КОМПЕНСАТОР ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2016 года по МПК H02K5/12 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции компенсатора погружных электродвигателей, применяемых в насосных установках для добычи нефти.

Из уровня техники известен компенсатор погружного электродвигателя, предназначенного для привода насосов для добычи нефти, состоящий из цилиндрического корпуса, внутри которого размещен компенсирующий элемент, выполненный в виде эластичной диафрагмы. Компенсирующий элемент разделяет полость внутри цилиндрического корпуса на две полости, одна из которых соединена с полостью погружного электродвигателя, заполненной маслом, а другая - с затрубным пространством, заполненным пластовой жидкостью (см. патент RU №2050669 С1, публ.20.12.95, H02K 5/10).

Недостаток данного компенсатора состоит в ограниченной термостойкости компенсирующего элемента, что не позволяет использовать его с погружными электродвигателями, применяемыми в насосных установках для добычи нефти из высокотемпературных скважин.

Из уровня техники также известен компенсатор погружного электродвигателя, предназначенного для привода насосов для добычи нефти, состоящий из цилиндрического корпуса, имеющего основание и головку, присоединяемую к электродвигателю. Внутри корпуса размещен компенсирующий элемент, выполненный в виде плавающего поршня, разделяющего полость внутри цилиндрического корпуса на полость над поршнем, которая соединена с полостью электродвигателя, через каналы, выполненные в головке, и полость под поршнем, которая соединена с затрубным пространством через каналы, выполненные в основании (см. заявку US №20100172773 А1, публ. 08.07.10, F04B 17/03, H02K 5/132).

Данная конструкция компенсатора выбрана в качестве прототипа как наиболее близкая по своей технической сути к заявленной конструкции компенсатора погружного электродвигателя, предназначенного для привода насосов для добычи нефти.

Недостатком известной конструкции компенсатора является его невысокая надежность. Это обусловлено тем, что поверхность скольжения плавающего поршня контактирует с пластовой жидкостью, которая содержит абразивные частицы, поэтому уплотнение между цилиндрическим корпусом и плавающим поршнем не может гарантировать надежное разделение пластовой жидкости и масла, заполняющего электродвигатель, особенно при абразивном износе поверхности скольжения плавающего поршня. Кроме того, в силу своих конструктивных особенностей (необходимость хорошего уплотнения между цилиндрическим корпусом и плавающим поршнем затрудняет перемещение последнего) известный компенсатор не обладает достаточной чувствительностью и быстродействием, что не позволяет незамедлительно компенсировать изменение объема масла и поддерживать постоянное давление внутри погружного электродвигателя.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного изобретения, заключается в повышении надежности, чувствительности и быстродействия компенсатора погружного электродвигателя, предназначенного для привода насосов для добычи нефти из высокотемпературных скважин.

Указанный технический результат достигается за счет того, что у компенсатора погружного электродвигателя, состоящего из цилиндрического корпуса, имеющего основание и головку, присоединяемую к электродвигателю, и компенсирующего элемента, выполненного в виде плавающего поршня, размещенного внутри цилиндрического корпуса и разделяющего его полость на полость над поршнем, которая соединена с полостью электродвигателя через каналы, выполненные в головке, и полость под поршнем, которая соединена с затрубным пространством через каналы, выполненные в основании, компенсирующий элемент снабжен металлическим сильфоном, верхняя часть которого закреплена на плавающем поршне, а нижняя часть закреплена на основании, при этом полость внутри сильфона соединена с затрубным пространством, а полость между сильфоном и цилиндрическим корпусом соединена с полостью над плавающим поршнем.

В частных случаях реализации изобретения, компенсатор имеет следующие конструктивные особенности:

- Плавающий поршень выполнен в виде многогранника со скругленными вершинами, скользящими по цилиндрическому корпусу, при этом между цилиндрическим корпусом и гранями плавающего поршня образуются каналы, соединяющие полость между сильфоном и цилиндрическим корпусом с полостью над плавающим поршнем;

- Плавающий поршень снабжен ограничителем хода.

Внутри цилиндрического корпуса последовательно размещены несколько компенсирующих элементов, при этом нижние части металлических сильфонов дополнительных компенсирующих элементов закреплены на плавающих поршнях нижележащих компенсирующих элементов, а полости внутри сильфонов соединены между собой через каналы, выполненные в плавающих поршнях.

Осуществление изобретения

На Фиг.1 показан продольный разрез компенсатора. На Фиг.2 показан поперечный разрез компенсатора. На Фиг.3 показан продольный разрез компенсатора с несколькими компенсирующими элементами.

Компенсатор (см. Фиг.1) состоит из цилиндрического корпуса 1, имеющего основание 2 и головку 3, присоединяемую к электродвигателю 4. Внутри цилиндрического корпуса 1 размещен компенсирующий элемент, который состоит из плавающего поршня 5 и металлического сильфона 9, верхняя часть которого закреплена на плавающем поршне 5, а нижняя часть закреплена на основании 2. Полость А над поршнем соединена с полостью Б электродвигателя через каналы 6, выполненные в головке 3, а полость В внутри сильфона 9 соединена с затрубным пространством, через каналы 7, выполненные в основании 2. Плавающий поршень 5 выполнен (см. Фиг.2) в виде многогранника со скругленными вершинами 11, скользящими по цилиндрическому корпусу 1, при этом между цилиндрическим корпусом 1 и гранями 10 плавающего поршня 5 образуются каналы 12, соединяющие полость между сильфоном 9 и цилиндрическим корпусом 1 (на чертеже не обозначена) с полостью А над плавающем поршнем 5. Плавающий поршень 5 снабжен ограничителем хода 13. Для электродвигателей, имеющих большой объем заправляемого масла, могут изготавливаться компенсаторы, у которых (см. Фиг.3) внутри цилиндрического корпуса 1 последовательно размещены несколько компенсирующих элементов, при этом нижние части металлических сильфонов 9 дополнительных компенсирующих элементов закрепляются на плавающих поршнях нижележащих компенсирующих элементов, а полости внутри сильфонов соединяются между собой через каналы 7, выполненные в плавающих поршнях.

