RU2194349C1

RU2194349C1 - Device for hydraulic protection of submersible oil- filled electric motor

Info

Publication number: RU2194349C1
Application number: RU2001131408/09A
Authority: RU
Inventors: А.Х. Шильман; А.Ф. Довгаль
Original assignee: Открытое акционерное общество "Борец"
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2002-12-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device is used for electric drives of submersible pump units designed for lifting liquids from boreholes and functions to compensate for changes in oil volume within motor caused by temperature fluctuations in the course of motor operation and during its shutdown periods and to prevent water hammer during downtake motion in borehole. Device has diaphragm clearance 16 of its upper chamber 6 communicating with hole clearance through channel formed by intercommunicating radial and axial holes 23, 25 provided in fitting 9. Axial hole 25 is sealed with rubber rings 30 through integrated annular slots 26, 29 and communicates with hole 28 in support 19 of diaphragm 13 which communicates on other end through radial hole 27 with lower part of diaphragm clearance 16 in upper chamber 6. EFFECT: facilitated manufacture and assembly of device. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в электроприводах погружных насосных агрегатов для подъема жидкости из скважин. The invention relates to electrical engineering and can be used in electric submersible pumping units for lifting liquids from wells.

Известно устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее корпус, вал, внешнюю, среднюю и нижнюю камеры, расположенные вдоль оси вала. Камеры образованы торцовыми уплотнениями, фланцами (ниппелями) и корпусом. В средней и нижней камерах герметично закреплены диафрагмы, разделяющие их на задиафрагменные и внутридиафрагменные полости, причем задиафрагменная полость средней камеры гидравлически соединена с внешней камерой, связанной с затрубным пространством, с помощью специально проложенной трубки для отвода избыточного количества масла, возникающего в маслозаполненном электродвигателе при нагреве в процессе работы [1]. A device for the hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, comprising a housing, a shaft, an external, middle and lower chambers located along the axis of the shaft. The chambers are formed by mechanical seals, flanges (nipples) and the housing. In the middle and lower chambers, the diaphragms are hermetically fixed, dividing them into diaphragm and intra-diaphragm cavities, and the diaphragm cavity of the middle chamber is hydraulically connected to the external chamber associated with the annulus using a specially laid tube to drain the excess amount of oil that occurs in the oil-filled electric motor when heated in the process of [1].

Недостатком известного технического решения является то, что при изготовлении и сборке устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя возникают сложности технологического характера, связанные с необходимостью прокладки трубки для отвода избыточного количества масла через ряд сопрягающихся деталей. A disadvantage of the known technical solution is that in the manufacture and assembly of the device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, technological difficulties arise associated with the need to lay a pipe to drain excess oil through a number of mating parts.

Кроме того, при спуске устройства в скважину, в момент соприкосновения с пластовой жидкостью, возникает гидравлический удар, который, в данном случае, напрямую, по трубке, будет действовать на диафрагму и элементы ее крепления, а это может привести к нарушению герметичности крепления диафрагмы и, как следствие, к выходу из строя устройства гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя в целом. In addition, when the device is lowered into the well, at the moment of contact with the formation fluid, a hydraulic shock occurs, which, in this case, directly through the tube will act on the diaphragm and its fastening elements, and this can lead to a violation of the tightness of the fastening of the diaphragm and as a consequence, the failure of the hydraulic protection device of the submersible oil-filled electric motor as a whole.

