Устройство охлаждения и защиты от твердых частиц торцевого уплотнения погружного электродвигателя

Изобретение относится к скважинным насосам, в частности к конструкции их электродвигателей. Устройство охлаждения и защиты от твердых частиц торцевого уплотнения погружного электродвигателя, являющегося приводом погружного насоса, характеризуется наличием на наружной поверхности муфты, соединяющей погружной насос с электродвигателем, диска с лопатками. Лопатки установлены с возможностью удаления твердых частиц из зоны торцевого уплотнения через отверстия в корпусе электродвигателя, находящиеся на уровне лопаток, и подачи свежей скважинной жидкости через отверстия в основании насоса, находящиеся выше лопаток. В нижней части соединительной муфты имеется полый цилиндр, образующий совместно с цилиндрической частью неподвижного кольца торцевого уплотнения зазор, представляющий собой канал для удаления твердых частиц из зоны торцевого уплотнения. Изобретение направлено на повышение срока службы электродвигателя за счет предотвращения попадания абразивных частиц в зону трения колец торцевого уплотнения. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидромашиностроения, а именно к области производства насосов и компрессоров, в частности погружных насосов, и может быть использовано при производстве электродвигателей погружных насосов, преимущественно применяемых для подъема из скважины растворов и суспензий полезных ископаемых.

Погружные электродвигатели используют в качестве привода многоступенчатых центробежных погружных насосов, предназначенных для подъема агрессивных жидкостей из скважины.

Для защиты внутренней полости электродвигателя от попадания в нее агрессивных жидкостей обычно используют торцевое уплотнение. Оно состоит из неподвижного кольца, установленного в корпусе, и вращающего кольца, установленного на валу электродвигателя. В процессе работы скважинная жидкость заполняет полость, примыкающую к торцевому уплотнению. Это обеспечивает теплоотвод от трущихся друг о друга колец уплотнения. Но при этом вместе с жидкостью в эту полость попадают абразивные частицы, присущие в растворе, которые многократно ускоряют износ колец, что нарушает герметичность внутренней полости электродвигателя. В нее попадает агрессивная скважинная жидкость, а это неминуемо ведет к выходу из строя электродвигателя.

Известен входной модуль погружного центробежного многоступенчатого насоса (SU авторское свидетельство 928076, F 04 D 13/10, 1982), содержащий корпус, выполненный с возможностью установки на свободном конце вала модуль-секции насоса и соединения с корпусом нижней модуль-секции насоса и корпусом протектора погружного электродвигателя. В корпусе образована полость притока, открытая со стороны верхней части модуля, каналы для соединения полости притока с затрубным пространством и дополнительная полость, расположенная в нижней части входного модуля. В дополнительной полости расположена осевая опора вала модуль-секции насоса, выполненная в виде упорного подшипника скольжения, включающего в себя установленную на валу пяту и установленный в корпусе подпятник.

Основными недостатками известного технического решения можно признать отсутствие возможности вымывания продуктов износа упорного подшипника, скапливающихся в дополнительной полости, что может привести к преждевременному выходу из строя осевой опоры. Кроме того, известная конструкция практически не защищена от имеющихся в перекачиваемой жидкости взвешенных частиц.

Известен также погружной электродвигатель со встроенной защитой от действия абразивных частиц, присутствующих в перекачиваемом растворе (SU авторское свидетельство 1124856, 1991), содержащий корпус, заполненный жидкостью, плотность которой больше плотности окружающей среды, компенсационную камеру и камеру-отстойник, последовательно сообщающие полость двигателя с окружающей средой и отделенные цилиндрическими перегородками от вала ротора, на котором закреплен стаканообразный элемент, установленный над крышкой камеры-отстойника, имеющей отверстие, соединяющее полость камеры с окружающей средой, и отверстие, соединяющее полость камеры с зазором, образованным валом и цилиндрической перегородкой. Кроме того, он снабжен полым цилиндрическим элементом, установленным в камере-отстойнике и закрепленным в крышке камеры-отстойника. Отверстия, соединяющие камеру-отстойник с окружающей средой и зазором, образованным валом и цилиндрической перегородкой, выполнены в крышке камеры-отстойника внутри полого цилиндрического элемента. В верхней части корпуса камеры-отстойника выполнено отверстие, соединяющее ее с компенсационной камерой. При этом двигатель снабжен дополнительной камерой, размещенной между компенсационной камерой и полостью двигателя, отделенной от вала цилиндрической перегородкой, в нижней части которой выполнено отверстие, соединяющее полость этой камеры с зазором, образованным валом и цилиндрической перегородкой, а в нижней части этой же камеры выполнено отверстие, соединяющее полость этой камеры с полостью двигателя.

