CN105207418A - 井下电机保护器及其应用 - Google Patents

Abstract

本申请提供的井下电机保护器包括：纵长延伸的壳体；具有连接部和变径部的第一固定件，连接部与壳体连接，变径部与壳体的纵长方向同向延伸并伸入壳体内，变径部与壳体之间形成第一环腔；套设于变径部上并能在其上移动的第一滑动件，第一滑动件与壳体的内壁和变径部的外壁密封接触，进而将第一环腔分隔为第一段和第二段；开设于壳体上的第一通孔，其将第一段和第二段中的一个与壳体外部空间连通；第一段和第二段中的另一个能充入电机油。

Description

井下电机保护器及其应用

技术领域

本申请属于井下电机技术领域，尤其涉及一种井下电机保护器及其应用。

背景技术

井下电机保护器作为井下电泵系统的重要部件，能够隔离和防止井液侵入到电泵系统内部。

以胶囊式保护器为例，电机温度升高，电机油体积增大，电机油可以经设置在胶囊保护器上的单向阀流出，使电机内外压力得以平衡。当电机温度降低，电机油体积减小，由于单向阀的限回作用，井液无法进入电机内部，实现隔离和防止井液侵入电泵系统内部的目的，但电机油缩小的体积无法得到弥补，导致电机内外压力失衡，从而对电机的寿命造成不利影响。

发明内容

本申请的目的是提供一种能保持井下电机内外压力平衡的保护器，以减小因内外压力失衡对电机寿命产生的不利影响。

为解决上述问题，本申请提供的技术方案如下。

一种井下电机保护器，其包括：纵长延伸的壳体；具有连接部和变径部的第一固定件，所述连接部与所述壳体连接，所述变径部与所述壳体的纵长方向同向延伸并伸入所述壳体内，所述变径部与所述壳体之间形成第一环腔；

套设于所述变径部上并能在所述变径部上移动的第一滑动件，所述第一滑动件与所述壳体的内壁和所述变径部的外壁密封接触，进而将所述第一环腔分隔为第一段和第二段；开设于所述壳体上的第一通孔，其将所述第一段和第二段中的一个与壳体外部空间连通；所述第一段和第二段中的另一个能充入电机油。

一个实施方式中，所述第一滑动件具有第一端和第二端，其中，所述第一端远离所述第一固定件，所述第二端靠近所述第一固定件；所述第一端的端面面积小于所述第二端的端面面积。

一个实施方式中，所述第一段远离所述第一固定件，所述第二段靠近所述第一固定件；所述第一通孔将所述第二段与壳体外部空间连通，所述第一段中充入电机油。

一个实施方式中，所述第一固定件开设有贯穿所述连接部和所述变径部的第一轴孔，所述第一轴孔用于供电机输出轴穿设。

一个实施方式中，包括：与所述连接部连接的第二固定件，所述第二固定件沿所述电机输出轴的轴向开设有第二通孔；与所述第二固定件连接的端盖，所述端盖具有与所述电机输出轴的轴向同向延伸的延伸部，所述延伸部伸入所述第二通孔内，所述延伸部与所述第二固定件之间形成第二环腔；套设于所述延伸部上并能在所述延伸部上移动的第二滑动件，所述第二滑动件与所述第二通孔的内壁和所述延伸部的外壁密封接触，进而将所述第二环腔分隔为第三段和第四段；开设于所述第二固定件的侧壁上的第三通孔，其将所述第三段和第四段中的一个与所述第二固定件外部空间连通；所述第三段和第四段中的另一个能充入电机油。

一个实施方式中，所述第三段靠近所述连接部，所述第四段靠近所述端盖；所述第二通孔将所述第四段与所述第二固定件外部空间连通，所述第三段中充入电机油。

一个实施方式中，所述端盖贯穿所述延伸部开设有第二轴孔，所述第二轴孔用于供所述电机输出轴穿设。

一个实施方式中，所述第二轴孔中设置有第一机械密封装置和第二机械密封装置，其中，所述第一机械密封装置位于所述连接部与所述第二固定件之间，所述第二机械密封装置位于所述端盖远离所述第二固定件的一侧；所述第一机械密封装置和第二机械密封装置用于轴向密封所述电机输出轴。

