CN106602778A - 一种大功率充油式深潜水下电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率充油式深潜水下电机，该电机通过轴动密封和电机外壳静密封将电机内部与外部环境隔离开，内部充满矿物质油，该矿物质油具有良好的绝缘性和润滑性，作为润滑和冷却的介质，该矿物质油在电机运行时起到润滑电机内部各个零部件，同时带走电机产生的热量的作用，该电机与大功率充油式深潜水下电机压力补偿器B、热交换装置C配套使用，可实现系统内外的压力平衡、维持正常工作温度，保证大功率充油式深潜水下电机长期稳定可靠的工作。该电机额定功率可达1000kW，工作水深可达1500m，填补了国内在深水（深海）环境应用中的空白，并显著降低了采购成本，避免了关键技术资源在国外公司的瓶颈制约。
Description
技术领域
本发明涉及充油式水下电机技术领域，尤其涉及一种大功率充油式深潜水下电机。
背景技术
目前，随着陆上油气资源的日益减少，全球加大了海洋油气资源的开发力度，我国《十二五国家战略新兴产业发展规划》也明确把海洋工程制造提升到国家战略高度。
我国海岸线长度、大陆架和200海里专属经济区面积均在世界前10位，管辖海域总面积近300万km2。在13517万km2的大陆架上查明含油气盆地面积近70万km2，已圈定大中型新生代油气盆地16个。这些盆地石油资源量为150-200亿t，天然气资源量约6.264万亿m3。经初步估计，整个南海的石油地质储量大致在230-300亿t之间，约占中国总资源量的三分之一，属于世界四大海洋油气聚集区之一，有“第二个波斯湾”之称，仅在曾母盆地、沙巴盆地、万安盆地的石油总储量就将近200亿t，是世界上尚待开发的大型油藏之一，其中有一半以上的储量分布在中国海域。在我国南海已勘探的16万km2海域中，发现石油储量有55.2亿t，天然气储量有12万亿m3。南海油气资源在未来20年内只要开发30%，每年可为中国GDP增长贡献1-2个百分点。但目前，我国海洋油气的勘探开发程度较低，主要集中在渤海、东海和南海近海水域，开发规模小，工作水深主要在330m以内，远远不能满足国民经济发展的需求。
南海油气资源的开发是未来我国海洋油气资源开发的重要方向，而南海的水深在200-3000m，大部分水域平均水深在1500m左右，在这样深度的海域进行油气开发需要专门的深水海洋油气资源开发技术和装备。
水下生产系统是中深水海洋油气资源开发的主要模式，大功率充油式深潜水下电机是中、深水海洋油气资源开采、举升和输送所必须的最为关键的动力源。大功率充油式深潜水下电机与大功率充油式深潜水下电机压力补偿器B、热交换装置C配套使用，可为整个水下生产系统提供可靠的动力。
目前，国外深潜水下电机的产品开发和应用已比较成熟，而国内该领域装备的研制仍处于空白状态，已开发的浅水油田采用的水下电机均采购国外产品。因此，开展深潜水下电机装备研制，实现深潜水下电机设备的国产化，降低对国外产品的依赖度，打破国外技术壁垒，对我国海洋石油工业的发展具有重大的意义。
大功率充油式深潜水下电机是关键的水下工作的海工装备，在国内尚无应用案例和相关专利，在该领域的研究处于空白状态。虽然有大功率的充水式水下电机，但是其结构原理决定了其工作的水深一般为几十米，最深不超过350m，多用于矿井排险，不能用于深海油气开采。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种大功率充油式深潜水下电机。
本发明提出的一种大功率充油式水下电机，包括电机顶盖（1）、机械密封（2）、扶正轴承（3）、护轴管（4）、导流环（5）、电机外壳（6）、联接段（7）、电机轴（8）、转子总成（9）、定子总成（10）、电缆接口（11）、止推轴承（12）、止推轴承座（13）、增压叶轮（14）、滤网（15）、底座（16）、O型圈（17）和管路接口（18），其特征在于：机械密封（2），电机顶盖（1）、电机外壳（6）、联接段（7）、定子总成（10）和底座（16）之间的O型圈（17）通过静密封将电机内部与外部环境分隔开，电机外壳（6）的内部充满矿物质油，两套机械密封（2）安装于电机轴（8）的上端部，其中一套机械密封（2）位于电机顶盖（1）上，另一套机械密封（2）位于定子总成（10）上部的联接段（7）上。
