RU51145U1

RU51145U1 - HYDRAULIC PROTECTOR UNIT OF FIVE SUBMERSIBLE OIL-FILLED ELECTRIC MOTOR

Info

Publication number: RU51145U1
Application number: RU2005124324/22U
Authority: RU
Inventors: Лев Николаевич Кочерга; Михаил Владимирович Румянцев; Сергей Юрьевич Васильев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Вириал"
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2006-01-27

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к узлам протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя, а именно узлу пяты.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to the nodes of the tread of hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, namely the heel assembly.

Техническое решение представляет собой узел пяты протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащий пяту, имеющую возможность установки на валу протектора и подпятник, имеющий возможность закрепления в корпусе протектора. В паре трения узла пяты поверхность трения либо пяты, либо подпятника выполнена со спиральными канавками, соответственно другая поверхность трения либо подпятника, либо пяты выполнена плоской.The technical solution is a node of the tread heel of the hydroprotection of a submersible oil-filled electric motor, containing a heel that can be installed on the tread shaft and a thrust bearing that can be mounted in the tread case. In the friction pair of the heel assembly, the friction surface of either the heel or the thrust bearing is made with spiral grooves, respectively, the other friction surface of either the thrust bearing or the heel is made flat.

Такое конструктивное выполнение узла пяты позволяет сократить потери мощности на узле пяты, обеспечить режим жидкостного трения при более высоких нагрузках и упростить конструкцию узла.Such a structural embodiment of the heel assembly allows to reduce power losses at the heel assembly, to provide liquid friction at higher loads and to simplify the construction of the assembly.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к конструктивным элементам протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя, а именно узлу пяты.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to structural elements of the tread of hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, namely, the heel assembly.

Одним из узлов протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного двигателя, осуществляющей защиту электродвигателя от попадания в него пластовой жидкости, является узел пяты, воспринимающий осевую нагрузку на вал протектора. Узел пяты содержит подвижную пяту и подпятник, установленный неподвижно.One of the nodes of the tread of hydraulic protection of a submersible oil-filled engine, which protects the electric motor from ingress of formation fluid, is a heel assembly that receives axial load on the tread shaft. The heel assembly comprises a movable heel and a thrust bearing fixedly mounted.

Известен узел пяты (Патент США №6565257 "Submergible pumping system with thermal sprayed polymeric wear surfaces" МПК F 16 C 32/06, опубл. 20.05.2003 г), состоящий из пяты, закрепленной на валу протектора, представляющей собой стальной диск с плоской торцевой поверхностью трения и подпятника, организованного по схеме подпятника с самоустанавливающимися сегментами, воспринимающими осевую нагрузку. Подпятник выполнен в виде металлического корпуса, в котором установлено шесть сегментов. Сегменты имеют форму сектора круга с криволинейными боковыми поверхностями, ограничивающими рабочую плоскость сегмента. На стороне сегмента, обратной рабочей, выполнена опорная «ножка», свободно опирающаяся на плоскость корпуса подпятника. Элементами, ограничивающими свободу перемещения сегментов в осевом направлении, являются специальные вставки, жестко закрепленные в корпусе подпятника, части которых входят в соответствующие им пазы, выполненные на боковых поверхностях сегментов. Такая схема закрепления позволяет сегментам в определенных пределах свободно поворачиваться, опираясь на опорную «ножку». Вращаясь на валу пята увлекает слой смазки (например масла), прилегающий к ней, в зазор между пятой и подпятником, создавая эффект гидродинамического клина на поверхностях сегментов. Имеющие возможность самоустановки сегменты в каждый момент времени оптимально ориентированы Known heel assembly (US Patent No. 6565257 "Submergible pumping system with thermal sprayed polymeric wear surfaces" IPC F 16 C 32/06, published May 20, 2003), consisting of a heel mounted on the tread shaft, which is a steel disk with a flat end surface of friction and thrust bearing, organized according to the thrust bearing scheme with self-aligning segments, perceiving axial load. The thrust bearing is made in the form of a metal case in which six segments are installed. The segments have the shape of a circle sector with curved side surfaces that limit the working plane of the segment. On the side of the segment opposite the working one, a support "leg" is made, freely resting on the plane of the thrust bearing body. The elements that limit the freedom of movement of the segments in the axial direction are special inserts that are rigidly fixed in the thrust bearing housing, parts of which are included in their corresponding grooves, made on the side surfaces of the segments. Such a fastening scheme allows segments within certain limits to rotate freely, relying on a supporting “leg”. Rotating on the shaft, the heel carries away a layer of lubricant (for example, oil) adjacent to it, into the gap between the fifth and the thrust bearing, creating the effect of a hydrodynamic wedge on the surfaces of the segments. Self-adjusting segments at each time point are optimally oriented

