УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО МАСЛОЗАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК H02K5/10 H02K5/132 

Изобретение относится к электромашиностроению и касается гидрозащиты погружных маслозаполненных электродвигателей для привода погружных насосов, используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти.

Гидрозащита является ответственным узлом электродвигателя, определяющим его надежность в процессе эксплуатации. Гидрозащита уравновешивает давление внутри электродвигателя с давлением окружающей среды, предотвращает проникновение пластовой жидкости в полость электродвигателя, компенсирует изменения объема заполняющего масла при изменении его температуры и компенсирует утечки масла из полости электродвигателя через уплотнение. Положительное решение этих задач обеспечивает длительную работу электродвигателя в скважине без подъема.

Основным элементом гидрозащиты, определяющим ее ресурс, являются торцовые уплотнения вала, поэтому главной задачей при создании гидрозащиты является повышение надежности торцовых уплотнений путем создания наиболее благоприятных условий их работы.

Широко известно устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, состоящее из гидравлического компенсатора и протектора [1]. В этой гидрозащите протектор содержит вал с верхним и нижним торцовыми уплотнениями и корпус, герметично разделенный эластичной диафрагмой на заполненные маслом внутреннюю и внешнюю камеры. При этом верхнее уплотнение работает в контакте с окружающей средой.

Недостатком устройства является то, что в случае выхода из строя верхнего торцового уплотнения пластовая жидкость вместе с содержащимися в ней механическими примесями проникает к нижнему торцовому уплотнению, ухудшает условия его работы и снижает тем самым срок его службы.

Известно также устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, которое состоит из гидравлического компенсатора, размещенного в нижней части электродвигателя, и протектора, установленного в его верхней части [2].

Протектор этого устройства содержит расположенные последовательно на валу верхнее, среднее и нижнее торцовые уплотнения и верхнюю и нижнюю эластичные диафрагмы. При этом верхняя диафрагма расположена между верхним и средним торцовыми уплотнениями, а нижняя диафрагма - между средним и нижним торцовыми уплотнениями, причем внутренняя полость нижней диафрагмы сообщена с полостью электродвигателя, внешняя полость нижней диафрагмы соединена с внутренней полостью верхней диафрагмы, а наружная полость верхней диафрагмы - с полостью между верхним и средним торцовыми уплотнениями.

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким аналогом заявленного изобретения и принято за прототп.

Недостатком этого устройства является то, что верхнее торцовое уплотнение работает в условиях контакта с пластовой жидкостью и при этом испытывает перепад давлений, возникающий из-за различной плотности окружающей среды и масла, заполняющего электродвигатель и протектор.

Перепад давлений определяется формулой
P = l•g•(ρ₁-ρ₂),
где
l - длина двигателя с протектором;
ρ₁,ρ₂ - плотность соответственно окружающей среды и масла в электродвигателе и гидрозащите;
g - ускорению силы тяжести.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности гидрозащиты за счет того, что перепад давления переносится с верхнего торцового уплотнения на нижнее, работающее в чистом масле и максимально удаленное от окружающей среды. Эта цель достигается благодаря тому, что нижняя диафрагма протектора размещена между нижним и средним торцовыми уплотнениями, верхняя диафрагма установлена между верхним и средним уплотнениями, а внешняя полость верхней диафрагмы сообщена с окружающей средой.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично показан протектор, а на фиг. 2 - компенсатор.

Предлагаемое устройство для гидравлической защиты состоит из проектора 1, установленного в нижней части электродвигателя 2, например, на фланцевых соединениях между электродвигателем 2 и насосом 3, и гидравлического компенсатора 4, прикрепленного к нижнему фланцу в нижней части электродвигателя 2. В компенсаторе 4 размещена эластичная диафрагма 5, внутренняя полость которой соединена каналом 6 в головке 7 компенсатора 4 с внутренней полостью электродвигателя.

