Brevet FR2303402A1 — publié le 19761001

La présente invention concerne les moteurs électriques immergés, destinés à fonctionner dans différents liquides eau de gisement, pétrole, solutions salines et acides. A titre d'exemple d'utilisation du moteur électrique immergé, on peut citer son utilisation dans les pompes électriques immergées pour la production de pétrole, pour retirer de l'eau, des liquides agressifs et d'autres liquides depuis des puits de production forés dans des gisements, des puits ordinaires, des réservoirs, des bassihs, ainsi que l'utilisation desdits moteurs électriques en tant que commandes de turboforeusee électriques. Lors de la conception des machines électriques fonctionnant immergées dans un liquide, on doit résoudre les problèmes relatifs à leur protection contre l'action nuisible dudit liquide, surtout dans les cas où ce liquide est agressif, possède des propriétés diélectriques, antifrictionnelles et antic-orrosives médiocres. Les moteurs électriques immergés remplis d'huile connus (cf. le brevet d'invention des btats-unis no 2020513 cl. 310-87 1935) sont pourvois d'un système de protection hydraulique comportant deux chambres. L'une desdites chambres est disposée sur la colonne de la canalisation de refoulement au-dessus de la pompe et remplie d'un liquide dont le poids spécifique dépasse le poids spécifique des liquides se trouvant à l'intérieur et à l'extérieur du moteur électrique, et qui ne se mélange pas avec eux, tandis que la seconde chambre est disposée à la partie inférieure du moteur électrique et est remplie partiellement d'un liquide identique à celui se trouvant dans la première chambre.Les deux chambres sont reliées entre elles par un tube passant à l'extérieur du corps du moteur électrique et de la pompe. L'un des inconvénients des moteurs électriques immergée connus dotés du dispositif de protection hydraulique précité réside dans le fait que la disposition de la chambre sur la colonne de la canalisation de refoulement, c 'est-à-dire à une distance importante au-dessus du moteur électrique, provoque une pression excédentaire à l'intérieur du moteur électrique, ce qui se traduit, à son tour, par des fuites notables de liquide diélectrique remplissant son enceinte, par la réduction de la longévité du moteur électrique et la baisse de sa fiabilité.L'autre inconvénient de cette conception, qui n'est pas moins important, consiste en ce que l'emplacement du tube de raccordement à l'extérieur du corps de la pompe et du moteur électrique conduit à une réduction correspondante de leurs cotes d'encombrement transversale s et une altération de leurs caractéristiques (augmentation de la longueur, des indices relatifs au poids, et baisse de la fiabilité). La réduction des cotes d'encombrement transversale est surtout défavorable dans le cas des pompes électriques immergées, dont les dimensions sont limitées par le faible diamètre des colonnes de tubage. Encore un autre inconvénient de la conception connue précitée réside dans la nécessité de prévoir un dispositif pour la protection du tube se trouvant à l'extérieur du moteur et de la pompe contre les endommagements au cours du montage, des opérations de descente et de montée, ainsi que pendant le transport, ce qui nécessite de réduire additionnellement les cotes d'encombrement transversales de la pompe et du moteur électrique. Vu les inconvénients précités, les moteurs électriques immergés, réalisés conformément audit brevet.d'invention, n' ont pas trouvé une large application. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. Il fallait pour cela résoudre le problème de la mise au point, pour le moteur électrique immergé, d'une protection hydraulique assurant un fonctionnementfiable Clu moteur électrique et son isolement vis-à-vis de l'action du liquide dans lequel il est immergé Ce problème est, résolu du fait que dans un moteur électrique immergé comportant un corps rempli d'un diélectrique liquide dans lequel sont logés un stator et un rotor, et un système de protection dudit moteur électrique, réalisé sous forme de deux chambre dont la première est disposée au-dessus du moteur électrique et remplie d'un liquide dont le poids spécifique est supérieur à celui du liquide à l'intérieur et à l'extérieur du moteur électrique et qui ne se mélange pas avec lesdits liquides, tandis que la seconde chambre, disposée au-dessous du moteur électrique et reliée à l'enceinte dudit corps, est remplie du même liquide diélectrique que le moteur électrique et mise en communication avec la première chambre par un tube, suivant l'invention ladite première chambre, disposée au-dessus du moteur électrique, stapplique directement sur sa face, tandis que le tube reliant lesdites chambres entre elles est logé à l'intérieur du moteur électrique. Il est avantageux de réaliser la chambre supérieure en une seule pièce avec le moteur électrique et de