ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПОГРУЖНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ Российский патент 2003 года по МПК H02K17/16 H02K3/02 

Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к электродвигателям установок электропогружных центробежных насосов, имеющих короткозамкнутый ротор.

При добыче нефти из нефтяных скважин с использованием установок электропогружных центробежных насосов в качестве привода насосов используются погружные электродвигатели различных конструкций и габаритов. Наиболее распространенными являются погружные электродвигатели марки ПЭД, габариты 103б 117, 123, 142, серийно выпускаемые АО "Алнас" (г. Альметьевск, Татарстан) и рядом других предприятий. На базе этих разработок создан ряд конструктивных модификаций.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому являются погружные русские электродвигатели марки ПРЭД, имеющие параметрическую обмотку статора (патент США 5559385, 1996; ЕР 648006, 1997). Главным достоинством двигателей марки ПРЭД является возможность глубокого регулирования по амплитуде напряжения при неизменной частоте питающего тока. Двигатели марки ПРЭД выпускаются 000 "Привод ПЭУ" (г. Лысьва, Пермская область) и ООО "Алмаз" (г. Радужный, Тюменская область).

Электродвигатели установок электропогружных центробежных насосов всех марок и модификаций имеют конструкцию ротора, изображенную на фиг.1. В состав ротора входят вал, выполненный из пустотелой калиброванной стали 1, сердечники, выполненные из листовой электротехнической стали с медной стержневой обмоткой 2 ("беличьей клеткой"), радиальные опоры (подшипники скольжения) 3.

Однако существующие конструкции серийно выпускаемых погружных электродвигателей допускают при пуске и работе в тяжелых условиях нефтяных скважин нагрев обмоток электродвигателя, имеют длительное время его разгона и вывода на номинальный режим работы.

Задачей изобретения является улучшение характеристик погружных электродвигателей, повышение надежности их работы, снижение затрат на производство и эксплуатацию.

Задача решается тем, что ротор электродвигателя выполнен из сердечников как с медной, так и с алюминиевой короткозамкнутой обмоткой, при этом сердечники с алюминиевой обмоткой равномерно распределены по длине ротора между сердечниками с медной обмоткой.

Поскольку электрическое сопротивление алюминиевой короткозамкнутой обмотки в 1,7 раза больше, чем у медной, в зависимости от соотношения числа сердечников с медной и алюминиевой короткозамкнутой обмоткой будет меняться сопротивление в цепи ротора, а следовательно, и характеристики электродвигателя. Длина ротора и, соответственно, количество сердечников определяется заданной мощностью электродвигателя и его конструктивными особенностями. Соотношение числа сердечников с алюминиевой и медной короткозамкнутой обмоткой ("беличьей клеткой") может быть любым в зависимости от заранее заданных технических требований к погружному электродвигателю.

Равномерное распределение сердечников с алюминиевой и медной обмоткой по длине ротора обусловливает равномерное распределение по длине вала, ротора более высокого крутящего момента, создаваемого сердечниками с алюминиевой "беличьей клеткой".

Алюминиевая обмотка сердечника выполнена из первичного алюминия марки А7Е по ГОСТ 11069-74 с электрическим сопротивлением не более 0,0277 Ом•мм²/м литьем под давлением.

На фиг.2 изображены варианты предлагаемой конструкции с различным соотношением числа сердечников с медной и алюминиевой короткозамкнутой обмоткой, где А - сердечник ротора с алюминиевой обмоткой, М - сердечник ротора с медной обмоткой; Z_А - число сердечников с алюминиевой "беличьей клеткой", Z_М - число сердечников с медной обмоткой:

Работа заявляемого электродвигателя полностью идентична работе обычного серийного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, частота вращения которого зависит только от числа пар полюсов обмотки статора и частоты питающего тока.

Испытания, проведенные на нефтепромыслах Западной Сибири, показали, что использование электродвигателя предлагаемой конструкции с ротором, содержащим сердечники с алюминиевой и медной обмоткой, дает следующий эффект.

- Механическая характеристика двигателя приобрела более мягкий характер. Так, для двигателей с параметрической обмоткой статора при отношении Z_A/Z_M=2 (фиг. 2б) пусковой момент приблизился к максимальному, о чем свидетельствует возможность работы двигателя при значительном, более чем в 2 раза, снижении питающего напряжения. При этом пусковой ток значительно уменьшается.

- Повышение пускового момента, снижение пускового тока и мягкая механическая характеристика увеличивает надежность работы насосного агрегата, при пуске в тяжелых условиях уменьшает время разгона электродвигателя и снижает нагрев его обмоток.

- Повышается устойчивость насосного агрегата к кратковременным перегрузкам по вращающему моменту и отклонениям питающего напряжения. При двукратной перегрузке или двукратном снижении питающего напряжения двигатель не "опрокидывается", а лишь снижает частоту вращения.

- Снижаются затраты на производство электродвигателей благодаря применению более дешевого материала для изготовления обмотки роторов и снижению трудоемкости их изготовления.

- Значительно снижается вес двигателя за счет использования более легкого, чем медь, алюминия для обмотки роторов.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электродвигателям установок электропогружных центробежных насосов, имеющих короткозамкнутый ротор. Сущность изобретения: ротор данного электродвигателя выполнен из сердечников с металлической стержневой обмоткой, причем часть сердечников ротора выполнена с алюминиевой обмоткой, и эти сердечники распределены по длине ротора между сердечниками ротора с медной обмоткой. Технический результат состоит в повышении пускового момента, снижении пускового тока и в обеспечении мягкой механической характеристики электродвигателя, что ведет к снижению веса и затрат на производство электродвигателя, а также к увеличению надежности в работе насосного агрегата в целом. 2 ил.

Электродвигатель установки электропогружных центробежных насосов, содержащий ротор с металлической стержневой обмоткой сердечников, отличающийся тем, что часть сердечников ротора выполнена с алюминиевой обмоткой, при этом сердечники с алюминиевой обмоткой равномерно распределены по длине ротора между сердечниками с медной обмоткой.