ТЕПЛООБМЕННИК ПОГРУЖНОГО МАСЛОЗАПОЛНЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
HEAT EXCHANGER OF A SUBMERSIBLE OIL-FILLED MOTOR

Область техники, которой относится изобретение
Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных маслозаполненных электродвигателях, служащих приводом электроцентробежных насосов.
Уровень техники
Известен погружной электродвигатель с теплообменником, содержащий статор, ротор с выполненным в нем, по меньшей мере, одним продольным каналом, установленный в полости корпуса с возможностью вращения насос, установленный на роторе и выполненный с входом, который соединен с выходом выполненного в роторе продольного канала, и с выходом, который соединен с входами каналов магнитопровода статора, а также обратный канал теплообменника с выходом, соединенным с входом выполненного в роторе продольного канала (патент РФ на изобретение №2236742, H02K 9/19, F04D 29/58, F04D 13/08, опубл. 2012).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность работы, вызванная смешиванием разогретого теплоносителя с охлажденным в месте выхода обратного канала теплообменника и входе в продольный канал статора.
Из уровня техники также известен погружной маслозаполненный электродвигателя, содержащий статор в корпусе, ротор с пустотелым валом, головку, узел токоввода, основание с размещенным в нем фильтром, маслозаполненную полость, элементы для циркуляции масла, тепловую трубу, испаритель которой расположен в маслозаполненной полости, а конденсатор - вне электродвигателя. Маслозаполненная полость расположена в вынесенной за пределы электродвигателя камере, связанной с основанием электродвигателя полым соединительным элементом, внутри элемента с образованием кольцевого зазора установлена центральная труба, верхний конец которой закреплен в основании электродвигателя, а нижний выведен в нижнюю часть камеры, при этом кольцевой зазор между соединительным элементом и центральной трубой служит нагнетательной линией для поступления масла в верхнюю часть камеры, а отверстие в центральной трубе - всасывающей линией для отвода масла из нижней части камеры (патент РФ на изобретение №2287887, H02K 5/10, Е21В 43/00, опубл. 2006).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность работы, вызванная смешиванием разогретого масла с охлажденным в месте выхода из центральной трубы маслозаполненной полости и входе в пустотелый вал.
Из уровня техники также известен теплообменник для погружного маслозаполненного электродвигателя, состоящий из коаксиально установленных между верхней и нижней втулками труб, образующих цилиндрические и кольцевые каналы, цилиндрический и четные кольцевые каналы через отверстия в верхней втулке сообщены с полостью электродвигателя, каждый из четных кольцевых каналов через отверстия в нижней втулке связан с цилиндрическим каналом с образованием замкнутых контуров для движения масла, нечетные кольцевые каналы через отверстия в нижней и верхней втулках сообщены со скважиной с образованием проточных каналов для пластовой жидкости, отличающийся тем, что цилиндрический и четные кольцевые каналы снабжены интенсифицирующими вставками, выполненными из открытоячеистой металлической пены и скрепленными со стенками труб (патент РФ на изобретение №2301912, F04D 13/08, опубл. 27.06.2007).
Наиболее близким техническим решением является устройство для гидравлической защиты погружного маслонаполненного электродвигателя, содержащее корпус, вал с опорными подшипниками, головку, основание, ниппели, расположенные вдоль вала в осевом направлении с образованием камер, пяту, закрепленную на валу, подпятник, расположенный в верхней части корпуса фильтра-теплобменника, закрепленного в основании и размещенного в камере, образованной ниппелем, основанием и корпусом. Фильтр-теплообменник выполнен в виде ступенчатого цилиндра со сквозным осевым каналом, в нижней цилиндрической части которого выполнена цилиндрическая проточка с двумя рядами радиальных отверстий. Над отверстиями закреплен фильтрующий элемент. На валу в зоне фильтрующего элемента размещен циркуляционный насос, выполненный в виде шнека, причем вспомогательная часть шнека расположена в осевом канале корпуса фильтра-теплообменника в зоне входных радиальных отверстий, а основная часть шнека - в осевом канале, соединяющем входные радиальные отверстия с полостью осевой опоры (патент РФ на полезную модель №122531, H02K 5/12, F04D 13/10, опубл. 27.11.2012).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность работы, вызванная смешиванием разогретого масла с охлажденным в месте выхода из центральной трубы маслозаполненной полости и входе в пустотелый вал.