一个实施方式中，所述壳体与井下电机的电机壳体一体成形。

本申请还提供一种井下电机，其包括如上任一项所述的井下电机保护器。

借由以上的技术方案，本发明的有益效果在于：通过在第一固定件的变径部上套设可以移动的第一滑动件，并在壳体上开设连通第一段或第二段与壳体的外部空间的第一通孔；当电机内外部压力变化导致内外压力失衡时，电机外部空间的液体或气体可以经第一通孔进入或排出第一段或第二段，将压差作用于第一滑动件上，并通过第一滑动件的移动，实现其两端的压力平衡，从而达到保持电机内外压力平衡的目的，以减小因内外压力失衡对电机寿命产生的不利影响。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施方式的井下电机保护器结构示意图；

图2为本申请实施方式的井下电机保护器的第一滑动件结构示意图；

图3为本申请实施方式的井下电机保护器的第一固定件结构示意图；

图4为本申请实施方式的井下电机保护器的第一机械密封装置与端盖连接结构示意图；

图5为本申请实施方式的井下电机保护器的第二固定件的结构示意图；

图6为本申请实施方式的井下电机保护器的第二滑动件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图3。本申请实施方式提供的一种井下电机保护器包括：纵长延伸的壳体1；具有连接部31和变径部32的第一固定件3，所述连接部31与所述壳体1连接，所述变径部32与所述壳体1的纵长方向同向延伸并伸入所述壳体1内，从而在所述变径部32与所述壳体1之间形成第一环腔12；套设于所述变径部32上并能在所述变径部32上移动的第一滑动件2，所述第一滑动件2与所述壳体1的内壁和所述变径部32的外壁密封接触，进而将所述第一环腔12分隔为第一段121和第二段122；开设于所述壳体1上的第一通孔10，所述第一通孔10将所述第一段121和第二段122中的一个与所述壳体1的外部空间连通，所述第一段121和第二段122中的另一个能充入电机油。

本实施方式中，壳体1可以背离井下电机的主体部分11纵长延伸，主要作用是为第一固定件3的安装与连接预留出一定的长度和空间。壳体1本身可以单独制造成形并与井下电机的电机壳体的拆卸装配，但优选为是井下电机的电机外壳的一部分，可以与电机外壳一体成形制造。

连接部31的径向尺寸可以与壳体11大致相同，并且可以在连接部31和壳体1上设置相适配的螺纹，实现两者的可拆卸连接。由于变径部32与壳体1的纵长延伸方向相同，因此变径部32伸入壳体1内进而可在壳体1与变径部32之间形成第一环腔12。连接部31和变径部32的截面形状优选与壳体1的截面形状相同，例如壳体1的截面形状为圆形，则连接部31和变径部32的截面形状优选为圆形，形成的第一环腔12为圆环形。某些实施例中，连接部31和变径部32可以包括其他形式，只要连接部31能与壳体1连接，并且变径部32能伸入壳体1内并在两者之间形成第一环腔12即可。例如连接部31与壳体1之间可以通过焊接的方式连接，变径部32的截面形状与壳体1的截面形状不同，举例为壳体1的截面形状为圆形，变径部32的截面形状为多边形如四边形或六边形等，只要能在变径部32与壳体1之间形成第一环腔12即可，本申请实施方式并不以此为限。

第一滑动件2套设于变径部32上，具体的，第一滑动件2可以开设有供变径部32活动穿设的通孔21，且通孔21的形状和尺寸与变径部32的形状和尺寸相适配。具体的，例如变径部32的截面形状可以为多边形如四边形、六边形等，也可以为圆形；则通孔21相应的为多边形或圆形。当通孔21与变径部32的截面形状为相适配的多边形时，可以实现第一滑动件2与变径部32的定位安装和周向固定，防止第一滑动件2在移动过程中发生转动。

第一滑动件2在变径部32上移动，可以改变第一环腔12被第一滑动件2分隔成两部分即第一段121和第二段122的相对容积。开设于壳体1上的与第一段121和第二段122中的一个相连通的第一通孔10可以用于沟通第一段121或第二段122与壳体1的外部空间，当第一段121或第二段122的容积发生变化时，可以借由第一滑动件2的滑动，将壳体1的外部空间的气体或液体引入或排出第一段121或第二段122，从而平衡电机的内外压力。应当理解，第一段121和第二段122是相对指向，两者之间并不存在先后顺序。

