RU2787446C1 - Downhole vane pump - Google Patents
Downhole vane pump Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787446C1 RU2787446C1 RU2022118215A RU2022118215A RU2787446C1 RU 2787446 C1 RU2787446 C1 RU 2787446C1 RU 2022118215 A RU2022118215 A RU 2022118215A RU 2022118215 A RU2022118215 A RU 2022118215A RU 2787446 C1 RU2787446 C1 RU 2787446C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bearing
- cylindrical surface
- bushing
- liner
- pump according
- Prior art date
Links
- 230000037250 Clearance Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000035512 clearance Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 8
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- 102200129688 ETFDH F16C Human genes 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 241000825560 Carbula Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в конструкции радиальных подшипниковых опор многоступенчатых лопастных насосов.The invention relates to petroleum engineering and can be used in the design of radial bearing supports of multistage vane pumps.
Известен скважинный центробежный насос, имеющий соответствующую систему радиальных подшипников. Совместимые радиальные подшипники в соответствии с настоящим изобретением используют жидкостную камеру переменного размера между неподвижным корпусом подшипника и отверстием, в которое он установлен. Эти изменяемые жидкостные камеры могут быть образованы эластомерными элементами, такими как уплотнительные кольца, которые установлены с наружной стороны корпуса подшипника. Размер изменяемой жидкостной камеры, а также находящаяся в ней жидкость служат для гашения вибрации и механических ударов по компонентам подшипника. Такое гашение вибрации и ударов облегчает использование керамических компонентов в подшипниковой системе (по патенту US5209577, кл. F16C 53/10, опубл. 11.05.93).Known downhole centrifugal pump having an appropriate system of radial bearings. Compatible radial bearings in accordance with the present invention use a fluid chamber of varying size between the stationary bearing housing and the bore in which it is installed. These variable fluid chambers may be formed by elastomeric elements, such as O-rings, which are mounted on the outside of the bearing housing. The size of the variable fluid chamber and the fluid it contains serve to dampen vibration and mechanical shock to the bearing components. Such damping of vibration and shock facilitates the use of ceramic components in the bearing system (according to the patent US5209577, class F16C 53/10, publ. 11.05.93).
Недостатком данного решения является наличие зазора в подшипнике между втулкой, установленной на валу, и корпусом подшипника. Под действием неуравновешенных масс роторов возникает прецессия вала в опорах и вибрация. Эластомерные элементы в радиальных подшипниках лишь частично гасят эти колебания, но не уменьшают прецессию и амплитуду колебаний. То есть данное техническое решение направлено на борьбу со следствием, а не с причиной возникновения колебаний.The disadvantage of this solution is the presence of a gap in the bearing between the sleeve mounted on the shaft and the bearing housing. Under the action of unbalanced masses of the rotors, the shaft precession in the supports and vibration occurs. Elastomeric elements in radial bearings only partially dampen these oscillations, but do not reduce the precession and amplitude of oscillations. That is, this technical solution is aimed at combating the consequence, and not the cause of the oscillations.
Известен насос, содержащий корпус, вал, крыльчатки, защитные втулки, пакеты уплотнительных колец, выполненных из упругодеформируемого материала, сечение которых представляет собой полый усеченный конус, согласно полезной модели, снабжен грундбуксами. Причем уплотнительные упругодеформируемые кольца пакетов вместе с валом образуют подшипники скольжения, при этом на внутренней цилиндрической поверхности уплотнительных колец, кроме крайних, выполнены, как минимум, три полукруглых канавки. Все уплотнительные кольца, кроме крайних, соединены между собой штифтом, а крайние уплотнительные кольца пакетов выполнены из эластичного резиноподобного износостойкого материала и являются уплотнениями вала (по патенту RU73410, кл. F04D 13/06, опубл. 20.05.08).Known pump containing a housing, a shaft, impellers, protective bushings, packages of sealing rings made of elastically deformable material, the cross section of which is a hollow truncated cone, according to the utility model, is equipped with bottom boxes. Moreover, the sealing elastically deformable rings of the packages together with the shaft form plain bearings, while on the inner cylindrical surface of the sealing rings, in addition to the extreme ones, at least three semicircular grooves are made. All sealing rings, except for the outer ones, are interconnected by a pin, and the outer sealing rings of the packages are made of elastic rubber-like wear-resistant material and are shaft seals (according to patent RU73410, class F04D 13/06, publ. 20.05.08).
