ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОНАСОСОВ
DOWNHOLE PUMP MOTOR DRIVE

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям электродвигателей с большим отношением длины к диаметру, и может быть использовано при конструировании электродвигателей, предназначенных для работы в погруженном состоянии и используемых в качестве привода в погружных насосных агрегатах для добычи пластовой жидкости из нефтяных скважин.
При добыче нефтяной пластовой жидкости из нефтяных скважин с использованием установок электропогружных центробежных насосов в качестве привода насосов используются погружные электродвигатели различных конструкций и габаритов. В настоящее время наиболее распространенными в России являются погружные электродвигатели марок ПЭД, серийно выпускаемые ОАО "АЛНАС" (г.Альметьевск, Татарстан), ООО "АЛМАЗ" (г.Радужный, Тюменская область) и ряда других предприятий.
Известен статор электрической машины (патент RU №2229192 C2, H02K 1/12, H02K 5/04, H02K 5/136, опубл. 20.05.2004), который содержит сердечник статора, собранный на продольных профильных ребрах, замковая часть которых входит в пазы, выполненные по наружному контуру сердечника, и наружный корпус, в котором установлен пропитанный компаундом сердечник статора с обмоткой. Профильные ребра приварены к сердечнику на стыках, образуемых наружной поверхностью сердечника и боковыми стенками каждого из ребер.
Известно устройство для крепления шихтованного сердечника в корпусе статора электрической машины (патент RU №2226311 C1, G01F 23/74, опубл. 27.03.2004). Устройство содержит входящие в тело сердечника продольными выступами стяжные ребра. Под встречные клинья в ребрах и сегментах сердечника выполнены опорные поверхности, расположенные к продольной плоскости ребра под углом f, вершина которого обращена к оси сердечника. Между опорными поверхностями клина и сердечника установлена прокладка материала с меньшим значением предела текучести и модуля упругости, чем материал встречных клиньев и сегментов сердечника. Прокладка выполнена по форме паза. На боковой поверхности стяжного ребра закреплены накладки, одна из сторон которых образует плоскость, параллельную боковой поверхности встречных клиньев. Технический результат - повышение надежности электрической машины путем исключения снятия выступающих листов электротехнической стали сердечника в зоне высокого давления, повышения натяга и жесткой связи сердечника с корпусом электрической машины.
Указанные технические решения могут быть использованы, в основном, только в крупных электрических машинах, например в турбогенераторах.
Известен статор погружного электродвигателя (патент RU №2336619 C1, H02K 1/18, H02K 1/12, H02K 5/132, опубл. 20.10.2008). Сущность изобретения состоит в том, что в статоре погружного электродвигателя, выполненном с большим соотношением длины к диаметру и состоящим из цилиндрического корпуса, в котором установлен с минимальными зазорами цилиндрический шихтованный магнитопровод с обмоткой, на наружной поверхности которого выполнены на радиальных осях симметрии зубцов не менее двух симметрично расположенных продольных пазов, согласно изобретению глубина пазов выбирается из условия их минимального влияния на магнитный поток при работе электродвигателя, а пазы заполнены компаундом. Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, состоит в создании статора погружного синхронного электродвигателя с достаточно жестким магнитопроводом, имеющего большое соотношение длины к диаметру, с минимизацией возможных отклонений от номинальной внутренней цилиндрической поверхности статора, обеспечивающей надежное крепление магнитопровода в корпусе статора, а также плотную и соосную установку подшипниковых узлов во внутреннем отверстии статора и гарантированный рабочий зазор с ротором при сборке электродвигателя в целом.
Данное техническое решение предназначено для фиксации магнитопровода статора в корпусе электродвигателя, повышения жесткости статора, уменьшения отклонений от номинальной внутренней цилиндрической поверхности статора. При проникновении пластовой жидкости во внутреннюю полость из-за отказа протекторной защиты электродвигатель выйдет из строя из-за снижения изоляции.
Известен погружной электродвигатель для погружных электронасосов для добычи нефти (свидетельство на полезную модель RU №5895 U1, H02K 17/16, опубл. 16.01.1998). Погружной электродвигатель для погружных электронасосов для добычи нефти содержит статор в виде трубы с запрессованным магнитопроводом, трехфазной обмоткой и размещенным внутри ротором в виде пакетов из листовой электротехнической стали, разделенных между собой как минимум одним промежуточным подшипником и надетых на пустотелый вал. В пазы пакетов вставлены медные стержни, сваренные по торцам с короткозамыкающими медными кольцами, верхний конец статора соединен с головкой, в которой размещены узел упорного подшипника, узел токоввода для соединения кабеля с трехфазной обмоткой статора и обратный клапан для закачки масла. На конец вала электродвигателя, проходящего через головку, надета шлицевая муфта для соединения с протектором, в нижней части электродвигателя расположено основание, в котором размещены фильтр для очистки масла, каналы с перепускным клапаном для связи с внутренней полостью компенсатора, обратный клапан для закачки масла и резиновые кольца. Магнитопровод статора выполнен сплошным из листовой электротехнической стали, а промежуточный подшипник ротора - из немагнитного материала.
Данное техническое решение предназначено для увеличения межремонтного периода работы всей установки в целом. Но данное решение не исключает выход из строя при попадании пластовой жидкости в полость двигателя из-за отказа протекторной защиты.
