Погружной электродвигатель

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкциям погружных маслонаполненных электродвигателей для привода насосных установок, используемых для добычи нефти и других пластовых жидкостей. Электродвигатель содержит соединенные посредством фланца верхнюю 1 и нижнюю 2 секции, валы 5 и 6 которых соединены с помощью шлицевой муфты 7, состоящей из корпуса 8 и обоймы 9 цилиндрической формы. Верхняя часть корпуса 8 заходит в зацепление с валом 5 верхней секции 1, а обойма 9 насажена на вал 6 нижней секции 2 и опирается на осевую опору 11. На наружной поверхности обоймы 9 и на внутренней поверхности нижней части корпуса 8 выполнены специальные направляющие канавки, в которых размещены тела качения 12, например шарики, что обеспечивает свободное осевое перемещение обоймы 9 относительно корпуса 8. Внутри муфты 7 на торцевой поверхности обоймы 9 установлен пружинный элемент 13, предназначенный для возврата корпуса 8 в исходное положение при выключении электродвигателя. Изобретение увеличивает срок службы электродвигателя за счет уменьшения износа осевой опоры нижней секции. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электрическим машинам, в частности к конструкциям погружных маслонаполненных электродвигателей для привода насосных установок, используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти и других пластовых жидкостей.

Известен погружной электродвигатель, содержащий разъемно соединенные верхнюю и нижнюю секции, каждая из которых содержит корпус, в котором размещены статор и ротор. В нижней части корпуса верхней секции закреплен присоединительный модуль, выполненный с фланцем и отверстием, через которое проходит вал ротора верхней секции, а в верхней части корпуса нижней секции соосно корпусу закреплена присоединительная головка, выполненная в виде трубы с фланцем, соответствующим фланцу присоединительного модуля. В центральном отверстии присоединительной головки закреплена электроизоляционная колодка с отверстием, через которое проходит вал ротора верхней секции, в присоединительном модуле и электроизоляционной колодке выполнено, по крайней мере, по три попарного совмещенных продольных отверстия, в которых расположены выводы обмоток статоров соответственно верхней и нижней секций. Взаимно соответствующие выводы обмоток соединены с помощью штепсельных соединителей. Опорная пята осевой опоры вала ротора нижней секции закреплена на верхней части вала, а подпятник соединен с корпусом нижней секции. На нижнем конце вала ротора верхней секции и верхнем конце вала ротора нижней секции выполнены шлицы, при этом указанные концы валов размещены в пространстве между осевой опорой и электроизоляционной колодкой и соединены посредством шлицевой муфты (см., например, Международный транслятор. Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти. М.: Нефть и газ, 1999, с.344, 363, рис.4.12, 4.13),

Недостатком данной конструкции многосекционных электродвигателей является недостаточно высокая надежность при эксплуатации в связи с температурным расширением вала верхней секции, что вызывает чрезмерные осевые нагрузки и интенсивный износ осевой опоры нижней секции и, как следствие, выход электродвигателя из строя.

Предлагаемое изобретение увеличивает срок службы электродвигателя за счет уменьшения износа осевой опоры нижней секции.

Указанный технический результат достигается тем, что в погружном секционном электродвигателе, содержащем верхнюю и нижнюю секции, в корпусе каждой из которых размещены статор и ротор, валы секций соединены с помощью муфты, муфта выполнена из корпуса и обоймы, которые закреплены на смежных концах валов разных секций, при этом между корпусом и обоймой размещены тела качения, обеспечивающие возможность свободного осевого перемещения обоймы вдоль корпуса муфты. Внутри корпуса муфты на торцевой поверхности обоймы установлен пружинный элемент. Тела качения размещены внутри специальных направляющих канавок, выполненных на внутренней поверхности корпуса и на наружной поверхности обоймы. В качестве тел качения предпочтительно использовать шарики. Соотношение размера тел качения к диаметру вала может составлять от 0,05 до 0,50. Направляющие канавки могут быть выполнены с круглым, прямоугольным, треугольным, трапецеидальным или эвольвентным профилем и расположены параллельно оси вращения вала или под углом к ней, не превышающим 45°. Число направляющих канавок может изменяется от 2 до 20. Общее количество тел качения должно быть не менее 3. Соотношение длины муфты к диаметру вала составляет от 1 до 10, при этом наружный диаметр муфты превышает диаметр вала в 1,2-5,0 раз.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид погружного маслонаполненного секционного электродвигателя, на фиг.2 - соединение секций электродвигателя, продольный разрез.

