УСТРОЙСТВО ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО МАСЛОЗАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

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.
Заявляемое устройство гидравлической защиты может найти свое применение в установках электрического центробежного насоса для одновременно-раздельной эксплуатации пластов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее корпус, как минимум одну расположенную в корпусе масло заполняемую камеру, вал, герметично установленный в корпусе по его оси, а также верхнее и нижнее торцевые уплотнения. Верхнее торцевое уплотнение выполнено сдвоенным и включает два неподвижных относительно корпуса кольца и две втулки, герметично закрепленные на валу, образующих с соответствующими им неподвижными кольцами двух герметизирующих пар трения - верхней и нижней, образованной кольцами и втулками. В рабочем положении устройства, втулка каждой герметизирующей пары трения верхнего торцевого уплотнения расположена выше неподвижного кольца этой пары. Кроме того, верхнее торцевое уплотнение расположено в защитном кожухе и дополнительно защищено отбойником. Нижнее торцевое уплотнение выполнено одинарным, оно включает неподвижное относительно корпуса кольцо и втулку, герметично закрепленную на валу с образованием с неподвижным кольцом герметизирующей пары трения. В рабочем положении устройства, втулка данной герметизирующей пары трения расположена ниже неподвижного кольца этой пары. [патент RU 102155 U1, дата публикации 10.02.2011].
Недостатком данной гидравлической защиты погружного электродвигателя является использование трех комплектов торцевых уплотнений, расположенных таким образом, что на верхнее сдвоенное торцевое уплотнение создается негативное влияние агрессивной среды пластовой жидкости и высокой температуры вследствие работы его в изолированной маслонаполненной полости ниппеля, в котором оно расположено.
Применение кожуха и отбойника, несмотря на снижение попадания крупных механических примесей, не обеспечивает изолирование резинового сильфона верхнего торцевого уплотнения от пластовой жидкости, равно как и не гарантирует отсутствие периода работы «в сухую», т.е. периода в который резиновый сильфон не омывается пластовой жидкостью, что в итоге приводит к нарушению температурного режима эксплуатации.
Кроме того, полость, в которой расположено верхнее сдвоенное торцевое уплотнение, ограничено стенками ниппеля и не связано с какими-либо источниками масла или жидкости, способными поддерживать температурный режим нагревающегося в ходе эксплуатации верхнего сдвоенного торцевого уплотнения.
Известно устройство гидравлической защиты погружного электродвигателя, содержащее вал, головку, упорный и радиальный подшипники, по крайней мере, один компенсирующий модуль. Модуль включает два ниппеля, соединенных цилиндрическим корпусом, и компенсирующий элемент, разделяющий модуль на две полости. Модуль содержит два торцевых уплотнения, образующих полость изолирующей камеры и установленных по сдвоенной схеме с оппозитным расположением уплотняющих колец. Полость изолирующей камеры гидравлически связана через обратные клапаны с полостью модуля и затрубным пространством. Над изолирующей камерой размещен динамический лабиринт. Лабиринт включает динамическую втулку, герметично установленную на валу, и втулку лабиринта, неподвижно установленную с радиальным зазором по отношению к валу и динамической втулке. Лабиринт не имеет гидравлической связи с полостью изолирующей камеры и полостью компенсирующего модуля. [патент RU 2645106 C1, дата публикации 15.02.2018].
Недостатком данной конструкции гидравлической защиты является исполнение компенсирующего элемента модуля устройства, в виде кольцевого поршня, совершающего возвратно-поступательное движение вдоль направляющей втулки. Как показывает практика, у вернувшихся с эксплуатации образцов, оборудованных данными компенсирующими элементами, наблюдались задиры на стенках направляющей втулки и корпуса, а также заклинивание поршня вследствие попадания механических частиц в область его скольжения.
Кроме того, применение обратных клапанов в каналах ниппеля способствует попаданию мелких частиц (песок, механические примеси и т.п.) между запорными элементами клапана и снижению его герметичности, что в свою очередь способствует неконтролируемому переходу пластовой жидкости в полость гидрозащиты.
Также из уровня техники известно устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, которое содержит корпус, внутри которого размещены две диафрагмы, вал с торцевыми уплотнениями и опорными подшипниками, ниппели, верхнюю и нижнюю головки, узел пяты с опорой вала, при этом в верхнем ниппеле установлены два торцевых уплотнения противоположно направленных друг к другу, которые вращаются в камере, заполненной маслом [патент RU 91784, дата публикации 27.02.2010].