pratiquer un orifice à sa partie supérieure pour sa mise en communication avec le milieu ambiant. Il est possible de disposer le tube à l'intérieur du moteur électrique soit dans un canal axial, soit dans une rainure du noyau ; il est aussi possible d'utiliser, en tant que tube pour relier les chambres entre elles, l'arbre du rotor percé d'un orifice axial mis en communication avec lesdites chambres par des orifices radiaux disposés au voisinage du fond de ces chambres. Le moteur électrique immergé proposé azure les conditions les plus favorables pour un fonctionnement fiable, économique et sans à-coups du moteur électrique. CXrâce à la disposition de la première chambre directement au-dessus du moteur électrique, on assure la création d'une pression excédentaire minimale à l'intérieur de son enceinte par rapport à la pression du milieu ambiant. Il s'ensuit des fuites minimales du liquide diélectrique à la garniture d'étanchéité de l'arbre à partir de l'enceinte du moteur électrique, et en m8me temps une suppression complète de la pénétration du liquide ambiant à l'intérieur du moteur électrique.La disposition du tube de raccordement dans l'un des canaux axiaux du noyau, percés habituellement pour le passage de l'huile, ou dansa rainure au lieu des conducteurs qui ne sont pas montés (on sait que, dans les moteurs électriques immergés à section, on pose un nombre incomplet de conducteurs dans l'une des rainures de chaque phase), ou encore l'utilisation de l'arbre du rotor pour relier les chambres entre elles, permet de conserver les cotes d'encombrement transversales requises du moteur électrique, n'influe pas sur les cotes d1encombrement transversales de la pompe et assure la conservation de leurs caractéristiques énergétiques et techniques à un haut niveau, les indices relatifs au poids était maximaux. Gracie aux fuites minimales du liquide du moteur électrique, on a réussi à augmenter sensiblement la durée de son service dans le puit. Ci-après, l'invention est expliqué par des exemples de réalisation non limitatifs, avec références aux dessins annexés qui représentent - la figure 1 un moteur électrique immergé, dans lequel l'extrémité libre de l'arbre est orientée vers le haut et les chambres sont reliées entre elles par un tube logé dans un canal axial du stator - la figure 2, un moteur électrique immergé, dans lequel l'extrémité libre de l'arbre est orientée vers le bas, tandis que les chambres sont reliées entre elles par un tube disposé dans un canal axial du stator - la figure 3, un moteur électrique immergé, dans lequel l'extrémité libre de l'arbre est orientée vers le haut et les chambres sont reliées entre elles par un tube disposé dans une rainure du noyau du stator - la figure 4, une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 3 - la figure 5, un moteur électrique immergé, dans lequel l'extrémité libre de l'arbre est orientée vers le haut tandis que les chambres sont reliées par l'intermédiaire de l'arbre du rotor pourvu d'un orifice axial. Le moteur électrique immergé (figure 1) comporte un corps 1 abritant un stator 2 doté d'un enroulement 3 et dans lequel sont percés des canaux axiaux 4, et un rotor 5 avec un arbre 6 tournant dans des paliers 7. L'enceinte 8 du corps 1 du moteur électrique est remplie d'un liquide diélectrique 9 et rendue étanche, à l'endroit où l'arbre 6 sort du moteur électrique, par une garniture d'étanchéité 10. Une chambre annulaire il est disposée à la partie supérieure du moteur électrique. L'extrémité supérieure de l'arbre 6, pourvue de la garniture d'étanchéité 10, passe par l'orifice de ladite enceinte. L'enceinte annulaire il est remplie d'un liquide 12 dont le poids spécifique est supérieur à celui du liquide diélectrique 9 et du liquideFentourant le moteur électrique et ne se mélange pas avec eux. A la partie inférieure du moteur électrique est ménagée une seconde chambre 13 remplie partiellement du meme liquide diélectrique 9 que celui de l'enceinte 8 du moteur électrique. Ladite chambre 13 est mise en communication avec l'enceinte 8 du moteur électrique par l'intermédiaire de l'orifice 14. Ia partie inférieure de la première chambre il est mise en communication avec la partie inférieure de la seconde chambre 13 à l'aide du tube 15 logé dans l'un des canaux axiaux 4 du stator 2. Le tube 15, ainsi que-la partie inférieure de la chambre 13 jusqu'au niveau de l'extrémité dudit tube, sont remplis du mdme liquide 12 que la chambre 11. Les organes opératoires, par exemple une pompe, entraidée par le moteur électrique immergé sont reliés à la face en bout supérieure 16 du corps 1 du moteur électrique et à l'arbre 6. Un ou deux orifices 17, percés à la partie supérieure de la chambre 11 servent à faire communiquer la chambre 11 avec le liquide entourant le moteur électrique. Selon les conditions dans lesquelles fonctionne le moteur électrique, la conception constructive