МУФТА КАБЕЛЬНОГО ВВОДА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для присоединения кабеля к электродвигателям.
Известна муфта кабельного ввода для присоединения кабеля к электродвигателю погружного насоса, применяемая в нефтяной промышленности (Макиенко Г.П. Кабели и провода, применяемые в нефтегазовой индустрии, Пермь: Агенство «Стиль-МГ», 2004, стр.201-206, ISBN 5-8131-0059-8, УДК 621.315). Муфта имеет сборный металлический корпус, герметизированный различными клеевыми составами, опорную шайбу, набор резиновых уплотнителей, нажимную шайбу, гайку, регулирующую усилие сжатия уплотнителя, и штепсельные наконечники. Изолированные жилы кабеля герметично заделаны в корпусе с помощью резинового уплотнителя, шайб и гайки. Герметичность муфты в целом определяется усилием прижатия резиновых колец к внутренним конструктивным элементам. На концах токопроводящих жил кабеля с помощью резьбовых соединений закреплены штепсельные наконечники. Конструкции муфт различаются по типу применяемого кабеля: термостойкого с пластмассовой изоляцией и с резиновой изоляцией в свинцовой оболочке, теплостойкостью 120-150°С и 230°С, соответственно, согласно ТУ 3542-001-41749945-2005 ООО НПФ «Битек». В соответствии с требованиями технических условий муфта кабельного ввода должна выдерживать испытание давлением трансформаторного масла величиной 1 МПа при температуре окружающей среды (20+10)°С, прикладываемого со стороны контактных элементов, в течении 20 мин. Допускается испытание муфты воздухом при давлении 0,3 МПа в течении 5 мин. Утечка трансформаторного масла или воздуха не допускается. В процессе эксплуатации муфта кабельного ввода также должна оставаться герметичной и защищать внутренние конструктивные элементы от агрессивного воздействия пластовой жидкости.
Основным недостатком известной муфты является ее сложность, и, следовательно, невысокая надежность, в результате большого ассортимента различных промежуточных и обжимных колец, обеспечивающих плотность и герметичность их прилегания к кабелю и другим внутренним элементам муфты исключительно в результате механических усилий. Сборка муфт и оснащение ими кабелей осуществляется в цехах при комнатной температуре. При транспортировке изделий на скважину, особенно в условиях северной зимы, происходит изменение размеров конструктивных элементов муфты, имеющих различные температурные коэффициенты (металл, пластик, резина). Усилие сжатия резиновых уплотнителей ослабевает и муфта теряет герметичность, что часто обнаруживается при контрольной проверке муфт, при их опрессовке маслом или воздухом, перед спуском в скважину, особенно в зимнее время. В результате муфта бракуется. Вся кабельная линия, в состав которой входит и муфта, возвращаются в сервисный цех для ее замены. Вибрации и тряски при транспортировке изделий дополнительно усиливают эффект разгерметизации муфт.
Техническим эффектом предлагаемой полезной модели является повышение надежности и увеличение ресурса работы муфты в диапазоне температур от -40°С до 260°С при одновременном упрощении конструкции.
Указанный технический эффект достигается тем, что муфта кабельного ввода содержит корпус, штепсельные наконечники и изолятор, внутри которого размещены концевая часть кабеля и элементы соединения токопроводящих жил кабеля со штепсельными наконечниками, при этом изолятор выполнен цельнолитым из теплостойкого термопласта и соединен корпусом.
В качестве теплостойкого термопласта преимущественно применен полифениленсульфид.
Теплостойкий термопласт может быть компаундирован минеральными добавками и/или стекловолокном.
Изолятор соединен с корпусом преимущественно резьбовым соединением.
Изолятор может быть соединен с корпусом самонарезающимся резьбовым соединением переменного сечения.
Изолятор может быть соединен с корпусом самонарезающимся резьбовым соединением, равномерно сужающимся по направлению к штепсельным наконечникам.
Выполнение изолятора цельнолитым обеспечивает надежную герметизацию концевой части кабеля и элементов соединения токопроводящих жил кабеля со штепсельными наконечниками, защищая их от контакта с внешней средой, в частности, от проникновения агрессивной пластовой жидкости, что способствует повышению ресурса работы муфты. Кроме того, выполнение изолятора цельнолитым позволяет исключить разнообразные дополнительные уплотнительные элементы, что значительно упрощает конструкцию муфты.
