Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкциям погружных электродвигателей, предназначенных для привода насосных агрегатов для добычи жидкости из скважин, а именно к конструкциям секционных электродвигателей, состоящих из нескольких последовательно соединенных секций.
Известен электродвигатель погружной маслозаполненный секционный, описанный в патенте US 4409504 А, 11.10.1983, F 04 D 13/08, 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. В верхней части корпуса нижней секции соосно корпусу закреплена присоединительная головка, выполненная в виде трубы с фланцем, соответствующим фланцу присоединительного модуля. На нижнем конце вала ротора верхней секции и верхнем конце вала ротора нижней секции выполнены шлицы, при этом указанные концы валов соединены посредством шлицевой муфты. В центральном отверстии присоединительной головки закреплена колодка с отверстием, в котором установлена шлицевая муфта. В присоединительном модуле и колодке выполнено по три попарно совмещенных продольных отверстия, в которых расположены электроизолированные выводы обмоток статоров соответственно верхней и нижней секций, при этом взаимно соответствующие выводы обмоток соединены с помощью штепсельных соединителей. В присоединительном модуле и колодке выполнено по одному продольному отверстию, которые совмещены между собой и образуют канал для прохода масла. Опорная пята осевой опоры вала ротора нижней секции закреплена на верхней части вала, а подпятник соединен с корпусом нижней секции.
Описанная конструкция электродвигателя позволяет добиться существенного увеличения его мощности, что особенно важно при эксплуатации малодебитных скважин и скважин с глубоким залеганием продуктовых пластов. При этом увеличение мощности электродвигателя достигается без увеличения длины вала ротора и увеличения нагрузки на осевую опору, таким образом, не происходит снижения надежности и долговечности электродвигателя. Секционная конструкция электродвигателя позволяет также избежать усложнения процесса изготовления обмотки статора, вызванного увеличением его длины.
Недостатком описанного аналога является то, что шлицевая муфта установлена в зоне расположения штепсельных соединений, что может привести к ухудшению контакта в штепсельных соединениях вследствие вибраций шлицевой муфты, усиливающихся при износе или деформации элементов шлицевых соединений, которые являются наиболее нагруженными участками валов роторов.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения (прототипом) является электродвигатель погружной маслозаполненный секционный (см. кн. Международный транслятор. Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти. М.: Нефть и газ, 1999, с.344, 363, рис.4.12, 4.13), 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. В присоединительном модуле и электроизоляционной колодке выполнено, по крайней мере, по одному продольному отверстию, которые совмещены между собой и образуют канал для прохода масла. 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.
Основным недостатком прототипа является то, что концевой радиальный подшипник вала ротора верхней ступени размещен в отверстии переходного модуля, ограниченные размеры которого не позволяют установить между антифрикционной втулкой подшипника и валом ротора дополнительную втулку, поэтому при работе двигателя происходит износ поверхности вала в зоне расположения подшипника, следовательно, при ремонте электродвигателя необходимо заменять целиком вал ротора, что занимает много времени, технологически сложно и не экономично. Кроме того, при радиальном закреплении вала каждой секции образуется значительная консоль, что приводит к возникновению дополнительных нагрузок в шлицевом соединении.
Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании погружного маслозаполненного электродвигателя, состоящего из нескольких последовательно соединенных секций.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении надежности и долговечности секционного электродвигателя за счет исключения износа поверхности вала ротора верхней ступени на участке размещения концевого радиального подшипника, уменьшении радиальных биений концов валов роторов за счет уменьшения консоли, образующейся при радиальном закреплении валов.