de ses paliers et de l'enroulement, ainsi que les propriétés du liquide ambiant, on peut utiliser de l'huile minérale (par exemple huile de transformateur) ou de l'huile synthétique, des liquides organes siliciques et d'autres liquiaes, tandis qu'en tant que liquide à poids spécifique dépassant les poids spécifiques du liquide ambiant et du liquide diélectrique et ne se mélangeant pas avec eux, on utilise les liquides manométriques, ceux des balanciers et d'autres liquides ; dans certains cas, on utilise l'eau. Il est plus avantageux d'utiliser la disposition du tube pour la liaison hydraulique des chambres tl et 13 dans le canal axial 4 du stator 2 pour les moteurs électriques immergés dans lesquels de tels canaux 4 sont ménagés pour le passage ou pour la circulation du liquide diélectrique à l'intérieur du moteur électrique. Le moteur électrique immergé. représenté sur la figure 2, se distingue de celui précité et représenté sur la figure 1 par le fait que le moteur électrique est conçu de manière qu'on accouple les organes opératoires (par exemple une pompe ou un outil de forage) à sa partie inférieure. En conséquence, sa partie supérieure 18 est exécutée sous forme d'un réservoir cylindrique, tandis que la chambre inférieure 19 est annulaire. L'extrémité inférieure de l'arbre, pourvue de la garniture d'étanchéité 10, entre dans l'orifice de la chambre 19. Il est possible de réaliser un moteur électrique dans lequel, à la différence du moteur électrique immergé représenté sur la figure 1, le tube 20 (figures 3, 4) reliant les chambres 11 et 13 est logé dans une rainure 21 du noyau du stator 2. Il est avantageux d'utiliser cette disposition du tube 20 dans le cas où il y a un espacement libre dans les rainures 21 du noyau du stator, ou lorsque le nombre de conducteurs posés dans certaines rainures est incomplet (par exemple, dans les moteurs électriques immergés à sections). Dans le moteur électrique immergé, représenté sur la figure 5, on a illustré un exemple d'utilisation de l'arbre du rotor, dans lequel est percé un orifice axial pour la liaison hydraulique des deux chambres. Comme dans les cas précédents, le moteur électrique (figure 5) comporte un corps 1 qui abrite un stator 2 doté d'un enroulement 3, et un rotor 5 comprenant un arbre 22 tournant dans des paliers 7. L'enceinte intérieure 8 du moteur électrique est remplie de liquide diélectrique 9. A la partie supérieure du moteur électrique est disposée une chambre 23 remplie de liquide 12 dont le poids spécifique est supérieur au poids spécifique du liquide diélectrique 9 et du liquide entourant le moteur électrique et nd se mélangeant pas avec eux. Un ou plusieurs orifices 17 sont percés dans la partie supérieure de la chambre 22 en vue de faire communiquer l'enceinte intérieure de la chambre 23 avec le liquide entourant le moteur électrique. A la partie inférieure du moteur électrique est prévue une chambre 13 remplie partiellement du même liquide diélectrique 9 que celui de l'enceinte du moteur électrique 8. La chambre 13 est reliée à l'enceinte intérieure du moteur électrique 8 à l'aide de l'orifice 14. L'extrémité supérieure de l'arbre 22 passe par la chambre 23 et sort-à l'extérieur du côté de sa face en bout 16, tandis que l'extrémité inférieure aboutit au fond de la chambre 13. L'enceinte intérieure du moteur électrique 8 est séparée de l'enceinte intérieure de la chambre 23 par la garniture 10. L'orifice axial 24 et les orifices radiaux 25 dans l'arbre 22 servent à faire communiquer les chambres t3 et 23. L'orifice radial 25 est disposé au voisinage du fond de la chambre 23. Dans le but de prévenir le mélange mécanique du liquide .t? avec le liquide se trouvant dans la chambre 23 au-dessus du niveau du liquide 12 pendant la rotation de l'extrémité supérieure de l'arbre 22, ce dernier est entouré d'un tube 26 dont l'extrémité inférieure est disposée au-dessus de l'orifice radial. 25 de l'arbre 22. Afin de prévenir le mélange mécanique des liquides 9 et 12 dans la chambre 13 pendant la rotation de l'extrémité inférieure de l'arbre 22, ce dernier est entouré d'un tube 27 dans lequel sont percés des orifices 28. L'utilisation de l'arbre 2 pourvu d'un orifice axial 4 pour la liaison hydraulique des chambres et avantageux au cas où des canaux axiaux ne sont pas pratiqués dans le noyau du stator du moteur électrique, ou au cas où il est indésirable de percer les canaux axiaux pour une raisonku une autre, ou encore au cas où l'utilisation de l'arbre 22 à orifice axial 24 peut simplifier la conception du moteur électrique (par exemple pour les moteurs électriques à sections). En vue de supprimer le risque de pénétration du liquide entourant le moteur électrique dans son enceinte intérieure 8 pendant le fonctionnement du moteur électrique, ou pendant son arrêt, il est indispensable que la pression du liquide diélectrique 9 à l'intérieur du moteur