RU184110U1

RU184110U1 - HYDRAULIC PROTECTION OF SUBMERSIBLE MOTOR

Info

Publication number: RU184110U1
Application number: RU2018127424U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Николаевич Лебедев; Сергей Николаевич Пещеренко; Виктор Георгиевич Островский
Original assignee: Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2018-10-16

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для механизированной добычи нефти, в частности к оборудованию для защиты погружного маслонаполненного электродвигателя от попадания пластовой жидкости. Технический результат - повышение надежности гидрозащиты электродвигателя и увеличение срока его эксплуатации за счет уменьшения вибрации вала. Гидрозащита содержит основание с фланцем, нижний, средний и верхний корпуса в виде труб, диафрагму, установленную в среднем корпусе, нижний и верхний ниппели, осевой и радиальные подшипники, лабиринтную камеру, головку и вал с торцевыми уплотнениями для передачи крутящего момента от погружного электродвигателя к насосу, проходящий через центральные отверстия ниппелей и основания. Радиальные подшипники скольжения, установленные в нижнем и верхнем ниппелях, выполнены сдвоенными, а расстояние между радиальными подшипниками скольжения, расположенными в головке гидрозащиты и верхнем ниппеле, уменьшено за счет сокращения длины лабиринтной камеры до величины, обеспечивающей уменьшение вибрации вала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to equipment for mechanized oil production, in particular to equipment for protecting a submersible oil-filled electric motor from ingress of formation fluid. The technical result is an increase in the reliability of hydraulic protection of the electric motor and an increase in the period of its operation by reducing vibration of the shaft. Hydroprotection contains a base with a flange, lower, middle and upper housings in the form of pipes, a diaphragm mounted in the middle housing, lower and upper nipples, axial and radial bearings, a labyrinth chamber, a head and a shaft with mechanical seals for transmitting torque from a submersible motor to a pump passing through the central holes of the nipples and the base. The radial plain bearings installed in the lower and upper nipples are doubled, and the distance between the radial plain bearings located in the hydraulic protection head and the upper nipple is reduced by reducing the length of the labyrinth chamber to a value that reduces shaft vibration. 1 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для механизированной добычи нефти, в частности, к оборудованию для защиты погружного маслонаполненного электродвигателя от попадания пластовой жидкости.The utility model relates to equipment for mechanized oil production, in particular, to equipment for protecting a submersible oil-filled electric motor from ingress of formation fluid.

Из уровня техники известна гидрозащита погружного электродвигателя [Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007, С 355-357], состоящая из основания с первым радиальным подшипником скольжения и фланцем в нижней части для стыковки с погружным электродвигателем (ПЭД), нижнего, среднего и верхнего корпусов в виде трубы, нижнего и верхнего ниппелей, осевого и радиальных подшипников, головки и вала для передачи крутящего момента от погружного электродвигателя к насосу, проходящего через центральные отверстия ниппелей и основания. В полости между нижним ниппелем и основанием расположен осевой подшипник и масляный фильтр, к верхней части ниппеля присоединен средний корпус, внутри которого расположена диафрагма. Радиальные подшипники скольжения размещены в основании, внутри верхнего и нижнего ниппелей. В верхней части верхнего ниппеля расположено торцевое уплотнение. Под головкой гидрозащиты в верхнем корпусе образована лабиринтная камера, внутри которой установлены встречно направленные верхняя и нижняя трубки, гидравлически соединенные снизу с полостью над диафрагмой, сверху с полостью под торцевым уплотнением, под которым расположен верхний радиальный подшипник, а сверху отбойник, защищающий от попадания механических примесей в торцевое уплотнение.The prior art hydroprotection of a submersible electric motor [Ageev Sh.R., Grigoryan E.E., Makienko GP Russian installations of vane pumps for oil production and their application. Encyclopedic reference book. Perm: Press-Master LLC, 2007, C 355-357], consisting of a base with a first radial plain bearing and a flange in the lower part for docking with a submersible electric motor (PEM), lower, middle and upper bodies in the form of a pipe, lower and upper nipples, axial and radial bearings, head and shaft for transmitting torque from the submersible motor to the pump passing through the central holes of the nipples and the base. An axial bearing and an oil filter are located in the cavity between the lower nipple and the base, and the middle case is attached to the upper part of the nipple, inside of which there is a diaphragm. Radial plain bearings are located at the base, inside the upper and lower nipples. An end seal is located in the upper part of the upper nipple. A labyrinth chamber is formed under the hydroprotection head in the upper case, inside of which there are installed opposite upper and lower tubes, hydraulically connected from below to the cavity above the diaphragm, from above to the cavity under the mechanical seal, under which the upper radial bearing is located, and on top of the bump, protecting against mechanical impurities in the mechanical seal.

