RU2296244C1

RU2296244C1 - Device for cooling and protection of end seal of submersible electric motor from hard particles

Info

Publication number: RU2296244C1
Application number: RU2005124345/06A
Authority: RU
Inventors: Андрей Викторович Булатов (RU); Андрей Викторович Булатов; Андрей Тимофеевич Мурзин (RU); Андрей Тимофеевич Мурзин; Виктор Михайлович Сухоруков (RU); Виктор Михайлович Сухоруков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Электромеханический завод"
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2007-03-27

Abstract

FIELD: oil producing industry; well pumps.

SUBSTANCE: invention relates to design of electric motors of well pumps. Proposed device for cooling and protection of end seal of submersible electric motor of submersible pump from hard particles has disk with blades installed on outer surface of coupling connecting submersible pump with electric motor which is drive of pump. Blades are installed for evacuation of hard particles from zone of end seal through holes in electric motor housing at level of blades and delivery of fresh well liquid through holes in pump base located higher than blades. Hollow cylinder found in lower part of connecting coupling forms, together with cylindrical part of fixed ring of end seal, a clearance being essentially channel to remove hard particles from zone of end seal.

EFFECT: increased service life of electric motor owing to prevention of getting of abrasive particles into friction zone of end seal rings.

7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидромашиностроения, а именно к области производства насосов и компрессоров, в частности погружных насосов, и может быть использовано при производстве электродвигателей погружных насосов, преимущественно применяемых для подъема из скважины растворов и суспензий полезных ископаемых.The invention relates to the field of hydraulic engineering, and in particular to the field of production of pumps and compressors, in particular submersible pumps, and can be used in the manufacture of electric motors of submersible pumps, mainly used for lifting solutions and suspensions of minerals from a well.

Погружные электродвигатели используют в качестве привода многоступенчатых центробежных погружных насосов, предназначенных для подъема агрессивных жидкостей из скважины.Submersible electric motors are used as a drive for multistage centrifugal submersible pumps designed to lift aggressive fluids from the well.

Для защиты внутренней полости электродвигателя от попадания в нее агрессивных жидкостей обычно используют торцевое уплотнение. Оно состоит из неподвижного кольца, установленного в корпусе, и вращающего кольца, установленного на валу электродвигателя. В процессе работы скважинная жидкость заполняет полость, примыкающую к торцевому уплотнению. Это обеспечивает теплоотвод от трущихся друг о друга колец уплотнения. Но при этом вместе с жидкостью в эту полость попадают абразивные частицы, присущие в растворе, которые многократно ускоряют износ колец, что нарушает герметичность внутренней полости электродвигателя. В нее попадает агрессивная скважинная жидкость, а это неминуемо ведет к выходу из строя электродвигателя.To protect the internal cavity of the electric motor from the ingress of aggressive liquids, a mechanical seal is usually used. It consists of a fixed ring mounted in the housing and a rotating ring mounted on the motor shaft. In the process, the borehole fluid fills the cavity adjacent to the mechanical seal. This ensures heat dissipation from the seal rings rubbing against each other. But at the same time, abrasive particles inherent in the solution get into this cavity together with the liquid, which greatly accelerate the wear of the rings, which violates the tightness of the internal cavity of the electric motor. An aggressive well fluid gets into it, and this inevitably leads to the failure of the electric motor.

Известен входной модуль погружного центробежного многоступенчатого насоса (SU авторское свидетельство 928076, F 04 D 13/10, 1982), содержащий корпус, выполненный с возможностью установки на свободном конце вала модуль-секции насоса и соединения с корпусом нижней модуль-секции насоса и корпусом протектора погружного электродвигателя. В корпусе образована полость притока, открытая со стороны верхней части модуля, каналы для соединения полости притока с затрубным пространством и дополнительная полость, расположенная в нижней части входного модуля. В дополнительной полости расположена осевая опора вала модуль-секции насоса, выполненная в виде упорного подшипника скольжения, включающего в себя установленную на валу пяту и установленный в корпусе подпятник.Known input module of a submersible centrifugal multistage pump (SU copyright certificate 928076, F 04 D 13/10, 1982), comprising a housing configured to install a pump module section on the free end of the shaft and connect to a lower pump module section housing and a tread housing submersible motor. An inflow cavity is open in the housing, open from the upper part of the module, channels for connecting the inflow cavity with the annulus, and an additional cavity located in the lower part of the inlet module. In the additional cavity, there is an axial shaft support of the pump module module, made in the form of a thrust sliding bearing, including a heel mounted on the shaft and a thrust bearing installed in the housing.

