Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя

Авторы патента:

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована в конструкциях гидрозащит маслозаполненных электродвигателей погружных насосных агрегатов, предназначенных для добычи нефти. Устройство для гидравлической защиты содержит корпуса 1, основание 2 с фильтром 3, осевую опору 4, нижний ниппель 5, промежуточный ниппель 6, верхний ниппель 7, вал 9 для передачи крутящего момента от погружного электродвигателя к насосу, эластичную диафрагму 14, которая разделяет корпус 1 на задиафрагменную 15 и внутридиафрагменную 16 полости, три маслозаполненных полости: верхнюю полость 10, среднюю (лабиринтную) полость 11 и нижнюю полость 13. Внутри среднего ниппеля 6 выполнен канал 20, снабженный клапаном 21 для сброса избыточного давления из внутренней полости 16 диафрагмы 14 и погружного маслозаполненного электродвигателя. В верхней полости 10 размещен отбойник 23, выполненный с удлиненной втулкой, охватывающей вал 9. Конец втулки опирается на верхнее торцевое уплотнение 24. Между внутренней поверхностью верхнего ниппеля 7 и втулкой отбойника 23 образован внутренний кольцевой зазор 25, параллельно которому в ниппеле 7 выполнены каналы 26. Каналы 26 соединены с задиафрагменной полостью 15 через лабиринтную полость 11. Входы в каналы 26 перекрыты крышкой отбойника 23, при этом края крышки образуют с корпусом ниппеля 7 наружный зазор 27. Оптимальное соотношение длины внутреннего зазора 25 к длине наружного зазора 27 составляет (4-5):1, что обеспечивает эффективную защиту от песка верхнего торцевого уплотнения 24. Конструкция повышает надежность и долговечность гидрозащиты и электродвигателя в целом. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Известно устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, описанное в патенте RU 76995 U1, 14.05.2008, включающее в себя основание с нижним ниппелем, корпус, промежуточный ниппель, верхний ниппель и головку, а также вал для передачи крутящего момента от погружного электродвигателя к насосу, проходящий через центральные отверстия ниппелей и основания. Устройство включает в себя три маслозаполненные камеры: верхняя изолирующая камера образована между головкой и верхним ниппелем, центральная камера образована корпусом, верхним и промежуточным ниппелями, а нижняя камера образованна корпусом, промежуточным и нижним ниппелями. Внутри нижней камеры герметично закреплена эластичная кольцевая диафрагма, разделяющая камеру на концентрично расположенные задиафрагменную и внутридиафрагменную полости. Внутридиафрагменная полость выполнена с возможностью гидравлической связи с полостью погружного электродвигателя через нижний ниппель и полость основания. Задиафрагменная полость гидравлически соединена с полостью центральной камеры посредством канала, выполненного в промежуточном ниппеле. Промежуточный ниппель снабжен также торцевым уплотнением, гидравлически изолирующим центральное отверстие ниппеля относительно полости центральной камеры. В центральной камере размещена защитная гильза, через центральное отверстие которой проходит вал устройства, защитная гильза установлена без возможности прохода жидкости в полость гильзы через ее нижний конец, на котором выполнено соответствующее расширение, при этом торцевое уплотнение промежуточного ниппеля размещено внутри указанного расширения. На верхнем конце гильзы вблизи верхнего ниппеля расположено отверстие, гидравлически соединяющее внутреннюю полость защитной гильзы с полостью центральной камеры. Изолирующая камера выполнена с центральным отверстием для прохода вала и двумя последовательно расположенными торцевыми уплотнениями, одно из которых гидравлически изолирует центральное отверстие верхнего ниппеля относительно полости изолирующей камеры, а второе уплотнение гидравлически изолирует центральное отверстие этой камеры относительно полости головки устройства. Изолирующая камера гидравлически соединена с полостью центральной камеры посредством канала, выполненного в верхнем ниппеле, и трубки, нижний конец которой расположен в нижней части центральной камеры. При этом торцевые уплотнения изолирующей камеры размещены в полости камеры по сдвоенной схеме с оппозитным расположением уплотняющих колец, полость центральной камеры гидравлически соединена с затрубным пространством посредством канала, выполненного в верхнем ниппеле, и трубки, нижний конец которой расположен в нижней части центральной камеры, а выходное отверстие упомянутого канала, выполненного в промежуточном ниппеле, расположено в полости расширения защитной гильзы. Кроме того, изолирующая камера может быть образована кожухом, герметично закрепленным на верхнем ниппеле.

