КАБЕЛЬНЫЙ УДЛИНИТЕЛЬ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Кабельный удлинитель кабельной линии погружного электродвигателя
Полезная модель относится к электротехнике, в частности к концевым соединителям для кабелей, находящихся в жидкой среде, и может быть использована в конструкциях кабельных вводов для герметичного присоединения кабельной линии к погружным электродвигателям, предназначенным для привода погружных насосов, используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти.
Кабельный удлинитель в составе кабельной линии предназначен для подачи электроэнергии с поверхности земли от комплексных устройств и станций управления к погружному электродвигателю, приводящему в движение насос для добычи пластовой жидкости. Муфта кабельного удлинителя должна иметь малые электрические потери, малые размеры, хорошие диэлектрические свойства изоляции при напряжениях до 15 кВ, термостойкость к низким (до минус 40°С) и высоким (до +250°С) температурам, хорошую сопротивляемость воздействию пластовой жидкости.
Из уровня техники известен кабельный удлинитель кабельной линии погружного электродвигателя насосной установки для добычи нефти, содержащий корпус с коническим хвостовиком и зафиксированным внутри кабелем, герметичную колодку из жесткого электроизоляционного материала с герметично запрессованными токопроводящими стержнями, жилы кабеля соединены с последними пайкой с последующей изоляцией мест соединения (заявка РФ №2000102419, МПК H01R 13/523, опубл. 27.02.2002).
Недостатком известной конструкции является недолговечность кабельного удлинителя из-за его низкой эксплуатационной надежности в условиях повышенного гидростатического давления и температуры, что обусловлено высокой хрупкостью колодки, у которой в процессе сборки кабельного удлинителя часто образуются трещины и сколы. Кроме того, материал колодки имеет низкое сопротивление электрической дуге, в связи с чем на поверхности колодки образуется токопроводящий слой.
Известен также кабельный удлинитель кабельной линии погружного электродвигателя (патент РФ №31875, МПК H01R 13/523, опубл. 27.08.2003), содержащий корпус муфты, в котором расположены жестко закрепленный при помощи фиксирующего элемента кабель и колодка с герметично установленными токопроводящими стержнями, в корпусе муфты установлен опорный элемент с выполненными в нем отверстиями, который, по меньшей мере, в одной точке соприкасается с фиксирующим элементом, причем полость, образованная опорным элементом с корпусом, колодкой и кабелем, заполнена диэлектрическим материалом.
Недостатком известной конструкции кабельного удлинителя является недостаточная герметизация мест соединения токопроводящих жил кабеля и наконечников, что может привести к снижению надежности муфты при его работе в условиях скважины с давлением окружающей среды до 25 МПа и температуре до 250°С. Кроме того, применяемый для герметизации соединений внутри корпуса силиконовый каучук гигроскопичен, что приводит к пробою изоляции токопроводящих жил. Коэффициент объемного расширения силиконового каучука значителен, что приводит в условиях повышенной температуры в скважине к повышенному давлению на хрупкую полимерную колодку токоввода, в результате чего колодка может разрушиться.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности является муфта кабельного ввода погружного электродвигателя (патент РФ №89780, МПК H02G 15/02, опубл. 10.12.2009), содержащая корпус, закрепленный на токопроводящем конце кабеля, внутри которого расположены концы изолированных токопроводящих проводов, каждый токопроводящий провод освобожден на части длины от изолирующей оболочки и кабельной брони, соединен со штепсельным наконечником, корпус выполнен цельным, наплавляемым на кабель с профилированной резьбой для навинчивания цельнолитой металлической втулки с подвижным фланцем.
Недостатком известной конструкции является отсутствие адгезии (диффузии) задекларированного материала литого полимерного корпуса муфты (полиэтилен, блок-сополимер, фортрон) как с медной жилой, так и с изолятором медной жилы, свинцовой оболочкой изолированной жилы и стальной броней кабеля. Данный недостаток приводит к потере герметичности муфты и ослабляет диэлектрическую прочность конструкции, что в совокупности приводит к отказу изделия. Кроме того, используемая в данной конструкции цельнолитая металлическая резьбовая втулка при наворачивании на полимерный корпус не обеспечивает надежную герметизацию данного соединения, особенно в условиях низких температур, что снижает надежность и долговечность эксплуатации кабельной линии. Тонкостенная цельнолитая втулка может иметь поры явные или временно скрытые, что приводит в процессе эксплуатации к разгерметизации муфты токоввода и проникновения воды в корпус погружного электродвигателя. Так же недостатком известной конструкции является осевая симметрия корпуса и значительная длина (более 120 мм), т.к. муфты с такой геометрией не в состоянии разместиться в боковой несимметричной нише головки погружного электродвигателя, что приводит к разрушению выступающих за пределы контура головки погружного электродвигателя частей полимерного корпуса при спускоподъемных работах.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи повышения надежности и долговечности кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя при работе в условиях высоких статических давлений и температуры, а так же химической агрессивности.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели решается тем, что в кабельном удлинителе кабельной линии погружного электродвигателя, содержащем корпус муфты кабельного ввода с зафиксированным кабелем, на концах токопроводящих жил которого закреплены с помощью резьбовых соединений штепсельные наконечники, корпус муфты кабельного ввода выполнен составным, включающим резьбовую втулку с подвижным фланцем и фиксирующий элемент, выполненный с возможностью герметизации за счет термической формовки непосредственно на кабель удлинителя.