一个实施方式中，第一段121远离第一固定件3，即第一段121靠近电机的主体部分11，第二段122靠近第一固定件3。由于电机的主体部分11是电机工作时产热的主要部分，因此优选第一通孔10与第二段122连通，即第一通孔10将第二段与壳体1的外部空间连通，将电机油充入靠近主要产热部分的第一段121中，可达到润滑和冷却电机的作用。第一滑动件2与壳体1的内壁和变径部32的外壁密封接触，具体的，例如可以分别在第一滑动件2与壳体1接触的外周侧壁上设置密封圈201、203，在通孔21内侧壁上设置密封圈204，从而隔离第一段121和第二段122，防止第一段121中的电机油渗漏，并避免第二段122内的井液侵入到第一段121内。

将电机连同本申请实施方式的井下电机保护器下入井中，随着下入深度的增加，壳体1的外部压力逐渐增大，壳体1外部的有较大压力的液体或气体可以通过第一通孔10进入第二段122内，并作用于第一滑动件2上，从而推动第一滑动件2压缩第一段121内电机油，直至第一滑动件2两端的压力达到平衡，从而达到入井过程保持电机内外压力平衡的目的，以减小因内外压力失衡对电机寿命产生的不利影响。

本申请实施方式的井下电机保护器不仅可以自适应井深变化带来的电机内外压力变化，同样可以对电机工作时产热导致的内外压力变化进行调节。当电机工作产热导致第一段121中的电机油温度升高时，由流体力学原理可知，第一段121中的电机油体积膨胀增大，推动第一滑动件2向第一固定件3方向移动，将第二段122内的液体或气体通过述第一通孔10排出，直至第一滑动件2两端的压力达到平衡，从而达到电机工作过程中保持电机内外压力平衡的目的。同理，电机停机或上提电机导致电机内外压力失衡时，本申请实施方式的井下电机保护器工作原理与上述类似，不再赘述。

本实施方式通过在第一固定件3的变径部32上套设可以移动的第一滑动件2，并在壳体1上开设连通第一段121或第二段122与壳体1的外部空间的第一通孔10；当电机内外部压力变化导致内外压力失衡时，电机外部空间的液体或气体可以经第一通孔10进入或排出第一段121或第二段122，将压差作用于第一滑动件2上，并通过第一滑动件2的移动，实现其两端的压力平衡，从而达到保持电机内外压力平衡的目的。

为进一步避免进入第二段122内的井液侵入第一段121内，保证隔离和防止井液侵入效果，可以将第一滑动件2设置成阶梯状。具体的，请参见图2。第一滑动件2具有第一端22和第二端23，其中第一端22远离第一固定件3，即第一端22靠近电机的主体部分11，第二端23靠近第一固定件3；且第一端22的端面面积小于第二端23的端面面积。如此，第一滑动件2两端达到力平衡时，端面面积较小的第一端22受到压强大于端面面积较大的第二端23内压强，根据压强的均布性可知，第一段121内的压强将高于第二段122内的压强，从而可进一步避免进入第二段122内的井液侵入第一段121内，保证较佳的隔离和防止井液侵入效果。

本申请实施方式的井下电机保护器可以设置在背离电机输出轴9的一端，也还可以设置在电机的外周侧，但优选设置在电机输出轴9同侧的一端。请参见图3，本申请实施方式的井下电机保护器设置在电机输出轴9同侧的一端时，第一固定件3贯穿连接部31和变径部32开设有第一轴孔33，第一轴孔33用于供电机输出轴9穿设。

请参见图1，图4图5。本申请一个实施方式的井下电机保护器还可以包括：与连接部31连接的第二固定件5，所述第二固定件5沿所述电机输出轴9的轴向开设有第二通孔51。与所述第二固定件5连接的端盖7，所述端盖7具有与所述电机输出轴9的轴向同向延伸的延伸部71，所述延伸部71伸入所述第二通孔51内1，进而在所述延伸部71与所述第二固定件5之间形成第二环腔13。套设于所述延伸部71上并能在所述延伸部71上移动的第二滑动件6，所述第二滑动件6与所述第二通孔51的内壁和所述延伸部71的外壁密封接触，所述第二滑动件6将所述第二环腔13分隔为第三段131和第四段132。所述第二固定件5的侧壁开设有第三通孔20，所述第三通孔20将所述第三段131和所述第四段132中的一个与所述第二固定件5的外部空间连通，所述第三段131和所述第四段132中的另一个能充入电机油。

