Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя Советский патент 1992 года по МПК H02K5/12 

Q

О

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в погружных маслозаполненных электродвигателях, предназначенных для привода погружных оращающихся электронасосов для добычи жидкости из скважины, работы в резервуарах, водоемах и т.д.

Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электро- двигатея (ПЭД) обеспечивает предотвращение попадания пластовой жидкости в электродвигатель, выравнивание давления и тепловых изменений рабочего объема масла во время периодов пуска, работы и остановки электродвигателя.

Известна конструкция устройства для гидравлической защиты ПЭД (см. а.с. СССР №436415, кл.Н 02 К 5/12, 1971), выполненного в виде двух узлов: компенсатора, содержащего гибкую диафрагму в корпусе и предназначенного только для выравнивания давления внутри двигателя и компенсации изменений объема масла двигателя в процессе работы, и протектора, состоящего из корпуса, вала, торцового уплотнения и диафрагмы, разделяющей полость протектора на две камеры, заполненные маслом. Протектор передает крутяа ий момент с вала двигателя на вал насоса и предохраняет элементы двигателя от силовых воздействий статического давления окружающей жидкости.

Недостатком известного устройства можно считать низкую надежность диафрагмы, при спуске электронасоса в скважину с большой скоростью, и торцового уплотнения, контактирующего с пластовой жидкостью, а также неудобную компоновку, усложняющую монтаж электронасоса на скважине.

Более предпочтительной является компоновка устройства для гидравлической защиты ПЭД в виде одного отдельного узла-протектора (см. а,с. СССР № 1483553, кл. Н 02 К 5/12, 1987).

Это устройство является прототиг ом заявляемого.

Известное устройство для гидравлической защиты ПЭД содержит корпус, вал, два торцовых уплотнения, закрепленных на внешнем фланце. Торцовые уплотнения образуют совместно со стенками центрального отверстия во фланце, сквозь которое проходит вал, полость.

В двух внутренних камерах, заполненных диэлектрической жидкостью, например, маслом, установлены на цилиндрах, защищающих вал, диафрагмы, делящие камеры на две полости, при этом между каждой диафрагмой и фланцем установлен сбрасывающий клапан.

Внутренние камеры связаны между собой гидравлически последовательно с помощью трубок, установленных во фланцах. В нижней камере устройства между диафрагмой и фланцем дополнительно имеется клапан, обратный сбрасывающему, а верхняя часть ограниченной диафрагмой полости средней камеры соединена трубкой с нижней частью лежащей вне диафрагмы полости нижней камеры.

Известная конструкция имеет значи- тельный габарит по длине, что снижает ее эксплуатационные возможности, т.к. становится неудобной полная сборка погружного электродвигателя в заводских условиях из- за трудностей в транспортировке и установ- ке на скважине.

Кроме того, при сборке электродвигателя и гидрозащиты на скважине возможно проникновение во внутреннюю полость влагм и воздуха из-за различных климатических условий в местах изготовления, хранения и эксплуатации, а также из-за несовершенства технологии сборки и ведении монтажных операций, что приводит к снижению надежности.

Большой габарит гидрозащиты по длине предопределяет наличие растворенного воздуха во внутренних камерах гидрозащиты после дегазации, т.к. при его удалении из

полости двигателя он должен пройти последовательно полости внутренних камер, а также внешнюю камеру, при этом происходит мгновенный выброс масла, а не удаление воздуха, который постепенно

скапливается в верхних частях каждой из камер. Выплескивание масла приводит к его ускоренному расходованию и преждевременному выходу из строя гидрозащиты. Кроме того, последовательное расположение

камер по длине увеличивает число мест герметизации корпуса гидрозащиты. Все это также снижает надежность.

После остановки электродвигателя и его охлаждения диафрагма в верхней камере

может сложиться и будет испытывать гидростатическое давление столба пластовой жидкости, так как объем масла в верхней камере недостаточен для полной компенсации его потери из полости двигателя и нижней камеры гидрозащиты, например, после осуществления спуска, тепловой компенсации при нормальной работе, перед срывом подачи насоса.

Наличие воздуха, оставшегося в узлах при монтаже, усугубляет этот недостаток.

