Погружной электродвигатель Советский патент 1991 года по МПК H02K5/12 

Изобретение-относится к электротехнике, и может, в частности, найти применение в качестве электропривода в погружных электронасосах, предназначенных для подъема из скважин химически агрессивных жидкостей, содержаш пс механические примеси. Известны конструкции погружных жидкостнозаполненных (например, водой или маслом) электродвигателей, снабженных защитой от механических частиц и окружающей среды, включающих механическое уплотнение вала в виде торцового уплотнения и тепловой компен- . сатор в виде резинового мешка.

Помимо их сложности, к недостаткам известных конструкций относится низкая надежность в работе. Последнее обусловлено отсутствием надежно-, го обмот 1чного электропровода, на-

дежной технологии обмотки статора и его активного пакета.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является погружной электродвигатель, содержащий корпус, заполненный жи ;костью, плотность которой больше плотности окружающей среды, компенсационную камеру и камеру-отстойник, последовательно сообщающие полость двигателя с окружающей средой и отделенные цилиндрическими перегордками от вала ротора, на котором закреплен стаканообразный элемент, установленный над крышкой камеры-отстойника, имеющей отверстие, соединяющее полость камеры с окружающей средой, и отверстие, соединяющее полость камеры с зазором, образованным валом и цилинд рической перегородкой.

Недостатком его является низкая надежность в работе, обусловленная ненадежной защитой электродвигателя от проникновения в него окружающей среды, механическим износом торцового уплотнения под действием сил трения и механических частиц, засорение фильтрующего элемента этими частицами или в результате отложения в нем солей, содержащихся в окружающей среде.

Целью изобретения является повышение надежности за счет уменьшения попадания твердых частиц в полость двигателя,

Цель достигается тем, что погружной электродвигатель, содержащий корпус, заполненный жидкостью, плотност которой больще плотности окружающей среды, компенсационную камеру и камеру-отстойник, последовательно сообщающие полость двигателя с окружающей средой и отделенные цилиндрическцми перегородками от вала ротора, на котором закреплен стаканообразный элемент, установленный над крышкой камеры-отстойника, имеющей отверстие соединяющее полость камеры с окружающей средой, и отверстие, соединяющее полость камеры с зазором,образованны валом и цилиндрической перегородкой, снабжен полым цилиндрическим элементом, установленным в камере-отстойнике и закрепленным в крышке камерыотстойника, отверстия, соединяющие камеру-отстойник с окружающей средой и зазором,образованным валом и- цилиндрической перегородкой камеры,выполнены в камеры-отстойника, внутри полого цилиндрического элемента, в верхней части корпуса камерыотстойника выполнено отверстие,соединяющее ее с компенсационной камерой, причем двигатель снабжен дополнительной камерой, размещенной между компенсационной камерой и полостью двигателя, отдаленной от вала цилиндрической перегородкой, в нижней части которой выполнено отверстие,соединяющее полость этой камеры с зазором, образованным валом и цилиндрической перегородкой, а в нижней части этой же камеры выполнено отверстие, соединяющее полость этой камеры с полостью двигателя.

На чертеже приведен продольный разрез электродвигателя. Рабочее положение электродвигателя-вертикальное, с расположением рабочего конца вала вверх.