При работе погружного агрегата, возникающая вибрация, нередко приводит к разрушению креплений трубки, что снижает надежность работы устройства гидравлической защиты электродвигателя. During operation of the submersible unit, the vibration that often arises leads to the destruction of the tube mounts, which reduces the reliability of the hydraulic motor protection device.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении технологичности при изготовлении устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, повышении надежности во время работы и предотвращении воздействия гидравлического удара при спуске в скважину. The technical result achieved by using the present invention is to increase manufacturability in the manufacture of a device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, to increase reliability during operation and to prevent the effects of water hammer during descent into the well.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, состоящем из корпуса, вала, верхней камеры, расположенной вдоль оси вала между верхним и промежуточным ниппелями, внутри которой на опоре герметично закреплена диафрагма, разделяющая камеру на задиафрагменную и внутридиафрагменную полости, задиафрагменная полость гидравлически связана с затрубным пространством посредством канала, образованного сообщающимися между собой двумя отверстиями, выполненными в верхнем ниппеле, одно из которых проходит в радиальном направлении и связано с затрубным пространством, а другое отверстие проходит в осевом направлении и через кольцевую канавку в верхнем ниппеле, совмещенную с кольцевой канавкой в опоре диафрагмы, сообщено с продольным отверстием, выполненным в опоре диафрагмы, сообщающимся через радиальное отверстие, выполненное в опоре диафрагм, с нижней частью задиафрагменной полости верхней камеры, при этом совмещенные друг с другом, кольцевые канавки в верхнем ниппеле и в опоре диафрагмы загерметизированы резиновыми кольцами. The specified technical result is achieved due to the fact that in the device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, consisting of a housing, a shaft, an upper chamber located along the axis of the shaft between the upper and intermediate nipples, inside of which a diaphragm is sealed to the support, separating the chamber into a diaphragm and intra-diaphragm cavity, the diaphragm cavity is hydraulically connected to the annular space through a channel formed by two openings interconnected holes made in the upper nipple, one of which extends in the radial direction and is connected with the annulus, and the other hole passes in the axial direction and through the annular groove in the upper nipple, combined with the annular groove in the diaphragm support, communicated with a longitudinal hole made in a diaphragm support communicating through a radial hole made in the diaphragm support with the lower part of the diaphragm cavity of the upper chamber, while the annular grooves in the upper nipple and in the supports being combined with each other Aperture sealed with rubber rings.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя. The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, which shows a General view of the device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor.

Устройство для гидравлической защиты размещено между насосом и электродвигателем и состоит из основания 1, головки 2, сдвоенного торцового уплотнения 3, торцового уплотнения 4, установленных последовательно на валу 5, верхней камеры 6 и нижней камеры 7. Верхняя камера 6 образована корпусом 8, верхним ниппелем 9 и промежуточным ниппелем 10, а нижняя камера 7 образована корпусом 11, промежуточным ниппелем 10 и нижним ниппелем 12. Обе камеры 6, 7 размешены вдоль вала 5 и внутри каждой из них установлены диафрагмы 13 и 14, выполненные в виде боченкообразных пластичных элементов. Диафрагма 13 разделяет верхнюю камеру 6 на внутридиафрагменную полость 15 и задиафрагменную полость 16, а диафрагма 14 разделяет нижнюю камеру 7 на внутридиафрагменную полость 17 и задиафрагменную полость 18. Диафрагмы 13 и 14 герметично закреплены своими основаниями на опорах 19 и 20. В каналах верхнего ниппеля 9 и среднего ниппеля 10 установлены обратные клапаны 21 и 22, обеспечивающие поступление масла в задиафрагменные полости 16 и 18 соответственно верхней камеры 6 и нижней камеры 7. A device for hydraulic protection is placed between the pump and the electric motor and consists of a base 1, a head 2, a double mechanical seal 3, a mechanical seal 4 mounted in series on the shaft 5, the upper chamber 6 and the lower chamber 7. The upper chamber 6 is formed by the housing 8, the upper nipple 9 and the intermediate nipple 10, and the lower chamber 7 is formed by the housing 11, the intermediate nipple 10 and the lower nipple 12. Both chambers 6, 7 are placed along the shaft 5 and inside each of them are installed diaphragms 13 and 14, made in the form of a bar elastic elements. The diaphragm 13 divides the upper chamber 6 into the intra-diaphragm cavity 15 and the diaphragm cavity 16, and the diaphragm 14 divides the lower chamber 7 into the intra-diaphragm cavity 17 and the diaphragm cavity 18. The diaphragms 13 and 14 are hermetically fixed with their bases on the supports 19 and 20. In the channels of the upper nipple 9 and the middle nipple 10, check valves 21 and 22 are installed, which ensure the flow of oil into the diaphragm cavities 16 and 18 of the upper chamber 6 and the lower chamber 7, respectively.