本实施方式中，第二固定件5的径向尺寸可以与连接部31大致相同，并且可以在连接部31和第二固定件5上设置相互适配的螺纹，实现两者的可拆卸连接。端盖7的径向尺寸可以与第二固定件5大致相同，并且可以在端盖7和第二固定件5上设置相互适配的螺纹，实现两者的可拆卸连接。延伸部71能够伸入第二通孔51内，进而可以在延伸部71与第二固定件5之间形成第二环腔13。延伸部71的截面形状优选与第二通孔51的截面形状相同，例如第二通孔51的截面形状为圆形，延伸部71的截面形状优选为圆形，则形成的第二环腔13为圆环形。某些实施例中，第二固定件5和延伸部71可以包括其他形式，只要连接部31能与第二固定件5连接，并且延伸部71能够伸入第二通孔51内并在延伸部71与第二固定件5之间形成第二环腔13即可。例如连接部31与第二固定件5之间可以通过焊接的方式连接，延伸部71的截面形状与第二通孔51的截面形状不同，举例为第二通孔51的截面形状为圆形，延伸部71的截面形状为多边形如四边形或六边形等，只要能在延伸部71与第二固定件5之间形成第二环腔13即可，本申请实施方式并不以此为限。

请参见图6，第二滑动件6套设于延伸部71上，具体的，第二滑动件6可以开设有用于供延伸部71活动穿设的通孔61，且通孔61的形状和尺寸与延伸部71的形状和尺寸相适配。具体的，例如延伸部71的截面形状可以为多边形如四边形、六边形等，也可以为圆形；则通孔61的可以相应的为多边形或圆形。当通孔61与延伸部71的截面形状为相适配的多边形时，可以实现第二滑动件6与延伸部71的定位安装和周向固定，防止第二滑动件6在移动过程中发生转动。

第二滑动件6在延伸部71上移动，可以改变第二环腔13被第二滑动件6分隔成两部分即第三段131和第四段132的相对容积。开设于第二固定件5上的与第三段131和第四段132中的一个相连通的第二通孔20可以用于沟通第三段131或第四段132与第二固定件5的外部空间，当第三段131或第四段132的容积发生变化时，可以借由第二滑动件6的滑动，将第二固定件5的外部空间的气体或液体引入或排出第三段131或第四段132，从而维持内外压力的平衡。应当理解，所述第三段131和所述第四端132是相对指向，两者之间并不存在先后顺序。

一个实施方式中，第三段131靠近连接部31，第四段132靠近端盖7。第三段131靠近连接部31，距离电机的主体部分11较近，该部分是电机工作时产热的主要部分，因此优选第二通孔20与第四段132连通，即第二通孔20将第四段132与第二固定件5的外部空间连通，将电机油充入第三段131中，从而可以起到一定的冷却电机的作用。第二滑动件6与第二环腔13的内壁密封接触，具体的，例如可以分别在第二滑动件6与第二固定件5接触的外周侧壁上设置密封圈601，在通孔61内侧壁上设置密封圈602，以实现第二滑动件6与第二固定件5的内壁和延伸部71的密封，从而隔离第三段131和第四段132，防止第三段131中的电机油渗漏，并避免第四段132内的井液侵入第三段131内。

本申请实施方式的井下电机保护器可以设置在背离电机输出轴9的一端，也还可以设置在电机的外周侧，但优选设置在电机输出轴9同侧的一端。请参见图4和图6，本申请实施方式的井下电机保护器设置在电机输出轴9同侧的一端时，端盖7贯穿延伸部71开设有第二轴孔72，第二轴孔72用于供电机输出轴9穿设。

为实现电机输出轴9的轴向密封，一个实施方式中，可以在第二轴孔72中设置第一机械密封装置4和第二机械密封装置8，所述第一机械密封装置4位于所述连接部31与所述第二固定件5之间，所述第二机械密封装置8位于所述端盖7远离所述第二固定件5的一侧；所述第一机械密封装置4和第二机械密封装置8用于轴向密封所述电机输出轴9。

