ТЕПЛООБМЕННИК ПОГРУЖНОГО МАСЛОЗАПОЛНЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
HEAT EXCHANGER OF A SUBMERSIBLE OIL-FILLED MOTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в конструкциях теплообменников для погружных маслозаполненных электродвигателей, служащих приводом электроцентробежных насосов.
Уровень техники
Известен теплообменник для погружного электродвигателя (ПЭД), состоящий из верхней и нижней трубных досок с системой отверстий в каждой, коаксиальных труб, установленных между трубными досками с образованием цилиндрического и кольцевых каналов, четные из которых снабжены скрепленными со стенками труб интенсифицирующими вставками из открытоячеистой металлической пены и сообщены с полостью ПЭД, формируя замкнутые контуры для движения масла, а нечетные сообщены со скважиной и образуют проточные каналы для пластовой жидкости (см. [1] патент на изобретение РФ №2301912, МПК F04D 13/08, опубл. 27.06.2007).
Недостатками известного теплообменника являются низкая теплоотводящая способность вследствие высокого термического сопротивления между вставками и стенками труб и повышенного гидравлического сопротивления контуров с металлической пеной, а также высокая стоимость и трудоемкость изготовления.
Наиболее близким техническим решением является теплообменник для погружного маслозаполненного двигателя, состоящий из верхней и нижней трубных досок, установленных между ними теплообменных труб для циркуляции масла, сообщающихся с полостью электродвигателя, интенсифицирующих элементов, скрепленных со стенками теплообменных труб (см. [2] патент на полезную модель РФ №123256, МПК H02K 9/19, H02K 5/132, опубл. 20.12.2012).
Недостатком известного устройства является низкая надежность из-за необходимости обеспечивать герметичность мест соединения теплообменных труб с трубными досками. Надежность теплообменника находится в обратной зависимости от количества теплообменных труб, тогда как его эффективность - в прямой.
Сущность изобретения
Техническим результатом, решаемым изобретением, является повышение технологичности изготовления и эффективности работы теплообменника, а также повышение катодной защиты погружного оборудования.
Указанный технический результат решается тем, что теплообменник погружного маслозаполненного двигателя, содержащий верхний ниппель с центральным и концентрично расположенными каналами и нижний ниппель, которые герметично соединены трубой с радиальными отверстиями в нижней части, между ниппелями герметично установлен кожух, выполненный сборным из верхней и нижней гильз, имеющих радиально расположенные отверстия для заливки в них герметизирующего состава, и теплообменного кожуха, который в поперечном сечении имеет сложную геометрическую форму, охватывающую трубу, с равноудаленными друг от друга ответвлениями в радиальном направлении, но не выходящими за радиус верхнего ниппеля и нижнего ниппеля, обеспечивающими максимальную площадь поверхности, при этом гильзы и теплообменный кожух соединены между собой герметизирующим составом.
Также технический результат достигается тем, что теплообменный кожух выполнен из металла, потенциал свободной коррозии которого более электроотрицательный, чем потенциал основного металла, применяемого для изготовления погружного маслозаполненного двигателя и других узлов погружного оборудования, а также является составным теплообменным кожухом.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен общий вид теплообменника погружного маслозаполненного двигателя.
На фиг. 2 изображен вид разреза А-А.
На фиг. 3 изображен вид разреза Б-Б.
Раскрытие изобретения
Используя конструкцию, предложенную в данном изобретении, значительно упростит изготовление кожуха. Гильзы являются телами вращения, а значит, обладают высокой технологичностью при механической обработке. Теплообменный кожух представляет собой профиль необходимой длины и конфигурации, полученный методом экструзии. Соединение гильз и теплообменного кожуха осуществляется герметизирующим составом, например компаундом, который обладает высокими адгезионными свойствами, способностью выдерживать высокие температуры и достаточной прочностью. Причем герметизирующий состав заливается на высоту вхождения теплообменного кожуха в гильзы. Такая конструкция позволяет выполнять теплообменный кожух из материала, пригодного для экструзии, а также с высокой теплопроводностью, а гильзы - из материалов с лучшими геометрическими свойствами для механической обработки. Например, теплообменный кожух выполнен из мягкого металла с высокой теплопроводностью, например меди или алюминия, а гильзы из сортового проката стали. Это позволяет повысить не только технологичность, но и эффективность теплообменника, а также дополнительно обеспечить катодную защиту погружного оборудования от коррозии.
Изобретение поясняется фиг. 1, на которой изображен теплообменник погружного маслозаполненного двигателя.
Теплообменник погружного маслозаполненного двигателя состоит из верхнего ниппеля 1 и нижнего ниппеля 2, герметично соединенных трубой 3. Между ниппелями герметично установлен кожух, состоящий из верхней 4 и нижней 5 гильз со сквозными отверстиями 11 и теплообменного кожуха 6, соединенных между собой герметизирующим составом 7. Гильзы 4 и 5 содержат специальные радиально расположенные отверстия 13 для заливки герметизирующего состава 7. Теплообменный кожух 6 в поперечном сечении имеет сложную форму окружности, охватывающей трубу 3, с равноудаленными друг от друга ответвлениями 12 в радиальном направлении, но не выходящими за габаритный радиус верхнего ниппеля 1 и нижнего ниппеля 2, и обеспечивающими максимальную площадь поверхности кожуха 6 (например, форма «звезды» или «снежинки»). В нижней части трубы 3 выполнены отверстия 8, связывающие внутреннюю полость трубы с внутренней полостью кожуха. Верхний ниппель 1 прикреплен к основанию 9 погружного электродвигателя (не показан) и содержит центральный и концентрично расположенные каналы 10, связывающие внутреннюю полость кожуха с внутренней полостью электродвигателя.
Теплообменник погружного маслозаполненного электродвигателя работает следующим образом. При спуске в скважину все части теплообменника нагреваются до температуры пластовой жидкости. До этой же температуры нагревается электродвигатель и находящееся в нем масло.
При включении электродвигателя масло дополнительно разогревается вследствие тепловыделений в обмотке статора, роторе, узлах трения. Нагретое масло из электродвигателя нагнетается циркуляционным насосом (не показан) через трубу 3, отверстия 8 и 11 во внутреннюю полость теплообменного кожуха 6. В кожухе происходит охлаждение масла за счет теплоотдачи через площадь поверхности кожуха 6 в пластовую жидкость, омывающую теплообменник. Далее охлажденное масло через отверстия 10 поступает в электродвигатель. При прохождении через зазор между статором и ротором масло вновь нагревается и поступает в теплообменник. Цикл охлаждения масла пластовой жидкостью повторяется и продолжается на протяжении работы электродвигателя, обеспечивая его нормальный тепловой режим.
Таким образом, теплообменник погружного маслозаполненного двигателя, имеющий сборный кожух, повышает технологичность изготовления теплообменника и эффективность работы, а также катодную защиту погружного оборудования, в том числе за счет специфической формы теплообменного кожуха и материала, из которого он изготовлен.