Недостатком известной конструкции следует признать ее сложность, приводящую к низкой надежности в работе.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемой конструкции, состоит в разработке узла защиты погружного электродвигателя от действия взвешенных частиц, присутствующих в перекачиваемом растворе.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого изобретения, состоит в увеличении срока службы электродвигателя за счет увеличения срока службы торцевого уплотнения.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство охлаждения и защиты от твердых частиц торцевого уплотнения погружного электродвигателя, являющегося приводом погружного насоса, характеризуемое наличием на наружной поверхности муфты, соединяющей погружной насос с электродвигателем, диска с лопатками, установленными с возможностью удаления твердых частиц из зоны торцевого уплотнения через отверстия в корпусе электродвигателя, находящиеся на уровне лопаток, и подачи свежей скважинной жидкости через отверстия в основании насоса, находящиеся выше лопаток, а также наличием в нижней части соединительной муфты полого цилиндра, образующего совместно с цилиндрической частью неподвижного кольца торцевого уплотнения зазор, представляющий собой канал для удаления твердых частиц из зоны торцевого уплотнения. Обычно величина зазора между кольцом и муфтой составляет 0,5-1,5 мм, при этом длина зазора составляет 4-7 мм. Высота цилиндрической части неподвижного кольца обычно составляет 15-25% от диаметра вращающегося кольца. Наиболее эффективно устанавливать лопатки под углом 30-50° к направлению вращения. Предпочтительно отверстия для удаления твердых частиц из зоны торцевого уплотнения бывают выполнены на одном уровне с лопатками диска муфты, а отверстия для подачи жидкости из скважины для охлаждения торцевого уплотнения выполнены выше лопаток диска муфты на расстоянии, равном от 1,5 до 2,5 диаметров диска с лопатками на муфте.

Использование предлагаемого устройства позволяет предотвратить попадание абразивных частиц в зону трения колец торцевого уплотнения за счет использования пескосбрасывателя, представляющего собой набор лопаток, закрепленных на диске, выполненном на внешней поверхности соединительной муфты. Указанный пескосбрасыватель не только предотвращает попадание песка к трущимся кольцам, но и способствует удалению его по дополнительно выполненному каналу из полости, примыкающей к торцевому уплотнению, не давая ему там скапливаться.

В виду ограниченности пространства пескосбрасыватель совмещен с муфтой, передающей вращение от двигателя к насосу.

Для этого на наружной цилиндрической поверхности муфты организован диск с лопатками. Лопатки способствуют закручиванию жидкости, находящейся в корпусе. Под действием центробежных сил твердые частицы, находящиеся в жидкости, смещаются к внутренней стенке корпуса и удаляются через отверстия в корпусе в скважину. Таким образом, жидкость, поступающая в зону трения колец торцевого уплотнения, практически не содержит абразивных частиц.

Указанный канал, предназначенный для удаления абразивных частиц, образован в нижней частью муфты, выполненной в виде полого короткого цилиндра, и цилиндрической частью кольца, которое установлено вместо плоского кольца, обычно используемого в торцевых уплотнениях. Зазоры между валом и кольцом и между кольцами и муфтой приняты равными примерно 1 мм.

Предлагаемая конструкция приведена на чертеже, при этом использованы следующие обозначения: соединительная муфта 1, электродвигатель 2, насос 3, диск 4, лопатки 5, отверстие 6 в корпусе электродвигателя, отверстие 7 в основании насоса, полый цилиндр 8, цилиндрическая часть 9 неподвижного кольца торцевого уплотнения, зазор 10.

В предпочтительном варианте реализации устройство может быть реализовано следующим образом.

На наружной поверхности муфты 1, соединяющей погружной насос 3 с электродвигателем 2, выполнен диск 4 толщиной 1,5 мм и диаметром 35 мм, что на 25-30% больше наружного диаметра муфты с лопатками 5 длиной 4 мм и шириной 7,5 мм, что составляет 15-20% от диаметра диска, на котором они расположены, установленными под углом 30-50°, что обеспечивает, за счет использования центробежных сил, перемещение абразивных частиц (песчинок), находящихся в перекачиваемом растворе (скважинкой жидкости) к внутренней поверхности, удаленной от торцевого уплотнения, полости, примыкающей к указанному торцевому уплотнению. Поток скважинкой жидкости, сформированный движением лопаток 5, поступающий в указанную полость через отверстие 6, через зазор 10 выносит абразивные частицы от торцевого уплотнения в скважину. Одновременно, за счет разогрева перекачиваемой жидкости в полости при одновременной частичной ее замене на свежую (холодную) скважинную жидкость, происходит отвод тепла от трущихся частей торцевого уплотнения.

Использование предлагаемой конструкции позволяет увеличить срок службы торцевого уплотнения на 2500-3000 часов работы.

1. Устройство охлаждения и защиты от твердых частиц торцевого уплотнения погружного электродвигателя, являющегося приводом погружного насоса, характеризуемое наличием на наружной поверхности муфты, соединяющей погружной насос с электродвигателем, диска с лопатками, установленными с возможностью удаления твердых частиц из зоны торцевого уплотнения через отверстия в корпусе электродвигателя, находящиеся на уровне лопаток, и подачи свежей скважинной жидкости через отверстия в основании насоса, находящиеся выше лопаток, а также наличием в нижней части соединительной муфты полого цилиндра, образующего совместно с цилиндрической частью неподвижного кольца торцевого уплотнения зазор, представляющий собой канал для удаления твердых частиц из зоны торцевого уплотнения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величина зазора между кольцом и муфтой составляет 0,5-1,5 мм.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина зазора составляет 4-7 мм.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота цилиндрической части неподвижного кольца составляет 15-25% от диаметра вращающегося кольца.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопатки установлены под углом 30-50° к направлению вращения.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия для удаления твердых частиц из зоны торцевого уплотнения выполнены на одном уровне с лопатками диска муфты.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия для подачи жидкости из скважины для охлаждения торцевого уплотнения выполнены выше лопаток диска муфты на расстоянии, равном от 1,5 до 2,5 диаметров диска с лопатками на муфте.