ПРОТЕКТОР ПОГРУЖНОГО МАСЛОЗАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к нефтяному машиностроению, и предназначена для использования в составе маслозаполненного электродвигателя привода скважного центробежного насоса.
Известен протектор маслозаполненного электродвигателя, содержащий верхнюю головку, соединенную с верхним ниппелем, нижний ниппель, корпус с установленными в нем соединенными патрубком, с выполненными в его стенке отверстиями, соединенный с верхней опорой, с выполненной в ней полостью, и нижней опорой, диафрагмой с верхней горловиной и с нижней горловиной жестко соединенной с нижней опорой, вал установленный на опорах вращения в верхнем ниппеле, в нижнем ниппеле и в основании, отбойник в форме диска с концентрическим выступом на нижней поверхности, верхнее торцевое уплотнение установленное на валу в полости выполненной в верхнем ниппеле, нижнее торцевое уплотнение установленное на валу в полости выполненной в нижнем ниппеле, и узел осевой опоры, (см. патент RU №2099604, МПК F04D 13/10, от 20.06.96).
При работе в составе насосной установки конструкция известного устройства не позволяет с достаточной надежностью защитить верхнее торцевое уплотнение от воздействия абразивных частиц, так как во время технологической, либо из-за прекращения электропитания установок скважинная жидкость свободно проникает в полость в которой на валу установлено торцевое уплотнение, при этом происходит оседание твердых частиц в этой полости постепенное их накопление в конструкции торцевого уплотнения, что в дальнейшем приведет к механическому повреждению торцевого уплотнения и потере его герметичности и последующему поступлению твердых частиц со скважинной жидкостью через сообщающиеся полости протектора в маслозаполненный электродвигатель, что может привести к уменьшению уровня изоляции обмоток в нем и электрическому пробою обмоток и последующей потере работоспособности как самого протектора, так и электродвигателя.
Задачей настоящей полезной модели является устранение недостатков прототипа и достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и долговечности протектора.
Технический результат достигается тем, что протектор маслозаполненного электродвигателя, содержащий верхнюю головку, соединенную с верхним ниппелем, нижний ниппель, корпус с установленными в нем соединенными патрубком, с выполненными в его стенке отверстиями, соединенный с верхней опорой, с выполненной в ней полостью, и нижней опорой, диафрагмой с верхней горловиной и с нижней горловиной жестко соединенной с нижней опорой, вал установленный на опорах вращения в верхнем ниппеле, в нижнем ниппеле и в основании, отбойник в форме диска с концентрическим выступом на нижней поверхности, верхнее торцевое уплотнение установленное на валу в полости выполненной в верхнем ниппеле, нижнее торцевое уплотнение установленное на валу в полости выполненной в нижнем ниппеле, и узел осевой опоры, согласно полезной модели, он снабжен крышкой с фланцем, с выполненными в ней отверстием для верхнего выходного конца вала, концентрической канавкой на верхнем торце, открытой полостью в нижнем торце и сквозными отверстиями, отбойник выполнен с лопатками на верхней поверхности и ступицей на нижней поверхности, фильтрами, манжетным уплотнением, двумя перепускными клапанами, в верхнем ниппеле выполнен один канал с входом на верхнем торце и выходом на боковой поверхности и второй канал с входом на нижнем торце и выходом на боковой поверхности, в нижней опоре выполнена полость, в основании выполнена полость, в нижнем ниппеле выполнена полость и канал для сообщения полости выполненной в основании с полостью выполненной в нижнем ниппеле, при этом крышка установлена в полости верхнего ниппеля, ступица проходит через отверстие в крышке для верхнего выходного конца вала и установлена в открытой полости в нижнем торце крышки, фильтры установлены в сквозных отверстиях выполненных в крышке, манжетное уплотнение установлено в открытой полости выполненной в нижнем торце крышки и охватывает ступицу, концентрический выступ на нижней поверхности отбойника расположен в концентрической канавке на верхнем торце крышки, а фланец крышки жестко соединен с торцом верхнего ниппеля, вал проходит через последовательно соединенные верхнюю головку, верхний ниппель, верхнюю опору соединенную с верхним ниппелем, патрубок, нижнюю опору соединенную с нижним ниппелем, нижний ниппель и основание, узел осевой опоры установлен на валу в полости выполненной в основании, два перепускных клапана установлены в канале выполненном в нижнем ниппеле.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены
на фиг. 1-схематический чертеж общего вида, поясняющий соединение протектора с маслозаполненным электродвигателем и насосом;
на фиг. 2-схематический чертеж общего вида протектора;
на фиг. 3-схематический чертеж разреза протектора;
на фиг. 4-схематический чертеж узла защиты верхнего торцового уплотнения;
на фиг. 5-схематический чертеж конструкции отбойника;
на фиг. 6-схематический чертеж сечения А-А протектора над крышкой верхнего ниппеля;
на фиг. 7-схематический чертеж конструкции верхнего бандажа диафрагмы;
на фиг. 8-схематический чертеж конструкции нижнего ниппеля с перепускными клапанами.