Кроме того, фиксирующий элемент выполнен из полимерного материала с диэлектрической прочностью не менее 40 кВ/мм.
Кроме того, фиксирующий элемент выполнен из термопластичного фторполимера или материала на его основе.
Кроме того, фиксирующий элемент выполнен методом термической формовки - литья под давлением в пресс-форму, определяющую геометрию фиксирующего элемента муфты кабельного ввода с расположенными в нем токопроводящими жилами кабеля.
Кроме того, резьбовая втулка закреплена на резьбовой поверхности фиксирующего элемента, выполненной в пресс-форме литьевой машины с зафиксированными в нем токопроводящими жилами кабеля.
Кроме того, со стороны штепсельных наконечников в фиксирующем элементе выполнены выступы цилиндрической формы, охватывающие токопроводящие жилы кабеля, высота которых больше, либо равна диаметру изолированных жил кабеля.
Кроме того, токопроводящие жилы на расстоянии не менее 10 диаметров медной жилы освобождены от электрической изоляции, изолированная жила на расстояние не менее 5 диаметров изоляции освобождена от свинцовой оболочки (при ее наличии), свинцовая оболочка на расстояние не менее двух диаметров свинцовой оболочки освобождена от брони плоского погружного кабеля.
Кроме того, медные токопроводящие жилы кабеля выступают за формовочные выступы фиксирующего элемента на расстояние не менее пяти диаметров медной жилы.
Кроме того, на фиксирующем элементе выполнена кольцевая канавка для размещения в ней уплотнительного кольца, обеспечивающего герметичность резьбового соединения.
Кроме того, корпус муфты кабельного ввода выполнен по форме, обеспечивающей возможность ее размещения в нише головки погружного электродвигателя без выступания за пределы образующей диаметра головки, при этом передняя и хвостовая части фиксирующего элемента расположены под углом 7-8° друг относительно друга, причем часть передняя выполнена конической и снабжена резьбой.
Кроме того, края освинцованной оболочки жил завальцованы.
Кроме того, токопроводящие медные жилы на расстоянии от цилиндрических выступов фиксирующего элемента до начала изоляции медной жилы обмотаны высокотемпературной изолирующей лентой.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в повышения надежности и долговечности кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя при работе в условиях высоких статических давлений, температуры и химической агрессивности.
Выполнение корпуса муфты кабельного удлинителя составным, включающим резьбовую втулку с подвижным фланцем и фиксирующий элемент, и выполнение фиксирующего элемента с возможностью герметизации удлинителя за счет термической формовки - литья под давлением в пресс-форму, определяющую геометрию фиксирующего элемента муфты кабельного ввода, непосредственно на токопроводящие жилы и кабель позволяет упростить монтаж удлинителя, воспринимать осевые нагрузки растяжения проводами кабеля, оболочками токопроводящих проводов и броней и увеличить срок службы устройства.
Выполнение корпуса муфты кабельного ввода по форме, обеспечивающей возможность его размещения в нише головки погружного электродвигателя без выступания за пределы образующей диаметра головки и расположение передней и хвостовой частей фиксирующего элемента под углом 7-8° друг относительно друга, придают ему несимметричную геометрию, что способствует сохранению состояния мягкой полимерной муфты при спускоподъемных работах внутри обсадной колонны (размер колонны незначительно больше диаметра головки погружного двигателя при наличии значительной кривизны скважины). При этом резьбовая втулка (из антикоррозионного материала) защищает полимерный фиксирующий элемент от контакта с обсадной колонной при спускоподъемных работах.
Выполнение фиксирующего элемента из полимерного материала с диэлектрической прочностью не менее 40 кВ/мм из термопластичного фторполимера или материала на его основе позволяет исключить воздействие пластовой жидкости на изолированные токопроводящие провода, в результате значительно повышаются потребительские свойства кабельного удлинителя кабельного ввода погружного электродвигателя.
Наличие конического резьбового соединения между фиксирующим элементом и втулкой с подвижным фланцем обеспечивает надежную фиксацию и позволяет обеспечить требуемый вылет наконечников относительно привалочной поверхности фланца.