Основными недостатками известного технического решения можно признать отсутствие возможности вымывания продуктов износа упорного подшипника, скапливающихся в дополнительной полости, что может привести к преждевременному выходу из строя осевой опоры. Кроме того, известная конструкция практически не защищена от имеющихся в перекачиваемой жидкости взвешенных частиц.The main disadvantages of the known technical solutions can be recognized as the lack of the possibility of washing out the wear products of the thrust bearing that accumulate in the additional cavity, which can lead to premature failure of the axial support. In addition, the known design is practically not protected from suspended particles present in the pumped liquid.

Известен также погружной электродвигатель со встроенной защитой от действия абразивных частиц, присутствующих в перекачиваемом растворе (SU авторское свидетельство 1124856, 1991), содержащий корпус, заполненный жидкостью, плотность которой больше плотности окружающей среды, компенсационную камеру и камеру-отстойник, последовательно сообщающие полость двигателя с окружающей средой и отделенные цилиндрическими перегородками от вала ротора, на котором закреплен стаканообразный элемент, установленный над крышкой камеры-отстойника, имеющей отверстие, соединяющее полость камеры с окружающей средой, и отверстие, соединяющее полость камеры с зазором, образованным валом и цилиндрической перегородкой. Кроме того, он снабжен полым цилиндрическим элементом, установленным в камере-отстойнике и закрепленным в крышке камеры-отстойника. Отверстия, соединяющие камеру-отстойник с окружающей средой и зазором, образованным валом и цилиндрической перегородкой, выполнены в крышке камеры-отстойника внутри полого цилиндрического элемента. В верхней части корпуса камеры-отстойника выполнено отверстие, соединяющее ее с компенсационной камерой. При этом двигатель снабжен дополнительной камерой, размещенной между компенсационной камерой и полостью двигателя, отделенной от вала цилиндрической перегородкой, в нижней части которой выполнено отверстие, соединяющее полость этой камеры с зазором, образованным валом и цилиндрической перегородкой, а в нижней части этой же камеры выполнено отверстие, соединяющее полость этой камеры с полостью двигателя.Also known is a submersible motor with built-in protection against the action of abrasive particles present in the pumped solution (SU Patent Certificate 1124856, 1991), comprising a housing filled with a liquid whose density is greater than the density of the environment, a compensation chamber and a settling chamber, in series communicating the engine cavity with environment and separated by cylindrical partitions from the rotor shaft, on which a glass-like element is mounted, mounted above the lid of the settling chamber having Verstov connecting the cavity chamber with the environment and an opening connecting the chamber with the cavity gap formed shaft and the cylindrical partition. In addition, it is equipped with a hollow cylindrical element mounted in the settling chamber and fixed in the lid of the settling chamber. The holes connecting the settling chamber with the environment and the gap formed by the shaft and the cylindrical partition are made in the cover of the settling chamber inside the hollow cylindrical element. A hole is made in the upper part of the housing of the settling chamber connecting it to the compensation chamber. In this case, the engine is equipped with an additional chamber located between the compensation chamber and the engine cavity, separated from the shaft by a cylindrical partition, in the lower part of which a hole is made connecting the cavity of this chamber with a gap formed by the shaft and the cylindrical partition, and a hole is made in the lower part of the same chamber connecting the cavity of this chamber with the cavity of the engine.

