Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5д 4 Н 02 К 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3569474/24-07 (22) 29.03.83 (46) 15.05.87. Бюл. № 18 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного объединения «Потенциал» (72) В. Д. Резников (53) 621.313.39 (088.8) (56) Патент США № 3854064, кл. 310 — 87, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 792492, кл. Н 02 К 5/12, 1978. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО

МАСЛОЗАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее вал, опирающийся на подшипники, сообщающиеся между собой камеры, расположенные в осевом направлении вдоль вала, из которых одна сообщена с затрубным пространством и заполнена пластовой жидкостью, а другая заполнена барьерной жидкостью, торцовое уплотнение, установленное на границе раздела сред пластовая — барьерная жидкость, ÄÄSUÄÄ 1310952 А ) вращающееся кольцо которого находится со стороны камеры, сообщающейся с затрубным пространством, и цилиндр, установленный на валу в камере, заполненной барьерной жидкостью, имеющий отверстие в нижней своей части и образующий с валом кольцевой канал, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности гидрозащиты . путем исключения перекачивания торцовым уплотнением жидкости от периферии к центру, во вращающемся кольце торцового уплотнения выполнен по крайней мере один радиальный канал, соединяющий кольцевой канал с камерой, сообщающейся с затрубным пространством, при этом на одном из концов упомянутого канала установлен клапан, а в кольцевом ка- Я нале на поверхности преимущественно цилиндра выполнена винтовая нарезка.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый клапан выполнен в виде конической шайбы, установленной с возможностью осевого перемещения на вращаю- ф щемся кольце торцового уплотнения, охватывающей вращающееся кольцо и закрывающей радиальный канал. СО

1310952

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в погружных маслозаполненных электродвигателях, предназначенных для привода скважинных насосов, и предназначено для предотвращения попадания пластовой жидкости в полость электродвигателя.

Известно устройство для гидравлической зашиты маслонаполненного погружного электродвигателя, содержащее вал, торцовые уплотнения и корпус. Корпус и торцовые уплотнения образуют три последовательно расположенные вдоль вала камеры, сообшаюшиеся между собой с помощью трубок. Нижняя и средняя камеры заполнены рабочей жидкостью электродвигателя, а верхняя заполнена барьерной жидкостью.

Недостатком известного устройства является низкая надежность, обусловленная расходным принципом гидрозатвора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для гидравлической заШиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее вал, опирающийся на подшипники, сообщающиеся между собой камеры, расположенные в осевом направлении вдоль вала, из которых одна сообщена с затрубным пространством и заполнена пластовой жидкостью, а другая заполнена барьерной жидкостью, торцовое уплотнение, установленное на границе раздела сред пластовая— барьерная жидкость, вращающееся кольцо которого находится со стороны камеры, сообщающейся с затрубным пространством, и цилиндр, установленный на валу в камере, заполненной барьерной жидкостью, имеющий отверстие в нижней своей части и образующий с валом кольцевой канал.

Недостатком данного устройства является невысокая надежность работы торцового уплотнения, расположенного на границе сред барьерная — пластовая жидкость, и, как следствие, ненадежность работы гидрозашиты электродвигателя в целом.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в процессе работы торцовое уплотнение перекачивает жидкость как от центра к периферии, так и от периферии к центру. При перекачивании жидкости от центра к периферии торцовое уплотнение захватывает барьерную жидкость и подает ее в камеру с пластовой жидкостью. Такой процесс перекачки только улучшает работу торцового уплотнения, поскольку см азы вающие свойства барьерной жидкости превосходят смазывающие свойства лучших сортов масел.

При перекачивании жидкости от периферии к центру уплотнение захватывает пластовую жидкость и подает ее в зону действия подшипника и кольцевой канал. В этом случае пластовая жидкость, содержа5

55 шая абразивные частицы, разрушает уплотнение, подшипник и по валу может попасть в полость электродвигателя.

Цель изобретения — повышение надежности гидрозащиты электродвигателя путем исключения перекачивания TopttQBbIM уплотнением жидкости от периферии к центру.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащем вал, опираюшийся на подшипники, сообщающиеся между собой камеры, расположенные в осевом направлении вдоль вала, из которых одна сообщена с затрубным пространством и заполнена пластовой жидкостью, а другая заполнена барьерной жидкостью, торцовое уплотнение, установленное на границе раздела сред пластовая — барьерная жидкость, вращающееся кольцо которого находится со стороны камеры, сообщающейся с затрубным пространством, и цилиндр, установленный на валу в камере, заполненной барьерной жидкостью, имеюший отверстие в нижней своей части и образующий с валом кольцевой канал, во вращающемся кольце торцового уплотнения выполнен по крайней мере один радиальный канал, соединяющий кольцевой канал с камерой, сообщающейся с затрубным пространством, при этом на одном из концов упомянутого канала установлен клапан, а в кольцевом канале на поверхности преимущественно цилиндра выполнена винтовая нарезка.

