Высокотемпературная муфта кабельного ввода для погружного электродвигателя

Полезная модель относится к области электротехники, к концевым соединителям для кабелей, находящихся в жидкой среде, и может быть использовано в конструкциях кабельных вводов для герметичного присоединения кабельной линии к погружным электродвигателям, предназначенным для привода погружных насосов, используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти.
Существует множество типов муфт кабельного ввода погружного электродвигателя описанных в технической литературе [см., например, Международный транслятор «Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти» - М.: Нефть и газ, 1999. С. 410-412], в патентах на изобретение: RU 2251185 С2 от 16.10.2002; RU 2264681 С2 от 14.11.2003; RU 23192668 С2 от 20.12.2004; US 2012/0100737 А1, 26.04.2012, которые состоят из:
металлического корпуса, который изготавливается методом литья с последующей обработкой на металлорежущем оборудовании, корпус муфты может быть выполнен из одной цельной детали или состоять из двух деталей соединяемых с помощью винтов.
в корпусе муфты расположены концы изолированных проводов кабеля, соединенные со штепсельными наконечниками, выведенными через отверстия на колодку штепсельных наконечников.
герметичность корпуса муфты обеспечивают и различные типы уплотнительных элементов.
хвостовую часть корпуса муфты заливают герметизирующим компаундом, для механического удержания кабеля от перемещения.
В процессе эксплуатации при воздействии высоких температур, давления, химически агрессивной среды скважины, герметичность таких муфт может быть нарушена, что приведет к проникновению скважинной жидкости к токоведущим элементам муфты.
Конструкции существующих муфт не обеспечивают достаточный уровень защиты от проникновения скважинной жидкости. В конструкциях не применяется многоступенчатая защита, герметичность муфты обеспечивает один элемент, повреждение или разрушение которого в процессе сборки муфты или эксплуатации, приводит к проникновению скважинной жидкости и отказу муфты.
Уплотнители кольца или прокладки, обеспечивающие герметичность муфт, размещаются между металлическим корпусом муфты и элементами конструкции кабеля изоляцией или свинцовой оболочкой. В процессе эксплуатации муфты в условиях скважины происходят многочисленные циклы нагрева, в том числе и с критическими для материалов кабеля и муфты значениями температур. В результате циклического термического расширения уплотнители муфты деформируют и изменяют геометрические размеры изоляции и свинцовой оболочки кабеля, так данные элементы не обладают способностью материала уплотнителей к обратным деформациям и имеют различный коэффициент теплового расширения. В результате размеры посадочных мест уплотнителей изменяются, что становится причиной разгерметизации и проникновения муфты скважинной жидкости.
Хвостовые части корпусов муфт, выполненные методом литья, имеют ограниченное внутреннее пространство, а так же наличие граней и углов, образующихся после металлообработки, что становится причиной повреждения свинцовой оболочки и изоляции жил кабеля при позиционировании кабеля в корпусе муфты в процессе сборки, и, как следствие, последующему отказу узла. Сам процесс сборки муфт, не обеспечивает необходимого уровня контроля качества выполняемых сборщиком операций. Низкий уровень контроля над выполняемыми сборочными операциями обусловлен самой конструкцией муфт, которая ограничивает возможность проведения операционного контроля.
