RU2766656C1

RU2766656C1 - Submersible hydromechanical reduction gear

Info

Publication number: RU2766656C1
Application number: RU2021117774A
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Иванов; Александр Николаевич Лищук; Артем Владимирович Молчанов; Али Тельман оглы Нагиев; Андрей Евгеньевич Новиков; Дмитрий Олегович Степанов
Original assignee: Акционерное общество "ГМС Нефтемаш"
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-03-15

Abstract

FIELD: machine building; oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to oil machine building and can be used in submersible hydromechanical reduction gears. Reduction gear comprises screw gear, hydraulic part including hydraulic motor 17 connected via distribution unit 14 with displacement pump 11, and hydraulic protection membrane. Hydraulic part is made in the form of single module with input shaft 6 and output shaft 7 with half-coupling 8 for connection with membrane shaft. In housing 10 of the module there is hydraulic motor 17, unit 14, pump 11, as well as filter unit 12 installed between pump 11 and unit 14. Housing 10 is made with through holes 23 at its ends and with external ribbing in the area of unit 14. Half-coupling 8 is made with annular groove 9 on its outer surface.

EFFECT: invention makes it possible to increase operational reliability of the submersible hydromechanical reduction gear due to provision of high oil purification at the inlet of its distribution unit and prevention of local overheating of the hydraulic part of the reduction gear during its operation.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано в погружных маслонаполненных редукторах, предназначенных для привода плунжерных насосов в составе погружной насосной установки для откачки пластовой жидкости из нефтедобывающих скважин.The invention relates to the field of petroleum engineering and can be used in submersible oil-filled gearboxes designed to drive plunger pumps as part of a submersible pumping unit for pumping formation fluid from oil wells.

Известен гидромеханический погружной редуктор, содержащий механическую передачу в виде винта с гайкой, гидравлическую часть, включающую гидромотор, соединенный через распределительный блок с насосом объемного типа, и мембрану гидрозащиты (Патент РФ №184849, публ. 2018).A hydromechanical submersible gearbox is known, containing a mechanical transmission in the form of a screw with a nut, a hydraulic part, including a hydraulic motor connected through a distribution block to a positive displacement pump, and a hydraulic protection membrane (RF Patent No. 184849, publ. 2018).

Все элементы конструкции гидромеханического редуктора, в том числе и элементы гидравлической части, монтируются в общем корпусе, что в процессе монтажа гидравлической части может привести к нарушению целостности ее элементов и, как следствие, к снижению надежности работы данного блока. Такая конструкция создает определенные сложности при осуществлении плановых ремонтных работ редуктора или демонтажа гидравлической части, ввиду необходимости разборки всего редуктора.All structural elements of the hydromechanical gearbox, including the elements of the hydraulic part, are mounted in a common housing, which during the installation of the hydraulic part can lead to a violation of the integrity of its elements and, as a result, to a decrease in the reliability of this unit. This design creates certain difficulties when carrying out scheduled repair work on the gearbox or dismantling the hydraulic part, due to the need to disassemble the entire gearbox.

Еще одним из недостатков известной конструкции является возможность локального перегрева распределительного блока, ввиду большого скопления в нем различных по своему функциональному назначению запорных, фильтрующих и регулирующих элементов (предохранительный клапан, фильтр тонкой очистки, гидравлический распределитель), а также ввиду отсутствия оптимальной геометрии и расположения каналов высокого давления, что обусловлено реализацией распределительного блока на базе стандартных гидравлических элементов, не оптимизированных с точки зрения протекающих в них физических процессов для вертикальной компоновки в цилиндрическом корпусе малого диаметра.Another disadvantage of the known design is the possibility of local overheating of the distribution block, due to the large accumulation in it of shut-off, filtering and control elements of various functional purposes (safety valve, fine filter, hydraulic distributor), and also due to the lack of optimal geometry and channel arrangement high pressure, which is due to the implementation of the distribution block based on standard hydraulic elements that are not optimized in terms of the physical processes occurring in them for a vertical arrangement in a cylindrical body of small diameter.