Недостатком аналога является незащищенность канала в промежуточном ниппеле от песка, что приводит к тому, что при пусках и остановках центральная гидрозатворная камера будет забиваться песком.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, включающее наружный кожух, вал с торцевыми уплотнениями, подшипники, маслозаполненные полости, узел лабиринта, узел мешков (диафрагм), упорные подшипники, клапан сброса давления, верхний, средний и нижний ниппели, механизм для предотвращения попадания абразивных материалов, имеющий отбойник в виде вращаемого защитного кожуха и выходные отверстия (патент США 7182584, F04B 17/00, опубл. 27.02.2007).

Основным недостатком прототипа является то, что при сбрасывании в затрубное пространство песок будет оседать на выходном отверстии, которое выполнено перпендикулярным оси, в результате чего выходное отверстие окажется забитым механическими примесями. Кроме того, возможно закупоривание стояка частицами, залетающими в него при завихрении потока во время работы отбойника, что отрицательно сказывается на работе устройства.

Задачей настоящей полезной модели является создание усовершенствованной конструкции устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, обеспечивающей повышение его надежности и долговечности за счет снижения воздействия механических примесей на верхнее торцевое уплотнение и за счет контроля его герметичности.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащем корпус, вал с торцевыми уплотнениями, маслозаполненные полости, узел лабиринта, узел диафрагмы с задиафрагменной полостью, клапан сброса давления, верхний, средний и нижний ниппели, отбойник, осевой и радиальные подшипники, согласно полезной модели, в верхнем ниппеле выполнены каналы, соединенные с задиафрагменной полостью через лабиринтную полость, а отбойник выполнен с удлиненной цилиндрической поверхностью, ориентированной вдоль каналов и опирающейся на верхнее торцевое уплотнение, при этом отбойник установлен с перекрытием каналов и образованием наружного и внутреннего зазоров с корпусом ниппеля, причем длина внутреннего зазора превышает длину наружного зазора в 4-5 раз. Для вывода пластовой жидкости и песка в корпусе ниппеля выполнены отверстия под углом к оси вала. Ширина наружного и внутреннего зазоров с корпусом ниппеля составляет 0,25-0,50 мм. Кроме того, полость верхнего торцевого уплотнения в нижней части выполнена герметичной, а для проверки герметичности в верхнем ниппеле выполнено отверстие с резьбой для опрессовки верхнего торцевого уплотнения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя заявленной конструкции, на фиг.2 - сечение А-А и Б-Б по каналам в вернем ниппеле.

Устройство содержит корпуса 1, основание 2 с фильтром 3, осевую опору 4, нижний ниппель 5, промежуточный ниппель 6, верхний ниппель 7 и головку 8, вал 9 для передачи крутящего момента от погружного электродвигателя к насосу, проходящий через центральные отверстия основания 2 и ниппелей 5, 6, 7. В устройстве имеются три маслозаполненных полости, верхняя полость 10 образована головкой 8 и верхним ниппелем 7, средняя (лабиринтная) полость 11 - между ниппелями 6, 7 и опорой 12, нижняя полость 13 - между корпусом 1, нижним ниппелем 5 и основанием 2. Внутри корпуса 1 установлена эластичная диафрагма 14, которая разделяет его на задиафрагменную 15 и внутридиафрагменную 16 полости. Внутридиафрагменная полость 16 гидравлически связана через канал 17 в нижнем ниппеле 5 с нижней маслозаполненной полостью 13 и полостью погружного электродвигателя. Задиафрагменная полость 15 через канал 18 и верхнюю часть опоры 12 соединена со средней лабиринтной полостью 11. В верхней части среднего ниппеля 6 установлено торцевое уплотнение 19, препятствующее проникновению пластовой жидкости вдоль вала 9 внутрь погружного маслозаполненного электродвигателя. Внутри среднего ниппеля 6 выполнен канал 20, снабженный клапаном 21 для сброса избыточного давления из внутренней полости 16 диафрагмы 14 и погружного маслозаполненного электродвигателя. Верхняя полость 10 соединена с лабиринтной полостью 11 посредством каналов 22 в верхнем ниппеле 7 (фиг.2, вид Б-Б).