优选地，两套机械密封（2）之间的腔体通过联接段（7）分割成上腔体和下腔体，导流环（5）和扶正轴承（3）分别安装于上腔体内、机械密封（2）下的电机轴（8）上，护轴管（4）安装于扶正轴承（3）和联接段（7）之间的电机轴（8）外部，上腔体和下腔体之间通过护轴管（4）联通。
优选地，下腔体与定子总成（10）内腔之间通过联接段（7）分隔，上腔体和下腔体之间不直接联通。
优选地，上腔体与定子总成内腔通过护轴管（4）联通。
优选地，电缆接口（11）位于定子总成（10）上部，且电缆接口（11）与电缆插头之间通过O型圈静密封。
优选地，定子总成（10）下部与联接段（7）相联接，且联接段（7）下端位于止推轴承（12）的内腔中，联接段（7）上设有通孔，定子总成（10）内腔与止推轴承（12）内腔之间通过联接段（7）联通，止推轴承座（13）安装与止推轴承（12）腔内的电机轴（8）上，增压叶轮（14）安装于止推轴承座（13）内。
优选地，增压叶轮（14）吸入口位于止推轴承座（13）与底座（16）之间的腔体顶部，且增压叶轮（14）吸入口外部安装有滤网（15）。
优选地，两个管路接口（18）分别安装于定子总成（10）内腔上部和止推轴承座（13）与底座（16）之间的腔体底部。
优选地，定子总成（10）的下线方式为穿线式。
优选地，电机顶盖（1）、电机外壳（6）、联接段（7）、定子总成（10）和底座（16）之间通过法兰联接，电机顶盖（1）、电机外壳（6）、联接段（7）、定子总成（10）和底座（16）均采用不锈钢材质。
本发明中，该电机与大功率充油式深潜水下电机压力补偿器B、热交换装置C配套使用，可实现系统内外的压力平衡、维持正常工作温度，保证大功率充油式深潜水下电机长期稳定可靠的工作，能够实现深潜水下动力系统关键设备的国产化，降低对国外产品的依赖度，打破国外技术壁垒，降低深海油气开采成本，对我国海洋石油工业的发展具有重大的意义，同时能够避免关键技术资源在国外公司的瓶颈制约，填补了国内空白。
附图说明
图1为本发明提出的一种大功率充油式深潜水下电机的结构示意图；
图2为水下混输增压系统结构示意图。
图中：1电机顶盖、2机械密封、3扶正轴承、4护轴管、5导流环、6电机外壳、7联接段、8电机轴、9转子总成、10定子总成、11电缆接口、12止推轴承、13止推轴承座、14增压叶轮、15滤网、16底座、17 O型圈、18管路接口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
图1为本实施例的结构图，一种大功率充油式水下电机，包括电机顶盖1、机械密封2、扶正轴承3、护轴管4、导流环5、电机外壳6、联接段7、电机轴8、转子总成9、定子总成10、电缆接口11、止推轴承12、止推轴承座13、增压叶轮14、滤网15、底座16、O型圈17、管路接口18，其特征在于：机械密封2，电机顶盖1、电机外壳6、联接段7、定子总成10和底座16之间的O型圈17通过静密封将电机内部与外部环境分隔开，电机外壳6的内部填充满矿物质油，两套机械密封2安装于电机轴8的上端部，其中一套机械密封2位于电机顶盖1上，另一套机械密封2位于定子总成10上部的联接段7上。
大功率充油式深潜水下电机以下简称电机采用充油式，是因为充入的矿物质油以下简称电机油具有良好绝缘性和润滑性，可以保证电机内部的绝缘的可靠，同时能够润滑电机内部各个零部件，保证机械密封2和扶正轴承3能够长期可靠的工作。在与大功率充油式深潜水下电机压力补偿器B以下简称补偿器B、热交换装置以下简称散热器C配套，电机油作为热交换的介质，将电机工作时产生的热量带到散热器C，与外界进行热交换，从而降低电机的工作温度，保证电机在符合耐温等级的温度下长期可靠的工作。
电机上部安装有两套机械密封2，能够保证当电机内外压力波动较大时，即使超过机械密封2的工作压力，也只能造成一个方向的机械密封2失效，另一方向的机械密封2能够继续起作用。这样就极大的保证了电机轴动密封的可靠性。
设计计算时优化充油式深潜水下电机的电磁设计，兼顾电机效率与散热的需求，以提高电机运行寿命为首要目的，找到电磁计算最佳的设计参数。
转子总成9采用鼠笼式，主要从简单、可靠角度考虑。
定子总成10内有专门设计的供电机油流动的通道，能够降低电机油流动的摩擦阻力，提高电机油流量，从而提高散热效果。
止推轴承12和止推轴承座13位于定子总成10下部的腔体内。增压叶轮14位于止推轴承座13内，主要作用是为电机油的循环提供动力。增压叶轮14吸入口位于止推轴承座13与底座16之间的腔体顶部，吸入口外部安装有滤网15，用于过滤电机油循环过程中可能携带的杂质。
