УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к электромашиностроению и может быть использована в установках погружных электронасосов для добычи нефти.
Известно устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя, содержащее закрепленную на валу пяту, выполненную в виде стального корпуса, имеющего керамическую или твердосплавную вставку, и жестко закрепленный в корпусе гидрозащиты подпятник, выполненный в виде керамического или твердосплавного кольца (см. Патент РФ №46056, МПК 7 F04D 13/00, опубл. 10.06.2005 г.).
В такой конструкции допускаемая удельная нагрузка на антифрикционные вставки, изготовленные из керамики и твердосплавных материалов, имеющих повышенную твердость по сравнению с металлическими, позволяет использовать такие вставки в конструкциях гидрозащит с осевой опорой повышенной грузоподъемности. Однако хрупкость изделий из керамики и твердого сплава предъявляет повышенные требования к параллельности и прилеганию трущихся поверхностей пяты и подпятника. Пята и подпятник, изготовленные из более мягких материалов, имеют возможность в начальный момент работы прирабатываться к друг другу, обеспечивая, тем самым, полное прилегание трущихся поверхностей. Но эти материалы имеют относительно низкую допустимую температуру эксплуатации. Трущиеся поверхности пяты и подпятника из керамики и твердосплавных материалов изначально должны иметь прилегание друг к другу. Указанные материалы имеют высокую допустимую температуру эксплуатации, следовательно, могут использоваться в скважинах с высокой температурой скважинной жидкости и воспринимать значительные нагрузки.
Недостатком данной конструкции является то, что конструкция и технология изготовления деталей, входящих в опорный узел, не может обеспечивать параллельность сопрягающихся при работе гидрозащиты керамических или твердосплавных торцевых поверхностей пяты и подпятника. В случае непараллельности этих поверхностей резко возрастает удельное давление в зоне их непосредственного контакта, что приводит к усиленному изнашиванию трущихся поверхностей, повышенным вибрациям, увеличению крутящего момента, разогреву деталей и масла в зоне узла трения и гидрозащиты в целом, а иногда и к разрушению керамических и твердосплавных вставок пяты или (и) подпятника. Все это отрицательно сказывается на работоспособности изделия. При увеличении осевой нагрузки растет температура трущихся поверхностей, соответственно, растет температура масла в этой зоне. Достигнув определенного значения осевой силы возможен перегрев масла или пяты и подпятника, что может привести к аварийной ситуации гидрозащиты.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы гидрозащиты путем обеспечения параллельности трущихся поверхностей и охлаждением осевой опоры, создание конструкции устройства для гидравлической защиты погружного электродвигателя, работоспособной при повышенных осевых нагрузках с обеспечением приемлемых температурных режимов в зоне пяты.
Данная техническая задача решается тем, что в устройстве для гидравлической защиты погружного электродвигателя, содержащем головку, корпусы, вал, гидравлический насос, основание, теплообменник, размещенный в основании, узел пяты, состоящий из подвижной, закрепленной на валу, пяты, выполненной в виде стального корпуса, имеющего керамическую или твердосплавную вставку, и неподвижного керамического или твердосплавного подпятника, установленного в теплообменнике, подпятник имеет радиальные каналы на контактируемой со вставкой пяты поверхности, вставка пяты в стальном корпусе пяты и подпятник в теплообменнике установлены на упругих элементах, а на внутренней цилиндрической поверхности стального корпуса пяты и корпуса теплообменника выполнены цилиндрические канавки, в которые установлены упругие кольца, опирающиеся на наружную цилиндрическую поверхность вставки пяты и подпятника соответственно. Кроме того, подпятник может быть выполнен в виде стального корпуса, у которого на контактирующем со вставкой пяты торце выполнена проточка, в которой закреплено керамическое или твердосплавное кольцо подпятника, а поверхность другого торца выполнена сферической, причем, сопрягаемая с ней поверхность корпуса теплообменника выполнена конической.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен продольный разрез заявляемого устройства для гидравлической защиты погружного электродвигателя.
На фиг.2 представлен элемент I фиг.1 с упругими элементами, на которых установлены вставка пяты и подпятник.
На фиг.3 - элемент I фиг.1 с цилиндрическими канавками в корпусе пяты и корпусе теплообменника и размещенными в них упругими кольцами.
На фиг.4 показан элемент I фиг.1 со сферической поверхностью кольца подпятника и сопрягаемой конусной поверхностью корпуса теплообменника.