Известна высокотемпературная муфта кабельного ввода для погружного электродвигателя (патент RU 2588608, H02G 15/04, опубл. 10.07.2016 г.), содержащая корпус и заполненный компаундом хвостовик переменного сечения, соединенные между собой и закрепленные с помощью уплотнительных элементов и колец на конце токопроводящего кабеля. Каждый провод кабеля пропущен через сквозные отверстия в корпусе, освобожден на части своей длины от свинцовой защитной оболочки и соединен со штепсельным наконечником, вмонтированным в колодке штепсельных наконечников. На торцевой стороне корпуса, обращенной к хвостовику, вокруг сквозных отверстий выполнены выступы в виде втулок с коническим участком на конце.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств, относится сложность в изготовлении и сборки муфты:
корпус муфты состоит из двух деталей, выполненных методом литья и соединяемых винтами, требует проведения высокоточной обработки на металлорежущем оборудовании сопрягаемых поверхностей обоих деталей;
три конусных элемента выполненные на корпусе муфты, для обжатия свинцовой оболочки, делают данную конструкцию еще технологически более сложной при металлообработке;
обжатие свинцовой оболочки конусными элементами муфты не обеспечивает гарантированной герметичности, так как свинцовая оболочка может иметь переменные значения по толщине, что негативно скажется на качестве обжатия;
при развальцовке свинцовой оболочки, вследствие недостаточной эластичности материала оболочки или наличии посторонних включений, существует риск повреждения оболочки в виде микро разрывов (скрытому дефекту), которые визуально не определяются и при эксплуатации приведут к проникновению жидкости;
при проведении операции по развальцовке свинцовой оболочки, введение металлической конусной направляющей под свинцовую оболочку, что может привести к повреждению изоляции (скрытому дефекту);
при сборке конструкции может произойти неконтролируемое смещение изоляции, которое приводит либо к невозможности сборки, либо к образованию зазора между изолятором и собственной изоляцией кабеля;
низкая возможность контроля качества операций, выполняемых при сборке муфты.
Отмеченные недостатки снижают надежность и срок службы муфты кабельного ввода погружного электродвигателя.
Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что корпус и хвостовик, который выполнен методом холодной штамповки из тонкостенной трубы, тем самым обеспечивая большое внутреннее пространство и отсутствие углов и граней на внутренней поверхности, что исключает возможность повреждения кабеля при сборке, соединены между собой методом сварки сплошным швом, изолятор ТПЖ выполнен в виде втулки с внутренней резьбовой частью, посредством которой накручивается и фиксируется на токопроводящей жиле, перед накручивании изолятора на часть ТПЖ с удаленной изоляцией наносится герметик высокотемпературный диэлектрический, который при накручивании изолятора распределяется по всей ТПЖ, заполняя пустоты между ТПЖ и изолятором, обеспечивая герметичность соединения по токопроводящей жиле, далее на ТПЖ наворачивается штепсельный наконечник, с другой стороны конец изолятора накрученного на ТПЖ герметизируется высокотемпературной изоляционной лентой, образуя две ступени защиты от проникновения жидкости по жиле кабеля первая лента высокотемпературной изоляционной лентой вторая герметик высокотемпературный диэлектрический, герметичность по корпусу муфты обеспечивается двумя типами уплотнителей, образуя две ступени защиты, уплотнительными кольцами, которые устанавливаются отдельно на каждый изолятор ТПЖ, герметизируют по сквозным отверстиям в корпусе для ТПЖ, и прокладка-уплотнитель, расположенная между корпусом и колодкой штепсельных наконечников. При данной конструкции уплотнители не имеют контакта с конструктивными элементами кабеля, изоляцией или свинцовой оболочкой, что исключает их деформацию и изменение размеров посадочных мест уплотнителей.
Кроме того, колодка штепсельных наконечников изготовлена из металла, а уплотнители кольца и прокладка - из высокотемпературной резины с рабочим диапазоном от -50°С до +250°С.
Использование предлагаемого изобретения обеспечивает следующий технический результат: упрощение конструкции и повышение ее надежности.
Указанный технический результат при осуществлении достигается тем, что высокотемпературная муфта кабельного ввода погружного электродвигателя, содержит корпус и заполненный компаундом хвостовик переменного сечения, соединенные между собой и закрепленные на конце токопроводящего кабеля, каждый провод которого, пропущенный через сквозные отверстия в корпусе, освобожден на части своей длины от свинцовой защитной оболочки, загерметизирован на входе в корпус и соединен со штепсельным наконечником, при этом на каждый провод накручен изолятор, концы проводов, освобожденные от свинцовой оболочки и частично освобожденные от изолирующих оболочек, выведены во внутреннюю полость корпуса и соединены при помощи резьбового соединения со штепсельными наконечниками.
