ПОГРУЖНОЙ МАСЛОЗАПОЛНЕННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
SUBMERSIBLE OIL-FILLED ELECTRIC MOTOR

Погружные маслозаполненные электродвигатели (ПЭД) широко применяются в народном хозяйстве в качестве привода различных насосов, например, для насосов при добыче нефти из скважин.
Все типы погружных маслозаполненных электродвигателей снабжаются устройствами для компенсации температурного расширения масла (компенсатор) и для защиты от приникновения окружающей ПЭД жидкости по валу электродвигателя (протектор).
Известен маслозаполенный электродвигатель (а.с. СССР №436415, кл. Н02К 5/12. 1971 г.), который для компенсации температурного расширения снабжен компенсатором, размещенным в нижней части электродвигателя, и для защиты от проникновения окружающей ПЭД жидкости снабжен протектором, смонтированным в верхней его части. Компенсатор состоит из корпуса и каркаса, к которому крепится гибкая диафрагма. Внешняя сторона диафрагмы компенсатора имеет непосредственный контакт с окружающей ПЭД жидкостью через отверстие в корпусе. Протектор состоит из корпуса, разделенного диафрагмой на две герметичные камеры, заполненные маслом, промежуточного вала для передачи вращения от вала ПЭД, например, на центробежный насос и торцевые уплотнения вала.
Погружной электродвигатель работает следующим образом. Перед запуском в работу, погружной электродвигатель, компенсатор, протектор заполняются диэлектрическим маслом. После включения в работу ПЭД, диэлектрическое масло начинает нагреваться за счет тепла, выделяющегося от работающего электродвигателя и, расширяясь, раздувает гибкие диафрагмы в компенсаторе и протекторе. Давление диэлектрического масла в полости погружного электродвигателя, компенсатора и протектора становится максимальным, его способны выдерживать гибкие диафрагмы и торцевые уплотнения.
В процессе работы погружного электродвигателя происходит постоянная утечка диэлектрического масла через торцевые уплотнения вала. В результате, давление во внутренних полостях электродвигателя, компенсатора и протектора становится равным, а затем и меньше давления окружающей жидкости. При остановке электродвигателя, диэлектрическое масло в полости электродвигателя, компенсатора и протектора остывает, объем масла при этом уменьшается и давление становится еще меньше, чем давление окружающей жидкости. Снижение давления диэлектрического масла в полости электродвигателя до критического является причиной попадания в полость электродвигателя окружающей жидкости. Так как окружающая жидкость, как правило, является электропроводной, то при попадании ее в полость электродвигателя происходит короткое замыкание обмотки и электродвигатель выходит из строя. Для его восстановления требуется дорогостоящий капитальный ремонт.
Недостатками указанного погружного электродвигателя является следующее.
1. В полости электродвигателя не поддерживается постоянное избыточное давление диэлектрического масла. Оно меняется от максимального, в начале работы, и до критически манимального, в процессе работы и при остановке.
2. При полном расходе диэлектрического масла, электродвигатель не отключается с сохранением работоспособности.
Наиболее близким к предлагаемому погружному электродвигателю является «Маслозаполненный электродвигатель для погружных насосов» (а.с. СССР №237968, кл. Н02К 5/02, 1969 г.). Электродвигатель снабжен протектором и компенсатором. В компенсаторе смонтированы гибкая диафрагма, поршень и пружина сжатия. Пружина одним торцом упирается в поршень, а другим на неподвижную опору.
Указанный электродвигатель работает следующим образом. Полость электродвигателя, компенсатора и протектора заполняется диэлектрическим маслом до полного сжатия пружины поршнем. Таким образом, в полости электродвигателя создается избыточное давление диэлектрического масла. В процессе работы электродвигателя происходит постепенная утечка диэлектрического масла через уплотнения вала. Поршень поднимается вверх под действием пружины до тех пор, пока полностью не разожмется. Избыточное давление диэлектрического масла в полости электродвигателя постепенно, по мере разжатия пружины, уменьшается и становится равным давлению окружающей жидкости. При дальнейшей работе электродвигателя происходит попадание окружающей жидкости в статор электродвигателя, что приводит к полному отказу погружного электродвигателя.
Основными недостатками указанного маслозаполненного электродвигателя является следующее.
1. Так как один торец пружины опирается на неподвижное основание, то избыточное давление, создаваемое поршнем и пружиной, не поддерживается постоянным за весь период работы погружного электродвигателя. Давление максимальное в начале работы погружного электродвигателя и равно давлению окружающей жидкости после расхода диэлектрического масла.
2. При полном расходе диэлектрического масла, электродвигатель не отключается с сохранением работоспособности.
Указанные недостатки устраняются в предлагаемой конструкции погружного маслозаполненного электродвигателя.
Он состоит из (см. чертеж): статора (1), ротора (2), вала (3), уплотнения вала (4), электрической обмотки статора, у которой «звезда» выполнена разъемной (5). К нижней части статора (1) соединен корпус (6). В корпус (6) смонтирован поршень (7) с уплотнительным кольцом (12), на котором имеется размыкатель (8). Поршень (7) опирается на пружину сжатия (9). Нижний торец пружины сжатия (9) опирается на подвижную опору (10), которая соединена с приводом (11) подвижной опоры. Поршень (7) с уплотнительным кольцом (12) образует в корпусе (6) две полости: «А» и «Б». Полость «А», предназначенная для запаса диэлектрического масла, сообщается с полостью электродвигателя. Полость «Б», через отверстие (13) в корпусе, сообщается с окружающей жидкостью.
Погружной электродвигатель работает следующим образом.
Перед запуском в работу полость «А» под давлением (например, 0,05-0,15 МПа) заполняется диэлектрическим маслом. При этом опора (10) занимает крайнее нижнее положение, а поршень (7) сжимает пружину (9). После включения электродвигателя, диэлектрическое масло начинает нагреваться и увеличиваться в объеме. Создается дополнительное избыточное давление диэлектрического масла, которое еще больше сжимает пружину (9). Давление в полости «А» становится больше 0,05-0,15 МПа. В процессе работы электродвигателя происходит утечка диэлектрического масла через уплотнение вала (4). По мере утечки диэлектрического масла, поршень (7) под действием пружины (9) постепенно поднимается вверх. При этом полость «Б» заполняется окружающей жидкостью через отверстие (13). Поршень (7) поднимается до тех пор, пока давление в полости «А» не станет меньше 0,05 МПа. Тогда, привод (11) приподнимает подвижную опору (10), сжимая пружину (9) и поршень (7) создает давление в полости «А» больше 0,05 МПа. При полном расходе диэлектрического масла, поршень (7) с размыкателем (8) поднимается до «звезды» обмотки электродвигателя. Размыкатель (8) разрывает электрическую цепь обмотки статора (1). В результате срабатывает электрическая защита и подача напряжения в электродвигатель прекращается. Таким образом, обеспечивается своевременное отключение электродвигателя без потери работоспособности после полного расхода диэлектрического масла.
Преимущества предложенного погружного электродвигателя.
1. В процессе работы в полости электродвигателя постоянно поддерживается избыточное давление диэлектрического масла.
2. При полном расходе диэлектрического масла, электродвигатель отключается без потери работоспособности.
3. Обеспечивается надежная работа в экстремальных условиях эксплуатации (высокая температура, агрессивная окружающая жидкость и т.п.).
4. Погружной маслозаполненный электродвигатель представляет моноблок, что намного упрощает процесс подготовки к работе.