Вдоль вала, в ниппелях 9, 10, 12 и в опорах 19, 20 диафрагм выполнены каналы, по которым масло поступает в полость гидрозащиты, заполняя их. Для отвода воздуха и части масла из полости гидрозащиты в затрубное пространство, образованное обсадной колонной скважины (на чертеже не показано) и корпусом 8, в верхнем ниппеле 9 выполнено отверстие 23 с пробкой. Задиафрагменная полость 16 верхней камеры 6 гидравлически сообщена с затрубным пространством посредством канала, который образован радиальным отверстием 24, осевым отверстием 25 и кольцевой канавкой 26, выполненными в верхнем ниппеле 9, и радиальным отверстием 27, продольным отверстием 28 и кольцевой канавкой 29, выполненными в опоре 19 диафрагмы 13. Кольцевые канавки 26 и 29 совмещены между собой и загерметизированы резиновыми кольцами 30. Along the shaft, in the nipples 9, 10, 12 and in the supports 19, 20 of the diaphragms, channels are made through which oil enters the hydraulic protection cavity, filling them. To divert air and part of the oil from the hydroprotection cavity into the annulus formed by the casing of the well (not shown in the drawing) and the housing 8, an opening 23 with a plug is made in the upper nipple 9. The rear-orifice cavity 16 of the upper chamber 6 is hydraulically in communication with the annular space through a channel formed by a radial hole 24, an axial hole 25 and an annular groove 26 made in the upper nipple 9, and a radial hole 27, a longitudinal hole 28 and an annular groove 29 made in the support 19 of the diaphragm 13. The annular grooves 26 and 29 are aligned with each other and sealed with rubber rings 30.

Перед спуском в скважину устройство гидравлической защиты вместе с электродвигателем заполняют трансформаторным маслом, которое, проходя по каналу вдоль вала 5 и радиальным каналам в опоре 20, поступает в внутридиафрагменную полость 17, а через обратный клапан 22 в задиафрагменную полость 18 нижней камеры 7. Далее, по продольному каналу в промежуточном ниппеле 10, масло поступает в полость, прилегающую к торцовому уплотнению 4, по каналу вдоль оси вала в внутридиафрагменную полость 15 и через обратный клапан 21 в задиафрагменную полость 16 верхней камеры 6. Из задиафрагменной полости 16 масло проходит по продольному каналу в верхнем ниппеле 9 в полость, прилегающую к сдвоенному торцовому уплотнению 3. Заполнение маслом производится до тех пор, пока весь воздух не вытеснится через отверстие 23, после чего отверстие 23 закрывают пробкой. Одновременно масло заполняет канал, постоянно связывающий задиафрагменную полость 16 верхней камеры 6 с затрубным пространством, который образован отверстиями 27, 28 и канавкой 29, выполненными в опоре 19, и соединенные через канавку 26 с отверстиями 25, 24, выполненными в ниппеле 9. Before lowering into the well, the hydraulic protection device together with the electric motor is filled with transformer oil, which, passing along the channel along the shaft 5 and the radial channels in the support 20, enters the intra-diaphragm cavity 17, and through the check valve 22 into the diaphragm cavity 18 of the lower chamber 7. Next, along the longitudinal channel in the intermediate nipple 10, the oil enters the cavity adjacent to the mechanical seal 4, along the channel along the shaft axis into the intra-diaphragm cavity 15 and through the check valve 21 into the diaphragm cavity 16 of the upper chambers 6. From the diaphragm cavity 16, the oil passes through the longitudinal channel in the upper nipple 9 into the cavity adjacent to the twin mechanical seal 3. Oil is filled until all air is displaced through the opening 23, after which the hole 23 is closed with a stopper. At the same time, oil fills the channel, constantly connecting the diaphragm cavity 16 of the upper chamber 6 with the annular space, which is formed by holes 27, 28 and a groove 29 made in the support 19, and connected through a groove 26 with holes 25, 24 made in the nipple 9.

Работает устройство гидравлической защиты следующим образом. При включении электродвигателя масло, заполняющее его полости, нагревается и, расширяясь в объеме, перетекает в устройство гидравлической защиты. Возникшее при этом избыточное давление передается во все полости устройства гидравлической защиты, заполненные маслом, и доходит до задиафрагменной полости 16 верхней камеры 6. Под воздействием давления масло начинает вытекать из задиафрагменной полости 16 в затрубное пространство по каналу, образованному радиальным отверстием 27, продольным отверстием 28 и канавкой 29, выполненными в опоре 19, и канавкой 26, осевым отверстием 25 и радиальным отверстием 24, выполненными в верхнем ниппеле 9, до тех пор, пока давление во всех полостях устройства гидравлической защиты и электродвигателя не выравнится. The hydraulic protection device operates as follows. When the electric motor is turned on, the oil filling its cavities is heated and, expanding in volume, flows into the hydraulic protection device. The resulting overpressure is transmitted to all the cavities of the hydraulic protection device, filled with oil, and reaches the diaphragm cavity 16 of the upper chamber 6. Under pressure, the oil starts to flow from the diaphragm cavity 16 into the annulus through the channel formed by the radial hole 27, the longitudinal hole 28 and a groove 29, made in the support 19, and a groove 26, an axial hole 25 and a radial hole 24, made in the upper nipple 9, until the pressure in all cavities of the device guide avlicheskoy protection and the electric motor is not aligned.

