СЕКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
SECTION ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для привода погружных нефтедобывающих насосов, а также для привода любого другого устройства с вращающимся ротором.
Известны конструкции погружных секционных электродвигателей, содержащих верхнюю и нижнюю секции [патент №2219372 РФ, 2003]. За счет использования нескольких секций электродвигателя увеличивается его суммарная мощность. При этом каждая из секций содержит корпус, статор и ротор, валы роторов разъемно соединены посредством шлицевых муфт. В верхней части корпуса нижней секции закреплена присоединительная головка, в центральном отверстии которой размещена фторопластовая электроизоляционная колодка с тремя продольными отверстиями, в которые введены выводы обмоток статоров соответственно верхней и нижней секций и соединены между собой с помощью штепсельных соединителей. Соединение обмоток в звезду выполнено в нижней части нижней секции.
Поскольку обмотки электродвигателя соединены в звезду в нижней секции, то секции электродвигателя не являются взаимозаменяемыми. Другим недостатком подобных устройств является большая номенклатура деталей и сложность ремонта.
Наиболее близкой к заявляемой является конструкция секционного вентильного электродвигателя, состоящего из секций, каждая из которых содержит корпус, статор с фазными обмотками и ротор, при этом в каждой секции половина магнитов смещена относительно другой половины на половину зубцового деления статора, а в смежных секциях одноименные магниты ротора смещены в окружном направлении [патент №2484573 РФ, 2013]. Валы смежных секций соединены специальной шлицевой муфтой. Если рассматривать аналог и прототип указанного патента, то очевидно, что верхняя и нижняя секции электродвигателя в них должны отличаться по конструктивному исполнению, так как в верхней секции должен быть токоввод, а в нижней - соединение обмоток.
Недостатком известного устройства является необходимость конструкционных отличий верхней и нижней секций (модулей) электродвигателя для замыкания обмоток статора в звезду с нижней стороны электродвигателя и подвода электроэнергии к верхней части электродвигателя.
Задачей настоящего изобретения является улучшение технологичности изготовления и монтажа в скважине секционного электродвигателя за счет унифицирования конструкции входящих в него секций.
Указанный технический результат достигается тем, что в секционном электродвигателе, содержащем кабельный ввод, гидрозащиту и несколько секций, включающих корпус, статор с обмотками, соединенными в звезду, и ротор, согласно изобретению соединение обмоток в звезду вынесено за пределы секций, а секции выполнены с одинаковыми унифицируемыми разъемами.
В частных случаях исполнения соединение обмоток в звезду может быть вынесено в отдельный модуль, в гидрозащиту или в блок телеметрической системы (при его наличии).
Предпочтительно вынесение кабельного ввода в отдельный модуль и соединение последнего с верхней секцией электродвигателя через унифицированный разъем.
Для вентильных секционных электродвигателей между секциями электродвигателя может быть установлен промежуточный вал, соединенный с концами валов ротора с помощью шлицевых муфт, при этом смещение ротора достигается за счет смещения шлицев в шлицевой муфте, соединяющей валы роторов, или в промежуточном вале.
Изготовление каждой секция электродвигателя с унифицированными разъемами сверху и снизу секции и использование аналогичного разъема в соединяемых с ними модулях (в частности, гидрозащите или блоке телеметрической системы) позволяет в значительной мере облегчить монтаж электродвигателя.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема погружной установки с секционным электродвигателем на грузонесущем кабеле, на фиг. 2 - схема погружной установки с секционным электродвигателем на колонне насосно-компрессорных труб, на фиг. 3 - соединение секций электродвигателя, на фиг. 4 - соединение секции электродвигателя и гидрозащиты.
Возможны два варианта компоновки погружных насосов с секционными двигателями. По первому варианту (фиг. 1) установка подвешивается на грузонесущем кабеле 1, к нижнему концу которого крепится кабельная муфта 2, соединенная с верхней гидрозащитой 3, ниже которой последовательно располагаются блок телеметрической системы 4, секции электродвигателя 5 и 6 (их может быть больше двух), нижняя гидрозащита 7 и погружной насос 8. В упрощенном виде данная схема описана в патенте на полезную модель РФ №150032, принадлежащем заявителю.
Второй вариант представляет собой типовую компоновку погружной электроцентробежной установки (фиг. 2), в которой секции двигателя 5 и 6 находятся в нижней части, к нижнему концу нижней секции 6 прикреплен блок телеметрической системы 4, а над верхней секцией 5 установлена гидрозащита 9, выше которой на колонне труб 10 подвешен насос 8.
Предлагаемое соединение нижней 6 и верхней 5 секций электродвигателя может быть применено в любой из указанных компоновок. На фиг. 3 показана нижняя часть одной секции 5 и верхняя часть второй смежной секции 6. Каждая секция секционного электродвигателя в верхней части содержит головку 11, в которой внутри электроизоляционной колодки 12 установлены электрические контакты 13, образующие розетку и соединенные через выводные провода 14 с обмоткой статора 21 следующей секции.
В нижней части (основании) каждой секции есть провода обмотки 17, соединенные со штекерами 18, входящими в контакты 13. Штекера 18 одной секции, колодка 12 и контакты 13 другой секции образуют унифицированный разъем. Верхняя часть проводов обмотки 17 далее образует обмотку статора 21 либо соединяется с ней. Через каждую секцию электродвигателя проходит вал 15, который соединен с валом смежной секции шлицевой муфтой 20. К основанию секции прикреплена гильза 19, закрывающая шлицевую муфту 20. Корпуса секций могут быть соединены резьбовым соединением напрямую или с использованием накидной гайки 16.