本实施方式中，第一机械密封装置4典型的具有密封静圈401、密封静圈挡板407、密封动圈403、碟簧405、密封动圈座404和密封圈402、406，密封静圈挡板407可以通过销钉固定在端盖7上。当电机输出轴9转动时，可以带动密封动圈403、碟簧405、密封动圈座404转动，由于碟簧405弹力的作用使密封动圈403被紧紧的压在密封静圈401上。电机输出轴9转动时，密封动圈403与输出轴9一起旋转，而密封静圈401被固定在密封静圈挡板407上相对静止，如此密封静圈401和密封动圈403相接触的环形接触面形成密封面，实现所述电机输出轴9的轴向密封。第二机械密封装置8的结构及工作原理与第一机械密封装置4相同，在此不再赘述，其可根据实际工程需要选择相应的型号。

本实施方式设置的第二固定件5、以及能在延伸部71上移动的第二滑动件6可以实现与上述第一固定件3、以及能在变径部32上移动的第一滑动件2相同的功能，其主要作用是实现两级平衡内外压力。机械密封装置采用端面接触实现轴向密封，密封效果对压力波动较为敏感，因此本申请实施方式采用两级平衡内外压力的方式，可以减少压力波动对机械密封装置的影响，从而可提高机械密封的密封效果和使用寿命。

本申请实施方式还提供一种井下电机，该井下电机可以装配有上述的井下电机保护器。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种井下电机保护器，其特征在于，其包括：

纵长延伸的壳体；

具有连接部和变径部的第一固定件，所述连接部与所述壳体连接，所述变径部与所述壳体的纵长方向同向延伸并伸入所述壳体内，所述变径部与所述壳体之间形成第一环腔；

套设于所述变径部上并能在所述变径部上移动的第一滑动件，所述第一滑动件与所述壳体的内壁和所述变径部的外壁密封接触，进而将所述第一环腔分隔为第一段和第二段；

开设于所述壳体上的第一通孔，其将所述第一段和第二段中的一个与壳体外部空间连通；所述第一段和第二段中的另一个能充入电机油。

2.如权利要求1所述的保护器，其特征在于：

所述第一滑动件具有第一端和第二端，其中，所述第一端远离所述第一固定件，所述第二端靠近所述第一固定件；

所述第一端的端面面积小于所述第二端的端面面积。

3.如权利要求1所述的保护器，其特征在于：

所述第一段远离所述第一固定件，所述第二段靠近所述第一固定件；

所述第一通孔将所述第二段与壳体外部空间连通，所述第一段中充入电机油。

4.如权利要求1所述的保护器，其特征在于：所述第一固定件开设有贯穿所述连接部和所述变径部的第一轴孔，所述第一轴孔用于供电机输出轴穿设。

5.如权利要求4所述的保护器，其特征在于，包括：

与所述连接部连接的第二固定件，所述第二固定件沿所述电机输出轴的轴向开设有第二通孔；

与所述第二固定件连接的端盖，所述端盖具有与所述电机输出轴的轴向同向延伸的延伸部，所述延伸部伸入所述第二通孔内，所述延伸部与所述第二固定件之间形成第二环腔；

套设于所述延伸部上并能在所述延伸部上移动的第二滑动件，所述第二滑动件与所述第二通孔的内壁和所述延伸部的外壁密封接触，进而将所述第二环腔分隔为第三段和第四段；

开设于所述第二固定件的侧壁上的第三通孔，其将所述第三段和第四段中的一个与所述第二固定件外部空间连通；所述第三段和第四段中的另一个能充入电机油。

6.如权利要求5所述的保护器，其特征在于：

所述第三段靠近所述连接部，所述第四段靠近所述端盖；

所述第二通孔将所述第四段与所述第二固定件外部空间连通，所述第三段中充入电机油。

7.如权利要求5所述的保护器，其特征在于：所述端盖贯穿所述延伸部开设有第二轴孔，所述第二轴孔用于供所述电机输出轴穿设。

8.如权利要求7所述的保护器，其特征在于：所述第二轴孔中设置有第一机械密封装置和第二机械密封装置，其中，所述第一机械密封装置位于所述连接部与所述第二固定件之间，所述第二机械密封装置位于所述端盖远离所述第二固定件的一侧；所述第一机械密封装置和第二机械密封装置用于轴向密封所述电机输出轴。

9.如权利要求1所述的保护器，其特征在于：所述壳体与井下电机的电机壳体一体成形。

10.一种井下电机，其特征在于：包括如权利要求1至9任一项所述的井下电机保护器。