Электродвигатель погружной маслозаполненный секционный содержит разъемно соединенные верхнюю и нижнюю секции, каждая из которых содержит корпус в котором размещены статор и ротор. На нижнем конце вала ротора верхней секции и верхнем конце вала ротора нижней секции выполнены шлицы, причем указанные концы валов соединены посредством шлицевой муфты. При этом в отличие от прототипа на внешней цилиндрической поверхности шлицевой муфты зафиксирована антифрикционная втулка, установленная с возможностью вращения в осевом отверстии опорного элемента, закрепленного в центральном отверстии корпуса нижней секции.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения в нижней части корпуса верхней секции может быть закреплен присоединительный модуль, выполненный с отверстием, через которое проходит вал ротора верхней секции. В верхней части корпуса нижней секции соосно корпусу может быть закреплена присоединительная головка, выполненная в виде трубы, торцевая часть которой соединена с торцом присоединительного модуля. В центральном отверстии присоединительной головки может быть закреплена электроизоляционная колодка с отверстием, через которое проходит вал ротора верхней секции. В присоединительном модуле и электроизоляционной колодке может быть выполнено, по крайней мере, по три попарного совмещенных продольных отверстия, в которых расположены выводы обмоток статоров, соответственно, верхней и нижней секций, при этом взаимно соответствующие выводы обмоток должны быть соединены с помощью штепсельных соединителей. В присоединительном модуле и электроизоляционной колодке может быть выполнено, по крайней мере, по одному продольному отверстию, которые должны быть совмещены между собой и образовывать канал для прохода масла. Опорная пята осевой опоры вала ротора нижней секции может быть закреплена на верхней части вала, а подпятник соединен с корпусом нижней секции. Шлицевая муфта может быть размещена в пространстве между осевой опорой и электроизоляционной колодкой. В опорном элементе могут быть выполнены, по крайней мере, три продольных прорези, образующие каналы для прохода масла, в которых размещены выводы обмотки статора нижней секции. Защитный кожух осевой опоры может быть выполнен в виде стакана, закрепленного своим дном на торцевой поверхности опорного элемента, расположенной выше осевой опоры вала ротора. При этом вращающиеся части осевой опоры должны быть расположены в пространстве, ограниченном боковыми стенками стакана, а выводы обмотки статора нижней секции размещены снаружи стакана, дно которого должно быть выполнено с отверстием, через которое проходит вал ротора нижней секции. На электроизоляционной втулке может быть закреплен первый конец защитной втулки, второй конец которой может быть закреплен на опорном элементе таким образом, что вал ротора верхней секции размещен в отверстии втулки, а выводы обмотки статора нижней секции размещены снаружи защитной втулки.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения опорный элемент может быть выполнен с цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен внутреннему диаметру корпуса нижней секции, и двумя упорными поверхностями, расположенными с двух сторон от этой поверхности относительно оси электродвигателя и перпендикулярно к ней, при этом подпятник осевой опоры должен быть закреплен в неподвижном корпусе, содержащем, по крайней мере, два штифта, выступающих над торцевой поверхностью корпуса подпятника со стороны, обращенной к первой упорной поверхности опорного элемента, в которой должны быть выполнены пазы для размещения штифтов, опорный элемент должен быть установлен в центральном отверстии корпуса нижней секции, а его первая упорная поверхность опираться на торцевую поверхность корпуса подпятника, при этом штифты должны быть размещены в пазах, выполненных в первой упорной поверхности, опорный элемент прижат к корпусу подпятника с помощью гайки, закрепленной в отверстии корпуса нижней секции, соответствующая часть внутренней поверхности которого должна быть выполнена с резьбой, с возможностью упора во вторую упорную поверхность опорного элемента.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения наружная поверхность шлицевой муфты может быть выполнена с глухим продольным пазом, а внутренняя поверхность антифрикционной втулки - с открытым с двух сторон продольным пазом, в пазах может быть зафиксирована шпонка, с помощью которой антифрикционная втулка закреплена на наружной поверхности шлицевой муфты, выполненной с канавками, расположенными с двух сторон от места закрепления антифрикционной втулки, в которых могут быть установлены два разрезных пружинных кольца.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения электроизоляционная колодка может быть установлена в центральном отверстии корпуса нижней секции, при этом в электроизоляционной колодке со стороны верхней торцевой поверхности должно быть выполнено глухое отверстие, в котором установлен подпружиненный в осевом направлении цилиндрический стопор, а торцевая поверхность первого присоединительного элемента должна быть выполнена с отверстием, в котором размещена часть стопора, выступающая над торцевой поверхностью электроизоляционной колодки.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения в отверстии, образующем канал для прохода масла, выполненном в первом присоединительном элементе, может быть размещен подпружиненный в осевом направлении шарик и седло, расположенное в указанном канале ниже шарика, образующего вместе с седлом шариковый клапан, при этом шарик может быть отжат от седла с помощью цилиндрического упора, закрепленного в отверстии, образующем канал для прохода масла, выполненном в электроизоляционной колодке, причем диаметр упора должен быть меньше диаметра указанного канала.