électrique soit toujours supérieure à celle du liquide entourant le moteur électrique. Dans c.e cas, il n'y aura toujours que des fuites du liquide diélectrique 9, à travers la garniture d'étanchéité 10, vers le liquide entourant le moteur électrique. Dans le cas contraire, le liquide entourant le moteur électrique pénètrera à l'intérieur de l'enceinte 8, altèrera l'isolement de l'enroulement du stator et, pendant le fonctionnement du moteur électrique clan' un liquide agressif, pourra endommager les autres éléments intérieurs du moteur électrique. Pour créer une pression excédentaire dans l'enceinte 8 du moteur électrique et compenser les fuites de liquide diélectrique 9 à travers la garniture d'étanchéité 10, la chambre annulaire 11 (figure i), le tube 15 et la partie inférieure de la chambre 13 sont remplis de liquide 12, dont le poids spécifique est supérieur aux poids spécifiques du liquide diélectrique 9 et du liquide entourant le moteur électrique et qui ne se mélange pas avec eux. De ce fait, il se crée dans l'enceinte intérieure du moteur électrique une pression qui dépasse la pression du liquide entourant le moteur électrique à l'endroit où est disposé ce dernier. Le liquide 12, dont le poids spécifique dépasse le poids spécifique du liquide diélectriqle 9, tend à stécouler de la cha.m.bre 11 par le tube 15 vers la partie inférieure de la chambre 13, et à chasser le liquide diélectrique 9 de l'enceinte 8 du moteur électriaue. TaiS du fait que la garniture 10 empêche l'expulsion de ce liquide, il se forme alors, dans l'enceinte intérieure du moteur électrique 8 et dans la chambre 13, une pression dont la valeur dépend de la différence des poids spécifique du liquide 12 et du liquide diélectrique 9. Etant donné que le poids spécifique du liquide 12 est supérieur au poids spécifique du liquide entourant le moteur électrique, la pression du liquide diélectrique 9 à l'intérieur du moteur électrique est supérieure à la pression du liquide entourant le moteur électrique. En conséquence, le liquide diélectrique 9 tend à s'écouler de l'enceinte 8 du moteur électrique à travers la garniture 10 vers le liquide entourant le moteur, et vice versa. Pendant le fonctionnement, le liquide entourant le moteur électrique se trouvera toujours dans la chambre annulaire 11 au-dessus du niveau du liquide 12 et n'entrera pas en contact avec le liquide diélectrique 9, ni à travers le tube 12, ni à travers la garniture d'étanchéité 10. Il convient de noter que la chambre annulaire 11 et le tube 15 permettent au liquide 12 de se déplacer depuis la partie inférieure de la chambre 13 jusqu'd la chambre annulaire 11 lorsque le volume du liquide diélectrique 9 augmente à la suite de l'élévation de la température à l'intérieur du moteur électrique, et préviennent ainsi une élévation excessive de la pression, pouvant provoquer des pannes. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à vitre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, Si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Moteur électrique immergé, du type comportant un corps rempli d'un liquide diélectrique dans lequel sont logés un stator et un rotor, et un système de protection hydraulique dudit moteur électrique, réalisé sous forme de deux chambres dont la première est disposée au-dessus du moteur électrique et remplie d'un liquide dont le poids spécifique est supérieur à celui du liquide se trouvant à l'intérieur du moteur électrique et à celui du liquide se trouvant à l'extérieur du moteur électrique et ne se mélangeant pas avec lesdits liquides, tandis que la seconde chambre, disposée au-dessous du moteur électrique et reliée à l'enceinte du corps précité, est remplie du même liquide diélectrique que celui du moteur électrique et est mise en communication avec la première chambre par un tube, caractérisé en ce que la première chambre 11, disposée au-dessus du moteur électrique, est directement adjacente à sa face en bout, le tube 15 reliant les chambres 11, 18, 23 et 13, 19 entre elles étant logé à l'intérieur du moteur électrique. 2. Moteur électrique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la première chambre 11, 18, 23 est réalisée en une seule pièce avec le corps 1 et est pourvue à sa partie supérieure d'un orifice 17 la mettant en communication avec le milieu ambiant. 3. Moteur électrique immergé conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tube 15, 20 est posé dans un canal axial 4 du stator 2 ou dans une rainure 21 du noyau du stator 2. 4. Moteur électrique immergé conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'en qualité de tube reliant les deux chambres 23, 13 entre elles, on utilise l'arbre 22 du moteur électrique, ledit arbre comportant un orifice axial 24 communiquant avec la chambre supérieure 23 et la chambre inférieure 13 par des orifices radiaux 25 pratiqués au voisinage du fond desdites chambres.