Гидрозащита стыкуется с корпусом ПЭД через основание с фланцем в нижней части, вал гидрозащиты через муфту соединяется с валом ПЭД, передающим крутящий момент через гидрозащиту на погружной насос, при этом осевую нагрузку от погружного насоса воспринимает осевой подшипник, установленный в нижней полости гидрозащиты, а при помощи радиальных подшипников скольжения происходит центрирование вала внутри корпуса. За счет торцевых уплотнений, расположенных в верхнем ниппеле и головке гидрозащиты, осуществляется герметизация пространства между вращающимся валом и корпусом гидрозащиты. В лабиринтной камере происходит гравитационное разделение масла, находящегося в гидрозащите, и скважинной жидкости, попадающей в лабиринтную камеру через головку гидрозащиты.Hydroprotection is connected to the PED body through the base with a flange in the lower part, the hydroprotection shaft is connected via the coupling to the PED shaft, which transmits torque through the hydroprotection to the submersible pump, while the axial load absorbed by the submersible pump is installed in the lower cavity of the hydroprotection, and when Using radial plain bearings, the shaft is centered inside the housing. Due to mechanical seals located in the upper nipple and the hydraulic protection head, the space between the rotating shaft and the hydraulic protection housing is sealed. In the labyrinth chamber there is a gravitational separation of the oil in the hydroprotection and the well fluid that enters the labyrinth chamber through the hydroprotection head.

При всей универсальности данной конструкции она имеет недостаток, а именно наличие резонансного явления при разгоне до номинальной частоты. При работе установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) в режиме периодической эксплуатации за счет частых включений УЭЦН такая повышенная вибрация может негативно сказаться на надежности гидрозащиты и УЭЦН в целом.Despite the versatility of this design, it has a drawback, namely the presence of a resonance phenomenon during acceleration to the nominal frequency. When the installation of the electric centrifugal pump (ESP) in the periodic operation mode due to the frequent switching on of the ESP, such increased vibration can negatively affect the reliability of the hydraulic protection and the ESP as a whole.

Задачей данной полезной модели является повышение надежности гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя и увеличение срока его эксплуатации за счет уменьшения вибрации вала.The objective of this utility model is to increase the reliability of the hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor and increase its service life by reducing shaft vibration.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидрозащите погружного электродвигателя, содержащей основание с фланцем, нижний, средний и верхний корпуса в виде труб, диафрагму, установленную в среднем корпусе, нижний и верхний ниппели, осевой и радиальные подшипники, лабиринтную камеру, головку и вал с торцевыми уплотнениями для передачи крутящего момента от погружного электродвигателя к насосу, проходящий через центральные отверстия ниппелей и основания, согласно полезной модели, установленные в нижнем и верхнем ниппелях радиальные подшипники скольжения сдвоены, а расстояние между радиальными подшипниками скольжения, расположенными в головке гидрозащиты и верхнем ниппеле, уменьшено за счет сокращения длины лабиринтной камеры до величины, обеспечивающей уменьшение вибрации вала.The specified technical result is achieved in that in the hydraulic protection of a submersible electric motor containing a base with a flange, the lower, middle and upper housings in the form of pipes, a diaphragm mounted in the middle housing, lower and upper nipples, axial and radial bearings, a labyrinth chamber, a head and a shaft with mechanical seals for transmitting torque from the submersible motor to the pump, passing through the central holes of the nipples and the base, according to the utility model, installed in the lower and upper nipples cial bearings are doubled, as the distance between the radial slide bearings arranged in the head of the seal section and the upper nipple is reduced by reducing the length of the labyrinth chamber to a value that ensures a reduction shaft vibration.

