность изготовления толстостенной трубы с прорезями, а также наличие концентраторов напряжений в месте соединения толстостенной трубы к валу, что влечет за собой снижение надежности устройства.The disadvantage of this design is the technological complexity of manufacturing a thick-walled pipe with slots, as well as the presence of stress concentrators at the junction of the thick-walled pipe to the shaft, which entails a decrease in the reliability of the device.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является модуль радиального смещения, содержащий цилиндрический корпус и размещенный внутри него вал в виде гибкой толстостенной трубы с прорезями на ее средней части, перпендикулярными ее оси. На концах трубы установлены концевые посадочные втулки для присоединения соединяемых валов, оси которых параллельно смещены относительно друг друга с образованием несоосности [патент RU 2514457, F04D 13/10, опубл. 27.04.2014]. Модуль компенсирует несоосность соединяемых валов и служит для передачи вращательного момента между смещенными валами.Closest to the claimed technical essence is a radial displacement module containing a cylindrical body and a shaft placed inside it in the form of a flexible thick-walled pipe with slots in its middle part perpendicular to its axis. At the ends of the pipe, end-fitting bushings are installed for connecting the connected shafts, the axes of which are parallelly displaced relative to each other with the formation of misalignment [patent RU 2514457, F04D 13/10, publ. 04/27/2014]. The module compensates for misalignment of the connected shafts and serves to transfer the torque between the offset shafts.

Недостатком данного изобретения является технологическая сложность изготовления толстостенной трубы с прорезями, а также наличие концентраторов напряжений в месте ее присоединения к валу, что влечет за собой снижение надежности устройства.The disadvantage of this invention is the technological complexity of manufacturing a thick-walled pipe with slots, as well as the presence of stress concentrators at the point of its connection to the shaft, which entails a decrease in the reliability of the device.

Задачей изобретения является повышение надежности и долговечности модуля путем упрочнения соединения валов, снижения изгибающих нагрузок при прохождении искривленных участков скважины, а также упрощение технологии изготовления модуля.The objective of the invention is to improve the reliability and durability of the module by strengthening the connection of the shafts, reducing bending loads when passing the curved sections of the well, as well as simplifying the technology of manufacturing the module.

Для решения поставленной задачи в модуле радиального смещения, содержащем корпус и размещенный внутри него вал с концевыми посадочными элементами для соединения со смещенными по оси соединяемыми валами, согласно изобретению, вал изогнут относительно осевого направления, на концах вала размещены радиальные подшипники с каждой стороны, причем радиальные подшипники с каждой стороны размещены от торца вала на расстоянии не более 20% от общей длины вала.To solve this problem, in a radial displacement module containing a housing and a shaft located inside it with end fittings for connection with axially displaced connected shafts, according to the invention, the shaft is bent relative to the axial direction, radial bearings are placed at the ends of the shaft on each side, and radial bearings on each side are located from the shaft end at a distance of no more than 20% of the total shaft length.

В некоторых вариантах исполнения с каждой стороны может быть размещено два и более радиальных подшипников. Размещение двух и более радиальных подшипников с каждой стороны обеспечивает уменьшение нагрузки на каждый подшипник.In some versions, two or more radial bearings can be placed on each side. Placing two or more radial bearings on each side reduces the load on each bearing.

В некоторых вариантах исполнения в средней части вала между подшипниками, расположенными на концах вала, может быть дополнительно установлен центральный радиальный подшипник, направляющая втулка которого расположена под углом, совпадающим с углом наклона той части вала, на которой установлен подшипник. При этом предпочтительно, чтобы центральный радиальный подшипник был выполнен самоустанавливающимся.In some versions, a central radial bearing can be additionally installed in the middle part of the shaft between the bearings located at the ends of the shaft, the guide sleeve of which is located at an angle that coincides with the angle of inclination of that part of the shaft on which the bearing is installed. In this case, it is preferable that the central radial bearing is self-aligning.