Кроме того, в устройстве упомянутый клапан может быть выполнен в виде конической шайбы, установленной с возможностью осевого перемешения на врашаюшемся кольце торцового уплотнения, охватывающей врашающееся кольцо и закрывающей радиальный канал.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2— выполнение клапана в виде конической шайбы.

Устройство 1 для гидравлической зашиты устанавливается между электродвигателем 2 и насосом 3. Вал 4 врашается в подшипниках 5 скольжения. Вдоль вала 4 последовательно расположены камеры 6 и 7.

Камера 6 сообщается с затрубным пространством посредством отверстия 8 и образована корпусом 9 и торцовым уплотнением

10, установленным на валу 4. Камера 7 образована корпусом 9 и торцовыми уплотнениями 10 и 11. Камера 6 сообщается с камерой 7 посредством канала 12. Камера

6 заполнена пластовой жидкостью, камера

7 — тяжелой барьерной жидкостью. По мере расхода барьерной жидкости из камеры 7 в нее может поступать пластовая жидкость из камеры 6. Для спокойного контакта пластовой и барьерной жидкости в ка1310952

ВНИИПИ Заказ 766/52 Тираж 661 Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 мере 7 установлен цилиндр 13 с отверстием

14 в нижней его части для прохода барьерной жидкости. Цилиндр 13 вместе с валом 4 образует кольцевой канал 15, по которому барьерная жидкость поступает в зону подшипника 5 скольжения и торцового уплотнения 10. Для увеличения гидродинамического давления барьерной жидкости, подаваемой в зону подшипника 5 и торцового уплотнения 10, на внутренней поверхности цилиндра 13 выполнена вин- 10 товая нарезка 16. Последнюю можно выполнить на валу. Камера 6 сообщается с кольцевым каналом 15 посредством канала

17, выполненного во вращающемся кольце

18 торцового уплотнения 10. Кольцо 18 подпружинено упругим элементом 19. Для предотвращения проникновения пластовой жидкости из камеры 6 в кольцевой канал

15 в процессе разгона и торможения вала

4 на конце канала 17 установлен обратный клапан 20. Камера 7 сообщается с распо- 20 ложенной вдоль вала нижележащей камерой 21, заполненной рабочей жидкостью электродвигателя, посредством трубки 22, оканчивающейся в нижней части упомянутой камеры 21. Клапан 20 при выполнении 25 нескольких радиальных каналов 17 может быть выполнен в виде конической шайбы

23, установленной на вращающемся кольце 18 так, что закрывает канал 17. Шайба

23 установлена с возможностью осевого перемещения. На упругом элементе 19 ус- Зп тановлен ограничитель 24 осевого перемещения шайбы 23. Для усиления циркуляции барьерной жидкости каналов в кольце уплотнения может быть выполнено несколько. Диаметр радиальных каналов должен быть таким, чтобы их суммарная пропуск- 35 ная способность была не выше пропускной способности канала, сообщающего камеру с пластовой жидкостью с камерой с барьерной жидкостью. При выполнении нескольких каналов они равномерно располагаются по окружности кольца. Для уменьшения гидравлических потерь при циркуляции барьерной жидкости каналы целесообразно выполнять под острым углом к вертикальной оси вала. Клапан в канале должен быть установлен таким образом, чтобы пропускать барьерную жидкость и препятствовать проходу пластовой жидкости, т.е. действовать в сторону камеры, сообщающейся с затрубным пространством.

Устройство работает следующим образом.

После пуска установки в работу лишний объем масла, образовавшийся в результате его разогрева и расширения, уходит в скважину через камеру 21, трубку 22 и канал 12. Барьерная жидкость из камеры

7 через отверстие 14 поступает в кольцевой канал 5. Вращением вала 4 барьерная жидкость подается в зону действия подшипника 5 и далее в зону действия торцового уплотнения 10. При этом давление потока барьерной жидкости усиливается за счет увеличения скорости потока жидкости, движущейся по винтовой нарезке 16. Попадая в зону действия торцового уплотнения 10, барьерная жидкость устремляется по каналу 17. Клапан 20 пропускает барьерную жидкость в камеру 6 и препятствует проходу пластовой жидкости в кольцевой канал 15. Радиальный канал 17 усиливает насосный эффект торцового уплотнения.

Барьерная жидкость, попадающая в камеру 6, возвращается в камеру 7 через канал

12.

Наличие винтовой нарезки в кольцевом канале и радиальных каналов во вращающемся кольце торцового уплотнения создает интенсивный направленный поток барьерной жидкости, препятствующий проникновению пластовой жидкости в зону действия подшипника и кольцевой канал и дополнительно улучшающий смазку подшипников.