Изначально полость верхнего ниппеля, в которой установлены торцевые уплотнения, заполняют маслом, но поскольку полость верхнего ниппеля имеет связь с задиафрагменной полостью верхней диафрагмы, которая в свою очередь связана с затрубным пространством посредством сквозного канала в верхнем ниппеле, то в процессе эксплуатации масло в задиафрагменной полости верхней диафрагмы, а затем и в верхнем ниппеле замещается пластовой жидкостью.
Таким образом, недостаток данной конструкции гидравлической защиты заключается в проникновении пластовой жидкости в задиафрагменную полость верхней диафрагмы и в полость верхнего ниппеля, где расположены торцевые уплотнения, что негативно сказывается на состоянии резинотехнических изделий диафрагмы и торцевых уплотнений, снижает срок их службы, поскольку пластовая жидкость на много более химически и физически нестабильная среда, чем масляная среда.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении надежности гидравлической защиты маслозаполненного электродвигателя.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемой полезной модели, заключается в повышении надежности торцевых уплотнений.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что устройство гидравлической защиты погружного маслонаполненного электродвигателя содержит корпус, эластичную диафрагму, закрепленную на опоре вала при помощи кольцевых пружин и хомута, с образованием задиафрагменной полости, изолированной от попадания в нее пластовой жидкости, вал с опорными подшипниками, осевую опору вала, ниппель, в котором оппозитно размещены два торцевых уплотнения, верхнюю и нижнюю головки, при этом полость ниппеля, в котором оппозитно размещены два торцевых уплотнения, связана с задиафрагменной полостью посредством переходного канала, а в нижней головке по окружности выполнены сквозные отверстия.
Применение оппозитно расположенных торцевых уплотнений и размещение их в полости ниппеля, которая постоянно заполнена диэлектрическим маслом, и соединение полости ниппеля с задиафрагменной полостью переходным каналом, обеспечивает создание тепловыводящего контура циркулирующей рабочей среды, в которой работают торцевые уплотнения, что предотвращает нарушение температурного режима их эксплуатации и повышает надежность их работы. Кроме того, изолирование задиафрагменной полости от поступления в нее пластовой жидкости ввиду отсутствия в ниппеле сквозного отверстия, связывающего затрубное пространство с полостью гидрозащиты, исключает процесс замещения масляной среды пластовой жидкостью в процессе эксплуатации гидрозащиты, что создает условия для работы торцевых уплотнений и эластичной диафрагмы в масляной среде, которая является наиболее благоприятной по сравнению с пластовой жидкостью.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Полезная модель поясняется чертежом, на которой изображен общий вид гидравлической защиты.
Позиции на чертеже имеют следующие обозначения:
1 - корпус;
2 - головка верхняя;
3 - ниппель;
4 - головка нижняя;
5 - вал;
6 - эластичная диафрагма;
7 - опора вала;
8, 9 - торцовые уплотнения;
10 - задиафрагменная полость;
11 - переходной канал;
12 - пята осевой опоры вала;
13 - пружинное кольцо;
14 - подпятник осевой опоры вала;
15 - винты;
16 - бандаж;
17 - хомут;
18 - кольцевые пружины;
19, 20 - пробки;
21 - кольцевые зазоры;
22 - отверстия разряжения.
Гидравлическая защита погружного маслозаполненного электродвигателя, показанная на чертеже, содержит корпус 1, головку верхнюю 2, ниппель 3, головку нижнюю 4, соединенные между собой резьбовыми соединениями, расположенные в корпусе 1 вал 5, эластичную диафрагму 6, закрепленную на опоре 7 вала с образованием задиафрагменной полости 10 между стенкой корпуса 1 и диафрагмой 6. В ниппеле 3 отсутствует сквозное отверстия, соединяющее затрубное пространство с задиафрагменной полостью 10, что исключает поступление пластовой жидкости в задиафрагменную полость 10.
Герметичность по валу 5 от проникновения пластовой жидкости обеспечивается двумя торцовыми уплотнениями 8, 9, расположенными оппозитно и установленными на валу 5 в полости ниппеля 3, связанной с задиафрагменной полостью 10 переходным каналом 11.
Оппозитное расположение торцевых уплотнений 8, 9 обеспечивает их размещение в общем тепловыводящем контуре циркулирующего масла и исключает ситуацию, когда каждое из торцевых уплотнений 8, 9 работает в своей изолированной среде. Соответственно больший объем масла, омывающий оба торцевых уплотнения 8, 9, позволяет более эффективно регулировать температуру и предотвращать перегрев торцевых уплотнений 8, 9.