Недостатком известной конструкции следует признать ее сложность, приводящую к низкой надежности в работе.A disadvantage of the known design should recognize its complexity, leading to low reliability.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемой конструкции, состоит в разработке узла защиты погружного электродвигателя от действия взвешенных частиц, присутствующих в перекачиваемом растворе.The technical problem solved by the proposed design is to develop a site for protecting the submersible motor from the action of suspended particles present in the pumped solution.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого изобретения, состоит в увеличении срока службы электродвигателя за счет увеличения срока службы торцевого уплотнения.The technical result obtained by the implementation of the invention consists in increasing the service life of the electric motor by increasing the service life of the mechanical seal.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство охлаждения и защиты от твердых частиц торцевого уплотнения погружного электродвигателя, являющегося приводом погружного насоса, характеризуемое наличием на наружной поверхности муфты, соединяющей погружной насос с электродвигателем, диска с лопатками, установленными с возможностью удаления твердых частиц из зоны торцевого уплотнения через отверстия в корпусе электродвигателя, находящиеся на уровне лопаток, и подачи свежей скважинной жидкости через отверстия в основании насоса, находящиеся выше лопаток, а также наличием в нижней части соединительной муфты полого цилиндра, образующего совместно с цилиндрической частью неподвижного кольца торцевого уплотнения зазор, представляющий собой канал для удаления твердых частиц из зоны торцевого уплотнения. Обычно величина зазора между кольцом и муфтой составляет 0,5-1,5 мм, при этом длина зазора составляет 4-7 мм. Высота цилиндрической части неподвижного кольца обычно составляет 15-25% от диаметра вращающегося кольца. Наиболее эффективно устанавливать лопатки под углом 30-50° к направлению вращения. Предпочтительно отверстия для удаления твердых частиц из зоны торцевого уплотнения бывают выполнены на одном уровне с лопатками диска муфты, а отверстия для подачи жидкости из скважины для охлаждения торцевого уплотнения выполнены выше лопаток диска муфты на расстоянии, равном от 1,5 до 2,5 диаметров диска с лопатками на муфте.To achieve the technical result, it is proposed to use a device for cooling and protection against solid particles of the mechanical seal of the submersible motor, which is the drive of the submersible pump, characterized by the presence on the outer surface of the coupling connecting the submersible pump to the electric motor, a disk with blades installed with the possibility of removing solid particles from the area of the end seals through openings in the motor housing located at the level of the blades, and the supply of fresh borehole fluid through es holes in the base of the pump located above the blades, as well as the presence in the bottom portion coupling a hollow cylinder, forming together with the cylindrical portion of the stationary face seal ring a gap, which is a channel for removing solids from the mechanical seal area. Typically, the gap between the ring and the coupling is 0.5-1.5 mm, while the gap length is 4-7 mm. The height of the cylindrical part of the fixed ring is usually 15-25% of the diameter of the rotating ring. It is most effective to install the blades at an angle of 30-50 ° to the direction of rotation. Preferably, the holes for removing solid particles from the area of the mechanical seal are made at the same level with the blades of the coupling disk, and the holes for supplying fluid from the well for cooling the mechanical seal are made above the blade of the coupling disk at a distance of 1.5 to 2.5 disk diameters with blades on the coupling.

Использование предлагаемого устройства позволяет предотвратить попадание абразивных частиц в зону трения колец торцевого уплотнения за счет использования пескосбрасывателя, представляющего собой набор лопаток, закрепленных на диске, выполненном на внешней поверхности соединительной муфты. Указанный пескосбрасыватель не только предотвращает попадание песка к трущимся кольцам, но и способствует удалению его по дополнительно выполненному каналу из полости, примыкающей к торцевому уплотнению, не давая ему там скапливаться.Using the proposed device can prevent the ingress of abrasive particles into the friction zone of the rings of the mechanical seal due to the use of sandblasting device, which is a set of blades mounted on a disk made on the outer surface of the coupling. The specified sandblasting device not only prevents sand from entering the rubbing rings, but also helps to remove it through an additionally made channel from the cavity adjacent to the end seal, preventing it from accumulating there.

В виду ограниченности пространства пескосбрасыватель совмещен с муфтой, передающей вращение от двигателя к насосу.Due to space limitations, the sand remover is combined with a coupling that transmits rotation from the engine to the pump.

Для этого на наружной цилиндрической поверхности муфты организован диск с лопатками. Лопатки способствуют закручиванию жидкости, находящейся в корпусе. Под действием центробежных сил твердые частицы, находящиеся в жидкости, смещаются к внутренней стенке корпуса и удаляются через отверстия в корпусе в скважину. Таким образом, жидкость, поступающая в зону трения колец торцевого уплотнения, практически не содержит абразивных частиц.For this, a disk with blades is organized on the outer cylindrical surface of the coupling. The blades contribute to the twisting of the fluid in the housing. Under the action of centrifugal forces, solid particles in the fluid are displaced to the inner wall of the body and removed through holes in the body into the well. Thus, the fluid entering the friction zone of the mechanical seal rings practically does not contain abrasive particles.

Указанный канал, предназначенный для удаления абразивных частиц, образован в нижней частью муфты, выполненной в виде полого короткого цилиндра, и цилиндрической частью кольца, которое установлено вместо плоского кольца, обычно используемого в торцевых уплотнениях. Зазоры между валом и кольцом и между кольцами и муфтой приняты равными примерно 1 мм.The specified channel, designed to remove abrasive particles, is formed in the lower part of the sleeve, made in the form of a hollow short cylinder, and the cylindrical part of the ring, which is installed instead of the flat ring commonly used in mechanical seals. The clearances between the shaft and the ring and between the rings and the coupling are taken to be approximately 1 mm.