Недостатком подшипников, используемых в насосе, является большая площадь контакта крайних колец и пакета колец с защитной втулкой, что увеличивает трение, затрудняет смазку и теплоотвод.The disadvantage of the bearings used in the pump is the large contact area of the outer rings and the package of rings with a protective sleeve, which increases friction, makes lubrication and heat removal difficult.
Известен подшипник скольжения, который содержит вал и корпус со смазочными отверстиями и равномерно расположенными по окружности между валом и корпусом карманами, герметизируемыми по периметру упругоэластичными уплотнениями. С целью обеспечения самоцентрирования и повышения КПД, упругоэластичные уплотнения карманов выполнены с утолщениями в местах стыка аксиальных и окружных элементов и установлены в пазах вала (по патенту SU1064063, кл. F16C 32/06, опубл. 30.12.83).Known bearing, which contains a shaft and a housing with lubrication holes and evenly spaced around the circumference between the shaft and the housing pockets, sealed around the perimeter of elastic seals. In order to ensure self-centering and increase efficiency, elastic pocket seals are made with thickenings at the junction of axial and circumferential elements and are installed in the grooves of the shaft (according to patent SU1064063, class F16C 32/06, publ. 12/30/83).
Недостатком данного решения является сложность точного изготовления канавки на валу и упругоэластичного уплотнения. Кроме того упругоэластичный элемент устанавливается без предварительного сжатия с большим зазором между корпусом и валом, поэтому самоцентрирование подшипника сильно зависит от герметичности карманов, образованных упругоэластичным элементом между корпусом и валом. При повреждении элемента, например при монтаже или продуктами износа во время эксплуатации, появляется радиальное биение вала, что негативно скажется на работоспособности и ресурсе изделия, в котором применяется данный подшипник. The disadvantage of this solution is the difficulty of accurately manufacturing the groove on the shaft and the elastic seal. In addition, the elastic element is installed without pre-compression with a large gap between the housing and the shaft, so the self-centering of the bearing is highly dependent on the tightness of the pockets formed by the elastic element between the housing and the shaft. If the element is damaged, for example, during installation or wear products during operation, a radial runout of the shaft appears, which will adversely affect the performance and service life of the product in which this bearing is used.
Наиболее близким техническим решением является способ восприятия радиальной нагрузки при вращении, который заключается в установке между коаксиальными цилиндрическими поверхностями, совершающими вращательное движение относительно друг друга и общей оси, по меньшей мере, одного полимерного волнообразного кольца. При этом кольцо находится в упруго сжатом состоянии относительно цилиндрических поверхностей. Также предлагается подшипник скольжения, в котором реализован данный способ. Подшипник состоит из корпуса и втулки, между коаксиальными цилиндрическими поверхностями которых установлено, по меньшей мере, одно полимерное волнообразное кольцо. При этом кольцо находится в упруго сжатом состоянии относительно цилиндрических поверхностей (по патенту RU2763763, кл. F16C 17/02, F16C 27/06, опубл. 10.01.22).The closest technical solution is a method of perceiving a radial load during rotation, which consists in installing at least one polymer wave-like ring between coaxial cylindrical surfaces that perform rotational movement relative to each other and a common axis. In this case, the ring is in an elastically compressed state relative to the cylindrical surfaces. A sliding bearing is also proposed, in which this method is implemented. The bearing consists of a housing and a bushing, between the coaxial cylindrical surfaces of which at least one polymer wave-like ring is installed. In this case, the ring is in an elastically compressed state relative to cylindrical surfaces (according to the patent RU2763763, class F16C 17/02, F16C 27/06, publ. 10.01.22).
Недостатком данного решения является то, что при работе такого подшипника, например, в составе погружного лопастного насоса, содержащиеся в перекачиваемой насосом среде механические примеси (песок, частицы износа, пропант и т.п.) будут скапливаться в зазоре между втулкой и корпусом подшипника за кольцом. Это приведёт к повышенному износу подшипника, а также к его нагреву и разрушению.The disadvantage of this solution is that during operation of such a bearing, for example, as part of a submersible vane pump, the mechanical impurities contained in the medium pumped by the pump (sand, wear particles, proppant, etc.) will accumulate in the gap between the sleeve and the bearing housing behind ring. This will lead to increased wear of the bearing, as well as to its heating and destruction.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении надежной работы и повышении ресурса радиального подшипника скольжения скважинного лопастного насоса при перекачивании жидкости, содержащей механические примеси, снижение прецессии вала в опорах и вибрации.The technical result to which the present invention is directed is to ensure reliable operation and increase the resource of the radial plain bearing of a downhole vane pump when pumping a liquid containing mechanical impurities, reducing the shaft precession in the bearings and vibration.