относительно рабочей поверхности пяты поддерживая максимально возможную толщину пленки смазки, обеспечивающую жидкостное трение.relative to the working surface of the heel supporting the maximum possible film thickness of the lubricant, providing fluid friction.

Наиболее близким к заявляемому является узел пяты (http://www.alnas.ru/gidroprotektor.htm, дата сведений 22.07.05, копия страницы сайта в Приложении), содержащий пяту, выполненную в виде стального диска, установленного на валу, и подпятник. Подпятник также организован по схеме подпятника с самоустанавливающимися сегментами, воспринимающими осевую нагрузку, и выполнен в виде диска, в котором жестко закреплены шесть сегментов. Рабочая поверхность сегментов представляет собой сектор круга. Каждый сегмент имеет на стороне обратной рабочей опорную «ножку», жестко закрепленную на диске подпятника. Самоустановка сегментов относительно рабочей поверхности пяты происходит вследствие упругой деформации опорной ножки под действием гидродинамических сил возникающих в пленке смазки между вращающейся пятой и неподвижным подпятником. Имеющие возможность самоустановки сегменты в каждый момент времени оптимально ориентированы относительно рабочей поверхности пяты поддерживая максимально возможную толщину пленки смазки, обеспечивающую жидкостное трение.Closest to the claimed one is the heel assembly (http://www.alnas.ru/gidroprotektor.htm, information date 07/22/05, a copy of the website page in the Appendix), containing the heel made in the form of a steel disk mounted on the shaft and a thrust bearing . The thrust bearing is also organized according to the thrust bearing scheme with self-aligning segments that absorb axial load and is made in the form of a disk in which six segments are rigidly fixed. The working surface of the segments is a sector of the circle. Each segment has a support “leg” on the reverse working side, which is rigidly fixed to the thrust bearing disk. The self-alignment of the segments relative to the working surface of the heel occurs due to the elastic deformation of the support leg under the action of the hydrodynamic forces arising in the film of lubricant between the rotating heel and the fixed bearing. Self-adjusting segments at each moment of time are optimally oriented relative to the working surface of the heel supporting the maximum possible film thickness of the lubricant, which provides liquid friction.

Недостатком вышеуказанных технических решений являются то что при работе узла пяты с самоустанавливающимися сегментами подпятника создается гидродинамическое давление, при котором возможен срыв работы узла в режим граничного трения, что приводит к повышенному износу узла, повышению потерь мощности и снижению надежности работы и, кроме того, сложность узла пяты, обусловленная сложностью конструкции подпятника.The disadvantage of the above technical solutions is that when the heel assembly with self-aligning thrust bearing segments is created, hydrodynamic pressure is created at which the assembly can be interrupted in the boundary friction mode, which leads to increased knot wear, increased power losses and reduced operation reliability and, in addition, complexity node heel due to the complexity of the design of the thrust bearing.

Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью является создание узла пяты протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя позволяющего достичь технического результата, заключающегося в сокращении потерь мощности на узле пяты, обеспечении режима жидкостного трения при более высоких нагрузках при упрощении конструкции узла.The problem to be solved by the claimed utility model is the creation of a heel unit of the tread protector of a submersible oil-filled electric motor that allows to achieve a technical result consisting in reducing power losses at the heel unit, providing a regime of fluid friction at higher loads while simplifying the design of the unit.