Выполнение изолятора муфты цельнолитым из теплостойкого термопласта повышает адгезионное сцепление с кабелем и другими внутренними конструктивными элементами, что делает конструкцию муфты устойчивой к большим перепадам температур (от -40°С до 260°С), тряскам и вибрациям, работоспособной без потери герметичности в течение длительного времени в скважинах с агрессивной пластовой жидкостью.
На чертеже Фиг.1 представлена схема заявляемой полезной модели, где: 1 - кабель; 2 - изолятор; 3 - корпус; 4 - фланец; 5 - штепсельные наконечники; 6 - изолированная токопроводящая жила; 7 - токопроводящие жилы.
Муфта кабельного ввода состоит из цельнолитого изолятора 2, внутри которого размещены концевая часть кабеля 1 и элементы соединения токопроводящих жил 7 кабеля со штепсельными наконечниками 5. Цельнолитой изолятор 2 выполнен из теплостойких термопластов, например, полифениленсульфида, имеющего температуру длительной эксплуатации 240°С (кратковременно до 260°С). Цельнолитой изолятор 2 может быть также выполнен из полиуретанов либо из пространственносшитых полиолефинов. На изолятор навинчен корпус 3, содержащий внутреннюю резьбу, и фланец 4 для последующего присоединения к электродвигателю погружного насоса. Прочность, химическую устойчивость к агрессивной пластовой жидкости, морозо и теплостойкость муфты можно дополнительно увеличить путем компаундирования термопластов и, в частности, полифениленсульфида минеральными добавками и/или стекловолокном. Для защиты от механических повреждений, попадания влаги и грязи штепсельные наконечники муфты закрываются транспортировочной крышкой, с уплотнительным кольцом, закрепленной болтами, шайбами и гайками (на схеме не указано).
Были изготовлены опытные образцы муфт кабельного ввода предлагаемой конструкции с применением плоского нефтепогружного бронированного кабеля с сечением токопроводящих медных жил 3×10; 3×13,3; 3×16 мм, изолированных полиэтиленом, а также с сечением медных жил 3×10; 3×13,3; 3×16 и 3×21 мм, изолированных резиной типа ЕПДМ и покрытых свинцовой оболочкой. Концевую часть кабеля 1 на длине до 80 мм освобождали от брони и подушки из нетканого полотна. Токопроводящие медные жилы 7 на длине до 15 мм зачищали от изоляции, нарезали резьбу и прикручивали штепсельные наконечники 5. Подготовленную таким образом концевую часть кабеля укладывали в пресс-форму и заливали расплавленным под давлением полифениленсульфидом. Изготовленный таким образом изолятор 2 муфты закрывает участок брони кабеля 1 на длине от 50 до 140 мм, изолированную токопроводящую жилу 6 и нижнее основание штепсельного наконечника 5, навинченного на токопроводящую жилу 7. Концевую часть кабеля 1, размещаемую внутри изолятора 2, не следует делать меньше 50 мм, т.к. в этом случае усилие адгезионного сцепления будет недостаточным. В то же время длина этого участка не должна превышать 140 мм, т.к. кабель при этом теряет жесткость, и возникающие при изгибах усилия нарушают адгезию. Резьба на цельноотлитом изоляторе муфты 2 изготавливается в литьевой форме в процессе отливки муфты. После отливки изолятора 2 на него навинчивали металлический корпус 3, содержащий внутреннюю резьбу, с фланцем 4. Для повышения надежности резьбового соединения внутренняя поверхность корпуса 3 и наружная поверхность изолятора муфты 2 выполнены переменными по сечению, а именно: равномерно сужающимися по направлению к штепсельным наконечникам 5. Надежность резьбового соединения может быть также повышена в результате того, что изолятор муфты соединен с корпусом самонарезающимся резьбовым соединением. При этом резьба выполняется только на корпусе. Соединение изолятора муфты с корпусом может быть выполнено другим способом, например, термической прессовой посадкой или клеевым соединением, с помощью дополнительных фиксирующих элементов и приспособлений и т.д.
Для компаундирования полифениленсульфида применяли окись алюминия и стекловолокно в количестве до 10% масс.
Изготовленные по заявляемому решению образцы муфты, а также образцы муфты, выбранной в качестве аналога, были подвергнуты испытанию на герметичность опрессовкой воздухом при параметрах, существенно превышающих требования технических условий (ТУ 3542-001-41749945-2005), а именно: температура -40°С, давление воздуха 1,0 МПа, прикладываемое со стороны контактных элементов, в течении 30 мин. Все образцы предлагаемой конструкции выдержали испытание, сохранив герметичность, в то время как образцы муфты-аналога потеряли герметичность после 7-10 мин. испытаний.