Целью изобретения является повышение надежности устройства и уменьшение габарита по длине.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее корпус, вал, два торцовых уплотнения, закрепленные на внешнем фланце, наружное из которых образует дно внешней камеры, сообщающейся с окружающей средой, и ограничивает полость во фланце между торцовыми уплотнениями, две внутренние камеры, соединенные между собой гидравлически последовательно, в каждой из которых имеется диафрагма и сбрасывающий клапан, снабжено защитным цилиндром, внутренние камеры с диафрагмами расположены коаксиально одна другой, полость первой камеры, непосредственно соединенная с полостью двигателя, состоит из двух частей, образованных, соответственно, корпусом и внешней диафрагмой, внутренней стенкой защитного цилиндра и валом и связанных

между собой каналом, полость первой камеры, заключенная между диафрагмами, соединена каналом с полостью между торцовыми уплотнениями, установленными последовательно, полость второй камеры, заключенная между защитным цилиндром и внутренней диафрагмой, сообщена с окружающей средой, причем каналы,связывающие полости внутренних камер между собой, с полостью между торцовыми уплотнениями и с окружающей средой, выполнены во внешнем фланце, один сбрасывающий клапан расположен на выходе канала в полость, сообщенную с окружающей средой, а второй - на выходе канала в полость, заключенную между диафрагмами.

В предложенной конструкции обеспечивается нормальный режим работы второй диафрагмы, дублирующей работу первой диафрагмы, и заданное давление в полости между торцовыми уплотнениями, исключающее всасывание пластовой жидкости через верхнее торцовое уплотнение, т.к. полость между двумя диафрагмами первой внутренней камеры связана каналом с полостью между торцовыми уплотнениями, которые установлены последовательно с возможностью расходования диэлектрической жидкости (масла). Гидравлическая связь между полостями внутренних камер осуществляется по каналам, выполненным только во внешнем фланце. При этом один сбрасывающий клапан расположен на выходе канала в полость, соединенную с окружающей средой, а второй на выходе в полость,

заключенную между диафрагмами. Оба клапана располагаются в верхних точках указанных полостей внутренних камер, что исключает прохождение воздуха в процессе 5 дегазации диэлектрической жидкости (масла) в полости двигателя по всей длине полостей внутренних камер устройства для гидрозащиты, заполненных указанной диэлектрической жидкостью, т.е. исключает

10 эмульгирование и выброс диэлектрической жидкости, т.к. воздух может беспрепятственно быть стравлен из верхних точек внутренних камер.

Заявляемое устройство иллюстрирует15 ся чертежом.

Устройство 1 для гидравлической защиты выполнено в виде отдельного узла и монтируется между погружным масло- заполненным электродвигателем 2 и насо0 сом (на чертеже не показан). Устройство 1 включает вал 3, торцовые уплотнения 4, 5, диафрагмы 6. 7, корпус 8, защитный цилиндр 9, верхний (внешний) 10, нижний 11 фланцы, а также упорный подшипник 12,

5 который дисциплинирует вал 3. Торцовые уплотнения 4, 5 вмонтированы во внешний фланец 10, установлены последовательно на валу 3, причем их вращающиеся кольца неподвижно закреплены на валу 3, а непод0 вижные жестко связаны с фланцем 10. Фланцы 10 и 11 герметично соединены с корпусом 8, образуя полость, в которой размещены защитный цилиндр 9, охватывающий вал с зазором, а также первая 6 и

5 вторая 7 диафрагмы. Своими концами цилиндр 9 посажен во фланцах 11 и 10. Верхние концы диафрагм 6 и 7 закреплены во фланце 10, а нижние концы крепятся к защитному цилиндру 9,

0 Торец внешнего фланца 10. где закрепг лено первое торцовое уплотнение 4, образует дно внешней камеры 13, заполненной пластовой жидкостью. Торцовое уплотнение 4 и установленное последовательно с

5 ним торцовое уплотнение 5 совместно со стенками центрального отверстия во фланце 10 образуют полость 14, заполненную той же диэлектрической жидкостью (маслом), что и двигатель 1.

0 Корпусом 8, диафрагмами б, 7, защитным цилиндром 9, а также торцами фланцев 10,11 и валом 3 образованы полости 15-18, которые являются внутренними камерами устройства для гидрозащиты.