На фиг. 1 изображен общий вид погружного маслозаполненного секционного электродвигателя.
На фиг.2 изображен разрез зоны соединения секций электродвигателя.
Погружной маслозаполненный секционный электродвигатель 1 содержит разъемно соединенные верхнюю 2 и нижнюю 3 секции, каждая из которых содержит корпус, соответственно 4 и 5, выполненный в виде трубы, в котором размещены статор и ротор. В корпусе верхней секции размещен проставок 6, закрепленный в центральном отверстии корпуса, соответствующая часть внутренней поверхности которого выполнена с резьбой. Между проставком 6 и корпусом 4 установлены уплотняющие кольца 7. В центральном отверстии проставка установлен корпус 8 радиального подшипника вала 12 ротора верхней секции, а на торцевой поверхности проставка 6 с помощью трех шпилек 9 с гайками 10 закреплен присоединительный модуль 11. Присоединительный модуль выполнен с отверстием, через которое проходит вал 12 ротора верхней секции, и фланцем 13 с центрирующем отверстием, в котором размещен ловитель 14. Между присоединительным модулем 11 и корпусом 8 радиального подшипника установлена упругая шайба 15 с отверстиями, через которые проходят вал 12 и выводы 13' обмотки статора верхней секции. Шайба 15 обеспечивает компенсацию осевых перемещений вала 12 и дополнительную герметизацию верхней секции, когда секции электродвигателя разъединены. Уплотнение соединения присоединительного модуля и проставка обеспечиваются резиновыми уплотняющими кольцами 16.
В верхней части корпуса нижней секции 3 закреплена присоединительная головка 17, зафиксированная в центральном отверстии корпуса, соответствующая часть внутренней поверхности которого выполнена с резьбой. Присоединительная головка выполнена в виде трубы, торцевая часть которой соединена с фланцем 13 присоединительного модуля с помощью трех шпилек 19 с гайками 20. На торце присоединительной головки 17 закреплен ловитель 14. Уплотнение соединения присоединительной головки с присоединительным модулем и корпусом нижней секции обеспечивается резиновыми уплотняющими кольцами 18 и 38 соответственно.
В центральном отверстии присоединительной головки 17 закреплена фторопластовая электроизоляционная колодка 21 с отверстием, через которое проходит вал 12. Электроизоляционная колодка 21 установлена своей наружной цилиндрической поверхностью в центральном отверстии корпуса 5, при этом в электроизоляционной колодке со стороны верхней торцевой поверхности выполнено глухое отверстие, в котором установлен подпружиненный в осевом направлении цилиндрический стопор 22, а торцевая поверхность первого присоединительного элемента выполнена с отверстием (на чертеже не показано), в котором размещена часть стопора, выступающая над торцевой поверхностью электроизоляционной колодки, что препятствует провороту электроизоляционной колодки.
В присоединительном модуле 11 и электроизоляционной колодке 21 выполнено по три попарного совмещенных продольных отверстия, в которых расположены выводы 13', 24 обмоток статоров соответственно верхней и нижней секций. Взаимно соответствующие выводы обмоток соединены с помощью штепсельных соединителей. Каждый штепсельный соединитель состоит из гильзы 25, закрепленной на выполненном с резьбой первом конце переходника 26, второй конец которого закреплен на соответствующем выводе 24 обмотки статора нижней секции, и штепсельного наконечника 27, закрепленного в отверстии, выполненном в торцевой части первого конца переходника 28, соответствующая часть внутренней поверхности которого выполнена с резьбой. В торцевой части второго конца переходника выполнено отверстие, в котором закреплен конец освобожденного от изоляции вывода 13'. Переходник 28 и часть вывода 13' размещены во фторопластовой электроизоляционной втулке 29, на наружной поверхности которой выполнен центрирующий буртик 30, размещенный в кольцевой выточке, образованной торцевой поверхностью присоединительного модуля 11. Центрирующие буртики всех электроизоляционных втулок поджаты к поверхности соответствующей кольцевой выточки с помощью шайбы 31 с отверстиями, через которые проходят концы электроизоляционных втулок 29.