При остановке электродвигателя происходит обратный процесс движения масла. За счет уменьшения объема при остывании, масло перетекает из устройства гидравлической защиты в электродвигатель. При этом по каналу, связывающему задиафрагменную полость 16 верхней камеры 6 с затрубным пространством, в полость 16 поступает пластовая жидкость, под действием давления которой диафрагма 13 уменьшает объем внутридиафрагменной полости 15, и масло, вытесняясь из полости 15, перетекает по каналам устройства гидравлической защиты и выравнивает давление в электродвигателе. When the motor stops, the reverse process of oil movement occurs. By reducing the volume during cooling, the oil flows from the hydraulic protection device to the electric motor. In this case, formation fluid enters the cavity 16 through the channel connecting the trans-diaphragm cavity 16 of the upper chamber 6 with the annulus 16, under the pressure of which the diaphragm 13 reduces the volume of the intra-diaphragm cavity 15, and the oil displaced from the cavity 15 flows through the channels of the hydraulic protection device and equalizes pressure in the electric motor.

Таким образом, предложенная конструкция гидравлической защиты обеспечивает надежную компенсацию изменения объема масла в электродвигателе, обусловленную температурными колебаниями во время работы и остановок погружного маслозаполненного электродвигателя. В то же время, за счет гидравлической связи задиафрагменной полости верхней камеры устройства гидравлической защиты с затрубным пространством, выполненной с помощью канала, описанного выше, устройство приобретает следующие преимущества:
- упрощается технология изготовления устройства и его сборка, так как отпадает необходимость в прокладке специальной трубки через сопрягающиеся узлы и детали устройства гидрозащиты;
- выполнение гидравлической связи задиафрагменной полости в устройстве гидравлической защиты с затрубным пространством в виде сочетания осевых и радиальных отверстий, обеспечивает гашение гидравлического удара, возникающего при спуске устройства в скважину и тем самым устраняет его разрушающее воздействие на основные узлы и детали устройства гидравлической защиты.Thus, the proposed design of hydraulic protection provides reliable compensation for changes in the volume of oil in the electric motor, due to temperature fluctuations during operation and stops the submersible oil-filled electric motor. At the same time, due to the hydraulic connection of the diaphragm cavity of the upper chamber of the hydraulic protection device with the annulus made using the channel described above, the device acquires the following advantages:
- simplifies the manufacturing technology of the device and its assembly, since there is no need to lay a special tube through the mating nodes and parts of the hydraulic protection device;
- the hydraulic connection of the diaphragm cavity in the hydraulic protection device with the annular space in the form of a combination of axial and radial holes ensures the damping of the hydraulic shock that occurs when the device is lowered into the well and thereby eliminates its destructive effect on the main components and details of the hydraulic protection device.

Источники информации
1. Описание к авторскому свидетельству 1494130 от 22.10.87, МПК⁴ Н 02 К 5/12.Sources of information
1. Description to the copyright certificate 1494130 dated 10.22.87, IPC ⁴ N 02 K 5/12.

Claims

1. Device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, comprising a housing, a shaft, an upper chamber located along the axis of the shaft and formed by a housing, upper and intermediate nipples, a diaphragm sealed on the support inside the upper chamber, separating the chamber into a diaphragm and intra-diaphragm cavity, and a diaphragm the cavity is hydraulically connected to the annulus, characterized in that the hydraulic connection of the diaphragm cavity of the upper chamber with the annulus m is made by means of a channel formed by two openings communicating with each other, made in the upper nipple, one of which extends in the radial direction and is connected with the annulus, and the other hole passes in the axial direction and through the annular groove in the upper nipple, combined with the annular groove in the diaphragm support communicates with a longitudinal hole made in the diaphragm support, communicating through a radial hole made in the diaphragm support, with the lower part of the diaphragm cavity her camera.

2. The device according to claim 1, characterized in that the annular groove in the upper nipple and the combined annular groove in the diaphragm support are sealed with rubber rings.