Отличительной особенностью заявляемого решения является обеспечение возможности создания более высоких значений гидродинамического давления в пленке смазки между пятой и подпятником, причем независимо от того на какой из поверхностей трения пары трения узла пяты выполнены спиральные канавки. Спиральные канавки могут быть A distinctive feature of the proposed solution is the ability to create higher values of the hydrodynamic pressure in the lubricant film between the heel and the thrust bearing, and regardless of which of the friction surfaces of the friction pair of the heel assembly, spiral grooves are made. Spiral grooves can be

выполнены на поверхности трения пяты, в этом случае поверхность трения подпятника выполняется плоской и, наоборот, при выполнении спиральных канавок на поверхности подпятника, поверхность трения пяты выполняется плоской. При вращении пяты (в любом случае выполнения спиральных канавок - на поверхностях трения пяты или подпятника) смазка нагнетается в зону спиральной канавки и создается повышенное гидродинамическое давление в пленке смазки в определенной зоне поверхности трения, зависящей от конфигурации канавок. Гидродинамическое давление в этой зоне обуславливает режим жидкостного трения, обеспечивающий работу узла при более высоких нагрузках.made on the friction surface of the heel, in this case, the friction surface of the thrust bearing is flat and, conversely, when making spiral grooves on the surface of the thrust bearing, the friction surface of the heel is flat. When the heel rotates (in any case, the spiral grooves are made on the friction surfaces of the heel or the thrust bearing), the lubricant is injected into the spiral groove zone and increased hydrodynamic pressure is created in the lubricant film in a certain area of the friction surface, which depends on the groove configuration. The hydrodynamic pressure in this zone determines the regime of liquid friction, which ensures the operation of the unit at higher loads.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в узле пяты протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащем пяту, имеющую возможность установки на валу протектора и подпятник, имеющий возможность закрепления в корпусе протектора, в паре трения узла одна из поверхностей трения либо пяты, либо подпятника выполнена со спиральными канавками, соответственно другая поверхность трения либо подпятника, либо пяты выполнена плоской.The essence of the claimed utility model lies in the fact that in the node of the heel of the tread of hydraulic protection of an immersed oil-filled electric motor containing a heel that can be installed on the shaft of the tread and a thrust bearing, which can be fixed in the tread housing, in the friction pair of the node one of the friction surfaces of either the heel or the thrust bearing made with spiral grooves, respectively, the other friction surface of either the thrust bearing or the heel is made flat.

Пята имеет осевое отверстие, через которое проходит вал протектора и закреплена на этом валу, а подпятник, имеющий осевое отверстие, через которое проходит вал, жестко закрепляется в корпусе протектора.The heel has an axial hole through which the tread shaft passes and is fixed on this shaft, and a thrust bearing having an axial hole through which the shaft passes is rigidly fixed in the tread case.

Пара трения выполнена из износостойких материалов, например закаленная сталь, керамика, твердый сплав.The friction pair is made of wear-resistant materials, such as hardened steel, ceramics, hard alloy.

В случае выполнения пары трения из закаленной стали, может быть использована закаленная сталь 40×13.In the case of a friction pair made of hardened steel, 40 × 13 hardened steel may be used.

В случае выполнения пары трения из керамики или твердого сплава, (фиг.1) пята и подпятник содержат металлическую обойму и вкладыш, выполненный из керамики или твердого сплава, расположенный в полости этой обоймы таким образом, что торцевая поверхность вкладыша, образующая рабочую поверхность трения, расположена выше плоскости торцов металлической обоймы. Керамические вкладыши могут быть выполнены, например, из реакционноспеченного карбида кремния. Твердосплавные вкладыши - из твердого сплава ВК-8.In the case of a friction pair made of ceramic or hard alloy, (Fig. 1) the heel and the thrust contain a metal cage and a liner made of ceramic or hard alloy, located in the cavity of this cage so that the end surface of the liner forming the working surface of the friction, located above the plane of the ends of the metal cage. Ceramic liners can be made, for example, of reactive silicon carbide. Tungsten carbide liners are made of hard alloy VK-8.

