ПРОТЕКТОР ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
PROTECTOR FOR HYDRAULIC PROTECTION OF ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к области электромашиностроения. Данные устройства применяются для гидрозащиты погружных маслозаполненных электродвигателей, предназначенных для привода насосов, используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти с пластовой жидкостью.
Известен аналог – устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, патент РФ №2031514, 20.03.1995, состоящее из гидравлического компенсатора, размещенного в нижней части электродвигателя, и протектора, установленного в его верхней части и содержащего вал с последовательно установленными на нем верхним, средним и нижним торцевыми уплотнениями и основную эластичную диафрагму, размещенную после нижнего торцового уплотнения в полости, сообщающейся с полостью электродвигателя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности, между средним и нижним торцовыми уплотнениями размещена дополнительная эластичная диафрагма, внутренняя полость которой сообщается с внешней полостью основной диафрагмы, а внешняя полость дополнительной диафрагмы сообщается с полостью между верхним и средним торцовыми уплотнениями.
Недостатком данной конструкции является низкая надежность из-за частых порывов резиновых диафрагм, спровоцированных процессом расширения масла электродвигателя и образования газов в нем.
Также известен протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя - патент РФ № 2099604,  20.12.1997, выбранный в качестве прототипа предлагаемого протектора, содержащий корпус, внутри которого размещена диафрагма, закрепленная на опоре, первый и второй ниппели, между которыми размещен узел пяты, верхнюю и нижнюю головки с фланцами для соединения с насосом и электродвигателем, вал с нижним и верхним торцевыми уплотнениями, клапан и кожух, имеющий фланец и установленный на верхнем торцевом уплотнении, отличающийся тем, что введен отбойник, а первый ниппель и фланец кожуха выполнены с дополнительными совпадающими при установке отверстиями, причем отбойник имеет форму диска и установлен жестко на валу над кожухом, а отверстие последнего имеет сообщение с затрубным пространством, каждый ниппель содержит подшипник скольжения и отверстие для удаления воздуха при заполнении маслом.
Недостатком прототипа является риск повреждения диафрагмы избыточным давлением нагретого масла.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в предотвращении повреждения диафрагмы перепадом давлений между разделяемыми ею полостями.
Решение технической задачи в протекторе для гидравлической защиты электродвигателя, содержащем корпус, вал с торцевыми уплотнениями и опорными подшипниками, ниппели, узел пяты, головку, основание, систему сброса давления и удаления газов, диафрагму, достигается тем, что ниппели имеют осевые отверстия, ниппели и опорные подшипники расположены вдоль вала в осевом направлении между головкой и основанием с образованием гидрозатворных камер, узел пяты с опорой вала размещен в нижней части протектора и совмещен с узлом основания, торцевые уплотнения размещены в зоне ниппелей, система сброса давления и удаления газов содержит две диафрагмы, размещенные в гидрозатворных камерах, причем нижняя диафрагма, размещенная в нижней гидрозатворной камере, отделяет полость электродвигателя от промежуточной полости, а верхняя диафрагма, размещенная в верхней гидрозатворной камере, отделяет промежуточную полость от затрубного пространства диафрагмы, имеющие цилиндрическую форму, соединены с ниппелями, и зафиксированы пружинами, имеющими усилия, позволяющие приоткрываться диафрагмам при достижении давлений в нижних полостях перед диафрагмами определенного значения, но обеспечивающими герметичное соединение диафрагмам с ниппелями при меньших давлениях.
На фиг.1 изображен протектор для гидравлической защиты электродвигателя.
На фиг.2 изображено клапанное соединение диафрагмы с ниппелем.
Протектор для гидравлической защиты электродвигателя содержит корпус 1, вал 2 с торцевыми уплотнениями 3 и опорными подшипниками 4, ниппели 5, узел пяты 6, головку 7, основание 8, систему сброса давления и удаления газов, диафрагмы 9, 10. Ниппели 5 имеют осевые отверстия 11, ниппели 5 и опорные подшипники 4 расположены вдоль вала 2 в осевом направлении между головкой 7 и основанием 8 с образованием гидрозатворных камер 12, 13, узел пяты 6 с опорой вала 14 размещен в нижней части протектора и совмещен с узлом основания 8, торцевые уплотнения 3 размещены в зоне ниппелей 5, диафрагмы 9, 10 системы сброса давления и удаления газов размещены в гидрозатворных камерах 12, 13, причем нижняя диафрагма 9, размещенная в нижней гидрозатворной камере 12, отделяет полость электродвигателя от промежуточной полости, а верхняя диафрагма 10, размещенная в верхней гидрозатворной камере 13, отделяет промежуточную полость от затрубного пространства, диафрагмы 9, 10, имеющие цилиндрическую форму, соединены с ниппелями 5, и зафиксированы на них пружинами 15, имеющими усилия, позволяющие приоткрываться диафрагмам 9, 10 при достижении давлений в нижних полостях перед диафрагмами 9, 10 определенного значения, но обеспечивающими герметичное соединение диафрагмам 9, 10  с ниппелями 5 при меньших давлениях.