Кроме того, каналы гидравлического распределительного блока с предохранительным клапаном требуют высокой очистки масла, поскольку наличие в нем даже не значительных механических примесей снижает стабильность работы гидроблока, и, при попадании механических примесей между седлами и подвижными частями клапанов, может привести к потере герметичности запорных элементов.In addition, the channels of the hydraulic distribution block with a safety valve require high oil purification, since the presence of even minor mechanical impurities in it reduces the stability of the valve body, and if mechanical impurities get between the seats and the moving parts of the valves, it can lead to loss of tightness of the locking elements.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эксплуатационной надежности гидромеханического погружного редуктора.The technical problem to be solved by the claimed invention is to increase the operational reliability of the hydromechanical submersible gearbox.

Технический результат заключается в предотвращении нарушения целостности элементов редуктора при его сборке, обеспечении высокой очистки масла и предотвращении в процессе работы редуктора локального перегрева его гидравлического блока.The technical result consists in preventing the integrity of the gearbox elements during its assembly, ensuring high oil purification and preventing local overheating of its hydraulic unit during the operation of the gearbox.

Технический результат достигается тем, что в гидромеханическом погружном редукторе, содержащем винтовую передачу, гидравлическую часть, включающую гидромотор, соединенный через распределительный блок с насосом объемного типа, и мембрану гидрозащиты, гидравлическая часть выполнена в виде единого модуля с входным валом и выходным валом с полумуфтой для соединения с валом мембраны гидрозащиты, причем в корпусе модуля размещены гидромотор, распределительный блок, насос объемного типа, а также установленный между насосом и распределительным блоком фильтрующий блок, причем корпус модуля выполнен со сквозными отверстиями на его торцах и с наружным оребрением в зоне расположения распределительного блока, при этом полумуфта на выходном валу модуля выполнена с кольцевой канавкой на ее наружной поверхности.The technical result is achieved by the fact that in a hydromechanical submersible gearbox containing a screw gear, a hydraulic part, including a hydraulic motor connected through a distribution block to a positive displacement pump, and a hydraulic protection membrane, the hydraulic part is made in the form of a single module with an input shaft and an output shaft with a coupling half for connection with the shaft of the hydroprotection membrane, and in the module housing there is a hydraulic motor, a distribution block, a positive displacement pump, as well as a filter block installed between the pump and the distribution block, and the module housing is made with through holes at its ends and with external fins in the distribution block location area , while the coupling half on the output shaft of the module is made with an annular groove on its outer surface.

Выполнение гидравлической части погружного редуктора в виде единого модуля с входным валом и выходным валом с полумуфтой позволяет проще и быстрее осуществлять монтаж/демонтаж узла в процессе сборки и осуществлении плановых ремонтных работ гидромеханического погружного редуктора («картриджная» установка), сохраняя при этом целостность всех элементов гидравлической части. Кроме того, выполнение гидравлической части в виде единого модуля позволяет обеспечить внутри этого модуля оптимальную геометрию гидравлических каналов.The execution of the hydraulic part of the submersible gearbox in the form of a single module with an input shaft and an output shaft with a half-coupling makes it easier and faster to mount / dismantle the assembly during assembly and carry out scheduled repairs of the hydromechanical submersible gearbox (“cartridge” installation), while maintaining the integrity of all elements hydraulic part. In addition, the implementation of the hydraulic part in the form of a single module makes it possible to provide the optimal geometry of the hydraulic channels inside this module.