5 Первая внутренняя камера включает полости 15, 16, 18. Полость 15, ограниченная корпусом 8 и диафрагмой 6, связана каналом 19 во фланце 10 с полостью 18, ограниченной валом 3 и внутренней стенкой защитного цилиндра 9. Кроме того, полость

15первой внутренней камеры связана каналом 20, выполненным во фланце 11, с полостью электродвигателя..

В первой внутренней камере полость 15 отделена от смежной с ней полости 16 диафрагмой 6 и связана с ней каналом 21 во фланце 10, на выходе которого в полость 16 установлен сбрасывающий клапан 22, т.е. в верхней части полостей 15 и 16.

Полости 15, 16, 18, как и полость 14, заполнены диэлектрической жидкостью (маслом). Вторую внутреннюю камеру образует полость 17, заполняемая при погружении электродвигателя в скважину пластовой жидкостью через канала 23 во фланце 10 и ограниченная наружной стенкой цилиндра 9 и диафрагмой 7.

Полость 16 первой внутренней камеры связана с полостью 17 каналом 24, на выходе которого в полость 17 установлен сбрасывающий клапан 25, т.е. в верхней части полостей 16 и 17. Полости 15, 16, 17, 18 расположены коаксиально друг другу, обеспечивая последовательную гидравлическую связь с помощью диафрагм 6, 7 и сброс излишнего количества масла по каналам 21 и 24, в которых установлены сбрасывающие клапаны 22 и 25. Полости 16 и 14 соединены каналом 26.

Для обеспечения заполнения полостей 14, 15, 16, 18 устройства диэлектрической жидкостью предусмотрены отверстие 27, в нижнем фланце 11, и отверстие 28, во внешнем фланце 10, которые по окончании заполнения закрыты пробками (не показаны).

Сначала производится заполнение полости 15 через отверстие 27 и далее по каналу 20, а затем полости 18 по каналу 19. При поступлении в полости 15 и 18 некоторого заданного количества диэлектрической жидкости открывается клапан 22, через который жидкость заполняет полости

16и 14, связанные каналом 26. При этом, при появлении жидкости в отверстии 28 оно закрывается пробкой (не показана). Излишки жидкости из полостей 16 и 14 могут быть сброшены в полость 17 по каналу 24 через клапан 25. Дальнейшая прокачка жидкости продолжается до появления ее в отверстии 23, Отверстие 27 закрывают пробкой (не показана).

После заправки устройства для гидрозащиты диафрагмы 6 и 7 находятся в сжатом состоянии. Агрегат, в состав которого входит электродвигатель с гидрозащитой, опускается в скважину.

В процессе погружения электродвигателя в скважину на рабочую глубину в полости 17 происходит смешивание диэлектрической жидкости, имеющейся в ней, и

пластовой жидкости, поступающей по каналу 23.

Одновременно, происходит расширение масла в полости электродвигателя 2 и

полостях 15, 18, 16 и 14 за счет увеличения давления столба жидкости и повышения температуры.

Диафрагмы 6. 7 перемещаются в сторону вала, вытесняя пластовую жидкость из

полости 17 по каналу 23. Если увеличение объема масла в полостях 15 и 18, соединенных каналом 19, не компенсируется изменением положения диафрагм 6,7, излишки масла сбрасываются в полость 16 через клапан 22 по

каналу 21 и далее по каналу 24 - через клапан 25 в. полость 17с пластовой жидкостью, а затем по каналу 23 в скважину, т.к. масло всплывает через пластовую жидкость.

При открывании клапанов 22 и 25 происходит стравливание воздуха, если он имеется в верхних частях полостей 15 и 16. без растворения в диэлектрической жидкости, заполняющей полости 15,16, т.к. воздухлег- че масла и собирается в верхних частях полостей 15 и 16 там, где находятся также клапаны 22 и 25.

При включении двигателя происходит дополнительное повышение температуры ПЭД, которое приводит к дополнительному

расширению жидкости в полости двигателя и в полостях гидрозащиты, связанных каналом 20 с полостью двигателя.