Аналогичным образом осуществляют соединение нижней 6 секции электродвигателя и гидрозащиты 7 (фиг. 4). В этом случае электроизоляционные колодки 22 размещены в головке 11 гидрозащиты 7 и в них проложены контакты 23, соединяющие фазы обмотки электродвигателя.
На чертеже не показаны подшипники и маслосмазывающие каналы. Их расположение и количество определяется конструкцией электродвигателя и не влияет на суть изобретения.
В частном случае исполнения секционный электродвигатель может быть выполнен с промежуточным валом. При таком исполнении либо укорачиваются валы секций, либо удлиняются корпуса секций, либо между корпусами секций электродвигателя добавляется промежуточный корпус, а вместо одной шлицевой муфты 20 устанавливается промежуточный вал с двумя шлицевыми муфтами на концах. Необходимость наличия промежуточного вала возникает при сборке вентильных электродвигателей, когда требуется точное позиционирование угла поворота роторов секций, и определяется технологическими соображениями.
В альтернативном варианте может быть изготовлена удлиненная шлицевая муфта со смещенными на определенный угол шлицами. На промежуточном валу или корпусах шлицевых муфт могут быть установлены дополнительные подшипники.
Расположение, тип и конструкции уплотнений между деталями не показаны. Уплотнения могут быть выполнены как в виде резиновых или медных колец и шайб, так и в любом другом виде.
Материалы и покрытия на поверхности деталей могут быть использованы такие же, как и для серийных несекционных электродвигателей. Для особых условий эксплуатации секционных электродвигателей могут быть подобраны специальные материалы и покрытия.
Подвод электричества к секционному электродвигателю может быть осуществлен с помощью кабельной линии, грузонесущей кабельной линии или шлангокабеля. Тип подводящего кабеля определяет конструкцию модуля кабельного ввода, вставляемого в верхнюю секцию электродвигателя.
Нижняя часть модуля с кабельным вводом (не показана) должна повторять собой нижнюю часть секций электродвигателя, чтобы обеспечить соединение с любой секцией электродвигателя.
При типовом варианте компоновки (фиг. 2), когда секционный электродвигатель, собранный из одинаковых секций, находится в нижней части погружной насосной установки, к нижнему концу нижней секции электродвигателя крепится модуль, имеющий электроизоляционную колодку с контактами для обмоток, в котором происходит соединение обмоток в звезду. Этот узел может быть объединен с нижерасположенным блоком телеметрической системы 4. К верхней секции электродвигателя либо крепится отдельный модуль с кабельным вводом, либо гидрозащита 9, в которую встроен кабельный ввод и выводные концы обмоток электродвигателя с токовводом.
Применяемый в установках блок телеметрической системы 4 включает в себя датчики давления, расхода жидкости, температуры, угла отклонения установки, положения установки в пространстве либо любые комбинации этих и других датчиков. Расположение блока телеметрической системы и отдельных датчиков предпочтительно в верхней части установки (выше электродвигателя), но может быть изменено в соответствии с необходимостью измерения отдельных параметров в определенном месте. Телеметрическая система может быть разъединена на несколько измерительных модулей в связи с необходимостью измерения параметров в разных частях установки.
Установка по первому варианту компоновки монтируется следующим образом.
К верхней части погружного насоса 8 присоединяется нижняя гидрозащита 7 (фиг. 1, 4). В электрические контакты 23 розетки гидрозащиты вставляются штекеры 18 нижней части нижней секции электродвигателя, после чего на головку гидрозащиты 7 накручивается накидная гайка 16 (фиг. 4). В электрическое соединение головки 11 нижней секции 6 электродвигателя вставляется основание второй секции 5, их корпуса скрепляются между собой накидной гайкой 16 (фиг. 3). Ко второй секции аналогичным образом могут быть присоединены третья и последующие секции электродвигателя. К самой верхней секции электродвигателя присоединяется блок телеметрической системы 4, к нему - верхняя гидрозащита 3. Выше гидрозащиты 3 устанавливается кабельная муфта 2 (фиг. 1).
При работе электрический ток подается через грузонесущий кабель 1, проходит через кабельную муфту 2, верхнюю гидрозащиту 3, блок телеметрической системы 4, все секции электродвигателя и замыкается в соединении обмоток, выполненном в нижней гидрозащите 7, возбуждая в секциях электродвигателя ЭДС, которая вращает вал электродвигателя. Нижний конец нижней секции электродвигателя передает крутящий момент на вал 15 нижней гидрозащиты, который, в свою очередь, передает момент на вал погружного насоса 8. Насос начинает перекачивать жидкость, которая поднимается по кольцевому зазору вокруг секций электродвигателя, охлаждая его.
Описанный принцип работы и монтажа, но с соответствующим изменением порядка присоединения секций и узлов, распространяется и на типовую компоновку погружной установки (фиг. 2).
Таким образом, вынесение соединение обмоток в звезду за пределы секций обеспечило возможность унифицирования разъемов соединяемых секций, что позволило улучшить технологичность их изготовления и значительно облегчило монтаж электродвигателя в скважине.