Особенность заключается в том, что корпус и хвостовик, который выполнен методом холодной штамповки из тонкостенной трубы, тем самым обеспечивая большое внутреннее пространство и отсутствие углов и граней на внутренней поверхности, что исключает возможность повреждения кабеля при сборке, соединены между собой методом сварки сплошным швом, изолятор токопроводящей жилы (ТПЖ) выполнен в виде втулки, на одном конце которой закреплен штепсельный наконечник, а другой конец крепится на свинцовой оболочке кабеля и герметизируется высокотемпературной изоляционной лентой, причем изолятор дополнительно герметизируется уплотнительным кольцом, расположенным между корпусом и колодкой штепсельных наконечников. Колодка штепсельных наконечников изготовлена из металла, уплотнительное кольцо изготовлено из высокотемпературного полимерного материала.
Конструкция полезной модели представлена на фигурах.
На фиг. 1 - продольный разрез устройства.
На фиг. 2 - вид А.
Устройство состоит из корпуса 1, хвостовика 2 переменного сечения, компаунда 3, высокотемпературной изоляционной ленты 4, изолятора 5 токопроводящей жилы (ТПЖ), штепсельного наконечника 6, колодки 7 штепсельных наконечников, стопорного кольца 8, уплотнительного кольца 9, уплотнительного кольца ТПЖ 10. Кабель 11 состоит из токопроводящих жил 12, изоляции 13, свинцовой оболочки 14, оболочки 15 из стальной ленты. Высокотемпературного герметика 16.
Соединение двух деталей корпуса 1 с хвостовиком переменного сечения 2 в единый узел производится при изготовлении корпуса муфты, методом сварки их между собой по окружности соприкосновения.
Сборку устройства производят по следующей технологии. Кабель 11 закрепляют в приспособлении для сборки муфты кабельного ввода и удаляют оболочку 15. С конца каждой токопроводящей жилы 12 снимают свинцовую оболочку 14 и изоляцию 13. На освобожденной части ТПЖ 12 производят нарезание резьбы. Затем по всей длине открытой части ТПЖ 12 и резьбу наносят высокотемпературный герметик 16 и производят накручивание изоляторов ТПЖ 5. Участок каждой жилы 12, освобожденный от свинцовой оболочки 14, обматывают слоями высокотемпературной изоляционной ленты 4, с переходом на поверхность свинцовой оболочки 14 и изолятора ТПЖ 5. После чего производят позиционирование жил относительно сквозных отверстий в корпусе муфты. На изоляторы 5 устанавливают уплотнительные кольца 10. Затем жилы кабеля с накрученными изоляторами 5 со стороны хвостовика вставляют в отверстия корпуса 1, надевают на них колодку 7 штепсельных наконечников и устанавливают кольцо стопорное 8. Устройством для сборки муфт производят сжатие уплотнительного кольца 9, до посадки кольца стопорного 8 в канавку на корпусе муфты. На резьбовые окончания токопроводящих жил 12 накручивают штепсельные наконечники 6. Внутреннюю полость хвостовика переменного сечения 2 заполняют высокотемпературным компаундом 3, например, Thermoset EL-636 Ероху Encapsulate.
Таким образом, предложенное устройство позволяет упростить конструкцию кабельного ввода для погружного электродвигателя, уменьшить время сборки и повысить его надежность.
Вышеизложенное описание свидетельствует о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
средство, воплощающее заявленную полезную модель, при его осуществлении предназначено для использования в конструкциях кабельных вводов для герметичного присоединения кабельной линии к погружным электродвигателям, предназначенным для привода погружных насосов, используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти;
для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в изложенной формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
средство, воплощающее заявленную полезная модель при осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемых заявителем поставленных технических задач. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».