Кривые, ограничивающие спиральные канавки, имеют вид логарифмической спирали, причем угол между двумя касательными, проведенными в точке начала кривой, ограничивающей спиральную канавку, The curves bounding the spiral grooves are in the form of a logarithmic spiral, and the angle between the two tangents drawn at the origin of the curve bounding the spiral groove,

первая из которых проведена к кривой, ограничивающей канавку, а вторая к одной из окружностей, охватывающих рабочую поверхность пяты одинаков для всех кривых.the first of which is drawn to the curve bounding the groove, and the second to one of the circles covering the working surface of the heel is the same for all curves.

Спиральные канавки могут быть так называемыми «глухими», т.е. закрытыми с одной из сторон, примеры таких канавок, выполненных на рабочей поверхности пяты, представлены на фиг.2а, б. Такие спиральные канавки образованы кривыми, имеющими вид логарифмической спирали и открытыми, (имеющими свободный проход смазки) со стороны внешнего диаметра пяты, а закрытыми (не имеющими свободного прохода смазки) со стороны внутреннего диаметра пяты (см. фиг.2а). Также такие спиральные канавки могут быть выполнены закрытыми со стороны внешнего диаметра пяты, а открытыми со стороны внутреннего диаметра пяты (см. фиг.2б)Spiral grooves can be so-called “blind”, i.e. closed on one side, examples of such grooves made on the working surface of the heel are shown in figa, b. Such spiral grooves are formed by curves having the form of a logarithmic spiral and open (with a free passage of lubricant) on the side of the outer diameter of the heel, and closed (not having a free passage of lubrication) on the side of the inner diameter of the heel (see Fig. 2a). Also, such spiral grooves can be made closed from the outer diameter of the heel, and open from the inner diameter of the heel (see fig.2b)

Спиральные канавки могут быть так называемыми «шевронными», пример выполнения таких канавок представлен на фиг.2в. Такие спиральные канавки ограничены парами кривых сходящихся в одной точке.Spiral grooves can be so-called "chevron", an example of the implementation of such grooves is presented in figv. Such spiral grooves are bounded by pairs of curves converging at one point.

Технический результат, заключающийся в сокращении потерь мощности на узле пяты, обеспечении режима жидкостного трения при более высоких нагрузках при упрощении конструкции узла достигается при любой реализации узла пяты, как в случае выполнения канавок на поверхности трения пяты, а поверхности подпятника плоской, так и, наоборот, в случае выполнения канавок на поверхности трения подпятника, а поверхности пяты плоской.The technical result, which consists in reducing power losses at the heel assembly, providing liquid friction at higher loads while simplifying the assembly design, is achieved with any implementation of the heel assembly, as in the case of grooves on the heel friction surface, and the thrust bearing surface is flat, and vice versa , in the case of grooves on the friction surface of the thrust bearing, and the surface of the heel is flat.

Полезная модель поясняется следующими чертежамиThe utility model is illustrated by the following drawings.

Фиг.1 - сечение узла пяты протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя.Figure 1 - cross section of the heel of the tread of the hydroprotection submersible oil-filled electric motor.

Фиг.2 - Примеры выполнения поверхности трения с канавками:Figure 2 - Examples of the implementation of the friction surface with grooves:

а) Поверхность трения пяты или подпятника с «глухими» канавками, закрытыми со стороны внутреннего диаметра пяты.a) The friction surface of the heel or thrust bearing with "blind" grooves closed on the side of the inner diameter of the heel.

б) Поверхность трения пяты или подпятника с «глухими» канавками, закрытыми со стороны внешнего диаметра пяты.b) The friction surface of the heel or thrust bearing with "blind" grooves closed on the outer diameter of the heel.