В присоединительном модуле 11 и электроизоляционной колодке 21 выполнено по одному продольному отверстию, которые совмещены между собой и образуют канал 32 для прохода масла. В отверстии, выполненном в первом присоединительном элементе, размещены подпружиненный в осевом направлении шарик 33 и седло 34, расположенное в канале 32 ниже шарика, образующего вместе с седлом шариковый клапан. Когда секции электродвигателя соединены между собой, шарик отжат от седла с помощью цилиндрического упора 35, закрепленного в отверстии, выполненном в электроизоляционной колодке 21. Диаметр упора 35 меньше диаметра канала 32 и подобран таким образом, чтобы не создавать существенного сопротивления движению масла через канал. При разъединении секций шарик 33 ложится на седло 34, перекрывая канал 32.
Опорная пята 36 осевой опоры вала 37 ротора нижней секции закреплена на верхней части вала 37, а подпятник 38 соединен с корпусом 5 нижней секции.
На нижнем конце вала 12 и верхнем конце вала 37 выполнены шлицы, при этом указанные концы валов размещены в пространстве между осевой опорой и электроизоляционной колодкой 21 и соединены посредством шлицевой муфты 39. На внешней цилиндрической поверхности шлицевой муфты зафиксирована антифрикционная втулка 40, установленная с возможностью вращения в осевом отверстии опорного элемента 41, закрепленного в центральном отверстии корпуса 5. Наружная поверхность шлицевой муфты 39 выполнена с глухим продольным пазом, а внутренняя поверхность антифрикционной втулки - с открытым с двух сторон продольным пазом, в указанных пазах зафиксирована шпонка 42, с помощью которой антифрикционная втулка 40 закреплена на наружной поверхности шлицевой муфты. С двух сторон от места закрепления антифрикционной втулки наружная поверхность шлицевой муфты выполнена с канавками, в которых установлены два разрезных пружинных кольца 43.
Опорный элемент 41 выполнен с цилиндрической поверхностью 44, диаметр которой равен внутреннему диаметру корпуса 5, и двумя упорными поверхностями 45 и 46, расположенными с двух сторон от поверхности 44 относительно оси электродвигателя и перпендикулярно к ней. Подпятник 38 установлен в неподвижном корпусе 47, содержащем, по крайней мере, два штифта 48, выступающих над торцевой поверхностью корпуса подпятника со стороны, обращенной к упорной поверхности 45 опорного элемента, в которой выполнены пазы для размещения штифтов 48. Опорный элемент установлен в центральном отверстии корпуса 5, а упорная поверхность 45 опирается на торцевую поверхность корпуса 47, при этом штифты 48 размещены в упомянутых пазах и препятствуют провороту опорного элемента 41. Опорный элемент прижат к корпусу 47 с помощью гайки 49, закрепленной в отверстии корпуса 5, соответствующая часть внутренней поверхности которого выполнена с резьбой, с возможностью упора в упорную поверхность 46. В опорном элементе выполнены три продольных прорези 50, образующие каналы для прохода масла, в которых размещены выводы 24 обмотки статора нижней секции. Защитный кожух осевой опоры выполнен в виде стакана 51, закрепленного на торцевой поверхности опорного элемента 41, расположенной выше осевой опоры вала 37 с помощью четырех винтов 52, проходящих через дно стакана. Вращающиеся части осевой опоры расположены в пространстве, ограниченном боковыми стенками стакана 51, а выводы 24 размещены снаружи стакана, дно которого выполнено с отверстием, через которое проходит вал 37.
На электроизоляционной втулке 21 закреплен первый конец защитной втулки 23, второй конец которой закреплен на опорном элементе 41 таким образом, что вал 12 размещен в отверстии защитной втулки, а выводы 24 размещены снаружи втулки 23.
