МУФТА ПУСКОВАЯ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности в погружном оборудовании скважин, а также в других отраслях промышленности в приводах машин и механизмов.

Известны фрикционные сцепные муфты, служащие для плавного сцепления валов под нагрузкой (см. B.C.Поляков и др. Справочник по муфтам. 1979 г., стр.142). Фрикционные муфты передают крутящий момент от ведущего вала к ведомому за счет сил трения, создаваемых на контактных поверхностях сцепляющихся частей муфты. Включение муфты производится прижатием друг к другу указанных поверхностей, а выключение - их разъединением.

Применение данных муфт в ряде случаев, когда необходимо передавать значительный крутящий момент при малых диаметральных габаритах, например в приводе погружного электронасоса, ограничено. Кроме того, при запуске исполнительного механизма в ряде случаев возникают динамические крутящие моменты и моменты от сил трения, превосходящие по величине номинальные крутящие моменты, в этом случае расчетной силы трения на контактных поверхностях может оказаться недостаточно для передачи крутящего момента и соединения ведущего и ведомого валов может не произойти.

Наиболее близким техническим решением является пусковая муфта, содержащая две соосно установленные полумуфты, первая полумуфта выполнена в виде винтового вала, полумуфты соединены ползуном, связанным с первой полумуфтой посредством винтового соединения, а со второй - посредством подвижных подпружиненных упоров (собачек), установленных на ползуне. Ползун имеет возможность продольного перемещения относительно полумуфт. Полумуфта, выполненная в виде винтового вала, является ведомой. Вторая полумуфта является ведущей и содержит зубчатое колесо и храповое колесо с внутренними зубьями. Храповое колесо входит в зацепление с ползуном посредством собачек (см. С.Н.Кожевников, Я.И.Есиненко, Я.М.Раскин. Механизмы. Справочное пособие. Под ред. чл. кор. АН УССР С.Н.Кожевникова. Изд. 4., М.: Машиностроение, 1976, стр.396-397, рис.6.41). Соединение валов надежное, жесткое, обеспечивается с задержкой по отношению к моменту пуска электродвигателя.

Однако данная конструкция пусковой муфты не обеспечивает плавности передачи крутящего момента при соединении ведущего и ведомого валов, а также не обеспечивает возможность передачи крутящего момента, превышающего момент на валу электродвигателя во время его запуска. Это, например, в случае заклинивания погружного электронасоса во время его запуска, влечет за собой большие материальные затраты, связанные с подъемом оборудования из скважины, с его заменой и последующим спуском.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей пусковой муфты.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей пусковой муфты за счет обеспечения плавности передачи крутящего момента при соединении ведущего и ведомого валов, а также за счет обеспечения возможности передачи момента, превышающего крутящий момент на валу электродвигателя при пуске исполнительного механизма, и соответственно облегчении запуска приводного двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что в муфте пусковой, содержащей соосно установленные первую и вторую полумуфты, первая полумуфта выполнена в виде винтового вала, полумуфты соединены ползуном, связанным с первой полумуфтой посредством винтового соединения, а со второй - посредством подвижного подпружиненного упора, установленного на ползуне, полумуфты размещены в корпусе, содержащем продольные размещенные на его внутренней цилиндрической поверхности неподвижные упоры, вторая полумуфта представляет собой цилиндрический стакан с прорезью, выполненной в нем под углом к образующей, подвижный упор находится в зацеплении с прорезью и имеет возможность взаимодействия с неподвижными упорами, причем первая полумуфта является ведущей, а вторая - ведомой.

В муфте пусковой цилиндрический стакан второй полумуфты может содержать две или более прорези, выполненные в нем под углом к образующей стакана, а ползун содержит соответствующее количество подвижных упоров, находящихся в зацеплении с прорезями и имеющих возможность взаимодействия с неподвижными упорами корпуса.

В муфте пусковой каждый подвижный упор может быть установлен на одном из плеч рычага, закрепленного на ползуне, на другом плече которого установлен противовес.

Муфта пусковая может содержать упругий элемент кручения, присоединенный к выходу второй полумуфты.

Муфта пусковая может содержать упругие элементы, например пружины сжатия, установленные между торцевыми поверхностями ползуна и торцевыми поверхностями полумуфт.

Муфта пусковая может содержать упорный подшипник, установленный между торцевой поверхностью второй полумуфты и упругим элементом.

Муфта пусковая, содержащая ползун, кинематически связанный с первой полумуфтой, выполненной в виде винтового вала, и со второй полумуфтой, представляющей собой цилиндрический стакан с прорезью, выполненной в нем под углом к образующей, посредством подпружиненного подвижного упора, находящегося в зацеплении с прорезью второй полумуфты и с одним из продольных расположенных на внутренней поверхности корпуса муфты неподвижных упоров, представляет собой комбинированный механизм, состоящий из винтового и клинового механизмов, повышающий крутящий момент приводного двигателя во время его запуска.

Рычаги, закрепленные на ползуне, на одном из плеч которых установлен подвижный упор, а на другом плече - противовес, обеспечивают выход из зацепления подвижного упора с неподвижным упором корпуса при страгивании погружного насоса.

Упругий элемент кручения, присоединенный к выходу второй полумуфты, выполняет функцию демпфирующего элемента, обеспечивающего плавность соединения валов.

Упругие элементы, например пружины сжатия, установленные между торцевыми поверхностями ползуна и торцевыми поверхностями полумуфт, позволяют производить плавное сцепление ведущего и ведомого валов.

