Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя Советский патент 1987 года по МПК H02K5/12 

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в погружных мас- лозаполненных электродвигателях, пред- назначеьшых для привода скважинных насосов, и предназначено для предотвращения попадания пластовой жидкости в полость электродвигателя.

Известно устройство для гидравлической защиты маслонаполненного погружного электродвигателя, содержащее вал, торцовые уплотнения и корпус. Корпус и торцовые уплотнения образуют три последовательно расположенные вдоль вала камеры, сообщающиеся между собой с помощью трубок. Нижняя и средняя камеры заполнены рабочей ЖИДКОСТЬЮ электродвигателя, а верхняя заполнена барьерной жидкостью.

Недостатком известного устройства является низкая надежность, обусловленная расходным принципом гидрозатвора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее вал, опирающийся на подшипники, сообщающиеся между собой камеры, расположенные в осевом направлении вдоль вала, из которых одна сообпл,ена с затруб- ным пространством и заполнена пластовой жидкостью, а другая заполнена барьерной жидкостью, торцовое уплотнение, установленное на границе раздела сред пластовая- барьерная жидкость, вращающееся кольцо которого находится со стороны камеры, сообщающейся с затрубным пространством, и цилиндр, установленный на валу в камере, заполненной барьерной жидкостью, имеющий отверстие в нижней своей части и образующий с валом кольцевой канал.

Недостатком данного устройства является невысокая надежность работы торцового уплотнения, расположенного на границе сред барьерная-пластовая жидкость, и, как следствие, ненадежность работы гидрозащиты электродвигателя в целом. Указанный , недостаток обусловлен тем, что в процессе работы торцовое уплотнение перекачивает жидкость как от центра к периферии, так и от периферии к центру. При перекачивании жидкости от центра к периферии торцовое уплотнение захватывает барьерную жидкость и подает ее в камеру с пластовой жидкостью. Такой процесс перекачки только улучщает работу торцового уплотнения, поскольку смазывающие свойства барьерной жидкости превосходят смазывающие свойства лучших сортов масел.

При перекачивании жидкости от периферии к центру уплотнение захватывает пластовую жидкость и подает ее в зону действия подшипника и .кольцевой канал. В этом случае пластовая жидкость, содержа

0

5

0

5

0

5

0

5

щая абразивные частицы, разрушает уплотнение, подшипник и по валу может попасть в полость электродвигателя.

Цель изобретения - повышение надежности гидрозащиты электродвигателя путем исключения перекачивания торцовым уплотнением жидкости от периферии к центру.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащем вал, опирающийся на подшипники, сообщающиеся между собой камеры, расположенные в осевом направлении вдоль вала, из которых одна сообщена с затрубным пространством и заполнена пластовой жидкостью, а другая заполнена барьерной жидкостью, торцовое уплотнение, установленное на границе раздела сред пластовая - барьерная жидкость, вращающееся кольцо которого находится со стороны камеры, сообщающейся с затрубным пространством, и цилиндр, установленный на валу в камере, заполненной барьерной жидкостью, имеющий отверстие в нижней своей части и образующий с валом кольцевой канал, во вращающемся кольце торцового уплотнения выполнен по крайней мере один радиальный канал, соединяющий кольцевой канал с камерой, сообщающейся с затрубным пространством, при этом на одном из концов упомянутого канала установлен клапан, а в кольцевом канале на поверхности преимущественно цилиндра выполнена винтовая нарезка.

Кроме того, в устройстве упомянутый клапан может быть выполнен в виде конической щайбы, установленной с возможностью осевого перемещения на вращающемся кольце торцового уплотнения, охватывающей вращающееся кольцо и закрывающей радиальный канал.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - выполнение клапана в виде конической шайбы.

Устройство 1 для гидравлической защиты устанавливается между электродвигателем 2 и насосом 3. Вал 4 вращается в подшипниках 5 скольжения. Вдоль вала, 4 последовательно расположены камеры 6 и 7. Камера 6 сообщается с затрубным пространством посредством отверстия 8 и образована корпусом 9 и торцовым уплотнением 10, установленным на валу 4. Камера 7 образована корпусом 9 и торцовыми уплотнениями 10 и 11. Камера 6 сообщается с камерой 7 посредством канала 12. Камера