Протектор 1 погружного маслозаполненного
электродвигателя 2 содержит последовательно соединенные резьбовыми соединениями верхнюю головку 3, верхний ниппель 4, корпус 5, нижний ниппель 6, основание 7 и вал 8, установленный в протекторе 1 на опорах вращения 9, 10 и 11, установленных соответственно в верхнем ниппеле 4, в нижнем ниппеле бив основании 7.
В верхнем ниппеле 4 выполнен канал 12 с входом на торце верхнего ниппеля 4 установленного в полости 13 верхней головки 3 и выходом на боковой поверхности верхнего ниппеля 4.
Верхнее торцевое уплотнение 14 установлено на валу 8 в полости 15, выполненной в верхнем ниппеле 4. Полость
15 заполнена консистентной смазкой и закрыта крышкой 16 с фланцем 17. В крышке 16 выполнено отверстие 18 для верхнего выходного конца вала 8, через которое проходит ступица 19 отбойника 20, выполненного в форме диска, с лопатками 21 на верхней поверхности, и сквозные отверстия 22, в которых установлены фильтры 23. Крышка
16 установлена в полости 15, выполненной в верхнем ниппеле 4. Крышка 16 жестко соединена с верхним ниппелем 4 резьбовыми элементами 24, например, винтами, проходящими через отверстия во фланце 17 крышки 16. Манжетное уплотнение 25 удерживается в полости 2 6 крышки 16 стопором соединенным с крышкой 16. Отбойник 20 удерживается на валу 8 двумя стопорами.
В полости 27 корпуса 5 установлена верхняя опора 28, соединенная патрубком 2 9 с нижней опорой 30, и диафрагма 31. Верхняя опора 28 соединена с верхним ниппелем 4. Нижняя опора 30 соединена с нижним ниппелем 6. В стенке патрубка 2 9 выполнены отверстия 32. Верхняя горловина 33 диафрагмы 31 соединена с верхней опорой 28 эластичным бандажом 34, выполненным, например, из спиральной пружины, а нижняя горловина 35 диафрагмы 31 - с нижней опорой 30 жестким бандажом 36, выполненным, например, из проволоки.
Вал 8 проходит через полость 15, выполненную в верхнем ниппеле 4, в которой на нем установлено верхнее торцевое уплотнение 14, через полость 37, выполненную в верхней опоре 28, через патрубок 29, полость 38, выполненную в нижней опоре 30, в которой на нем установлено нижнее торцевое уплотнение 39, через полость 40, выполненную в основании 7, в которой на нем установлен узел осевой опоры 41.
Верхний конец вала 8 выходит в открытую полость 13 в верхней головке 3. Нижний конец вала 8 выходит в открытую полость 42 в основании 7.
В нижнем ниппеле 6 выполнен канал 43 с входом на торце нижнего ниппеля 6 выходом на нижнем торце нижнего ниппеля 6. В канале 43 установлены два перепускных клапана 44.
При сборке протектора перед установкой крышки 16, полость 15 заполняется консистентной смазкой, далее крышка 16 с установленной в ней манжетой 25 и фильтрами 23 устанавливается на валу в полости, выполненной в верхней части верхнего ниппеля 4. Крышка 16 крепится к верхнему ниппелю 4 винтами 24. Далее, на вал 8 устанавливается отбойник 20, при этом концентрический выступ 45, выполненный на его нижней поверхности, входит в концентрическую канавку 46, выполненную на верхнем торце крышки 16. Сборка завершается соединением верхнего ниппеля с верхней головкой 3.
В протектор 1 соединенный с маслозаполненным электродвигателем 2, через заправочный клапан электродвигателя 2 в полость 42 основания 7, свободные полости основания 7 и нижнего ниппеля 6, перепускные клапана 44, полости 38 и 37 закачивается электроизоляционное масло. При этом заполнение протектора производится с избыточным давлением для открытия горловины 33 с эластичным бандажом 34 и полным заполнением задиафрагменной полости 27.
Верхняя головка протектора 1, соединенного основанием 7 с маслозаполненным электродвигателем 2, соединяется с насосом и с насосно-компрессорными трубами и затем опускается в скважину на заданную глубину последовательным соединением определенного набора труб. На заданной глубине, маслозаполненный электродвигатель включается. При длительной работе маслозаполненный электродвигатель нагревается, при этом, нагревается диэлектрическое масло в нем и его объем увеличивается. Увеличенный объем масла поступает из маслозаполненного электродвигателя через внутреннюю полость основания в протектор.