Излишки масла и воздуха через клапан 22 сбрасываются в полость 16 и далее через

клапан 25 в полость 17, а затем по каналу 23 в скважину.

В процессе расширения диэлектрической жидкости всегда происходит ее циркуляция в полостях 15 и 18 по каналам 19 и 20.

Разогретое масло в полостях 15 и 18, циркулируя, производит теплообмен с пластовой жидкостью, через контактирующие непосредственно с маслом наружный корпус 8, а также защитный цилиндр 9.

При остановке и остывании двигателя диэлектрическая жидкость в нем сжимается, при этом диафрагма 6 перемещается в направлении к корпусу 8, компенсируя сжатие. Диафрагма 7, совместно с диафрагмой

6 ограничивающая полость 16, ее дублирует. Пластовая жидкость по каналу 23 поступает в полость 17, выравнивая давление во всех полостях электродвигателя.

По сравнению с прототипом предложенная конструкция имеет более высокую надежность, увеличенный срок службы и меньший габарит по длине.

Это обусловлено тем, что в ней используется коаксиальное расположение камер,

причем полость, непосредственно связанная с полостью двигателя каналом, ограничена наружным корпусом и защитным цилиндром. Жидкость в ней может интенсивно охлаждаться пластовой жидкостью скважины, омывающей цилиндр и корпус. Коакси- альное расположение внутренних камер также позволяет выполнить каналы для их связи только во внешнем фланце, что обеспечивает возможность расположения сбрасывающих клапанов в верхних частях внутренних полостей. Возможность расположения сбрасывающих клапанов в верхних частях внутренних полостей, исключает дополнительное растворение воздуха в диэлектрической жидкости в процессе прохождения им камер подлине, увеличивающее давление во внутренних полостях. При этом исключается дополнительный расход масла из полостей электродвигателя.

Кроме того, связь полости, ограничен- ной двумя диафрагмами, с полостью между торцовыми уплотнениями каналом во внешнем фланце обеспечивает постоянное поддержание избыточного давления в этой полости, исключающего всасывание пласто- вой жидкости через наружное торцовое уплотнение. При этом расположение полости, ограниченной диафрагмами, между полостью, заполненной пластовой жидкостью, и полостью, непосредственно связанной с плоскостью двигателя, обеспечивает благоприятные условия для поддержания заданного давления в указанной полости между торцовыми уплотнениями.

Формулаизобретения

Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее корпус, вал, два торцевых уплотнения, закрепленные на внешнем фланце, наружное из которых образует дно внешней камеры, сообщающейся с окружающей средой, и ограничивает полость во фланце между торцевыми уплотнениями, две внутренние камеры, соединенные между собой гидравлически последовательно, в каждой из которых имеется диафрагма и сбрасывающий клапан, отличающее- с я тем, что, с целью повышения надежности и уменьшения габарита по длине, устройство снабжено защитным цилиндром, внутренние камеры с диафрагмами расположены коаксиально одна другой, полость первой камеры, непосредственно соединенная с полостью двигателя, состоит из двух частей, образованных соответственно корпусом и внешней диафрагмой, внутренней стенкой защитного цилиндра и валом и связанных между собой каналом, полость первой камеры, заключенная между диафрагмами, соединена каналом с полостью между торцевыми уплотнениями, установленными последовательно, полость второй камеры, заключенная между защитным цилиндром и внутренней диафрагмой, сообщена с окружающей средой, причем каналы, связывающие полости внутренних камер между собой, полостью между торцевыми уплотнениями и окружающей средой, выполнены во внешнем фланце, один сбрасывающий клапан расположен на выходе канала в полость, сообщенную с окружающей средой, а другой - на выходе канала в полость, заключенную между диафрагмами.

Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя. Сущность изобретения: устройство содержит корпус (8), вал (3), торцовые уплотнения (4) и (5), прикрепленные к внешнему фланцу (10), защитный цилиндр (9), диафрагмы (6) и (7). В устройстве имеются расположенные коаксиально полости (15), (16) и (18), соединенные между собой гидравлически последовательно. Полость (15) соединена с полостью электродвигателя, а полость (18)- с внешней средой. Соединение полостей между торцовыми уплотнениями и с внешней средой осуществлено каналами во фланце