Указанный технический результат достигается тем, что скважинный лопастной насос состоит из основания и головки, соединенных корпусом, внутри в подшипниковых опорах установлен вал и рабочие органы, каждая подшипниковая опора представляет собой подшипник скольжения, состоящий из неподвижного вкладыша с установленной внутри него с радиальным зазором и закрепленной на валу втулкой, на внешней цилиндрической поверхности втулки выполнена волнообразная канавка, в которую установлено полимерное кольцо с упругими свойствами, поджатое внутренней цилиндрической поверхностью вкладыша, и отличается тем, что на внешней цилиндрической поверхности втулки выполнена, по меньшей мере, одна дополнительная канавка, обеспечивающая прохождение жидкости через подшипник под полимерным кольцом с упругими свойствами.The specified technical result is achieved by the fact that the borehole vane pump consists of a base and a head connected by a housing, a shaft and working bodies are installed inside the bearing supports, each bearing support is a sliding bearing, consisting of a fixed liner with a radial clearance installed inside it and fixed on the shaft by a bushing, on the outer cylindrical surface of the bushing there is a wavy groove, in which a polymeric ring with elastic properties is installed, pressed by the inner cylindrical surface of the bushing, and differs in that at least one additional groove is made on the outer cylindrical surface of the bushing, ensuring the passage liquids through the bearing under the polymer ring with elastic properties.
Кроме того, каждая дополнительная канавка может быть выполнена под углом к оси подшипника.In addition, each additional groove can be made at an angle to the bearing axis.
Кроме того, на внешней цилиндрической поверхности втулки может быть выполнена по окружности канавка, глубина которой превышает глубину волнообразной канавки.In addition, on the outer cylindrical surface of the sleeve, a groove can be made along the circumference, the depth of which exceeds the depth of the wavy groove.
Кроме того, на внешней цилиндрической поверхности втулки в местах пересечения волнообразной канавки и дополнительных канавок могут быть выполнены глухие отверстия, глубина которых превышает глубину волнообразной канавки.In addition, on the outer cylindrical surface of the sleeve at the intersection of the wavy groove and additional grooves, blind holes can be made, the depth of which exceeds the depth of the wavy groove.
Кроме того, длина втулки может быть меньше длины вкладыша;In addition, the length of the sleeve may be less than the length of the liner;
Кроме того, вкладыш может быть выполнен из материала с твердостью не менее 55 HRC, например, из закалённой стали, твёрдого сплава, керамики, карбула.In addition, the insert can be made of a material with a hardness of at least 55 HRC, such as hardened steel, carbide, ceramic, carbula.
Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами:The present invention is illustrated by the following drawings:
Фиг. 1 – скважинный лопастной насос;Fig. 1 - borehole vane pump;
Фиг. 2 – подшипник скольжения;Fig. 2 - plain bearing;
Фиг. 3 – подшипник скольжения в разобранном состоянии;Fig. 3 - plain bearing in a disassembled state;
Фиг. 4 – втулка подшипника с окружной канавкой;Fig. 4 - bearing sleeve with circumferential groove;
Фиг. 5 – втулка подшипника с глухими отверстиями;Fig. 5 - bearing sleeve with blind holes;
Фиг. 6 – подшипник скольжения, у которого длина втулки меньше длины вкладыша;Fig. 6 - plain bearing, in which the length of the sleeve is less than the length of the liner;
Фиг. 7 – пример выполнения втулки.Fig. 7 - an example of the implementation of the sleeve.