В верхней полости 10 размещен отбойник 23, выполненный с удлиненной втулкой, охватывающей вал 9. Конец втулки опирается на верхнее торцевое уплотнение 24. Между внутренней поверхностью верхнего ниппеля 7 и втулкой отбойника 23 образован внутренний кольцевой зазор 25, параллельно которому в ниппеле 7 выполнены каналы 26. Каналы 26 соединены с задиафрагменной полостью 15 через лабиринтную полость 11. Входы в каналы 26 перекрыты крышкой отбойника 23, при этом края крышки образуют с корпусом ниппеля 7 наружный зазор 27. Оптимальное соотношение длины внутреннего зазора 25 к длине наружного зазора 27 составляет (4-5):1, что обеспечивает эффективную защиту от песка верхнего торцевого уплотнения 24. Верхнее торцевое уплотнение 24 герметично прилегает к поверхности вала 10 и корпусу ниппеля 7. Для опрессовки торцевого уплотнения 24 выполнено отверстие с резьбой 28 в верхнем ниппеле 7. Для вывода пластовой жидкости и песка имеется наклонное отверстие 29.

Устройство работает следующим образом. Перед спуском в скважину устройство для гидравлической защиты вместе с погружным электродвигателем заполняется электроизоляционным маслом. Заполнение маслом производят через нижнюю полость 13 при открытых для выпуска воздуха пробках в отверстиях 30, 31. Когда из отверстий 30, 31 начнет вытекать масло без пузырьков воздуха, заполнение заканчивают и заворачивают пробки. При заполнении внутридиафрагменной полости 16 масло под давлением движется по каналу 20, открывает клапан сброса давления 21 и заполняет задиафрагменную полость 15, внутреннюю полость опоры 32, лабиринтную полость 11, верхнюю маслозаполненную полость 10.

В верхнем ниппеле 7 имеется канал 22, который может перекрываться технологической пробкой (не показано) при контроле герметичности верхнего торцового уплотнения 24. При включении и выключении электродвигателя, масло подвергается нагреву и охлаждению, что приводит к расширению и сжатию объема.

Нижняя часть лабиринтной полости 11 заполняется пластовой жидкостью, у которой плотность выше, чем у электроизоляционного масла. Пластовая жидкость выдавливает масло в верхнюю часть в верхнюю часть лабиринтной полости 11, образуя так называемый гидрозатвор. После того, как при нагреве избыток масла будет сброшен через клапан сброса давления 20 и давление выровняется, дальнейшее изменение колебания объема будет осуществляться за счет эластичной диафрагмы 14.

Защита верхнего торцевого уплотнения 24 от механических примесей во время эксплуатации происходит следующим образом. Пластовая жидкость, попадая в главную верхнюю полость 10, закручивается вращающимся отбойником 23 и создается вихревой поток, у которого сопротивление проникновению мехпримесей по внутреннему кольцевому зазору 25 будет больше, чем по внешнему зазору 27 за счет большей длины кольцевого зазора 25, что положительно скажется на работе устройства.

При спуске в скважину пробки из отверстий 28 и 29 вывинчивают. Мехпримеси и песок, отделенные от пластовой жидкости за счет вращения отбойника 23, скатываются по наклонной поверхности и через отверстие 29 выводятся в затрубное пространство. При вывинчивании из отверстия пробки 28 пластовая жидкость дополнительно попадает в лабиринтную полость 11, тем самым снижая скорость прохода пластовой жидкости через наружный зазор 27, что существенно снижает попадание мехпримесей к торцевому уплотнению 24 и сохраняет дольше его работоспособность.

Таким образом, предлагаемая конструкция повышает надежность и долговечность гидрозащиты и электродвигателя в целом.

1. Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее корпус, вал с торцевыми уплотнениями, маслозаполненные полости, узел лабиринта, узел диафрагмы с задиафрагменной полостью, клапан сброса давления, верхний, средний и нижний ниппели, отбойник, осевой и радиальные подшипники, отличающееся тем, что в верхнем ниппеле выполнены каналы, соединенные с задиафрагменной полостью через лабиринтную полость, а отбойник выполнен с удлиненной цилиндрической поверхностью, ориентированной вдоль каналов и опирающейся на верхнее торцевое уплотнение, при этом отбойник установлен с перекрытием каналов и образованием наружного и внутреннего зазоров с корпусом ниппеля, причем длина внутреннего зазора превышает длину наружного зазора в 4-5 раз.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе ниппеля выполнены отверстия для вывода пластовой жидкости и песка, расположенные под углом к оси вала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полость торцевого уплотнения в нижней части выполнена герметичной.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный и внутренний зазоры с корпусом ниппеля выполнены равными 0,25-0,50 мм.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в верхнем ниппеле выполнено отверстие с резьбой для проверки верхнего торцевого уплотнения.