Погружной электродвигатель включает в себя корпус 1, переходный соединительный узел 2, статор 3, ротор 4 с валом 5, систему подшипников 6 и устройство для защиты электродвигателя от механических частиц и окружающей среды и одновременно для компенсации тепловых расширений тяжелой жидкости, в которое входят три камеры: верхняя камера-отстойник 7, средняя компенсационная камера 8 и дополнительная нижняя камера 9. Переходной узел ограничен сверху фланцем 10 и снизу фланцем 11; полость 12 открыта снаружи; вгш уплотнен кольцевыми щелями 13 и 14, образованными вокруг вала 5 втулкой 15,установленной в корпусе 16 вкладыша верхнего подшипника. Камера 7 закрыта сверху фланцем 17 и крышкой 18, изготовленной заодно с цилиндрической перегородкой 19, ограничивающей камеры 7 и 8 со стороны вала, и выполненной с кольцевым выступом 20 и системой отверстий 21 и 22. Внутренняя ступень 18 вместе с кольцевым выступом 20 входит в полость колпака 23 и образует в нем канал лабиринтного типа из камеры 7 в зазор 24 и гидроуплотнение в виде кольцевого зазора 25, Полость в камере 7 при помощи полого цилиндрического элемента 26 разделена в верхней части на внутреннюю и наружную,сообщающиеся между собой 5пизу общей зоной. Внутренняя зона соединена с одной сто,роны с полостью в нижней камере 9 средствами сообщения, в которые входят система отверстий 21, лабиринтный канал в колпаке 23, зазор 24, зазор 13 и отверстия 27 одновременно с зоной 28, расположенной в полости статора-ротора, зазором 14, и с другой стороны - с полостью 12, системой отверстий 22, зазором 29,образованным вокруг вала при помощи элемента 30 и средствами сообщения лабиринтного типа, образованными концом элемента 30 во втором колпаке 31,установленном на соединительной муфте 32, имеющим на наружной поверхности лопасти, например зубцы 33, чередующиеся с пазами 34, и образующим вместе с фланцем 10 гидроуплотнение, Наружная зона камеры 7 также соедине на с полостью камеры 9 отверстиями 35, кольцевой полостью 36,отверстия|Ми 37, полостью в камере 8 и кольцевым зазором 38 и одновременно с зоной 39 в полости двигателя отверстия 1ми 40. Электродвигатель заполняется тяжелой жидкостью,плотность которой больше плотности окружающей среды (например, жидкостью Б1 ОСТ 95419-79 при этом полость в камере 8 и зазор 24 заполняются этой жидкостью частично, до уровня, указанного на чертеже Полости, расположенные над уровнем тяжелой жидкости, заполняются окружающей средой, свободной от механических примесей, перед погружением электродвигателя в скважину.Во время работы электродвигателя положение уровня тяжелой жидкости в камере 8 определяется температурой этой жидкости. При нагревании электродвигателя и соответственно тяжелой жидкости уровень повышается и окружающая среда над уровнем тяжелой жидкости вытесняется из электродвигателя чере открытую полость 12, а при охлаждении уровень понижается и окружающая среда через ту же открытую полость засасывается обратно. Возможность беспрепятственного изменения положения уровня тяжелой жидкости в полости камеры 8 обеспечивает компенсацию ее объемных изменений при нагревании и охлаждении электродвигателя.Наибольшее количество вытесняемой из защитного устройства окружающей среды имеет место при нагревании элект.родвигателя от окружающей до максимальной рабочей температуры, а засасываемой обратно - при его охла)вдении от максимальной рабочей температуры до окружающей. Попадание механических частии в полости камер 7,8 и зазор 24 возможно только вместе с окружающей средой, следовательно,только при засасывании последней в упомянутые полости и зазор, т.е. при остановках, сопровождающихся охлаждением электродвигателя. Во время работы электродвигателя окружающая среда вблизи наружной поверхности колпака 31 приводится последним во вращательное движение. Возникающие при этом центробежные силы отбрасывают содержащиеся в окружающей среде механические примеси к периферии открытой снаружи полости J2. В результате этого окружающая колпак 31 масса жидкости оказывается в значительной мере очищенной уже к моменту остановки электродвигателя. Эффективность очистки окружающей среды, обеспечиваемая вращающимся колпаком 31, увеличена путем изготовления на наружной поверхности колпака лопастей в виде зубцов 33,чередующихся с пазами 34. Благодаря наличию гидроуплотнения, полость 12 является для окружающей среды, практически непроточной. В остановленном электродвигателе во время охлаждения, сопровождающегося засасыванием в электродвигатель окружающей среды, очистка этой среды в полости 12 продолжается путем осаждения содержащихся в ней частиц под действием их собственного веса.