Скважинный лопастной насос (фиг. 1) состоит из основания 1 и головки 2, соединенных корпусом 3. Внутри в подшипниковых опорах 4 установлен вал 5 и рабочие органы, представляющие собой последовательно установленные рабочие колеса 6, закрепленные на валу 5, и направляющие аппараты 7, установленные в корпусе 3. A downhole vane pump (Fig. 1) consists of a
Каждая подшипниковая опора 4 представляет собой радиальный подшипник скольжения (фиг. 2), состоящий из вкладыша 8 и установленной внутри него с радиальным зазором втулки 9. В отверстии втулки 9 выполнен шпоночный паз 10 для закрепления на валу 5.Each
На внешней цилиндрической поверхности втулки 9 (фиг. 3) выполнена волнообразная канавка 11, в которую установлено полимерное кольцо 12 с упругими свойствами. На внешней поверхности втулки выполнены под углом к оси подшипника дополнительные канавки 13, обеспечивающие прохождение жидкости через подшипник под полимерным кольцом за счет того, что глубина дополнительных канавок 13 больше, чем глубина волнообразной канавки 11.On the outer cylindrical surface of the sleeve 9 (Fig. 3) made a wave-
Для большей прочности втулки 9 и обеспечения прохождения жидкости под кольцом на внешней поверхности втулки 9 может быть выполнена по окружности канавка 14 (фиг. 4), глубина которой превышает глубину волнообразной канавки 11. С той же целью на внешней цилиндрической поверхности втулки 9 в местах пересечения волнообразной канавки 11 и дополнительных канавок 13 могут быть выполнены глухие отверстия 15 (фиг. 5), глубина которых превышает глубину волнообразной канавки.For greater strength of the
Для обеспечения лучшего вымывания механических примесей и охлаждения подшипника длина L1 втулки 9 (фиг. 6) должна быть меньше длины L2 вкладыша 8. Это позволит увеличить скорость жидкости на выходе из втулки. To ensure better leaching of mechanical impurities and cooling the bearing, the length L 1 of the sleeve 9 (Fig. 6) should be less than the length L 2 of the
Применение.Application.
Скважинный лопастной насос используется для добычи пластовой жидкости из скважины в составе погружной установки, которая включает в себя также погружной электродвигатель (ПЭД), гидрозащиту и различные предвключенные устройства. Питание ПЭД осуществляется по кабелю. ПЭД передает крутящий момент на вал 5 насоса и рабочие колёса 6, которые обеспечивают создание напора. Направляющие аппараты 7 направляют поток на вход рабочих колёс 6.A downhole vane pump is used to produce reservoir fluid from a well as part of a submersible unit, which also includes a submersible electric motor (SEM), hydraulic protection and various upstream devices. The SEM is powered by a cable. The SEM transmits torque to the
Подшипниковые опоры 4 работают в среде пластовой жидкости, содержащей механические примеси, песок, пропант, химически агрессивные соединения. Применение полимерного кольца 12 с упругими свойствами, установленного на втулке для восприятия радиальной нагрузки при вращении в подшипниковой опоре 4 в качестве одного из её элементов повышает надежность работы и ресурс за счет свойств полимерного материала, который обладает высокой твердостью, эластичностью и износостойкостью. В результате чего снижается износ, прецессия вала и вибрации. Bearing supports 4 operate in a reservoir fluid containing mechanical impurities, sand, proppant, and chemically aggressive compounds. The use of a
Наличие дополнительных канавок 13 обеспечивают перекачивание жидкости через радиальные подшипники, вымывая из зазора между втулкой 9 и вкладышем 8 механические примеси, и тем самым уменьшают износ и способствуют охлаждению. Для большей эффективности этого процесса целесообразно чтобы втулка имела меньшую длину, чем вкладыш 8. Это позволяет увеличить скорость жидкости, проходящей через подшипник, и, как следствие, способствует лучшему вымыванию мехпримесей и охлаждению.The presence of
Для лучшего перекачивания жидкости через подшипник дополнительные канавки 13 целесообразно выполнить под углом к оси подшипника. Условием обеспечения возможности перекачивания жидкости через подшипник является то, что глубина дополнительных канавок 13 должна быть больше, чем глубина волнообразной канавки 11, чтобы жидкость могла проходить под полимерным кольцом 12. Кроме того, для лучшего прохождения жидкости под полимерным кольцом во втулке 9 может быть выполнена окружная канавка 14, глубина которой превышает глубину волнообразной канавки 11, или глухие отверстия 15, глубина которых также должна превышать глубину волнообразной канавки. В этом случае дополнительные канавки 13 можно выполнить меньшей или такой же глубины как и волнообразная канавка 11, что положительно скажется на прочности втулки 9.For better pumping of fluid through the bearing,