в) Поверхность трения пяты или подпятника с «шевронными» канавками.c) The friction surface of the heel or thrust bearing with "chevron" grooves.

Узел пяты протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя, например со спиральными канавками, выполненными на поверхности трения пяты (см. фиг.1) состоит из пяты 1 и подпятника с гладкой рабочей поверхностью 2. На поверхности трения пяты 1 выполнены спиральные канавки 3. Спиральные канавки 3 ограничены кривыми, имеющими вид The node of the tread heel of the hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, for example with spiral grooves made on the friction surface of the heel (see figure 1) consists of a heel 1 and a thrust bearing with a smooth working surface 2. On the friction surface of the heel 1 there are spiral grooves 3. Spiral grooves 3 bounded by curves of the form

логарифмической спирали, причем угол между двумя касательными, проведенными в точке начала кривой, ограничивающей спиральную канавку, первая из которых проведена к кривой, ограничивающей канавку, а вторая к одной из окружностей, охватывающих рабочую поверхность пяты одинаков для всех кривых. Канавки 3, ограниченные кривыми, отвечающими вышеуказанному условию, образуют различные конфигурации на поверхности трения пяты 1. «Глухие» канавки 3, закрытые либо со стороны внутреннего диаметра пяты 1, либо со стороны внешнего диаметра пяты 1, позволяют образоваться зоне повышенного гидродинамического давления 4 на рабочей поверхности пяты 1, в том районе, где канавки не имеют свободного прохода смазки, так как указано на фиг 2а и фиг 2б соответственно. В случае выполнения на рабочей пяте 1 «шевронных» канавок, зона повышенного гидродинамического давления образуется в районе точек схождения кривых ограничивающих канавки, так как указано на фиг.2в. В альтернативном варианте конструкции спиральные канавки 3 выполняются на поверхности трения подпятника 2.a logarithmic spiral, the angle between two tangents drawn at the origin of the curve bounding the spiral groove, the first of which is drawn to the curve bounding the groove, and the second to one of the circles covering the working surface of the heel is the same for all curves. The grooves 3, limited by the curves corresponding to the above condition, form various configurations on the friction surface of the heel 1. The “blind” grooves 3, closed either on the side of the inner diameter of the heel 1 or on the side of the outer diameter of the heel 1, allow the formation of a zone of increased hydrodynamic pressure 4 on the working surface of the heel 1, in the area where the grooves do not have a free passage of lubricant, as indicated in Fig 2A and Fig 2b, respectively. In the case of execution on the working heel 1 "chevron" grooves, a zone of increased hydrodynamic pressure is formed in the region of the points of convergence of the curves of the limiting grooves, as indicated in Fig.2c. In an alternative embodiment, the spiral grooves 3 are made on the friction surface of the thrust bearing 2.

Узел пяты протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя, работает следующим образом.The site of the heel of the tread of the hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, operates as follows.

В случае выполнения поверхности трения пяты со спиральными канавками 3, пята 1 вращаясь на валу, захватывает этими канавками поток смазки в зазор между пятой 1 и подпятником 2 с плоской поверхностью трения. При этом смазка поступает в спиральные канавки 3, и в местах, где конструктивно организованы зоны, затрудняющие проток смазки в пленке смазки, создается повышенное гидродинамическое давление. В случае «глухих» канавок повышенное гидродинамическое давление создается в тех местах, где смазка не имеет свободного прохода, а в случае «шевронных» канавок в местах схождения канавок. Таким образом, в этих местах образуются зоны повышенного давления 4, позволяющие обеспечивать режим жидкостного трения при более высоких нагрузках и сократить потери мощности на узле пяты.In the case of the friction surface of the heel with spiral grooves 3, the heel 1 rotating on the shaft, captures these grooves of the lubricant flow into the gap between the heel 1 and the thrust bearing 2 with a flat friction surface. In this case, the lubricant enters the spiral grooves 3, and in places where the zones that impede the flow of lubricant in the lubricant film are structurally organized, increased hydrodynamic pressure is created. In the case of "blind" grooves, increased hydrodynamic pressure is created in those places where the lubricant does not have a free passage, and in the case of "chevron" grooves in the places where the grooves converge. Thus, in these places high pressure zones 4 are formed, which allow for the provision of fluid friction at higher loads and reduce power losses at the heel assembly.