Компенсатор работает следующим образом.

Перед спуском насосной установки в скважину электродвигатель и компенсатор заправляются маслом. При этом в электродвигателе масло заполняет полость Б, а в компенсаторе - полость А и полость между сильфоном 9 и цилиндрическим корпусом 1. После спуска насосной установки в скважину полость В компенсатора заполняется пластовой жидкостью через каналы 7, выполненные в основании 2. Заправленное масло, нагреваясь в высокотемпературной скважине, увеличивается в объеме, который компенсируется перемещением поршня 5 вниз, при этом из полости Б электродвигателя масло перетекает в полость А компенсатора через каналы 6, выполненные в головке 3, а из полости В компенсатора, которая уменьшилась в объеме, пластовая жидкость перетекает в затрубное пространство через каналы 7, выполненные в основании 2. При работе электродвигателя происходит дополнительный нагрев масла, при этом дополнительное увеличение его объема компенсируется вышеописанным образом. В случае если температура масла, по каким-либо причинам, превысит максимально допустимое значение, перемещение поршня 5 вниз будет остановлено ограничителем хода 13, что предотвратит разрушение сильфона 9. При остановке электродвигателя масло остывает и его объем уменьшается, при этом поршень 5 перемещается вверх и масло из полости А компенсатора перетекает в полость Б электродвигателя через каналы 6, выполненные в головке 3, полость В компенсатора увеличивается в объеме и пластовая жидкость перетекает в нее из затрубного пространства через каналы 7, выполненные в основании 2. Компенсатор, имеющий несколько компенсирующих элементов, работает аналогичным образом.

Заявленная конструкция компенсатора обладает высокой надежностью даже при работе в высокотемпературных скважинах, поскольку не имеет конструктивных элементов из полимерных материалов. Гарантирует надежное разделение масла и пластовой жидкости за счет герметичного соединения деталей компенсирующего элемента. Обладает высокой чувствительностью и быстродействием, поскольку основной подвижный элемент (плавающий поршень) работает в масле, что обеспечивает минимальное сопротивление его перемещению.

Изобретение относится к электротехнике, к конструкции компенсатора погружных электродвигателей, применяемых в насосных установках для добычи нефти. Компенсатор состоит из цилиндрического корпуса, имеющего основание и головку, присоединяемую к электродвигателю, и компенсирующего элемента, выполненного в виде плавающего поршня, размещенного внутри цилиндрического корпуса. Компенсирующий элемент снабжен металлическим сильфоном, верхняя часть которого закреплена на плавающем поршне, а нижняя часть закреплена на основании. Плавающий поршень снабжен ограничителем хода и выполнен в виде многогранника со скругленными вершинами, скользящими по цилиндрическому корпусу. Между цилиндрическим корпусом и гранями плавающего поршня образуются каналы, соединяющие полость между сильфоном и цилиндрическим корпусом с полостью над плавающим поршнем, которая соединена с полостью электродвигателя через каналы, выполненные в головке. Полость внутри сильфона соединена с затрубным пространством через каналы, выполненные в основании. Компенсатор может быть выполнен с несколькими компенсирующими элементами, последовательно установленными в цилиндрическом корпусе, при этом нижние части металлических сильфонов дополнительных компенсирующих элементов закрепляются на плавающих поршнях нижележащих компенсирующих элементов, а полости внутри сильфонов соединяются между собой через каналы, выполненные в плавающих поршнях. Технический результат заключается в повышении надежности, чувствительности и быстродействия. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Компенсатор погружного электродвигателя, состоящий из цилиндрического корпуса, имеющего основание и головку, присоединяемую к электродвигателю, и компенсирующего элемента, выполненного в виде плавающего поршня, размещенного внутри цилиндрического корпуса и разделяющего его полость на полость над поршнем, которая соединена с полостью электродвигателя через каналы, выполненные в головке, и полость под поршнем, которая соединена с затрубным пространством через каналы, выполненные в основании, отличающийся тем, что компенсирующий элемент снабжен металлическим сильфоном, верхняя часть которого закреплена на плавающем поршне, а нижняя часть закреплена на основании, при этом полость внутри сильфона соединена с затрубным пространством, а полость между сильфоном и цилиндрическим корпусом соединена с полостью над плавающим поршнем.

2. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что плавающий поршень выполнен в виде многогранника со скругленными вершинами, скользящими по цилиндрическому корпусу, при этом между цилиндрическим корпусом и гранями плавающего поршня образуются каналы, соединяющие полость между сильфоном и цилиндрическим корпусом с полостью над плавающим поршнем.

3. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что плавающий поршень снабжен ограничителем хода.

4. Компенсатор по п.2, отличающийся тем, что внутри цилиндрического корпуса последовательно размещены несколько компенсирующих элементов, при этом нижние части металлических сильфонов дополнительных компенсирующих элементов закреплены на плавающих поршнях нижележащих компенсирующих элементов, а полости внутри сильфонов соединены между собой через каналы, выполненные в плавающих поршнях.