Погружной секционный электродвигатель содержит соединенные посредством фланца верхнюю 1 и нижнюю 2 секции, каждая из которых содержит корпус соответственно 3 и 4, выполненный в виде трубы, в которой размещены статор и ротор. На нижнем конце вала 5 верхней секции 1 и на верхнем конце вала 6 нижней секции 2 выполнены шлицы. Соединение валов осуществляется посредством шлицевой муфты 7 (фиг.1). Число соединяемых секций может быть две и более.

Муфта 7 состоит из корпуса 8 и обоймы 9 цилиндрической формы (фиг.2), в которых выполнены шлицы, имеющие форму, ответную шлицам на валах 5 и 6. Корпус 8 может быть образован двумя цилиндрами с разным внутренним диаметром и иметь внутренний кольцевой уступ 10, причем цилиндр с большим диаметром расположен внизу и охватывает своей внутренней поверхностью обойму 9. Верхняя часть корпуса 8 заходит в зацепление с валом 5 верхней секции 1, а обойма 9 насажена на вал 6 нижней секции 2 и опирается на осевую опору 11. На наружной поверхности обоймы 9 и на внутренней поверхности нижней части корпуса 8 выполнены специальные направляющие канавки, в которых размещены тела качения 12, например шарики, что обеспечивает свободное осевое перемещение обоймы 9 относительно корпуса 8.

При работе электродвигателя происходит температурное расширение вала 5 верхней секции 1, корпус 8 муфты 7, сцепленный с ним, начинает перемещаться вниз относительно обоймы 9, закрепленной на валу 6 нижней секции 1, и предотвращает передачу осевой нагрузки на вал 6, тем самым предупреждая катастрофический износ осевой опоры 11 нижней секции 2. Внутри муфты 7 на торцевой поверхности обоймы 9 размещен пружинный элемент 13, упирающийся на кольцевой выступ 10 в корпусе 8. Пружинный элемент 13 предназначен для возвращения в исходное положение корпуса 8 при выключении электродвигателя. Возможен вариант исполнения, когда корпус муфты соединен с валом нижней секции, а обойма - с валом верхней секции. На наружной поверхности обоймы 9 и на внутренней поверхности корпуса 8 размещены стопорные кольца 14 и 15 соответственно, пересекающие направляющие канавки с телами качения 12 и предназначенные для фиксации обоймы 9 относительно корпуса 8.

На наружной поверхности корпуса муфты может быть дополнительно установлен радиальный подшипник качения (не показан), предназначенный для уменьшения вибрации и, как следствие, уменьшения вероятности усталостного разрушения вала.

Для центрирования вала 3 верхней секции 1 относительно вала 4 нижней секции 2 при монтаже на устье скважины на верхней торцевой поверхности 16 корпуса 8 могут быть выполнены заходные элементы в виде зубьев (не показаны).

Монтаж секций электродвигателя заявленной конструкции производится на устье скважины по технологии, принятой для обычных погружных электродвигателей.

Благодаря возможности осевого перемещения обоймы относительно корпуса муфты предотвращается износ осевой опоры, вызываемый возникновением осевых нагрузок из-за температурного расширения вала.

1. Погружной секционный электродвигатель, содержащий верхнюю и нижнюю секции, в корпусе каждой из которых размещены статор и ротор, валы секций соединены с помощью муфты, отличающийся тем, что муфта выполнена из корпуса и обоймы, которые закреплены на смежных концах валов разных секций, при этом между корпусом и обоймой размещены тела качения, обеспечивающие возможность свободного осевого перемещения обоймы вдоль корпуса муфты, а на верхней торцевой поверхности обоймы установлен пружинный элемент, опирающийся на корпус.

2. Погружной секционный электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что тела качения размещены внутри направляющих канавок, выполненных на внутренней поверхности корпуса и на наружной поверхности обоймы.

3. Погружной секционный электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве тел качения использованы шарики.

4. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что соотношение размера тел качения к диаметру вала составляет от 0,05 до 0,50.

5. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество направляющих канавок от 2 до 20.

6. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что направляющие канавки выполнены с круглым, прямоугольным, треугольным, трапецеидальным или эвольвентным профилем.

7. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество тел качения не менее 3.

8. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что соотношение длины муфты к диаметру вала составляет от 1,0 до 10,0.

9. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что соотношение наружного диаметра муфты к диаметру вала от 1,2 до 5,0.

10. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что направляющие канавки расположены параллельно оси вращения вала или под углом, не превышающим 45°.

11. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности обоймы установлено стопорное кольцо, размещенное выше тел качения.

12. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что на нижней части внутренней поверхности корпуса установлено стопорное кольцо.