Наиболее близким по техническому решению является электродвигатель для погружных электронасосов для добычи нефти (патент RU №2267854 C1, H02K 5/132, F04D 13/06 опубл. 10.01.2006), который содержит статор в виде шихтованного железа, запрессованного в трубу, с трехфазной обмоткой и размещенным внутри ротором в виде пакетов из листовой стали, разделенных между собой промежуточными подшипниками и надетых на пустотелый вал. В пазы пакетов вставлены медные стержни, сваренные по торцам с короткозамыкающими медными кольцами. Верхний конец статора соединен с головкой, в которой размещены узел упорного подшипника, узел токоввода для соединения кабеля с трехфазной обмоткой статора и обратный клапан для закачки масла. На конец вала электродвигателя, проходящего через головку, надета шлицевая муфта для соединения с протектором. Нижняя часть вала электродвигателя снабжена центробежным насосом. В нижней части электродвигателя расположено основание, в котором размещены набивной улавливающий фильтр для очитки масла, каналы с перепускным клапаном для связи с внутренней полостью компенсатора, обратный клапан для закачки масла, которому придается принудительное (побудительное) движение по замкнутому контуру - насос, центральный канал вала, подшипники, кольцевой зазор между статором и ротором, фильтр, насос. Технический результат заключается в увеличении ресурса двигателя за счет повышения долговечности и эксплуатационной надежности подшипников.
Данное техническое решение предназначено для более надежной смазки и охлаждения двигателя, что в конечном итоге увеличит межремонтный период работы всей установки в целом. Но данное решение не исключает выход из строя электродвигателя при попадании пластовой жидкости в полость двигателя из-за отказа протекторной защиты.
Задачей изобретения является повышение надежности работы погружного электродвигателя при проникновении пластовой жидкости в полость электродвигателя из-за отказа протекторной защиты.
Предлагаемый электродвигатель для погружных электронасосов, обеспечивающий достижение указанного выше технического результата, включает в себя головку с узлом токоввода, основание, корпус с размещенным в нем статором, ротор с пустотелым валом, установленным в промежуточных радиальных подшипниках скольжения, и узел упорного подшипника вала. Полость статора с обмоткой герметично отделена от полости ротора. В головку и в переходник электродвигателя установлены трубки с уплотнительными кольцами, отделяющие полость статора с обмоткой от полости ротора. Полость статора с обмоткой через основание электродвигателя соединяется с компенсатором при монтаже. В головку электродвигателя установлены перепускные клапаны для стравливания диэлектрического масла, газов с полости обмотки статора при нагреве.
Предлагаемый электродвигатель для погружных электронасосов поясняется чертежом, где представлен общий вид предлагаемого электродвигателя в разрезе.
Электродвигатель для погружных электронасосов содержит статор в виде шихтованных листов магнитной электротехнической стали 9 и немагнитных листов 8, установленных в верхней и нижней части статора, запрессованных в трубу 12, зафиксированных стопорными кольцами 7, с трехфазной обмоткой. Листы статора с закрытыми пазами для обмотки перед шихтовкой смазаны герметикой (например, герметик УНИГЕРМ).
При сборке магнитопровода статора с открытыми пазами для обмотки после шихтовки во внутреннюю полость статора устанавливается тонкостенная труба из немагнитного материала и развальцовывается или крепится компаундом. Во внутренней полости обмотанного статора размещен ротор в виде пакетов 10 из листовой электротехнической стали, разделенных между собой промежуточными подшипниками 11 и надетых на пустотелый вал 2. В пазы пакетов 10 вставлены медные стержни, сваренные по торцам с короткозамыкающими медными кольцами. Верхний конец статора соединен с головкой 1, в которой размещены: узел упорного подшипника; узел токоввода 4 для соединения кабеля с трехфазной обмоткой статора; обратный клапан 3 для закачки масла в полость ротора при монтаже с протектором на скважине и перепускные клапаны 5 для стравливания масла с полости обмотки статора при нагреве. В нижней части электродвигателя расположен переходник 13 с обратным клапаном 3 для закачки масла в полость ротора, основание 15 с обратным клапаном для заполнения полости статора с обмоткой (на чертеже не указан). К основанию 15 электродвигателя при монтаже на устье скважины присоединяется компенсатор 16 с расположенной во внутренней полости диафрагмой 17 или сильфоном, полость обмотки статора соединяется с внутренней полостью диафрагмы 17 за счет клапана 14. Для разобщения полости ротора от полости обмотки статора в головке 1 и в переходнике 13, в канавках трубок, установлены уплотнительные кольца 6.
После заполнения электродвигателя маслом и после проведения приемочных испытаний двигатель готов к работе. При работе электродвигателя магнитный поток, создаваемый трехфазной обмоткой возбуждения статора, обеспечивает необходимый крутящий момент на валу.
Предлагаемый электродвигатель для погружных электронасосов мало отличается по технологичности от серийно выпускаемых в настоящее время заводами-изготовителями электродвигателей. Небольшая доработка в изготовлении позволит выпускать электродвигатели с более надежной защитой обмотки, даже при выходе из строя протекторной защиты и проникновении пластовой жидкости в полость ротора, что в конечном итоге увеличит межремонтный период работы установок в целом.