2个管路接口18分别位于定子总成10内腔上部和止推轴承座13与底座16之间的腔体底部，用于联接补偿器B和散热器C，也是电机油循环通道。
电机内部各个腔体之间由联接段7分隔，联接段7上安装有扶正轴承2，其润滑介质为电机油。
电机顶盖1、电机外壳6、联接段7、定子总成10和底座16等所有与海水接触的零部件材质为不锈钢，可以保证在深海环境下耐腐蚀。
为保证电机长期稳定可靠的工作，为整个水下生产系统提供可靠的动力，电机A需要与补偿器B和散热器C配套使用以下简称水下电机系统。补偿器B可以平衡电机系统内部与外界环境的压力，从而保证水下电机系统密封的可靠性。补偿器B内有一个较大的储油空间，用于补偿电机系统内电机油的损失，保证水下电机系统内各个零部件的充分润滑。散热器C的作用是使电机油与外界环境进行热交换，从而降低水下电机系统的温度，保证水下电机系统的长期可靠的工作。
实施例
参照图2，当电机A启动开始工作时，系统内部的电机油温度逐渐升高，电机油受热体积逐渐膨胀推动补偿器B的胶囊体积变大至系统内外压差平衡；当电机A发热量减少或停机时，系统内部的电机油温度逐渐降低，电机油体积逐渐收缩推动补偿器B内的胶囊体积收缩至系统内外压差平衡。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大功率充油式水下电机，包括电机顶盖（1）、机械密封（2）、扶正轴承（3）、护轴管（4）、导流环（5）、电机外壳（6）、联接段（7）、电机轴（8）、转子总成（9）、定子总成（10）、电缆接口（11）、止推轴承（12）、止推轴承座（13）、增压叶轮（14)、滤网（15）、底座（16）、O型圈（17）、管路接口（18），其特征在于：机械密封（2），电机顶盖（1）、电机外壳（6）、联接段（7）、定子总成（10）和底座（16）之间的O型圈（17）通过静密封将电机内部与外部环境分隔开，电机外壳（6）的内部充满矿物质油，两套机械密封（2）安装于电机轴（8）的上端部，其中一套机械密封（2）位于电机顶盖（1）上，另一套机械密封（2）位于定子总成（10）上部的联接段（7）上。
2.根据权利要求1的一种大功率充油式深潜水下电机，其特征在于：两套机械密封（2）之间的腔体通过联接段（7）分割成上腔体和下腔体，导流环（5）和扶正轴承（3）分别安装于上腔体内、机械密封（2）下的电机轴（8）上，护轴管（4）安装于扶正轴承（3）和联接段（7）之间的电机轴（8）外部，将上、下腔体联通。
3.根据权利要求2的一种大功率充油式深潜水下电机，其特征在于：下腔体与定子总成（10）内腔之间通过联接段（7）分隔，上腔体和下腔体之间不直接联通。
4.根据权利要求2的一种大功率充油式深潜水下电机，其特征在于：上腔体与定子总成（10）内腔通过护轴管（4）联通。
5.根据权利要求1的一种大功率充油式深潜水下电机，其特征在于：电缆接口（11）位于定子总成（10）上部，且电缆接口（11）与电缆插头之间通过O型圈静密封。
6.根据权利要求1的一种大功率充油式深潜水下电机，其特征在于：定子总成（10）下部与联接段（7）相联接，且联接段（7）下端位于止推轴承（12）的内腔中，联接段（7）上设有通孔，定子总成（10）内腔与止推轴承（12）内腔之间通过联接段（7）联通，止推轴承座（13）安装于止推轴承（12）腔内的电机轴（8）上，增压叶轮（14）安装于止推轴承座（13）内。
7.根据权利要求6的一种大功率充油式深潜水下电机，其特征在于：增压叶轮（14）吸入口位于止推轴承座（13）与底座（16）之间的腔体顶部，且增压叶轮（14）吸入口外部安装有滤网。
8.根据权利要求1的一种大功率充油式深潜水下电机，其特征在于：两个管路接口（18）分别安装于定子总成（10）内腔上部和止推轴承座（13）与底座（16）之间的腔体底部。
9.根据权利要求1的一种大功率充油式深潜水下电机，其特征在于：定子总成（10）的下线方式为穿线式。
10.根据权利要求1的一种大功率充油式深潜水下电机，其特征在于：电机顶盖（1）、电机外壳（6）、联接段（7）、定子总成（10）和底座（16）之间通过法兰联接，电机顶盖（1）、电机外壳（6）、联接段（7）、定子总成（10）和底座（16）均采用不锈钢材质。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170426 |