Снабжение гидравлической части фильтрующим блоком, установленным между насосом и распределительным блоком, позволяет обеспечить очистку масла от примесей на входе в распределительный блок, исключая ситуацию с потерей герметичности запорных элементов при попадании механических примесей между седлами и подвижными частями клапанов, что повышает надежность работы данного блока и в целом гидравлической части редуктора.The supply of the hydraulic part with a filter block installed between the pump and the distribution block makes it possible to clean the oil from impurities at the inlet to the distribution block, eliminating the situation with loss of tightness of the locking elements when mechanical impurities get between the seats and the moving parts of the valves, which increases the reliability of this block and the whole hydraulic part of the gearbox.

Выполнение корпуса модуля со сквозными отверстиями на его торцах позволяет обеспечить проход рабочей среды через этот модуль в сборе с остальными конструктивными элементами редуктора.The implementation of the module housing with through holes at its ends allows the passage of the working medium through this module assembled with the rest of the structural elements of the gearbox.

Выполнение корпуса с наружным оребрением в зоне расположения распределительного блока позволяет увеличить площадь теплообмена в данной зоне, и, за счет теплоотдачи в пластовую жидкость, обеспечить охлаждение данного блока при работе редуктора, тем самым повысив его эксплуатационную надежность.The execution of the body with external fins in the area of the distribution block location allows to increase the heat exchange area in this area, and, due to heat transfer to the formation fluid, to ensure cooling of this block during the operation of the gearbox, thereby increasing its operational reliability.

Выполнение полумуфты на выходном валу модуля с кольцевой канавкой на ее наружной поверхности также способствует стабилизации теплового режима работы гидравлического модуля.The implementation of the coupling half on the output shaft of the module with an annular groove on its outer surface also contributes to the stabilization of the thermal mode of the hydraulic module.

Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 изображена схема погружного гидромеханического редуктора, на фиг. 2 изображена схема гидравлической части редуктора, выполненной в виде единого модуля.The invention is illustrated graphically, where in FIG. 1 shows a diagram of a submersible hydromechanical gearbox, Fig. 2 shows a diagram of the hydraulic part of the gearbox, made in the form of a single module.

Гидромеханический погружной редуктор содержит маслонаполненный корпус 1, размещенную в корпусе винтовую передачу 2, выполненную типа «винт-гайка», полый шток 3, охватывающий винт винтовой передачи 2 и входящий с ним в подвижное зацепление, гидравлическую часть 4 и мембрану 5 гидрозащиты. Гидравлическая часть 4 представляет собой единый модуль с входным валом 6, соединенным с винтом винтовой передачи 2, и выходным валом 7 с полумуфтой 8, соединенным с валом мембраны 5 гидрозащиты. На наружной поверхности полумуфты 8 выполнена канавка 9. В корпусе 10 модуля установлены насос 11 объемного типа, выполненный в виде аксиально-поршневого насоса, фильтрующий блок 12 с самоочищающимся фильтром 13, распределительный блок 14 с гидрораспределителем 15 и предохранительным клапаном 16, гидромотор 17 объемного типа. На корпусе 10 в зоне размещения распределительного блока 14 выполнены ребра 18.The hydromechanical submersible gearbox comprises an oil-filled housing 1, a screw gear 2 located in the housing, made of the "screw-nut" type, a hollow rod 3 enclosing the screw gear screw 2 and engaging with it in movable engagement, a hydraulic part 4 and a hydraulic protection membrane 5. The hydraulic part 4 is a single module with the input shaft 6 connected to the screw of the screw transmission 2, and the output shaft 7 with a coupling half 8 connected to the shaft of the hydroprotection membrane 5. A groove 9 is made on the outer surface of the coupling half 8. In the housing 10 of the module, a positive displacement pump 11 is installed, made in the form of an axial piston pump, a filter block 12 with a self-cleaning filter 13, a distribution block 14 with a hydraulic distributor 15 and a safety valve 16, a positive displacement hydraulic motor 17 . Ribs 18 are made on the body 10 in the area of distribution block 14.