Выполнение вкладыша 8 из материала, имеющего твердость не менее 55 HRC, позволяет повысить его износостойкость при работе с постоянным выносом мехпримесей. В качестве такого материала могут быть использованы закаленные стали, твёрдый сплав, керамика или карбул, которые также имеют высокую температуростойкость. The execution of the
Таким образом, решения, используемые в изобретении, обеспечивают надежную работу и повышают ресурс радиального подшипника скольжения скважинного лопастного насоса в условиях выноса механических примесей, снижают прецессию вала в опорах и вибрации, и тем самым обеспечивают достижение технического результата.Thus, the solutions used in the invention provide reliable operation and increase the service life of the radial plain bearing of a downhole vane pump under conditions of removal of mechanical impurities, reduce shaft precession in the bearings and vibration, and thereby ensure the achievement of a technical result.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2023/000019 WO2024010487A1 (en) | 2022-07-05 | 2023-01-24 | Downhole rotary vane pump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2787446C1 true RU2787446C1 (en) | 2023-01-09 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU620673A1 (en) * | 1977-02-16 | 1978-08-25 | Предприятие П/Я Р-6639 | Centrifugal pump |
SU1064063A1 (en) * | 1975-01-20 | 1983-12-30 | Vladimirov Porfirij S | Sliding bearing |
US4663810A (en) * | 1985-01-07 | 1987-05-12 | The B. F. Goodrich Company | Method for fabricating an elastomeric bearing assembly |
RU2395011C1 (en) * | 2008-12-05 | 2010-07-20 | Юрий Викторович Федоров | Friction pair in submersible radial flow pump stage |
RU2398975C2 (en) * | 2008-08-04 | 2010-09-10 | Игорь Иванович Белоконь | Unit of journal plain bearing |
RU2763763C1 (en) * | 2021-09-09 | 2022-01-10 | Иван Соломонович Пятов | Method for perception of radial load during rotation and sliding bearing by this method |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1064063A1 (en) * | 1975-01-20 | 1983-12-30 | Vladimirov Porfirij S | Sliding bearing |
SU620673A1 (en) * | 1977-02-16 | 1978-08-25 | Предприятие П/Я Р-6639 | Centrifugal pump |
US4663810A (en) * | 1985-01-07 | 1987-05-12 | The B. F. Goodrich Company | Method for fabricating an elastomeric bearing assembly |
RU2398975C2 (en) * | 2008-08-04 | 2010-09-10 | Игорь Иванович Белоконь | Unit of journal plain bearing |
RU2395011C1 (en) * | 2008-12-05 | 2010-07-20 | Юрий Викторович Федоров | Friction pair in submersible radial flow pump stage |
RU2763763C1 (en) * | 2021-09-09 | 2022-01-10 | Иван Соломонович Пятов | Method for perception of radial load during rotation and sliding bearing by this method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5951169A (en) | Thrust bearing | |
US6036435A (en) | Thrust bearing | |
US3953150A (en) | Impeller apparatus | |
US7731476B2 (en) | Method and device for reducing axial thrust and radial oscillations and rotary machines using same | |
CA2934477C (en) | Multistage centrifugal pump with integral abrasion-resistant axial thrust bearings | |
US20160097457A1 (en) | Self-pumping hydrodynamic mechanical seal | |
CN203822685U (en) | Fluoroplastic magnetic drive pump capable of approximate zero inner leakage | |
CN203670229U (en) | Magnetic drive pump resistant to corrosion and dry grinding | |
RU2787446C1 (en) | Downhole vane pump | |
US12209585B2 (en) | Method and apparatus for an end seal for increasing efficiency of a submersible multistage labyrinth-screw pump | |
RU2726977C1 (en) | Submersible multistage centrifugal pump | |
WO2024010487A1 (en) | Downhole rotary vane pump | |
RU2328624C1 (en) | Submerged multi-stage centrifugal pump | |
RU202692U1 (en) | SUBMERSIBLE SUBMERSIBLE BOREHOLE CENTRIFUGAL PUMP WITH COMPRESSION DIAGRAM ASSEMBLY | |
CN203822650U (en) | Dry milling resistant fluoroplastic magnetic drive pump | |
RU2294458C1 (en) | Multistage submersible centrifugal pump (versions) | |
EP3436703B1 (en) | Impeller-type liquid ring compressor | |
GB2438702A (en) | Efficiency maintenance apparatus for a mechanical assembly | |
RU2296244C1 (en) | Device for cooling and protection of end seal of submersible electric motor from hard particles | |
RU2776611C1 (en) | Slotted seal of the centrifugal pump stage | |
CN203476723U (en) | Magnetic pump with improved structure | |
RU2249129C2 (en) | Multistage submersible centrifugal pump with end face self-adjusting seal | |
RU2324081C2 (en) | Sliding bearing | |
RU168011U1 (en) | SINGLE AUGER PUMP PUMP | |
RU2250392C2 (en) | Submersible multi-stage centrifugal pump with radial-thrust bearings |