RU2343619C1

RU2343619C1 - Submersible electric motor

Info

Publication number: RU2343619C1
Application number: RU2007146337/09A
Authority: RU
Inventors: Олег Иванович Бестолков (RU); Олег Иванович Бестолков; Евгений В чеславович Пошвин (RU); Евгений Вячеславович Пошвин; Сергей Николаевич Кошелев (RU); Сергей Николаевич Кошелев; Сергей Леонидович Столбов (RU); Сергей Леонидович Столбов
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-01-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electric engineering specifically to designs of submersible oil-filled electric motors for actuating pump installations used for oil and other stratum fluids extraction. Electric motor comprises connected by flange upper 1 and lower 2 sections with shafts 5 and 6 coupled using spline coupling 7 consisting of casing 8 and cylinder-shaped holder 9. Upper portion of casing 8 engages with shaft 5 of upper section 1 and holder 9 is put on shaft 6 of lower section 2 and rests on axial bearing 11. Special guiding grooves are made on external surface of holder 9 and on inner surface of casing 8 lower portion. In these guiding grooves rolling bodies 12, e.g. balls, are located. This provides free axial movement of holder 9 relative to casing 8. Spring member 13 is installed inside sleeve 7 on end surface of holder 9. This spring member is intended to return casing 8 in initial position when electric motor is turned off.

EFFECT: increase in electric motor durability by decreasing wear of lower section axial bearing.

12 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электрическим машинам, в частности к конструкциям погружных маслонаполненных электродвигателей для привода насосных установок, используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти и других пластовых жидкостей.The present invention relates to electric machines, in particular, to designs of submersible oil-filled electric motors for driving pumping units used in the oil industry for the extraction of oil and other formation fluids.

Известен погружной электродвигатель, содержащий разъемно соединенные верхнюю и нижнюю секции, каждая из которых содержит корпус, в котором размещены статор и ротор. В нижней части корпуса верхней секции закреплен присоединительный модуль, выполненный с фланцем и отверстием, через которое проходит вал ротора верхней секции, а в верхней части корпуса нижней секции соосно корпусу закреплена присоединительная головка, выполненная в виде трубы с фланцем, соответствующим фланцу присоединительного модуля. В центральном отверстии присоединительной головки закреплена электроизоляционная колодка с отверстием, через которое проходит вал ротора верхней секции, в присоединительном модуле и электроизоляционной колодке выполнено, по крайней мере, по три попарного совмещенных продольных отверстия, в которых расположены выводы обмоток статоров соответственно верхней и нижней секций. Взаимно соответствующие выводы обмоток соединены с помощью штепсельных соединителей. Опорная пята осевой опоры вала ротора нижней секции закреплена на верхней части вала, а подпятник соединен с корпусом нижней секции. На нижнем конце вала ротора верхней секции и верхнем конце вала ротора нижней секции выполнены шлицы, при этом указанные концы валов размещены в пространстве между осевой опорой и электроизоляционной колодкой и соединены посредством шлицевой муфты (см., например, Международный транслятор. Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти. М.: Нефть и газ, 1999, с.344, 363, рис.4.12, 4.13),Known submersible electric motor containing detachably connected upper and lower sections, each of which contains a housing in which the stator and rotor are placed. In the lower part of the upper section housing, a connecting module is fixed, made with a flange and a hole through which the rotor shaft of the upper section passes, and in the upper part of the lower section housing, a connecting head is fixed coaxially to the body, made in the form of a pipe with a flange corresponding to the flange of the connecting module. An electrical insulation block with a hole is fixed in the central hole of the connecting head with a hole through which the rotor shaft of the upper section passes, at least three pairwise aligned longitudinal holes are made in the connecting module and the electrical insulation block, in which the leads of the stator windings of the upper and lower sections respectively are located. The mutually corresponding terminals of the windings are connected using plug connectors. The support heel of the axial support of the rotor shaft of the lower section is fixed on the upper part of the shaft, and the thrust bearing is connected to the housing of the lower section. Slots are made at the lower end of the rotor shaft of the upper section and the upper end of the rotor shaft of the lower section, while the indicated ends of the shafts are located in the space between the axial support and the electrical insulating block and are connected by means of a spline coupling (see, for example, International translator. Installations of submersible centrifugal pumps for oil production. M: Oil and gas, 1999, p. 344, 363, fig. 4.12, 4.13),

Недостатком данной конструкции многосекционных электродвигателей является недостаточно высокая надежность при эксплуатации в связи с температурным расширением вала верхней секции, что вызывает чрезмерные осевые нагрузки и интенсивный износ осевой опоры нижней секции и, как следствие, выход электродвигателя из строя.The disadvantage of this design of multi-section electric motors is insufficient reliability during operation due to thermal expansion of the shaft of the upper section, which causes excessive axial loads and intensive wear of the axial support of the lower section and, as a result, the motor fails.