Устройство для гидравлической защиты погружного маслонаполненного электродвигателя содержит головку 1, верхний 2, средние 3 и нижний 4 ниппели, корпуса 5, 6, и 7 и основание 8, последовательно соединенные между собой посредством резьбы, камеры выравнивания давления внутри и снаружи устройства. Вал 9 вращается в подшипниках 10, установленных в ниппелях 2, 3, 4 и основании 8. Осевая нагрузка на вал 9 через закрепленную на нем пяту 11, выполненную в виде стального корпуса 12, закрепленного на валу 9 и снабженного антифрикционной вставкой 13, воспринимается подпятником 14 с радиальными каналами 15, размещенным в верхней части теплообменника 16. На валу внутри теплообменника размещен гидравлический насос 17. Вставка пяты 13 в стальном корпусе 12 и подпятник 14 в теплообменнике установлены на упругих элементах 18. На внутренней цилиндрической поверхности стального корпуса 12 пяты и корпуса теплообменника 16 выполнены цилиндрические канавки, в которые установлены упругие кольца 19, опирающиеся на наружную цилиндрическую поверхность вставки 13 пяты и подпятника 14 соответственно. Упругие элементы могут быть выполнены в виде кольца 20 "Г" - образного сечения. Гидравлический насос 17 может быть выполнен в виде шнека скрепленного посредством шпонки с валом с возможностью вращения относительно теплообменника 16.
Кроме того, подпятник может быть выполнен в виде стального корпуса 21, на одном торце которого выполнена проточка 22, в которой закреплена керамическая или твердосплавная вставка 23, а на другом выполнена сферическая поверхность 24. При этом стальной корпус 21 своей сферической поверхностью сопрягается с конической поверхностью 25 теплообменника 16, выполненной на верхнем торце последнего. Два штифта 26 одним концом закреплены на этом торце, а другим своим концом размещены в отверстиях, выполненных на торце корпуса 21 подпятника, содержащего сферическую поверхность, фиксируя его от вращения относительно продольной оси теплообменника 16. Вставка пяты 27 установлена в металлический корпус 28. На контактируемой со вставкой 27 пяты поверхности керамической или твердосплавной вставки подпятника выполнены радиальные каналы 29.
Диафрагменная камера, служащая для компенсации изменения давления масла в электродвигателе образована закрепленной на опорах диафрагмой 30 и сообщается через отверстие в нижнем ниппеле 4 с полостью осевой опоры и теплообменника. Лабиринтная камера, образованная верхним 2 и средним 3 ниппелями, защитной трубой 31, лабиринтной трубкой 32 и торцовым уплотнением 33 служит для защиты торцового уплотнения 34 диафрагменной камеры от прямого контакта с пластовой жидкостью. Для сброса избыточного давления масла и удаления газов из полости электродвигателя (на чертеже не показан) в среднем ниппеле предусмотрена система перепускных клапанов 35.
В процессе работы электродвигателя вращающийся вал 9, посредством закрепленной на нем пяты антифрикционной вставки 13 пяты, передает осевые нагрузки от насоса на подпятник 14. Вставка пяты 13 и подпятник 14 могут быть изготовлены из керамики или твердых сплавов.
При этом в случае торцового биения трущихся поверхностей пяты 13 и подпятника 14 за счет установки вставки 13 пяты в корпус 12 пяты и подпятника 14 в теплообменник 16 на упругие элементы 18 обеспечится параллельность трущихся торцовых поверхностей пяты 13 и подпятника 14 за счет упругой деформации упругих элементов 18, что приведет к полному контакту этих сопрягающихся поверхностей трения. Гидравлический насос 17 в виде шнека обеспечивает при работе насосной установки отвод тепла из зоны осевой опоры за счет циркуляции масла вокруг теплообменника 16. Теплообменник 16 отводит тепло к корпусу гидрозащиты, корпус передает тепло окружающей ей среде. Радиальные канавки 15 на подпятнике 14, постоянно пропуская через себя циркулирующее масло, способствуют эффективному охлаждению трущихся поверхностей пяты 13 и подпятника 14, соответственно и осевой опоры.
В случае, описанном в п.2 формулы, при торцовом биении пяты 27, подпятник 23 за счет возможности смещения его сферической поверхности 24 относительно конической поверхности 25 теплообменника 16 обеспечит параллельность трущихся торцовых поверхностей пяты 27 и подпятника 23, что приведет к полному контакту этих сопрягающихся поверхностей трения.
Увеличение поверхности трения, по которой происходит контакт пары «пята - подпятник», приведет к снижению удельного давления на единицу площади и уменьшению вибраций, а охлаждение пяты посредством циркуляции масла вокруг теплообменника и подачи в масла в радиальные каналы подпятника благоприятно скажется на тепловом балансе осевой опоры и гидрозащиты, увеличит надежность и безотказность работы гидрозащиты при обычных и при повышенных осевых нагрузках на опору.