Протектор 1 содержит вал 8 с последовательно установленными на нем верхним 9, средним 10 и нижним 11 торцовыми уплотнениями. В верхнем корпусе 12 протектора между верхним 9 и средним 10 торцовыми уплотнениями установлена верхняя диафрагма 13, а между средним 10 и нижним 11 торцовыми уплотнениями в корпусе 14 установлена нижняя диафрагма 15. Наружная полость 16 нижней диафрагмы 15 каналом 17 в ниппеле 18 соединена с внутренней полостью 19 диафрагмы 13. Наружная полость 20 диафрагмы 13 каналом 21 в корпусе 12 сообщается с окружающей средой.

Перед монтажом на скважине внутренняя полость диафрагмы 5 компенсатора 4 заполняется маслом, при этом в ней оставляют незаполненный объем, равный возможному тепловому расширению масла в электродвигателе в процессе работы.

Заполнение внутренней полости 22 нижней диафрагмы 15 производят через клапан 23. При этом для выпуска воздуха служит отверстие, закрываемое пробкой 24. Полости 16 и 19 заполняют маслом через клапан 25, а воздух выпускают через отверстие, закрываемое пробкой 26. полость 27 протектора заполняют маслом одновременно с заполнением маслом электродвигателя. При этом воздух выпускают через отверстие с пробкой 28.

Устройство работает следующим образом.

При включении электродвигателя 2 заполняющее его масло нагревается и увеличивается в объеме. Увеличение объема масла компенсируется за счет деформации эластичной диафрагмы 5 компенсатора. Избыток масла выдавливается по каналу 6 в головке 7 компенсатора внутри диафрагмы. При остановке электродвигателя масло остывает, уменьшается его объем и происходит перемещение масла из диафрагмы 5 компенсатора в электродвигатель. Диафрагма 5 является не только компенсатором тепловых изменений объема, но и резервуаром, компенсирующим утечки масла через торцовые уплотнения. Диафрагмы 5, 13 и 15 уравнивают давление окружающей среды с давлением внутри электродвигателя.

Достоинством предложенной гидрозащиты является то, что возникающий из-за разности плотностей масла и пластовой жидкости перепад давления воспринимается нижним торцовым уплотнением, работающим в чистом масле. При этом верхнее торцовое уплотнение, работающее в непосредственном контакте с пластовой жидкостью, содержащей механические примеси, от перепада давления разгружено, благодаря чему облегчаются условия его работы и уменьшается износ рабочих поверхностей.

Таким образом, предлагаемая конструкция повышает надежность и долговечность гидрозащиты и электродвигателя в целом.

Протектор 1 гидрозащиты содержит расположенные последовательно верхнее 9, среднее 10 и нижнее 11 торцевые уплотнения, и верхнюю 13 эластичную диафрагму, внутренняя полость которой соединена с внешней полостью нижней диафрагмы 15. Сущность изобретения состоит в том, что нижняя диафрагма 15 размещена между нижним 11 и средним 10 торцевыми уплотнениями, а верхняя диафрагма 13 установлена между верхним 9 и средним уплотнениями 10, при этом внешняя полость верхней диафрагмы 13 сообщена с окружающей электродвигательной средой. Преимуществом предлагаемой гидрозащиты является то, что возникающий из-за разности плотностей масла и пластовой жидкости перепад давления воспринимается нижним торцевым уплотнением 11. Верхнее торцевое уплотнение 9 от перепада давлений разгружено, что повышает надежность и долговечность гидрозащиты и электродвигателя в целом. 2 ил.

Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, состоящее из гидравлического компенсатора, размещенного в нижней части электродвигателя, и протектора, установленного в его верхней части и содержащего расположенные последовательно верхнее, среднее и нижнее торцевые уплотнения, нижнюю эластичную диафрагму и верхнюю эластичную диафрагму, внутренняя полость которой соединена с внешней полостью нижней диафрагмы, отличающееся тем, что нижняя диафрагма размещена между нижним и средним торцевыми уплотнениями, верхняя диафрагма установлена между верхним и средним уплотнениями, а внешняя полость верхней диафрагмы сообщена с окружающей электродвигатель средой.