Упорные подшипники, установленные между торцевыми поверхностями полумуфт и упругими элементами, повышают долговечность муфты.

Изобретение позволяет обеспечить плавность передачи крутящего момента при соединении ведущего и ведомого валов, а также облегчить запуск приводного двигателя за счет увеличения пусковой муфтой крутящего момента электродвигателя во время его запуска до величины пускового крутящего момента исполнительного механизма.

На Фиг.1 приведен чертеж муфты пусковой, разрез.

На Фиг.2 приведен чертеж муфты пусковой, вид сверху, разрез.

На Фиг.3 приведен чертеж ползуна в сборе, изометрия.

На Фиг.4 приведен чертеж цилиндрического стакана второй полумуфты с прорезями, выполненными в нем под углом к образующей, изометрия, разрез.

Муфта пусковая содержит (см. Фиг.1) первую и вторую соосно установленные полумуфты 1 и 2, первая полумуфта 1 является ведущей, а вторая 2 - ведомой. Первая полумуфта 1 выполнена в виде винтового вала 3. Полумуфты 1 и 2 соединены ползуном 4, связанным с первой полумуфтой 1 посредством винтового соединения, а со второй - посредством подвижных упоров 5, установленных на ползуне 4. Полумуфты 1 и 2 размещены в корпусе 6, содержащем продольные, диаметрально противоположно расположенные на внутренней цилиндрической поверхности неподвижные упоры 7. Вторая полумуфта 2 представляет собой цилиндрический стакан 8 с двумя прорезями 9 (см. Фиг.1, 4), выполненными в его стенках под углом к образующей и диаметрально противоположно. Подвижные упоры 5 находятся в зацеплении с прорезями 9 второй полумуфты 2, а также имеют возможность взаимодействия с неподвижными упорами 7 корпуса муфты. Каждый упор 5 (см. Фиг.3) установлен подвижно на одном из плеч соответствующего рычага 10, закрепленного на ползуне 4, на другом плече которого установлен противовес 11. Рычаг 10 снабжен пружиной кручения 12, подпружинивающей подвижный упор 5.

Между торцевыми поверхностями ползуна 4 и торцевыми поверхностями полумуфт 1 и 2 установлены пружины 13 и 14.

Между внутренней торцевой поверхностью полумуфты 2 и пружиной 14 установлен упорный подшипник 15.

Полумуфты 1 и 2 установлены в корпусе 6 на подшипниках 16 и 17 соответственно.

В качестве демпфирующего элемента, обеспечивающего плавность соединения валов, может быть использован упругий элемент кручения, например гибкий вал.

Муфта пусковая устанавливается в погружном оборудовании нефтяных скважин между погружным электродвигателем и центробежным или винтовым погружным насосом. Электрический двигатель подключается к ведущей полумуфте 1. Погружной насос, например центробежный, подключается к ведомой полумуфте 2. При включении электродвигателя ползун 4, представляющий собой гайку, начинает сворачиваться с винтового вала 3, подвижные упоры 5 ползуна 4 находятся в зацеплении с прорезями 9 стакана 8, а под действием момента сопротивления погружного насоса - с неподвижными упорами 7 корпуса муфты, за счет чего ползун 4 начинает перемещаться вдоль неподвижных упоров 7 без вращения.

Подвижные упоры 5, перемещаясь вдоль неподвижных упоров 7 за счет винтового механизма, образованного винтовым валом 3 и ползуном 4, разворачивают стакан 8 на угол, соответствующий положению подвижного упора в прорезях 9 и жесткости вала, подключенного к ведомой полумуфте. Подвижные упоры 5, находящиеся в зацеплении с прорезями 9 и с продольными, диаметрально расположенными на внутренней поверхности корпуса муфты, неподвижными упорами 7, образуют клиновой механизм, увеличивающий крутящий момент на ведомом валу.

При достижении на ведущем валу крутящего момента, равного пусковому моменту насоса, последний страгивается, силовое воздействие подвижных упоров 5 на неподвижные упоры 7 прекращается и ведомая полумуфта 2 начинает вращаться с угловой скоростью, равной скорости вращения приводного электродвигателя. Подвижные упоры 5, находящиеся в зацеплении с прорезями 9 полумуфты 2, в начале движения по окружности скользят по корпусу 6, задевая неподвижные упоры 7. Так как подвижные упоры 5 подпружинены и подвижны, они наезжают на пологую часть (см. Фиг.2) неподвижных упоров 7 и затем соскальзывают. При этом под действием центробежной силы противовесы 11 через рычаги 10 выводят подвижные упоры 5 из зацепления с неподвижными упорами 7, а ползун 4 и полумуфта 1 начинают вращаться вместе с полумуфтой 2 без сопротивления. Таким образом, муфта выходит в номинальный режим работы.

При остановке двигателя происходит возврат муфты пусковой в исходное положение. Это достигается тем, что угол наклона винтовой линии резьбы винтового вала 3 больше угла трения. При этом под действием пружины 14 происходит возврат ползуна 4 в начало прорезей 9 и поворот вала ведущей полумуфты и соответственно выключенного электродвигателя в сторону обратную направлению рабочего вращения.

Таким образом, изобретение позволяет обеспечить плавность передачи крутящего момента при соединении ведущего и ведомого валов и получить пусковой крутящий момент на ведомом валу муфты, превышающий крутящий момент на валу электродвигателя в момент его запуска.