Предлагаемая конструкция приведена на чертеже, при этом использованы следующие обозначения: соединительная муфта 1, электродвигатель 2, насос 3, диск 4, лопатки 5, отверстие 6 в корпусе электродвигателя, отверстие 7 в основании насоса, полый цилиндр 8, цилиндрическая часть 9 неподвижного кольца торцевого уплотнения, зазор 10.The proposed design is shown in the drawing, with the following notation: connection sleeve 1, motor 2, pump 3, disk 4, blades 5, hole 6 in the motor housing, hole 7 in the pump base, hollow cylinder 8, cylindrical portion 9 of the stationary end ring seals, clearance 10.

В предпочтительном варианте реализации устройство может быть реализовано следующим образом.In a preferred embodiment, the device can be implemented as follows.

На наружной поверхности муфты 1, соединяющей погружной насос 3 с электродвигателем 2, выполнен диск 4 толщиной 1,5 мм и диаметром 35 мм, что на 25-30% больше наружного диаметра муфты с лопатками 5 длиной 4 мм и шириной 7,5 мм, что составляет 15-20% от диаметра диска, на котором они расположены, установленными под углом 30-50°, что обеспечивает, за счет использования центробежных сил, перемещение абразивных частиц (песчинок), находящихся в перекачиваемом растворе (скважинкой жидкости) к внутренней поверхности, удаленной от торцевого уплотнения, полости, примыкающей к указанному торцевому уплотнению. Поток скважинкой жидкости, сформированный движением лопаток 5, поступающий в указанную полость через отверстие 6, через зазор 10 выносит абразивные частицы от торцевого уплотнения в скважину. Одновременно, за счет разогрева перекачиваемой жидкости в полости при одновременной частичной ее замене на свежую (холодную) скважинную жидкость, происходит отвод тепла от трущихся частей торцевого уплотнения.On the outer surface of the coupling 1 connecting the submersible pump 3 to the electric motor 2, a disk 4 is made with a thickness of 1.5 mm and a diameter of 35 mm, which is 25-30% larger than the outer diameter of the coupling with blades 5 with a length of 4 mm and a width of 7.5 mm, which is 15-20% of the diameter of the disk on which they are installed, installed at an angle of 30-50 °, which ensures, through the use of centrifugal forces, the movement of abrasive particles (grains of sand) in the pumped solution (well of the liquid) to the inner surface remote from the mechanical seal, cavity, approx poking to the specified mechanical seal. The flow of the liquid borehole, formed by the movement of the blades 5, entering the specified cavity through the hole 6, through the gap 10 carries abrasive particles from the mechanical seal into the well. At the same time, due to the heating of the pumped fluid in the cavity with its simultaneous partial replacement with fresh (cold) well fluid, heat is removed from the rubbing parts of the mechanical seal.

Использование предлагаемой конструкции позволяет увеличить срок службы торцевого уплотнения на 2500-3000 часов работы.Using the proposed design allows to increase the life of the mechanical seal by 2500-3000 hours of operation.

Claims

1. The device for cooling and protection against solid particles of the mechanical seal of the submersible motor, which is the drive of the submersible pump, characterized by the presence on the outer surface of the coupling connecting the submersible pump to the electric motor, a disk with vanes installed to remove solid particles from the area of the mechanical seal through openings in the housing electric motors located at the level of the blades, and the supply of fresh borehole fluid through the holes in the base of the pump located above the blades, as well as the presence of the bottom coupling a hollow cylinder, forming together with the cylindrical portion of the stationary face seal ring a gap, which is a channel for removing solids from the mechanical seal area.

2. The device according to claim 1, characterized in that the gap between the ring and the coupling is 0.5-1.5 mm

3. The device according to claim 1, characterized in that the gap length is 4-7 mm

4. The device according to claim 1, characterized in that the height of the cylindrical part of the fixed ring is 15-25% of the diameter of the rotating ring.

5. The device according to claim 1, characterized in that the blades are installed at an angle of 30-50 ° to the direction of rotation.

6. The device according to claim 1, characterized in that the holes for removing solid particles from the area of the mechanical seal are made at the same level with the blades of the clutch disc.

7. The device according to claim 1, characterized in that the holes for supplying fluid from the well for cooling the mechanical seal are made above the blades of the clutch disc at a distance equal to 1.5 to 2.5 diameters of the disk with blades on the clutch.