Выполнение на фиксирующем элементе кольцевой канавки с размещенной в ней уплотнительного кольца обеспечивает герметичность резьбового соединения кабельного удлинителя.
Перечисленные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков достаточной для получения указанного технического результата.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста в области электротехники, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя, можно сделать вывод о ее соответствии критериям патентоспособности.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером выполнения предлагаемого кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя, который наглядно демонстрирует возможность получения указанного технического результата. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия полезной модели, определенные прилагаемой формулой.
Представленный вариант исполнения полезной модели описывается далее на основе представленных чертежей, где:
- на фиг.1 приведена схема кабельного удлинителя линии погружного электродвигателя;
- на фиг.2 - то же, вид сбоку;
- на фиг.3 представлена схема расположения удлинителя на головке погружного электродвигателя.
Кабельный удлинитель кабельной линии погружного электродвигателя содержит корпус муфты кабельного ввода, выполненный составным, и состоящий из фиксирующего элемента 1, резьбовой втулки 2 с подвижным фланцем 3, штепсельных наконечников 4, уплотнительного кольца 5 и плоского кабеля 6, включающего кабельную бронь 7, изолирующую свинцовую оболочку 8, жилы с электрической изоляцией 9 и токопроводящие жилы 10. Края изолирующих освинцованных оболочек 8 жил завальцованы, а токопроводящие медные жилы 10 на расстоянии от цилиндрических выступов 11 фиксирующего элемента 1 до начала изоляции медной жилы обмотаны высокотемпературной изолирующей лентой,
Корпус муфты кабельного ввода выполнен по форме, обеспечивающей возможность ее размещения в нише головки погружного электродвигателя без выступания за пределы образующей диаметра головки, при этом передняя и хвостовая части фиксирующего элемента 1 расположены под углом 7-8° друг относительно друга, причем передняя часть выполнена конической и снабжена резьбой.
Фиксирующий элемент 1 выполнен с возможностью герметизации кабельного удлинителя за счет метода термической формовки - литья под давлением в пресс-форму, определяющую геометрию фиксирующего элемента муфты кабельного ввода, непосредственно на кабель 6 и расположенные в нем токопроводящими жилы 10. При этом в фиксирующем элементе 1 со стороны штепсельных наконечников 4 выполнены выступы 11 цилиндрической формы, охватывающие токопроводящие жилы 10 кабеля 6, высота которых больше, либо равна диаметру изолированных жил (жил с электрической изоляцией 9) кабеля 6. Указанные выступы 11 предназначены для захода в соответствующие направляющие отверстия колодки токоввода погружного электродвигателя. Фиксирующий элемент 1 выполняют из полимерного материала с диэлектрической прочностью не менее 40 кВ/мм, например, из термопластичного фторполимера или материала на его основе. На фиксирующем элементе 1 выполнена кольцевая канавка для размещения в ней уплотнительного кольца 5, обеспечивающего герметичность резьбового соединения.
Резьбовая втулка 2 закреплена на резьбовой поверхности фиксирующего элемента 1, выполненной в пресс-форме литьевой машины с зафиксированными в нем токопроводящими жилами 10 кабеля 6.
Токопроводящие жилы 10 на расстоянии не менее 10 диаметров медной жилы освобождены от электрической изоляции, изолированная жила 9 на расстояние не менее 5 диаметров изоляции освобождены от свинцовой оболочки 8 (при ее наличии), свинцовая оболочка 8 на расстояние не менее двух диаметров свинцовой оболочки освобождена от брони 7 плоского погружного кабеля 6. Данные требования по разделке кабеля с освинцованными жилами обусловлена тем, что заделка кабеля 6 в полимерном фиксирующем элементе 1 не обеспечивает герметичность данного соединения и поэтому не должна быть значительной по длине. Аналогичная ситуация и со свинцовой оболочкой, так как между свинцовой оболочкой и изоляцией жилы возможно несанкционированное нахождения воды, что ухудшает диэлектрические свойства фиксирующего элемента. Основная герметизация должна осуществляться по контакту изолятора жилы и материала фиксирующего элемента, как за счет адгезии данных сред, так и за счет продолжительности зоны их контакта. Медные токопроводящие жилы 10 кабеля выступают за формовочные выступы 11 фиксирующего элемента 1 на расстояние не менее пяти диаметров медной жилы для возможности размещения на них наконечников требуемой длины и наружного диаметра.
Предлагаемая конструкция кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя проста в изготовлении, надежна в эксплуатации и позволяет в течение длительного времени надежно эксплуатировать кабельную линию в условиях значительных величин гидростатического давления и температуры перекачиваемой пластовой жидкости.