Соединение секций электродвигателя производят следующим образом.
Сняв защитную крышку, устанавливаемую на фланце присоединительного модуля при транспортировке, закрепляют с помощью специальной оснастки верхнюю секцию 2 вертикально над устьем скважины. Нижнюю секцию 3, также освобожденную от защитной крышки и с установленной на конце вала ротора шлицевой муфтой, подвешивают вертикально под верхней секцией. Затем стыкуют секции, вводя вал 12 в отверстие электроизоляционной колодки 21, при этом размещают ловитель 14 в центрирующем отверстии фланце 13, что обеспечивает точное центрирование нижней секции относительно оси верхней секции. После этого соединяют секции, при этом штепсельные наконечники 27 вводят в гильзы 25, а шлицевой конец вала 12 размещают в отверстии шлицевой муфты 39. Затем фиксируют секции в соединенном состоянии с помощью шпилек 19 с гайками 20.
Электродвигатель работает следующим образом.
Электрический ток через узел токоввода обычной конструкции подают в обмотку статора верхней секции и через выводы со штепсельными соединениями на обмотку статора нижней секции. Суммарный крутящий момент, создаваемый жестко соединенными валами роторов нижней и верхней секций, прикладывают к валу насоса, связанному с верхним концом вала ротора верхней секции электродвигателя.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ | 2007 |
|
RU2343619C1 |
ВХОДНОЙ МОДУЛЬ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО НАСОСА | 2003 |
|
RU2237198C1 |
УСТАНОВКА ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА В МОДУЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ | 2001 |
|
RU2211956C2 |
ТУРБОВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2006 |
|
RU2295023C1 |
СЕКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2654299C1 |
ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ СЕКЦИОННАЯ ЦЕНТРОБЕЖНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ СБОРКИ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ | 2013 |
|
RU2529979C1 |
ТУРБОБУР-РЕДУКТОР | 2002 |
|
RU2198994C1 |
Установка плунжерная с линейным двигателем (варианты) | 2022 |
|
RU2801629C1 |
РЕГУЛЯТОР УГЛА ПЕРЕКОСА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2010 |
|
RU2441125C2 |
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2002 |
|
RU2232859C2 |
Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкциям погружных секционных электродвигателей для привода насосных агрегатов, добывающих жидкость из скважин. Электродвигатель содержит разъемно соединенные верхнюю и нижнюю секции. Каждая из секций содержит корпус, в котором размещены статор и ротор. На нижнем конце вала ротора верхней секции и верхнем конце вала ротора нижней секции выполнены шлицы. Указанные концы валов соединены посредством шлицевой муфты. На внешней цилиндрической поверхности шлицевой муфты зафиксирована антифрикционная втулка, установленная с возможностью вращения в осевом отверстии опорного элемента, закрепленного в центральном отверстии корпуса нижней секции. Изобретение направлено на повышение надежности и долговечности электродвигателя за счет исключения износа поверхности вала ротора верхней ступени на участке размещения концевого радиального подшипника и уменьшения радиальных биений концов валов роторов за счет уменьшения консоли, образующейся при радиальном закреплении валов. 5 з. п.ф-лы, 2 ил.
Международный транслятор | |||
Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти | |||
- М.: Нефть и газ, 1999, с | |||
Способ получения жидкой протравы для основных красителей | 1923 |
|
SU344A1 |
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды | 1921 |
|
SU4A1 |
ПОГРУЖНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВЫСОКОНАПОРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАСОС | 2000 |
|
RU2177088C1 |
СЕКЦИОННЫЙ НАСОС С ШАРНИРНЫМ СОЧЛЕНЕНИЕМ | 1999 |
|
RU2159870C1 |
Двухмашинный агрегат | 1987 |
|
SU1543504A1 |
Спиро манометр | 1926 |
|
SU5895A1 |
ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ НАКЛОННО НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ | 1993 |
|
RU2081986C1 |
Способ и коалесцентный элемент для разделения эмульсии | 2016 |
|
RU2618857C1 |
US 4409504 A, 11.10.1983. |
Авторы
Даты
2003-12-20—Публикация
2002-07-10—Подача