Рассмотрим пример конкретной реализации протектора для гидравлической защиты электродвигателя. Большинство деталей протектора изготавливаются из нержавеющей стали на токарном станке. Верхние торцевые уплотнения 3 имеют пару трения карбид вольфрама с карбидом вольфрама, благодаря чему хорошо противостоят износу мелкими частицами. Одна из деталей пары трения нижнего торцевого уплотнения 3 выполнена из материала на основе графита. Диафрагмы 9, 10 изготовлены из резины. Пружины 15, обеспечивающие герметичное соединение диафрагм 9, 10  с ниппелями 5 и открытие диафрагмам 9, 10 при достижении давлений в нижних полостях перед диафрагмами 9, 10 определенного значения, изготовлены из пружинной стали. В примере конкретной реализации протектора диафрагмы 9, 10 нижним концом одеты на опоры 16 и зафиксированы на опорах бандажем из проволоки 17 с прокладкой под нее из резины (не показаны). Опора 16 нижней диафрагмы 9 герметично установлена в основание 8. Опора верхней диафрагмы 10 герметично установлена в промежуточный ниппель 5. Верхние концы диафрагм 9, 10 надеты на клапаны 18 и зафиксированы на них пружинами 15. Клапаны 18 установлены на ниппели 5 герметичным разъемным соединением. Каждый клапан 18 функционально является частью ниппеля 5, но выполнен разъемным для обеспечения сборки. Клапан 18 имеет наружную цилиндрическую поверхность для сопряжения с внутренней цилиндрической поверхностью диафрагм 9, 10. Наружная цилиндрическая поверхность клапана 18 имеет две близкорасположенные радиусные канавки 19, а пружина 15 устанавливается на радиусный выступающий участок 20 между канавками 19.   Давление срабатывания пружин 15 подобрано таким образом, чтобы исключить разрушение диафрагм 9, 10. Таким образом, соединение диафрагмы 9, 10 с клапаном 18 ниппеля 5 с поджатием пружиной 15 является клапанным устройством.
Рассмотрим протектор в работе. В конструкции погружной насосной установки маслозаполненный электродвигатель находится внизу, его корпус герметично соединен с основанием 8 протектора, а вал с валом 2 протектора. Проникновению пластовой жидкости со стороны головки 7 протектора препятствуют оппозитно расположенные два торцевых уплотнения 3. Гидрозатворные камеры 12, 13 протектора заполнены маслом, нижняя гидразатворная камера 12 сообщается с электродвигателем. Головка 7 протектора соединена с насосом. Протектор во время работы насосной установки обеспечивает герметичность электродвигателя от проникновения пластовой жидкости. В процессе работы насосной установки система сброса давления и удаления газов протектора обеспечивает компенсацию изменения объема масла в электродвигателе и протекторе. Изменение объема масла обусловлено изменением его температуры. Компенсация изменения объема масла в электродвигателе и протекторе осуществляется за счет гибкости диафрагм 9, 10. При увеличении давления масла снизу перед диафрагмой диафрагма 9, 10 расширяется до достижения давления, которое привело бы к разрушению диафрагмы 9, 10. При достижении этого давление срабатывает, клапанное устройство, пружина 15, разжимается, часть масла стравливается в полость, находящуюся выше диафрагмы 9, 10.
Достижение технического результата в предлагаемом устройстве осуществляется благодаря тому, что диафрагмы, имеющие цилиндрическую форму, соединены с ниппелями, и зафиксированы на них пружинами, имеющими усилия, позволяющие приоткрываться диафрагмам при достижении давлений в нижних полостях перед диафрагмами определенного значения, но обеспечивающими герметичное соединение диафрагмам с ниппелями при меньших давлениях.
Предложенное техническое решение предотвращает повреждение диафрагм при избыточном давлении масла, тем самым повышая надежность протектора.