Спущенный в составе насосной установки на заданную глубину нефтяной скважины протектор работает следующим образом.
Во время работы включенного электродвигателя 2 электроизоляционное масло в его полостях нагревается и увеличивается в объеме, при этом избыточный объем масла через полость 42 основания 7 и перепускные клапана 44 поступает в полость 38. При дальнейшем росте температуры масла объем его в полости 38 также растет, растет и внутренне давление в этих полостях. При увеличении давления в полости 38 до конструктивно заданной величины срабатывания эластичного бандажа диафрагмы, происходит перелив избыточного объема масла в полость 27, соединенную каналом 45, выполненным в верхнем ниппеле 4 с входом на его нижнем торце и выходом на его боковой поверхности, с затрубным пространством, что приводит к стабильному равновесию внутреннего объема масла.
Работа узла гидроабразивной защиты верхнего торцового уплотнения 14 начинается в момент начала вращения вала протектора, на котором закреплен отбойник 20 и который в процессе вращения создает циркуляционные потоки, вызывающие центробежные силы в жидкости, отбрасывающие на периферию внутренней полости 13 взвешенные твердые частицы, которые через каналы 12 постепенно удаляются во внешнее пространство скважины.
Консистентная смазка, которой заполнена полость 15, ограничивает проникновение пластовой жидкости и взвешенных частиц в зону вращающегося торцевого уплотнения 14. Выравнивание перепада давлений между полостями 13 и 15 обеспечивается за счет применения фильтров 23, а проникновение пластовой жидкости из полости 13 в полость 15 предотвращает манжетное уплотнение 25, контактирующее со ступицей 19 отбойника 20. Фильтры 23 также задерживают абразивные частицы. Возникающий в процессе работы торцевого уплотнения 14 подогрев консистентной смазки, и как следствие увеличение ее объема компенсируется возможностью выхода этого объема через пористые фильтры 23, поры которых не пропускают взвешенные частицы и пропускают жидкость, это обеспечивает баланс объема в полости 15 при перепадах температуры узла гидроабразивной защиты торцевого уплотнения 14.
Вращающийся отбойник 20 своими концентричными лопатками 21 закручивает пластовую жидкость в полости 13 и обеспечивает вынос взвешенных абразивных частиц к боковой стенке полости 13 и к входу отверстий 12, через которые эти частицы уходят в пространство скважины. Таким образом предотвращается попадание твердых частиц в зону вращающегося торцевого уплотнения 14 и его повреждение от механического контакта с ними.
Дополнительную защиту от проникновения абразивных частиц в полость 26 крышки 16 обеспечивает лабиринтное уплотнение, образованное концентрической канавкой 46 на верхнем торце крышки 16 и концетрическим выступом 45 на нижней поверхности отбойника 20.
Таким образом предотвращение поступления скважинной жидкости в полости протектора предотвращает поступление абразивных частиц к трущимся поверхностям элементов протектора, что в свою очередь повышает надежность работы этих элементов и надежность работы как протектора, так и погружного маслозаполненного электродвигателя и насосной установки в целом.
Применение в конструкции протектора крышки с фланцем, с выполненными в ней отверстием для верхнего конца вала, концентрической канавкой на верхнем торце, открытой полостью в нижнем торце и сквозными отверстиями, отбойника в форме диска выполненного с лопатками на верхней поверхности и ступицей на нижней поверхности, фильтров, манжетного уплотнения, при этом фильтры установлены в сквозных отверстиях выполненных в крышке, манжетное уплотнение установлено в открытой полости выполненной в нижнем торце крышки и охватывает ступицу, концентрический выступ на нижней поверхности отбойника расположен в концентрической канавке на верхнем торце крышки, а фланец крышки жестко соединен с торцом верхнего ниппеля, а также, выполнение в верхнем ниппеле вертикального канала с входом на верхнем торце и выходом на боковой поверхности при работе протектора обеспечивает отвод абразивных частиц из полости отбойника и предотвращают поступление абразивных частиц взвешенных в скважной жидкости в полости верхней головки к верхнему торцевому уплотнению, что способствует повышению долговечности верхнего торцевого уплотнения. Установка двух перепускных клапанов в канале, выполненном в нижнем ниппеле, обеспечивает автоматическое регулирование объема
электроизоляционного масла в системе протектор электродвигатель.
Применение в конструкции эластичного бандажа горловины диафрагмы с регулируемой жесткостью, выполняющей функцию перепускного клапана и диафрагмы, обеспечивает надежность работы протектора за счет автоматического регулирования объемного баланса электроизоляционной жидкости и минимального перепада давления на торцевых уплотнениях.
Таким образом вышеописанные конструктивные изменения повышают надежность протектора, что, в свою очередь, повышает надежность и долговечность соединенного с ним погружного маслозаполненного электропривода скважинного центробежного насоса.