При пуске электродвигателя полость 12 самоочищается от механических частиц, осевших в ней за период охлаждения, под действием центробежных сил, создаваемьк- вращающимся колпаком. Полость 12 вместе с колпаком 31 и втулкой 30 является первой ступенью защиты электродвигателя от механичесКих частиц, содержащихся в окружающей среде. Вращение окружающей среды, вызываемое вращением колпака 23 в работающем электродвигателе, не может передаться жидкости в камере 7 и в отверстиях 21. Этому препятствует перемычки между отверстиями 21 и 22.

Благодаря этому окружающая среда, заполняющая полость камеры 7,остается в покое не только во время остановки электродвигателя, но и во время его работы, что обеспечивает условия

для наиболее полной и тонкой очистки окружающей среды в камере 7 от механических частиц в результате их осаждения под действием собственного неса.

Изготовление зазора 25 поперечным сечением, меньшим поперечного сечения отверстий 21 и 22, обеспечивает обмен окружающей средой между полостью 12 и зазором 24 главным образом через внутреннюю зону камеры 7 и систему отверстий 21, причем тем в большей мере, чем поперечное сечение зазора 25 меньше поперечных сечений отверстий 21 и 22.

Изготовление зазора 24 на участке перемещения тяжелой жидкости при температурных изменениях не более величины, необходимой для обеспечения собираемости и работы электродвигателя без задеваний вращающихся поверхностей на неподвижные,позволяет ограничить обмен окружающей среды между зазором 24 и камерой 7 минимальным объемом,

Изложеннсе выше позволяет очистить окружающую среду, поступающую из камеры 7 в зазор 24 и в полость камеры 8, от всех механических частиц, кроме частиц, способных находиться в ней во взвещенном состоянии неограниченно долго. Камера 7 функционально дополняет полость 12 и является второй ступенью защиты электродвигателя от механических частиц.Ни сама окружающая среда, ни механические частицы, находящиеся в ней во

взвешенном состоянии неограниченно долго, не могут проникнуть ниже уровня тяжелой жидкости в зазоре 24 и камере 8, плотность которой больше плотности окружающей среды.

В работающем электродвигателе условия в закрытой со всех сторон камере 3 в сравнении с условиями,обеспечиваемыми в остановленном электродвигателе, не изменяются. Перетечки тяжелой жидкости, обусловленные разрежением на поверхности вала в зоне 28, возникающим под действием центробежных сил, создаваемых вращающимся

валом в этой зоне, и замыкающиеся по трассе: полость 39, отверстия в перегородке камер, полость в камере 9, отверстия 27 и зазор 14 влияния на состояние жидкости в камере В не оказывает.

ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус, заполненный жид костью, плотность которой больше плотности окружающей среды, компенсационную камеру и камеру-отстойник, последовательно сообщающие полость двигателя с окрутающей средой и отделенные цилиндрическими перегородками от вала ротора, на котором закреплен стаканообразный элемент, установленный над крышкой камеры-отстойника, имеющей отверстие, соединяющее полость камеры с окружающей средой, и отверстие, соддиняющее полость камеры с зазором, образованным валом и цилиндри ческой перегородкой, Ьтличающ и и с я тем, что, с целью повышения надежности за счет уменьшения попадания твердьк частиц в полость двигателя, он снабжен полым цилиндрическим элементом, установленным в камере-отстойнике и закрепленным в крышке камеры-отстойника, отверстия, соединяющие камеру-отстойник с окружающей средой и зазором, образованным валом и цилиндрической перегородкой, выполнены в крышке камеры-отстойника внутри полого цилиндрического элемента, в верхней части корпуса камеры-отстойника выполнено отверстие, соединяющее ее с компенсационной камерой, причем двигатель снабжен дополнительной о $ камерой, размещенной между компен(Л сационной камерой и полостью двигателя, отделенной от вала цилиндрической перегородкой, в нижней части которой выполнено отверстие, соединяющее полость этой камеры с зазором, образованным валом и цилиндрической перегородкой, а в нижней масти этой же камеры выполнено отверстие, соединяющее полость этой камеры с полостью двигателя.