В некоторых частных случаях радиальный подшипник скольжения, расположенный в головке гидрозащиты, может быть выполнен сдвоенным.In some special cases, the radial plain bearing located in the hydroprotection head can be made double.

Установка в нижнем и верхнем ниппеле сдвоенных радиальных подшипников скольжения увеличивает радиальную устойчивость вала и гасит колебания от осевого подшипника.Installing double radial plain bearings in the lower and upper nipples increases the radial stability of the shaft and dampens vibrations from the axial bearing.

Сокращение лабиринтной камеры, уменьшающее расстояние между радиальными подшипниками скольжения, расположенными в головке гидрозащиты и верхнем ниппеле рядом с торцевыми уплотнениями, направлено на то, чтобы уменьшить величину вибрации вала, что существенно повышает надежность гидрозащиты. Численное значение длины лабиринтной камеры определяется расчетным путем в зависимости от условий эксплуатации.The reduction of the labyrinth chamber, which reduces the distance between the radial plain bearings located in the hydraulic protection head and the upper nipple near the mechanical seals, is aimed at reducing the vibration of the shaft, which significantly increases the reliability of the hydraulic protection. The numerical value of the length of the labyrinth chamber is determined by calculation, depending on operating conditions.

Сущность полезной модели поясняется Фиг. The essence of the utility model is illustrated in FIG.

