Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя. Технический результат изобретения, заключающийся в повышении надежности и быстроты срабатывания устройства гидравлической защиты, достигается путем того, что в устройстве для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, включающем в себя заполненные маслом компенсатор и протектор, в протекторе между ниппелем верхнего герметизирующего узла и ниппелем среднего герметизирующего узла образована средняя подторцовая камера, а между ниппелем среднего герметизирующего узла и ниппелем нижнего герметизирующего узла образована нижняя подторцовая камера, при этом в ниппеле среднего герметизирующего узла выполнены один кольцевой канал и предпочтительно четыре осевых канала, два из которых снабжены обратными клапанами. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в электроприводах погружных насосных агрегатов для подъема жидкости из скважин.

В настоящее время используются два варианта выполнения устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя: одно корпусное устройство, состоящее из одного протекторного узла, и двухкорпусное, содержащее протектор и компенсатор.

Известно однокорпусное устройство для гидравлической защиты, выполненное из протектора [1], которое включает в себя корпус, вал, установленный в подшипниках, три герметизирующих узла, каждый из которых содержит торцевое уплотнение. Герметизирующие узлы размещены на валу, а средний и нижний герметизирующие узлы выполнены с осевыми каналами, в которых установлены обратные клапаны.

Недостатком этой конструкции является то, что объем масла, необходимый для защиты электродвигателя от проникновения пластовой жидкости, компенсации утечки масла и изменения его объема от разности температуры на поверхности и в скважине, а также при больших колебаниях температуры во время работы и остановок двигателя, ограничен размерами камер (внутренних полостей) протектора, что диктует предъявление высоких требований к качеству масла и герметичности устройства. Однако выполнение указанных требований усложняет технологию изготовления и увеличивает стоимость изделия, а их невыполнение приводит к быстрому расходу масла и выходу из строя электродвигателя.

Более надежным, обеспечивающим длительную работу электродвигателя, является устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, состоящее из протектора, размещенного над электродвигателем, и компенсатора, расположенного в нижней части электродвигателя [2]. В этом случае протектор состоит из последовательно установленных на валу трех торцовых уплотнений, верхнего, среднего и нижнего ниппелей и двух камер, в которых закреплены диафрагмы.

Достоинством этого устройства является возможность использования большего объема масла, имеющегося в компенсаторе, для пополнения электродвигателя по мере расхода за счет утечек в процессе работы и компенсации изменения объема масла, обусловленного температурными колебаниями во время работы и остановок электродвигателя.

Недостатком известной конструкции устройства гидравлической защиты является то, что протектор, в данном случае, выполнен с диафрагмами и, в силу своих конструктивных возможностей, не обладает достаточной чувствительностью и быстродействием, позволяющим осуществлять немедленную компенсацию изменения объема масла от разности температуры, которая должна происходить даже при самых небольших температурных колебаниях в процессе работы электродвигателя и обеспечивать тем самым постоянное давление во внутренней его полости, поскольку повышение или понижение давления в электродвигателе за пределы допустимого значения может привести к нарушению уплотнения и, как следствие, к проникновению пластовой жидкости внутрь электродвигателя и выходу его из строя.

Кроме того, эластичная диафрагма и ее крепление, под воздействием гидравлического удара, возникающего при спуске в скважину, и вибраций, возникающих при работе агрегата, подвергаются разрушению, приводящему к нарушению герметичности и выходу из строя устройства гидрозащиты и электродвигателя.

В качестве прототипа выбрано двухкорпусное устройство гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, описанное в вышеуказанном источнике, являющееся наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков.

Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в повышении надежности и быстродействия срабатывания устройства гидравлической защиты, что обеспечивает увеличение срока службы погружного маслозаполненного электродвигателя.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя включает в себя заполненные маслом протектор и компенсатор, причем протектор состоит из вала, установленного в трех подшипниках скольжения, и расположенных последовательно верхнего, среднего и нижнего герметизирующих узлов, каждый их которых содержит торцовое уплотнение, размещенное на валу с образованием торцовой камеры, и ниппель, в протекторе между ниппелем верхнего герметизирующего узла и ниппелем среднего герметизирующего узла образована средняя подторцовая камера, а между ниппелем среднего герметизирующего узла и ниппелем нижнего герметизирующего узла образована нижняя подторцовая камера, при этом в ниппеле среднего герметизирующего узла выполнены один кольцевой канал и предпочтительно четыре осевых канала, два из которых соединены с кольцевым каналом и снабжены обратными клапанами, установленными с обеспечением возможности прохождения увеличенного объема масла в процессе работы электродвигателя во внешнюю среду и перекрытия каналов при остановке электродвигателя за счет того, что нижняя подторцовая камера соединена с кольцевым каналом через торцовую камеру нижнего герметизирующего узла и первый осевой канал в ниппеле среднего герметизирующего узла, а средняя подторцовая камера, с одной стороны, тоже соединена с кольцевым каналом с помощью выполненных в ниппеле среднего герметизирующего узла второго осевого канала, бокового отверстия и третьего осевого канала с установленным в нем обратным клапаном и, с другой стороны, соединена с внешней средой с помощью четвертого осевого канала с установленным в нем обратным клапаном и радиального отверстия.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид устройства гидравлической защиты в сборе с маслозаполненным электродвигателем, на фиг.2 - протектор устройства гидравлической защиты, на фиг.3 - головка протектора с частью верхнего герметизирующего узла, на фиг.4 - основание протектора с частью нижнего герметизирующего узла и на фиг.5 - рабочая часть среднего герметизирующего узла протектора.

Устройство гидравлической защиты состоит из последовательно размещенных на валу 1 протектора 2, расположенного между насосом 3 и электродвигателем 4, и компенсатора 5, расположенного под электродвигателем 4.

Протектор 2 включает в себя головку 6, верхнее, среднее и нижнее торцовые уплотнения, соответственно 7, 8, 9, установленные на валу 1, и верхний, средний и нижний ниппели 10, 11, 12, соединенные между собой посредством резьбы, уплотненной резиновыми кольцами 13.

Вал 1 расположен в подшипниках скольжения 14, 15, 16 и опирается на опору 17, установленную в основании протектора 2.

Верхнее торцовое уплотнение 7 совместно с верхним ниппелем 10 образует верхний герметизирующий узел, среднее торцовое уплотнение 8 совместно со средним ниппелем 11 образует средний герметизирующий узел и нижнее торцовое уплотнение 9 совместно с нижним ниппелем 12 образует нижний герметизирующий узел.

Между ниппелем 10 верхнего герметизирующего узла и ниппелем 11 среднего герметизирующего узла образована средняя подторцовая камера 18, а между ниппелем 11 среднего герметизирующего узла и ниппелем 12 нижнего герметизирующего узла образована нижняя подторцовая камера 19. В ниппеле 11 среднего герметизирующего узла выполнены осевые каналы 20 и 21, в которых установлены обратные клапаны 22 и 23. Нижняя подторцовая камера 19 через торцовую камеру 24 нижнего герметизирующего узла и первый осевой канал 25, выполненный в ниппеле 11 среднего герметизирующего узла, соединена с кольцевым каналом 26, который выполнен над подшипником 15, также в среднем герметизирующем узле. В свою очередь, кольцевой канал 26 гидравлически связан со средней подторцовой камерой 18 посредством второго осевого канала 27, бокового отверстия 28 и третьего осевого канала 20 с установленным в нем обратным клапаном 22, а средняя подторцовая камера 18 соединена с внешней средой с помощью четвертого осевого канала 21 с установленным в нем обратным клапаном 23 и радиального отверстия 29. В нижнем ниппеле 12 выполнен осевой канал 30, связанный с отверстием 31. В канале 30 размещен обратный клапан 32, обеспечивающий прохождение масла в подторцовую камеру 19. В верхнем герметизирующем узле торцовая камера 33 торцового уплотнения 8 соединена с помощью осевого канала 34, кольцевого канала 35 и осевого канала 36 с отверстием 37. Кроме того, в верхнем ниппеле 10 выполнено три осевых отверстия 39 (на чертеже показано одно), каждое из которых соединяет внутреннюю полость головки 6 с радиальным отверстием 40, связанным с внешней средой, для выброса скапливающихся механических примесей во время работы агрегата. Отверстия 31, 28 и 37 выполнены с пробками и предназначены для выхода воздуха из внутренних полостей устройства при заполнении маслом.

