УСТРОЙСТВО ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ С УСИЛЕННОЙ ОСЕВОЙ ОПОРОЙ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Полезная модель относится к области нефтедобывающего оборудования, в частности к устройствам для гидравлической защиты погружных маслозаполненных электрических двигателей, являющимися приводами погружных центробежных насосов, используемых для добычи нефти с пластовой жидкостью.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство гидравлической защиты погружного электродвигателя, содержащее корпус, вал с торцевыми уплотнениями, камеры выравнивания давления внутри и снаружи протектора, снабженные обратным клапаном, осевую опору вала, включающую пяту, выполненную в виде стального корпуса, закрепленного на валу посредством шпонки и снабженного керамической вставкой, и подпятник, выполненный в виде жестко закрепленного в корпусе керамического или твердосплавного кольца [патент RU 46056 U1, дата публикации 10.06.2005].
Недостатком данной конструкции является применение обратных клапанов в камерах выравнивания давления, что способствует попаданию мелких частиц (песок, мех. примеси и т.п.) между запорными элементами клапана и снижению его герметичности, что в свою очередь способствует неконтролируемому переходу пластовой жидкости в полость гидрозащиты.
Кроме того, конструкция осевой опоры вала обеспечивает плотное прилегание рабочих поверхностей пары трения «пята - подпятник» по всей поверхности, что в случае попадания мелких частиц в зону трения приводит к перегреву трущихся деталей, создание задиров на рабочих поверхностях трения и их дальнейшее разрушение и повышению потери мощности агрегата в целом.
Известно устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее корпус, внутри которого размещены две и более диафрагмы, закрепленные на опорах, вал с торцовыми уплотнениями и опорными подшипниками, ниппели, верхнюю и нижнюю головки, узел пяты, имеет систему сброса давления и компенсации температурного расширения масла выполненной в виде клапанов пружинного типа, совмещенных с эластичными диафрагмами и установленных на верхней части каждой диафрагмы, сообщающихся между собой посредством осевых отверстий и соединительных трубок, при этом рабочая поверхность опорных подшипников выполнена из диска с композиционным фторопластовым покрытием и каналами для прохода масла [патент RU 75259 U1, дата публикации 27.07.2008].
Недостатком данной конструкции является то, что гидродинамический осевой подшипник имеет ограничения по несущей способности. Осевая сила, воспринимаемая таким подшипником, зависит от размеров трущихся поверхностей, свойств смазки и частоты вращения вала. При больших осевых сила, действующих на насос, их пары трения входят в режим контактного трения и быстро разрушаются.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышение нагрузочной способности гидравлической защиты.
Технически результат, достигаемый при реализации заявляемой полезной модели, заключается в увеличение допустимой осевой нагрузки до 800 кг, что в свою очередь обеспечивает снижение потери мощности, увеличение срока эксплуатации и повышение надежности установки электроцентробежного насоса.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя включает в себя корпус, внутри которого размещены не менее двух эластичных диафрагм, закрепленных на опорах при помощи кольцевых пружин, выполняющих функцию предохранительного клапана для сброса избыточного давлении от температурного расширения масла в эластичных диафрагмах, вал с торцовыми уплотнениями и опорными подшипниками, осевая опора вала, верхний и нижний ниппели, верхнюю и нижнюю головки, при этом осевая опора вала включает в себя подвижную пяту, установленную на валу, и неподвижный подпятник, закрепленный в нижней головки, образующих пару трения, причем пята и подпятник выполнены в виде упорного подшипника скольжения, включающего в себя металлическую обойму с установленной в ней керамической опорой, при этом рабочая поверхность керамической опоры пяты выполнена гладкой, а на рабочей поверхности керамической опоры подпятника выполнены радиальные канавки, проходящие от центра до торцевой поверхности.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в металлической обойме выполнена полость для размещения в ней керамической опоры, причем верхний торец керамической опоры выполнен с фаской для вальцовки, металлическая обойма выполнена с буртиком, который завальцован на керамическую опору, высота керамической опоры превышает высоту полости металлической обоймы, кроме того в керамической опоре и металлической обойме выполнены, по меньшей мере, по два паза, в которых размещены фиксирующие элементы, обеспечивающие фиксацию частей детали относительно друг друга.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели керамическая опора выполнена из реакционноспеченного карбида кремния.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели на рабочей поверхности керамической опоры подпятника выполнены восемь радиальных канавок.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг 1 изображен общий вид гидравлической защиты, на фиг. 2 изображена пята осевой опоры (вид сбоку в разрезе), на фиг. 3 изображена керамическая опора пяты осевой опоры (вид сверху), на фиг. 4 изображен подпятник осевой опоры (вид сбоку в разрезе), на фиг. 5 изображена керамическая опора подпятника осевой опоры (вид сверху).
Гидравлическая защита погружного маслозаполненного электродвигателя (фиг. 1) состоит из двух корпусов 1, головки верхней 2, ниппеля верхнего 3, ниппеля нижнего 4 и головки нижней 5, соединенных между собой резьбовыми соединениями, вала 6, двух эластичных диафрагм 7.
Герметичность по валу 6 от проникновения пластовой жидкости и между секциями диафрагм 7 обеспечивается торцовыми уплотнениями 8, 9, 30, при этом смазывание нижнего торцового уплотнения 30 обеспечивается заполненным маслом, а верхних торцевых уплотнений 8, 9 - пластовой жидкостью.