6заполнена пластовой жидкостью, камера

7- тяжелой барьерной жидкостью. По мере расхода барьерной жидкости из камеры 7 в нее может поступать пластовая жидкость из камеры 6. Для спокойного контакта пластовой и барьерной жидкости в камере 7 установлен цилиндр 13 с отверстием 14 в нижней его части для прохода барьерной жидкости. Цилиндр 13 вместе с валом 4 образует кольцевой канал 15, по которому барьерная жидкость поступает в зону подшипника 5 скольжения и торцового уплотнения 10. Для увеличения гидродинамического давления барьерной жидкости, подаваемой в зону подшипника 5 и торцового уплотнения 10, на внутренней поверхности цилиндра 13 выполнена вин- Ю товая нарезка 16. Последнюю можно выполнить на валу. Камера 6 сообщается с кольцевым каналом 15 посредством канала 17, выполненного во вращаюш.емся кольце

ся по окружности кольца. Для уменьшения гидравлических потерь при циркуляции барьерной жидкости каналы целесообразно выполнять под острым углом к вертикальной оси вала. Клапан в канале должен быть установлен таким образом, чтобы пропускать барьерную жидкость и препятствовать проходу пластовой жидкости, т.е. действовать в сторону камеры, сообщающейся с затрубным пространством.

Устройство работает следующим образом.

После пуска установки в работу лищ- ний объем масла, образовавщийся в резуль18 торцового уплотнения 10. Кольцо 18 под- ., тате его разогрева и расширения, уходит

пружинено упругим элементом 19. Для пре-в скважину через камеру 21, трубку 22 и

дотвращения проникновения пластовой

жидкости из камеры 6 в кольцевой канал

15 в процессе разгона и торможения вала

4 на конце канала 17 установлен обратный

клапан 20. Камера 7 сообщается с распо- 20 шипника 5 и далее в зону действия торцоложенной вдоль вала нижележащей каме-вого уплотнения 10. При этом давление потока барьерной жидкости усиливается за счет увеличения скорости потока жидкости, движущейся по винтовой нарезке 16. Попадая в зону действия торцового уплотнения 10, барьерная жидкость устремляется

канал 12. Барьерная жидкость из камеры 7 через отверстие 14 поступает в кольцевой канал 15. Вращением вала 4 барьерная жидкость подается в зону действия подрой 21, заполненной рабочей жидкостью электродвигателя, посредством трубки 22, оканчивающейся в нижней части упомянутой камеры 21. Клапан 20 при выполнении нескольких радиальных каналов 17 может быть выполнен в виде конической шайбы 23, установленной на вращающемся кольце 18 так, что закрывает канал 17. Шайба 23 установлена с возможностью осевого

25

по каналу 17. Клапан 20 пропускает барьерную жидкость в камеру 6 и препятствует проходу пластовой жидкости в кольцевой канал 15. Радиальный канал 17 усиливает

перемещения. На упругом элементе 19 ус- зо насосный эффект торцового уплотнения.

тановлен ограничитель 24 осевого перемещения шайбы 23. Для усиления циркуляции барьерной жидкости каналов в кольце уплотнения может быть выполнено несколько. Диаметр радиальных каналов должен

Барьерная жидкость, попадающая в камеру 6, возвращается в камеру 7 через канал 12.

Наличие винтовой нарезки в кольцевом канале и радиальных каналов во вращаюбыть таким, чтобы их суммарная пропуск- 35 щемся кольце торцового уплотнения созданая способность была не выше пропускной способности канала, сообщающего камеру с пластовой жидкостью с камерой с барьерной жидкостью. При выполнении нескольких каналов они равномерно располагаютет интенсивный направленный поток барьерной жидкости, препятствующий проникновению пластовой жидкости в зону действия подшипника и кольцевой канал и дополнительно улучшающий смазку подшипников.

ся по окружности кольца. Для уменьшения гидравлических потерь при циркуляции барьерной жидкости каналы целесообразно выполнять под острым углом к вертикальной оси вала. Клапан в канале должен быть установлен таким образом, чтобы пропускать барьерную жидкость и препятствовать проходу пластовой жидкости, т.е. действовать в сторону камеры, сообщающейся с затрубным пространством.

Устройство работает следующим образом.

в скважину через камеру 21, трубку 22 и

канал 12. Барьерная жидкость из камеры 7 через отверстие 14 поступает в кольцевой канал 15. Вращением вала 4 барьерная жидкость подается в зону действия под25

по каналу 17. Клапан 20 пропускает барьерную жидкость в камеру 6 и препятствует проходу пластовой жидкости в кольцевой канал 15. Радиальный канал 17 усиливает

Барьерная жидкость, попадающая в камеру 6, возвращается в камеру 7 через канал 12.

Наличие винтовой нарезки в кольцевом канале и радиальных каналов во вращаюет интенсивный направленный поток барьерной жидкости, препятствующий проникновению пластовой жидкости в зону действия подшипника и кольцевой канал и дополнительно улучшающий смазку подшипников.