В случае выполнения пяты с плоской поверхностью трения, пята 1 вращаясь на валу, увлекает слой смазки, прилегающей к ней, в зазор между пятой 1 и подпятником 2 со спиральными канавками 3 на его рабочей поверхности. При этом смазка также поступает в спиральные канавки 3, и в местах, где конструктивно организованы зоны, затрудняющие проток смазки в пленке смазки, создается повышенное гидродинамическое давление. В случае «глухих» канавок повышенное гидродинамическое давление создается в тех In the case of the heel with a flat friction surface, the heel 1, rotating on the shaft, carries the lubricant layer adjacent to it into the gap between the heel 1 and the thrust bearing 2 with spiral grooves 3 on its working surface. In this case, the lubricant also enters the spiral grooves 3, and in places where the zones that impede the flow of lubricant in the lubricant film are structurally organized, increased hydrodynamic pressure is created. In the case of “blind” grooves, increased hydrodynamic pressure is created in those

местах, где смазка не имеет свободного прохода, а в случае «шевронных» канавок в местах схождения канавок. Таким образом, в этих местах образуются зоны повышенного давления 4, позволяющие обеспечивать режим жидкостного трения при более высоких нагрузках и сократить потери мощности на узле пяты.places where the grease does not have free passage, and in the case of "chevron" grooves in the places of convergence of the grooves. Thus, in these places high pressure zones 4 are formed, which allow for the provision of fluid friction at higher loads and reduce power losses at the heel assembly.

Упрощение конструкции узла пяты очевидно, так как пята и подпятник могут состоять из одной детали простой геометрической формы. Процесс нанесения спиральных канавок на торцовые поверхности деталей не вызывает затруднений и может быть осуществлен механически, химическим или электрохимическим методами или путем обработки поверхности лазером.Simplification of the design of the heel assembly is obvious, since the heel and the thrust can consist of one part of a simple geometric shape. The process of applying spiral grooves to the end surfaces of the parts is not difficult and can be carried out mechanically, chemically or electrochemically or by surface treatment with a laser.

Claims

1. The node of the heel of the tread of hydraulic protection of an immersion oil-filled electric motor containing a heel that can be installed on the tread shaft, and a thrust bearing that can be mounted in the tread housing, characterized in that in the pair of friction of the heel node one of the friction surfaces of either the heel or the thrust bearing is made with spiral grooves, respectively, the other friction surface of either the thrust bearing or the heel is made flat.

2. The heel assembly according to claim 1, characterized in that the friction pair is made of wear-resistant material.

3. The heel assembly according to claim 2, characterized in that the wear-resistant material is hardened steel.

4. The heel assembly according to claim 2, characterized in that the wear-resistant material is ceramic.

6. The heel node according to claim 2, characterized in that the wear-resistant material is a hard alloy.

7. The heel node according to claim 1, characterized in that the curves defining the spiral grooves are in the form of a logarithmic spiral.

8. The heel node according to claim 7, characterized in that the angle between two tangents drawn at the origin of the curve bounding the spiral groove, the first of which is drawn to the curve bounding the groove, and the second to one of the circles covering the working surface of the heel, same for all curves.

9. The heel assembly according to claim 7, characterized in that the spiral grooves are made closed from the side of the inner diameter of the heel, and open from the side of the outer diameter of the heel.

10. The heel node according to claim 7, characterized in that the spiral grooves are made open from the side of the inner diameter of the heel, and closed from the side of the outer diameter of the heel.

11. The heel node according to claim 7, characterized in that the spiral grooves are limited by pairs of curves converging at one point.