Сущность изобретения
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение эффективность работы погружного маслозаполненного электродвигателя
Технический результат заявленного изобретения заключается в интенсифицировании теплообмена, уменьшении риска заклинивания вала электродвигателя из-за продуктов механического износа.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что теплообменник погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащий основание, верхний и нижний ниппели, маслонасос, фильтрующий элемент,
отличается тем, что в верхнем ниппеле выполнены вертикальный и горизонтальный каналы, а в нижнем ниппеле выполнен вертикальный канал, при этом
маслонасос установлен между верхним и нижним ниппелями теплообменника и соединен через муфту, установленную во фланец, присоединенный к верхнему ниппелю, с полым валом погружного маслозаполненного электродвигателя,
а между верхним и нижним ниппелем дополнительно установлена трубка, соединяющая канал нижнего ниппеля с полым валом погружного маслозаполненного электродвигателя посредством горизонтального канала верхнего ниппеля,
причем между нижним ниппелем и основанием установлена центральная труба и концентрично ей с образованием маслозаполненной полости установлен теплообменный кожух,
при этом вход маслонасоса соединен с маслозаполненной полостью погружного маслозаполненного электродвигателя посредством вертикального канала, выполненного в верхнем ниппеле,
а выход маслонасоса соединен с верхней частью центральной трубы, в нижней части которой выполнены по меньшей мере два отверстия с установленным поверх них фильтрующим элементом,
причем на муфте дополнительно установлено торцевое уплотнение.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного устройства с использованием чертежа:
На чертеже позициями обозначены следующие элементы:
1 - верхний ниппель; 2 - нижний ниппель; 3 - основание; 4 - маслонасос; 5 - муфта; 6 - полый вал; 7 - теплообменный кожух; 8 - центральная труба; 9 - канал; 10 - проходник;11 - трубка; 12 - втулка; 13 - фланец; 14 - торцевое уплотнение; 15 - фильтр.
Раскрытие изобретения
Теплообменник погружного маслозаполненного электродвигателя состоит из верхнего (1) и нижнего (2) ниппелей и основания (3). Между верхним (1) и нижним (2) ниппелями установлен маслонасос (4), связанный муфтой (5) с полым валом (6) маслозаполненного электродвигателя.
Между нижним ниппелем (2) и основанием (3) установлен теплообменный кожух (7) и центральная труба (8).
Вход маслонасоса (4) связан с маслозаполненной полостью электродвигателя каналом (9), выход маслонасоса (4) связан с верхней частью центральной трубы (8) проходником (10).
Верхняя часть теплообменного кожуха (7) связана с полым валом (6) трубкой (11).
Муфта (5) опирается на втулку (12), установленную во фланце (13), который закреплен на верхнем ниппеле (1). Между фланцем (13) и муфтой (5) установлено торцевое уплотнение (14). В нижней части центральной трубы (8) расположен фильтр (15).
Теплообменник погружного маслозаполненного электродвигателя работает следующим образом. При спуске в скважину все части теплообменника нагреваются до температуры пластовой жидкости. До этой же температуры нагревается электродвигатель и находящееся в нем масло.
При включении погружного маслозаполненного электродвигателя масло дополнительно разогревается вследствие тепловыделений в обмотке статора, роторе, узлах трения. Нагретое масло из электродвигателя по каналу (9) поступает на вход маслонасоса (4), который обеспечивает принудительную циркуляцию масла и тем самым не допускает большой разницы температур между нагретым и охлажденным маслами.
Далее масло благодаря работе маслонасоса (4) по проходнику (10) поступает в центральную трубу (8) и через фильтр (15), где происходит очистка масла от продуктов механического и температурного износа погружного электродвигателя, попадает в теплообменный кожух (7), где происходит охлаждение масла за счет теплоотдачи в пластовую жидкость, омывающую теплообменник. Охлажденное масло по трубке (11) попадает на вход полого вала (6), по которому поступает в электродвигатель. Схема охлаждения погружного маслозаполненного электродвигателя через его полый вал обеспечивает наиболее быстрое и рациональное охлаждение наиболее нагретых узлов и деталей, в том числе и подшипников, а благодаря установленному фильтру в технологические каналы вала электродвигателя постоянно поступает очищенное масло. Торцевое уплотнение (14) препятствует гидравлическому смешиванию нагретого и охлажденного масла, тем самым увеличивая эффективность охлаждения самих деталей погружного электродвигателя и его подшипников в частности.
Таким образом, теплообменник погружного маслозаполненного электродвигателя с установленным торцевым уплотнением, отделяющим маслозаполненную полость электродвигателя от нижней части полого вала, позволяет повысить эффективность за счет исключения смешивания разогретого и охлажденного масел, а также минимизировать перепад температуры между нагретым и охлаждаемым маслами в результате принудительной циркуляции масла погружного электродвигателя за счет установки масляного насоса, который также позволит быстрее доставлять охлажденное масло до наиболее нагретых деталей и узлов двигателя, а за счет применения фильтра теплообменник обеспечит постоянное поступление чистого масла в технологические каналы вала погружного электродвигателя, тем самым снизится износ трущихся деталей и узлов, например подшипников, а также снижается риск клина вала по причине механического засорения.