Гидрозащита состоит из основания 1 с фланцем 2 в нижней части для стыковки с ПЭД (на схеме не указан), внутри основания 1 установлен первый радиальный подшипник скольжения 3. Снаружи к верхней части основания 1 последовательно присоединены нижний корпус 4 в виде трубы и нижний ниппель 5 с образованием при этом камеры осевого подшипника 6, внутри которой расположен сдвоенный радиальный подшипник скольжения 7. В полости между нижним ниппелем 5 и основанием 1 расположен осевой подшипник 8, к верхней части нижнего ниппеля 5 присоединен средний корпус 9 в виде трубы, внутри которого расположена диафрагма 10. Верхний конец среднего корпуса 9 присоединен к верхнему ниппелю 11, внутри которого также расположен сдвоенный радиальный подшипник скольжения 12, а в верхней части расположено нижнее торцевое уплотнение 13. К верхней части верхнего ниппеля 11 снаружи присоединен верхний корпус 14 в виде трубы, соединенный в верхней части с вышерасположенной головкой 15 гидрозащиты. Между верхним ниппелем 11 и головкой 15 образована лабиринтная камера 16, внутри которой установлена полая трубка 17, гидравлически связанная сверху с полостью под верхним торцевым уплотнением 18. Ниже верхнего торцевого уплотнения 18 в головке 5 расположен сдвоенный радиальный подшипник 19, а выше - отбойник 20, защищающий торцевое уплотнение 18 от попадания механических примесей. Через гидрозащиту пропущен вал 21, опирающийся на радиальные подшипники скольжения 3, 7, 12, 19 и проходящий через центральные отверстия ниппелей 5, 11 и основания 1.Hydroprotection consists of base 1 with a flange 2 in the lower part for docking with the SEM (not shown in the diagram), inside the base 1, the first radial plain bearing 3 is installed. Outside the lower part 4 in the form of a pipe and the lower nipple 5 are sequentially connected to the upper part of the base 1 with the formation of an axial bearing chamber 6, inside of which there is a double radial plain bearing 7. An axial bearing 8 is located in the cavity between the lower nipple 5 and the base 1, and the middle body is attached to the upper part of the lower nipple 5 9 in the form of a tube, inside which the diaphragm 10 is located. The upper end of the middle housing 9 is connected to the upper nipple 11, inside of which there is also a double radial plain bearing 12, and in the upper part there is a lower mechanical seal 13. To the upper part of the upper nipple 11 is connected externally the upper case 14 in the form of a pipe connected in the upper part to the upstream head 15 of the hydraulic protection. A labyrinth chamber 16 is formed between the upper nipple 11 and the head 15, inside of which a hollow tube 17 is mounted, hydraulically connected from above to the cavity under the upper mechanical seal 18. A double radial bearing 19 is located below the upper mechanical seal 18 in the head 5, and above the bump 20, protecting the mechanical seal 18 from ingress of mechanical impurities. A shaft 21 is passed through the hydraulic protection, resting on radial plain bearings 3, 7, 12, 19 and passing through the central holes of the nipples 5, 11 and the base 1.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Гидрозащита основанием 1 крепится через фланец 2 к головке ПЭД (на схеме не указан), а головкой 15 присоединяется к насосу (входному модулю насоса, газосепаратору или насосной секции) (на схеме не указаны), концы вала 21 гидрозащиты через муфты (на схеме не указаны) соединяются с валом ПЭД и насоса, после чего производят заполнение гидрозащиты маслом. При запуске ПЭД вал 21 передает крутящий момент присоединенному устройству (входному модулю насоса, газосепаратору или насосной секции) (на схеме не указаны), опираясь на радиальные подшипники скольжения 3, 7, 12, 19, при этом осевую нагрузку от насоса (на схеме не указан) воспринимает осевой подшипник 8, при разогреве масла диафрагма 10 расширяется, компенсируя требуемый объем. При увеличении частоты вращения вала 21 в осевом подшипнике 8 возникает вибрация, которая передается через вал 21 на радиальные подшипники скольжения 3, 7, 12, 19, однако, за счет установки сдвоенных радиальных подшипников 7 и 12, повышающих радиальную устойчивость вала, отсутствует утечка масла через нижнее торцевое уплотнение 13. Уменьшение объема лабиринтной камеры 16 с целью задания необходимого расстояния между сдвоенным радиальным подшипником 12 и верхним радиальным подшипником 19, приводит к уменьшению вибрации, что существенно повышает надежность УЭЦН и вероятность безотказной работы.Hydroprotection with base 1 is attached through flange 2 to the SEM head (not shown in the diagram), and by head 15 it is connected to the pump (pump input module, gas separator or pump section) (not shown in the diagram), the ends of the hydraulic protection shaft 21 through couplings (not shown in the diagram indicated) are connected to the shaft of the SEM and pump, after which they fill the hydraulic protection with oil. When starting the PEM, the shaft 21 transmits torque to the attached device (pump input module, gas separator or pump section) (not shown in the diagram), relying on radial plain bearings 3, 7, 12, 19, while the axial load from the pump (not shown in the diagram indicated) perceives the axial bearing 8, when the oil is heated, the diaphragm 10 expands, compensating for the required volume. With an increase in the rotational speed of the shaft 21 in the axial bearing 8, vibration occurs, which is transmitted through the shaft 21 to the radial plain bearings 3, 7, 12, 19, however, due to the installation of double radial bearings 7 and 12, which increase the radial stability of the shaft, there is no oil leakage through the lower mechanical seal 13. The reduction in the volume of the labyrinth chamber 16 in order to set the required distance between the double radial bearing 12 and the upper radial bearing 19 leads to a decrease in vibration, which significantly increases zhnosti ESP and the probability of failure-free operation.

Claims

1. Hydroprotection of a submersible electric motor, comprising a base with a flange, lower, middle and upper housings in the form of pipes, a diaphragm mounted in the middle housing, lower and upper nipples, axial and radial bearings, a labyrinth chamber, a head and a shaft with mechanical seals for transmitting torque moment from the submersible electric motor to the pump passing through the central holes of the nipples and the base, characterized in that the radial plain bearings installed in the lower and upper nipples are made double, and distance between radial slide bearings arranged in the head of the seal section and the upper nipple is reduced by reducing the length of the labyrinth chamber to a value that ensures a reduction shaft vibration.

2. Hydroprotection according to claim 1, characterized in that the radial plain bearing located in the hydroprotection head is made double.