Осевые нагрузки на вал 6 воспринимаются осевой опорой, состоящей из пяты 10, закрепленной на валу 6 посредством шпонки 11 вкладыша 12 и кольца пружинного 13, и подпятника 14, зафиксированного в головке нижней 2 винтами 19.
Эластичные диафрагмы 7 обеспечивают рабочие циклы компенсации масла при тепловом изменении его объема в процессе работы погружного электродвигателя. Герметичность нижних концов диафрагм 7 обеспечивают кольца под бандаж 15 и хомуты 16, герметичность верхних концов диафрагм 7 обеспечивают кольца под бандаж 17 и кольцевые пружины 18, выполняющие роль предохранительного клапана, срабатывающего при избыточном давлении от температурного расширения масла в диафрагмах 7 при работе погружного электродвигателя.
Технологические отверстия в ниппеле верхнем 3 и нижнем 4 закрыты пробками 22 и 23 с шайбами свинцовыми 24 и 25.
Осевая опора вала включает в себя подвижную пяту 10, установленную на валу 6, и неподвижный подпятник 14, закрепленный в головке нижней 5, образующих пару трения. Пята 10 (фиг. 2) и подпятник 14 (фиг. 4) выполнены в виде упорного подшипника скольжения, состоящего из металлической обоймы 23, 25 с установленной в ней керамической опорой 24, 26, при этом рабочая поверхность керамической опоры 24 пяты (фиг. 3) выполнена гладкой, а на рабочей поверхности керамической опоры 26 подпятника (фиг. 5) выполнены восемь радиальных канавок 27, проходящие от центра до торцевой поверхности. Керамическая опора 24, 26 представляет собой диск, выполненный из карбида кремния.
Керамическая опора 26 и металлическая обойма 25, изготовлены таким образом, что верхний торец карбид кремния выполнен с фаской для вальцовки, металлическая обойма 25 выполнена с буртиком 28, который завальцован на керамическую опору 26. В керамической опоре 24 и металлической обойме 23 выполнены, по меньшей мере, по два паза 29, в которых размещены фиксирующие элементы 29, обеспечивающие фиксацию частей подшипника относительно друг друга.
Нижняя торцевая поверхность керамической опоры 24, 26 имеет жесткое соединение с дном полости металлической обоймы 23, 25.
Пята 10 имеет осевое отверстие в центре, через которое проходит вал 6 протектора и закреплена она на этом валу.
Подпятник 14 имеет осевое отверстие в центре, через которое проходит вал 6, и два отверстия под винты 19 для закрепления в головке нижней 5.
Устройство гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя при монтаже в составе установки электроцентробежного насоса размещается между электродвигателем и электроцентробежным насосом. Крепление гидрозащиты осуществляется специальными гайками через резьбовые шпильки. Крутящий момент от вала электродвигателя передается на вал электроцентробежного насоса через муфты шлицевые и вал гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя.
2
В процессе работы маслонаполненного электродвигателя происходит нагрев масла и соответственно его расширение. Увеличенный объем масла проникает во внутреннюю полость нижней диафрагмы 7 через кольцевые зазоры опоры диафрагмы 20 вдоль вала 6. С ростом давления и за счет упругости диафрагмы 7 происходит увеличение объема полости диафрагмы до ее соприкосновения внутренней поверхностью корпуса 1. При достижении давления 0,05-0,17 МПа (0,5-1,7 кгс/см) срабатывает кольцевая пружина 18 и излишек масла вытесняется в задиафрагменное пространство 21. Через продольные отверстия 22 нижнего ниппеля 4 и кольцевые зазоры опоры диафрагмы 20 вдоль вала 6 масло перетекает во внутреннюю полость верхней диафрагмы 7. При дальнейшем увеличения объема и соответственно давления - цикл повторяется с верхней диафрагмой 7, где избыточное масло внутренней полости сбрасывается в задиафрагменное пространство 21 и смешивается с пластовой жидкостью.
При этом за счет большой несущей способности осевой опоры осевые нагрузки от вала насоса, воспринимаемые парой пята 10 - подпятник 14, содержащих керамические опоры 24, 26, не приводят к нагреву зоны трения осевой опоры, а соответственно и всего устройства гидрозащиты. Кроме того, наличие на верхней торцевой поверхности керамической опоры 26 подпятника 14 (фиг. 5) радиальных канавок 27, предназначенных для смазки поверхности трения маслом и вывода через них механических частиц, попадающих в зону трения керамических опор 24, 26 пяты 10 и подпятника 14, позволяет сократить потери мощности, снизить нагрев трущихся деталей и исключить их повреждение.
Таким образом, применение вместо опорных подшипников в устройстве гидрозащиты погружного электродвигателя, имеющую систему сброса давления и компенсации температурного расширения масла выполненную в виде клапанов пружинного типа, осевой опоры (пята 10 - подпятник 14) в виде упорных подшипников скольжения, содержащих металлическую обойму 23, 25 и керамическую опору 24, 26, позволяет сократить потери мощности на осевой опоре, обеспечив режим жидкостного трения при более высоких нагрузках и упростить конструкцию узла.