Перед спуском в скважину производят монтаж электродвигателя 4 с протектором 2 и компенсатором 5 и заполнение маслом. При этом заполнение внутренних полостей протектора 2 происходит через электродвигатель 4 до тех пор, пока масло постепенно не вытеснит весь воздух через отверстия 31, 28, 29, 37. После чего отверстия 28, 31 и 37 закрывают пробками, а отверстие 29, служащее для сброса избыточного давления масла из внутренней полости во внешнюю среду, оставляют открытым. Затем электродвигатель 4 с протектором 2 и компенсатором 5 подсоединяют к насосу 3 и спускают в скважину под уровень жидкости.

При работе электродвигателя 4 масло, заполняющее его внутреннюю полость, нагревается и, увеличиваясь в объеме, по каналам передает давление во внутреннюю полость протектора 2. Под воздействием давления обратный клапан 32 открывается, масло перетекает в нижнюю подторцовую камеру 19 и далее через торцовую камеру 24, первый осевой канал 25, кольцевой канал 26, второй осевой канал 27, отверстие 28 и третий осевой канал 20 воздействует на обратный клапан 22, который также открывается, и масло поступает в подторцовую камеру 18. При превышении давления масла в подторцовой камере 18 выше заранее заданного значения открывается клапан 23 и лишний объем масла по четвертому осевому каналу 21 вытекает во внешнюю среду через отверстие 29.

При остановке электродвигателя происходит обратный процесс, то есть масло остывает, его объем уменьшается, давление во внутренних полостях падает, обратный клапан 23, срабатывая, перекрывает канал 21 и пластовая жидкость не поступает в подторцовую камеру 18. При этом обратный клапан 22 также срабатывает и перекрывает канал 20, обеспечивая дополнительную защиту электродвигателя от попадания пластовой жидкости во внутреннюю полость. Выравнивание давления масла во внутренней полости электродвигателя 4 в этот момент происходит за счет компенсатора 5.

Таким образом, осуществляется надежная и быстро срабатывающая защита электродвигателя от проникновения во внутренние полости пластовой жидкости, вывод увеличивающегося в результате температурного расширения лишнего объема масла и выравнивание давления внутри электродвигателя.

Источники информации

1. Описание к патенту США №5367214 от 22.11.1994 г., МПК⁵ Н 02 К 5/10.

2. Международный транслятор “Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти”, 1999 г., Москва, с.364-376.

Формула изобретения

1. Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, включающее в себя заполненные маслом компенсатор и протектор, причем протектор состоит из вала, установленного в трех подшипниках скольжения, и расположенных последовательно, верхнего, среднего и нижнего герметизирующих узлов, каждый из которых содержит торцовое уплотнение, размещенное на валу с образованием торцовой камеры, и ниппель, отличающееся тем, что в протекторе между ниппелем верхнего герметизирующего узла и ниппелем среднего герметизирующего узла образована средняя подторцовая камера, а между ниппелем среднего герметизирующего узла и ниппелем нижнего герметизирующего узла образована нижняя подторцовая камера, при этом в ниппеле среднего герметизирующего узла выполнены один кольцевой канал и предпочтительно четыре осевых канала, два из которых снабжены обратными клапанами, установленными с обеспечением возможности прохождения увеличенного объема масла в процессе работы электродвигателя во внешнюю среду и перекрытия каналов при остановке электродвигателя.

2. Устройство п.1, отличающееся тем, что нижняя подторцовая камера соединена с кольцевым каналом через торцовую камеру нижнего герметизирующего узла и первый осевой канал, выполненный в ниппеле среднего герметизирующего узла.

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что средняя подторцовая камера, с одной стороны, соединена с кольцевым каналом с помощью выполненных в среднем ниппеле герметизирующего узла, второго осевого канала, бокового отверстия и третьего осевого канала с установленным в нем обратным клапаном и, с другой стороны, соединена с внешней средой с помощью четвертого осевого канала с установленным в нем обратным клапаном и радиального отверстия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3