Поскольку крепящийся со стороны головки нижней 4 выкидной модуль (на чертежах не показан) не всегда способен в полном объеме выбросить в затрубное пространство пластовую жидкость, подаваемую нижним электроцентробежным насосом (на чертежах не показан), то с целью снижения негативного воздействия давления этой жидкости на торцовое уплотнение 9, в головке нижней 4 по окружности выполнены четыре сквозные отверстия 22, выполняющие функции разряжения давления пластовой жидкости, не выброшенной в затрубное пространство.
Осевые нагрузки на вал 5 воспринимаются осевой опорой, состоящей из пяты 12, закрепленной на валу 5 посредством кольца пружинного 13, и подпятников 14, жестко закрепленных в головке верхней 2 и опоре 7 винтами 15.
Герметичность верхних концов диафрагмы 6 обеспечивает кольцо под бандаж 16 и хомут 17, герметичность нижних концов диафрагмы 6 обеспечивают кольцо под бандаж 16 и кольцевые пружины 18, выполняющие функцию предохранительного клапана, срабатывающего при избыточном давлении от температурного расширения масла в диафрагме 6 при работе погружного электродвигателя.
Технологические отверстия в ниппеле верхнем 3 закрыты пробками 19 и 20 с шайбами свинцовыми.
Работа гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя осуществляется следующим образом:
Устройство гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя при монтаже в составе установки электроцентробежного насоса размещается между электродвигателем и электроцентробежным насосом. Крепление гидрозащиты осуществляется гайками посредством резьбовых шпилек (на чертежах не показаны). Крутящий момент от вала электродвигателя передается на вал электроцентробежного насоса через муфты шлицевые и вал 5 гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя.
При монтаже установки электроцентробежного насоса гидрозащита погружного маслозаполненного электродвигателя соединяется с погружным электродвигателем и заполняется маслом.
2
В процессе работы маслонаполненного электродвигателя происходит нагрев масла и соответственно его расширение. Масло в полости погружного электродвигателя связано с внутренней полостью диафрагмы 6 через кольцевые зазоры 21 вдоль вала 5. С ростом давления и за счет упругости диафрагмы 6 происходит увеличение объема полости диафрагмы 6 до ее соприкосновения с 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 10 и через переходной канал 11 поступает в полость маслонаполненного ниппеля 3 в область работы оппозитно расположенных торцевых уплотнений 8, 9.
Таким образом, применение оппозитного расположения торцевых уплотнений 8, 9 вместо последовательного в устройстве с пружинно-клапанной системой сброса давления позволяет повысить надежность торцевых уплотнений за счет размещения их в полости ниппеля 3, постоянно заполненного диэлектрическим маслом и связанного переходным каналом 11 с маслонаполненной задиафрагменной полостью 10, что обеспечивает создание благоприятной рабочей среды работы торцевых уплотнений 8, 9 и предотвращает нарушение температурного режима их эксплуатации. Поскольку подвижная часть торцевого уплотнения 8, 9 находится в постоянном вращении вместе с валом 5, а прилегающая к ней неподвижная часть закреплена в корпусе ниппеля 3, то трение подвижной части о неподвижную сопровождается повышением температуры диэлектрического масла, являющейся рабочей средой для торцевых уплотнений 8, 9, что негативно сказывается на резино-технических элементах торцевых уплотнений. Учитывая, что в задиафрагменной полости 10 масло имеет более низкую температуру по сравнению с диэлектрическим маслом, в котором работают торцевые уплотнения 8, 9, то его поступление в ниппель 3 и выход из него создает тепловыводящий контур, выводящий горячее масло в задиафрагменную полость 10, в котором оно охлаждается и вновь поступает в ниппель 3. Таким образом, больший объем масла, омывающий торцевые уплотнения 8, 9, позволяет более эффективно регулировать температуру рабочей среды, в которой работают указанные торцевые уплотнения, и предотвращать их перегрев.
Кроме того, размещение торцовых уплотнений 8, 9 в масляной среде, а не в среде пластовой жидкости также обеспечивает повышение надежности указанных торцевых уплотнений, поскольку пластовая жидкость на много более химически и физически нестабильная среда, чем масло. В масляной среде резинотехнические элементы торцевых уплотнений 8, 9 не подвержены разрушению, а металлические части указанных торцевых уплотнений не коррозируют, таким образом можно сделать вывод, что масляная рабочая среда наиболее благоприятная для работы торцевого уплотнения. Дополнительно изолирование задиафрагменной полости 10 от поступления в нее пластовой жидкости ввиду отсутствия в ниппеле сквозного отверстия, связывающего затрубное пространство с полостью гидрозащиты, исключает процесс замещения масляной среды пластовой жидкостью в процессе эксплуатации гидрозащиты, что создает условия для работы торцевых уплотнений и эластичной диафрагмы в масляной среде, которая является наиболее благоприятной по сравнению с пластовой жидкостью.