УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО МАСЛОЗАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
DEVICE FOR HYDRAULIC PROTECTION OF SUBMERSIBLE OIL-FILLED ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть применено в установках для гидрозащиты погружных электродвигателей для электроцентробежных насосов, используемых для добычи пластовой жидкости из скважин.
Известны устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя по патентам RU 2118033 Н02К 5/12, Н02К 5/132, RU 2484306 F04D 13/10, RU 27416 F04D 13/10, Н02К 5/12, RU 32933 Н02К 5/12, RU 120729 F04D 13/10, RU 132638 Н02К 5/12.
Основной недостаток этих устройств заключается в том, что торцовое уплотнение, установленное на валу и служащее для предотвращения попадания пластовой жидкости в диэлектрическое масло погружного электродвигателя (далее - ПЭД), работает без перепада давления (давление масла должно быть выше давления пластовой жидкости). Это снижает надежность работы устройства.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее вал, головку, упорный и радиальный подшипники, по меньшей мере один компенсирующий модуль, в состав которого входят цилиндрический корпус, головка, ниппель, торцевое уплотнение и компенсирующий элемент, при этом на валу в головке или ниппеле установлено насосное устройство, в состав которого входит, по меньшей мере, одно лопастное колесо, гидравлически связанное с торцевым уплотнением, в головке гидрозащиты или в ниппеле изготовлены напорные каналы, гидравлически соединяющие периферийную часть рабочего колеса с компенсирующим устройством (по патенту RU 2609899, кл. F04D 13/10, Н02К 5/12, опубл. 07.02.17).
Недостатком прототипа является сложность конструкции, связанная с размещением в устройстве лопастного колеса и каналов.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение конструкции без потери надежности, путем установки насосных устройств: под торцевым уплотнением, выполненного в виде динамической втулки, а над торцевым уплотнением - в виде втулки и (или) диска.
Техническими результатами являются повышение технологичности изготовления и сборки, а, следовательно, снижение себестоимости устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя (далее - гидрозащита).
Указанные технические результаты достигаются тем, что устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя содержит головку, основание, корпус, вал с радиальными и упорным подшипниками, по крайней мере, один компенсирующий модуль, в состав которого входят корпус, головка, ниппель, торцевое уплотнение и компенсирующий элемент, при этом на валу под торцовым уплотнением размещено насосное устройство, выполненное в виде динамической втулки с, по меньшей мере, одной винтовой канавкой, а над торцевым уплотнением на валу установлено насосное устройство в виде вращающейся втулки и (или) диска.
Кроме того, возможно, что канавка на втулке в поперечном сечении имеет полукруглую форму.
Кроме того, возможно, что канавка на втулке в поперечном сечении имеет прямоугольную форму.
Кроме того, возможно, что динамическая втулка установлена внутри обоймы с, по меньшей мере, одной винтовой канавкой, противоположено направленной канавке на втулке.
Кроме того, возможно, что динамическая втулка установлена внутри обоймы с винтовой канавкой, которая в поперечном сечении имеет полукруглую форму.
Кроме того, возможно, что динамическая втулка установлена внутри обоймы с винтовой канавкой, которая в поперечном сечении имеет прямоугольную форму.
Кроме того, возможно, что вращающаяся втулка и (или) диск имеют лопасти, изготовленные над или (и) снаружи торцевого уплотнения.
Насосные устройства создают перепад давления на торцовом уплотнении, препятствуя попаданию пластовой жидкости в компенсирующий модуль. Значение угла винтовой нарезки насосного устройства, установленного под торцевым уплотнением, по отношению к оси насоса 70°±10°. В этом случае обеспечивается максимальный напор. На вращающейся втулке насосного устройства, установленного над торцевым уплотнением, могут быть выполнены лопасти, высота которых не менее 10% от диаметра вала. Насосные устройства имеют простые компактные конструкции, что упрощает изготовление и сборку, а, следовательно, снижается себестоимость гидрозащиты.
Изобретение поясняется фигурами, на которых изображено:
фиг. 1 - устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя с компенсирующим элементом в виде поршня, поперечный разрез;
фиг. 2 - устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя с компенсирующим элементом в виде диафрагмы, поперечный разрез;
фиг. 3 - насосное устройство, совмещенное с радиальным подшипником;
фиг. 4 - динамическая втулка и обойма с полукруглыми винтовыми канавками;
фиг. 5 - динамическая втулка и обойма с прямоугольными винтовыми канавками.
фиг. 6 - насосное устройство в виде диска с лопастями.
Гидрозащита (фиг. 1) содержит вал 1, головку 2, основание 3, упорный 4 и радиальный 5 подшипники, компенсирующий модуль, который состоит из цилиндрического корпуса 6, коаксиально установленной внутри него втулки направляющей 7, верхнего 8 и нижнего 9 ниппелей и компенсирующего элемента в виде кольцевого поршня 10, установленного с возможностью возвратно-поступательного движения, и торцевого уплотнения 11.
На валу 1 установлено насосное устройство, состоящее из динамической втулки 12 и обоймы 13.
В верхнем ниппеле 8 выполнен канал 14 с пробкой 15 и канал 16, в нижнем ниппеле 9 выполнен канал 17, а в основании 3 канал 18. На валу выполнен продольный паз 19 и установлено насосное устройство в виде диска 20.
Гидрозащита (фиг. 2) имеет компенсирующий модуль, который состоит из цилиндрического корпуса 6, коаксиально установленной внутри него опоры 21, верхнего 8 и нижнего 9 ниппелей и компенсирующего элемента в виде упругой диафрагмы 22 и торцевого уплотнения 11.
Гидрозащита (фиг. 3) имеет насосное устройство, которое также выполняет функции радиального подшипника.
Гидрозащита (фиг. 1) работает следующим образом. Перед спуском в скважину устройство для гидравлической защиты вместе с погружным электродвигателем (на фиг. не показан) заполняется диэлектрическим маслом. При включении погружного маслозаполненного электродвигателя крутящий момент от вала электродвигателя передается через вал 1 гидрозащиты валу погружного центробежного насоса. Компенсация утечек диэлектрического масла и тепловых изменений его объема при работе погружного маслозаполненного электродвигателя и его остановке осуществляется за счет перемещения кольцевого поршня 10 (для фиг. 1) или за счет изменения формы диафрагмы 22 (для фиг. 2). Одна из полостей компенсирующего модуля гидравлически связана через каналы 17 и 18 с электродвигателем, а другая полость через канал 16 с затрубным пространством.
Защита от попадания пластовой жидкости внутрь электродвигателя осуществляется при помощи торцевого уплотнения 11 и кольцевого поршня 10 (для фиг. 1) или диафрагмы 22 (для фиг. 2). Наличие насосных устройств позволяет создать перепад давления на торцевом уплотнении 11, таким образом, что давление масла под уплотнением 11 всегда выше, чем давление пластовой жидкости над ним. В результате попадание пластовой жидкости в масло, что приводит к потере им диэлектрических свойств и короткому замыканию ПЭД, исключается.
Таким образом, решения, используемые в изобретении, повышают технологичность изготовления и сборки, а, следовательно, снижают себестоимости устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, при этом надежность устройства не снижается.