Работа редуктора осуществляется следующим образом. При включении электродвигателя погружной насосной установки (на чертеже не показано) вал 6 насоса 11 начинает вращение и через входную сетку 19 производится всасывание рабочей жидкости, которая через нагнетательный патрубок 20 попадает в фильтрующий блок 12, проходит через самоочищающийся фильтр 13, проходит по напорному патрубку 21, соединенному с предохранительным клапаном 16 в гидрораспределитель 15, управление которого осуществляется по давлению. Далее поток рабочей жидкости попадает по одному из каналов 22 (левому или правому), в зависимости от положения золотника гидрораспределителя 15, в гидромотор 17, в следствии чего выходной вал 7 совершает вращение либо по, либо против часовой стрелки.The operation of the gearbox is as follows. When the electric motor of the submersible pumping unit (not shown in the drawing) is turned on, the shaft 6 of the pump 11 begins to rotate and the working fluid is sucked through the inlet grid 19, which enters the filter unit 12 through the discharge pipe 20, passes through the self-cleaning filter 13, passes through the pressure pipe 21 , connected to the safety valve 16 in the valve 15, which is controlled by pressure. Further, the flow of the working fluid enters through one of the channels 22 (left or right), depending on the position of the valve spool 15, into the hydraulic motor 17, as a result of which the output shaft 7 rotates either clockwise or counterclockwise.

Таким образом, гидрораспределитель 15 обеспечивает периодическое разнонаправленное вращение гидромотора 17, преобразующего энергию потока гидравлического масла в механическую энергию вращения. Винт винтовой передачи 2, вращаясь, приводит в движение гайку этой же передачи. В связи с разнонаправленным характером вращения винта, гайка совершает периодические возвратно-поступательные движения и, поскольку она жестко связана с полым штоком 3, который в свою очередь присоединен к плунжеру скважинного насоса погружной насосной установки (на чертеже не показан), шток 3 перемещает плунжер скважинного насоса.Thus, the hydraulic valve 15 provides periodic multidirectional rotation of the hydraulic motor 17, which converts the energy of the hydraulic oil flow into mechanical energy of rotation. The screw of the screw gear 2, rotating, sets in motion the nut of the same gear. Due to the multidirectional nature of the rotation of the screw, the nut performs periodic reciprocating movements and, since it is rigidly connected to the hollow rod 3, which in turn is attached to the plunger of the downhole pump of the submersible pumping unit (not shown in the drawing), the rod 3 moves the downhole plunger pump.

Канавки 9 на полу муфте 8, расположенной на выходном валу 7 создают гидродинамическую силу, образующую активный поток рабочей жидкости маслонаполненного объема, активно отводящий тепло от распределительного блока 14. Ребра 18, выполненные на корпусе 10 в зоне расположения распределительного блока 14, увеличивают поверхность контакта с более холодным потоком, обеспечивающими эффективное охлаждение данного блока. Дренаж гидрораспределителя 15 осуществляется через отверстие 23.Grooves 9 on the coupling floor 8 located on the output shaft 7 create a hydrodynamic force that forms an active flow of the working fluid of the oil-filled volume, actively removing heat from the distribution block 14. The ribs 18, made on the housing 10 in the area of the distribution block 14, increase the contact surface with colder flow, providing efficient cooling of this unit. The hydraulic distributor 15 is drained through the hole 23.

Claims

A submersible hydromechanical gearbox containing a screw gear, a hydraulic part, including a hydraulic motor connected through a distribution block to a positive displacement pump, and a hydraulic protection membrane, characterized in that the hydraulic part is made in the form of a single module with an input shaft and an output shaft with a coupling half for connection to the shaft membranes of hydroprotection, and in the module case there is a hydraulic motor, a distribution block, a positive displacement pump, as well as a filter block installed between the pump and the distribution block, while the module case is made with through holes at its ends and with external fins in the distribution block location area, moreover the coupling half on the output shaft of the module is made with an annular groove on its outer surface.