Кроме того, в нижней части корпуса может быть расположена магнитная ловушка.In addition, a magnetic trap can be located at the bottom of the housing.

Наряду с этим в средней части вала может быть дополнительно установлен, по крайней мере, один демпфер, который расположен между подшипниками на концах вала или между подшипниками на одном конце вала и центральным подшипником при наличии последнего.Along with this, at least one damper can be additionally installed in the middle part of the shaft, which is located between the bearings at the ends of the shaft or between the bearings at one end of the shaft and the central bearing, if the latter is present.

На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого модуля; на фиг. 2 - общий вид заявляемого модуля с радиальным подшипником в средней части. На фиг. 3 представлен общий вид заявляемого модуля с дополнительно установленной магнитной ловушкой. На фиг. 4 представлен общий вид заявляемого модуля с дополнительно установленным демпфером. На фиг. 5 - модуль с центральным подшипником и демпфером.FIG. 1 shows a general view of the proposed module; in fig. 2 is a general view of the inventive module with a radial bearing in the middle part. FIG. 3 shows a general view of the inventive module with an additionally installed magnetic trap. FIG. 4 shows a general view of the inventive module with an additionally installed damper. FIG. 5 - module with a central bearing and a damper.

Модуль радиального смещения содержит гибкий вал 1, заключенный в корпус 2 (фиг 1) и снабженный концевыми посадочными элементами 3 для соединения с валами смежных узлов. Оси смежных узлов, соединяемых модулем радиального смещения, например, гидрозащиты и электродвигателя, параллельно смещены в радиальном направлении относительно друг друга с образованием несоосности. Смещение осей позволяет увеличить диаметр используемого насосного агрегата и, соответственно, уменьшить его длину, не изменяя при этом величины проектных напора и дебита насоса за счет использования ступеней увеличенного диаметра. Ввиду смещения смежных узлов вал 1 изогнут относительно оси корпуса 2. На каждом конце вала 1 расположено как минимум по одному радиальному подшипнику 4. Причем радиальные подшипники 4 размещены от торца вала 1 на расстоянии не более чем 20% от общей длины вала. Для уменьшения нагрузки на каждый подшипник количество подшипников с каждой стороны может быть два и более. Расстояние между радиальными подшипниками 4, расположенными на концах вала, подбирается так, чтобы минимизировать напряжения на валу вблизи подшипниковThe radial displacement module contains a flexible shaft 1 enclosed in a housing 2 (Fig. 1) and equipped with end fittings 3 for connecting to the shafts of adjacent units. The axes of adjacent units connected by a radial displacement module, for example, a hydraulic protection and an electric motor, are parallel displaced in the radial direction relative to each other with the formation of misalignment. The displacement of the axes makes it possible to increase the diameter of the pumping unit used and, accordingly, to reduce its length, without changing the value of the design head and flow rate of the pump due to the use of stages with an increased diameter. Due to the displacement of adjacent nodes, the shaft 1 is bent relative to the axis of the housing 2. At each end of the shaft 1 there is at least one radial bearing 4. Moreover, the radial bearings 4 are located from the end of the shaft 1 at a distance of no more than 20% of the total length of the shaft. To reduce the load on each bearing, the number of bearings on each side can be two or more. The distance between radial bearings 4 located at the ends of the shaft is selected so as to minimize stresses on the shaft near the bearings

В средней части вала 1 может быть дополнительно установлен центральный радиальный подшипник 5, (фиг. 2). При этом направляющая втулка подшипника 5 расположена под углом, совпадающим с углом наклона части вала, на которой установлен подшипник. Наличие такого подшипника способствует уменьшению вибрации в средней части модуля. Подшипник 5 может быть самоустанавливающимся. В качестве самоустанавливающегося подшипника может использоваться сферический подшипник, обеспечивающий точное установление угла наклона направляющей втулки. Предлагаемая конструкция модуля с оптимальным размещением радиальных подшипников не только повышает надежность работы модуля за счет уменьшения вибрации и уменьшения изгибающих нагрузок, но и значительно упрощает технологию изготовления модуля по сравнению с другими известными из уровня техники решениями для радиального смещения узлов.In the middle part of the shaft 1, a central radial bearing 5 can be additionally installed (Fig. 2). In this case, the bearing guide sleeve 5 is located at an angle that coincides with the angle of inclination of the part of the shaft on which the bearing is installed. The presence of such a bearing helps to reduce vibration in the middle of the module. Bearing 5 can be self-aligning. A spherical bearing can be used as a self-aligning bearing, which provides an accurate setting of the tilt angle of the guide bush. The proposed design of the module with the optimal placement of radial bearings not only increases the reliability of the module by reducing vibration and reducing bending loads, but also greatly simplifies the technology of manufacturing the module in comparison with other prior art solutions for radial displacement of units.

В нижней части корпуса 2 может быть расположена магнитная ловушка 6 (фиг. 3), представляющая собой сектор постоянного магнита и предназначенная для улавливания в случае износа частиц движущихся частей во избежание их попадания непосредственно в электродвигатель, что способствует повышению надежности работы модуля радиального смещения.In the lower part of the housing 2 there can be a magnetic trap 6 (Fig. 3), which is a sector of a permanent magnet and is designed to catch particles of moving parts in case of wear in order to avoid them getting directly into the electric motor, which helps to increase the reliability of the radial displacement module.

В средней части модуля между подшипниками 4 в случае отсутствия центрального подшипника (фиг. 4) или между подшипниками 4 и 5 в случае его наличия (фиг. 5) может быть установлен демпфер 7 для гашения вибраций и ударных нагрузок при высоких частотах вращения вала.In the middle part of the module, between bearings 4 in the absence of a central bearing (Fig. 4) or between bearings 4 and 5, if present (Fig. 5), a damper 7 can be installed to damp vibrations and shock loads at high shaft speeds.

Изобретение позволяет обеспечить смещение оси узлов, соединяемых модулем радиального смещения, например, электродвигателя относительно оси насоса, тем самым уменьшить наружный диаметр погружного насосного агрегата без уменьшения дебита и напора при повышении надежности работы. Кроме того, изобретение позволяет упростить технологию изготовления и обеспечивать спуск в искривленные скважины с сохранением надежности.The invention makes it possible to provide a displacement of the axis of the nodes connected by the radial displacement module, for example, of the electric motor, relative to the pump axis, thereby reducing the outer diameter of the submersible pump unit without reducing the flow rate and pressure while increasing the reliability of operation. In addition, the invention makes it possible to simplify the manufacturing technology and provide a run into deviated wells while maintaining reliability.

Claims

1. A radial displacement module containing a cylindrical housing and a shaft located inside it with end fittings for connection with axially displaced connected shafts, characterized in that the shaft is bent relative to the axial direction, radial bearings are placed on each side of the shaft, and radial bearings placed from the end of the shaft at a distance of no more than 20% of the total length of the shaft.

2. The radial displacement module according to claim 1, characterized in that two or more radial bearings are placed at the ends of the shaft on each side.

3. The modulus of radial displacement according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that in the middle part of the shaft between the bearings, a central radial bearing is additionally installed, the guide sleeve of which is located at an angle that coincides with the angle of inclination of the part of the shaft on which the bearing is installed.

4. The modulus of radial displacement according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the central radial bearing is self-aligning.

5. The modulus of radial displacement according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that a magnetic trap is located in the lower part of the housing.

6. The modulus of radial displacement according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that at least one damper is additionally installed in the middle part of the shaft between the radial bearings.

7. The radial displacement module according to claim 3, characterized in that at least one damper is additionally installed in the middle part of the shaft between the central radial bearing and the bearings at the end of the shaft.