Предлагаемое изобретение увеличивает срок службы электродвигателя за счет уменьшения износа осевой опоры нижней секции.The present invention increases the service life of the electric motor by reducing wear of the axial support of the lower section.

Указанный технический результат достигается тем, что в погружном секционном электродвигателе, содержащем верхнюю и нижнюю секции, в корпусе каждой из которых размещены статор и ротор, валы секций соединены с помощью муфты, муфта выполнена из корпуса и обоймы, которые закреплены на смежных концах валов разных секций, при этом между корпусом и обоймой размещены тела качения, обеспечивающие возможность свободного осевого перемещения обоймы вдоль корпуса муфты. Внутри корпуса муфты на торцевой поверхности обоймы установлен пружинный элемент. Тела качения размещены внутри специальных направляющих канавок, выполненных на внутренней поверхности корпуса и на наружной поверхности обоймы. В качестве тел качения предпочтительно использовать шарики. Соотношение размера тел качения к диаметру вала может составлять от 0,05 до 0,50. Направляющие канавки могут быть выполнены с круглым, прямоугольным, треугольным, трапецеидальным или эвольвентным профилем и расположены параллельно оси вращения вала или под углом к ней, не превышающим 45°. Число направляющих канавок может изменяется от 2 до 20. Общее количество тел качения должно быть не менее 3. Соотношение длины муфты к диаметру вала составляет от 1 до 10, при этом наружный диаметр муфты превышает диаметр вала в 1,2-5,0 раз.The specified technical result is achieved by the fact that in the submersible sectional electric motor containing the upper and lower sections, each of which has a stator and rotor, the shafts of the sections are connected by means of a coupling, the coupling is made of a housing and a holder that are mounted on the adjacent ends of the shafts of different sections while rolling bodies are placed between the housing and the cage, allowing free axial movement of the cage along the coupling body. Inside the clutch housing, a spring element is installed on the end surface of the cage. Rolling bodies are placed inside special guide grooves made on the inner surface of the housing and on the outer surface of the cage. As rolling bodies, it is preferable to use balls. The ratio of the size of the rolling bodies to the diameter of the shaft can be from 0.05 to 0.50. The guide grooves can be made with a round, rectangular, triangular, trapezoidal or involute profile and are located parallel to the axis of rotation of the shaft or at an angle to it not exceeding 45 °. The number of guide grooves can vary from 2 to 20. The total number of rolling bodies must be at least 3. The ratio of the length of the coupling to the diameter of the shaft is from 1 to 10, while the outer diameter of the coupling exceeds the shaft diameter by 1.2-5.0 times.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид погружного маслонаполненного секционного электродвигателя, на фиг.2 - соединение секций электродвигателя, продольный разрез.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of a submersible oil-filled sectional electric motor, figure 2 - connection of sections of the electric motor, a longitudinal section.

Погружной секционный электродвигатель содержит соединенные посредством фланца верхнюю 1 и нижнюю 2 секции, каждая из которых содержит корпус соответственно 3 и 4, выполненный в виде трубы, в которой размещены статор и ротор. На нижнем конце вала 5 верхней секции 1 и на верхнем конце вала 6 нижней секции 2 выполнены шлицы. Соединение валов осуществляется посредством шлицевой муфты 7 (фиг.1). Число соединяемых секций может быть две и более.The submersible sectional electric motor comprises upper 1 and lower 2 sections connected by means of a flange, each of which contains a housing 3 and 4, respectively, made in the form of a pipe in which the stator and rotor are placed. Slots are made at the lower end of the shaft 5 of the upper section 1 and at the upper end of the shaft 6 of the lower section 2. The connection of the shafts is carried out by means of a spline coupling 7 (figure 1). The number of connected sections can be two or more.

Муфта 7 состоит из корпуса 8 и обоймы 9 цилиндрической формы (фиг.2), в которых выполнены шлицы, имеющие форму, ответную шлицам на валах 5 и 6. Корпус 8 может быть образован двумя цилиндрами с разным внутренним диаметром и иметь внутренний кольцевой уступ 10, причем цилиндр с большим диаметром расположен внизу и охватывает своей внутренней поверхностью обойму 9. Верхняя часть корпуса 8 заходит в зацепление с валом 5 верхней секции 1, а обойма 9 насажена на вал 6 нижней секции 2 и опирается на осевую опору 11. На наружной поверхности обоймы 9 и на внутренней поверхности нижней части корпуса 8 выполнены специальные направляющие канавки, в которых размещены тела качения 12, например шарики, что обеспечивает свободное осевое перемещение обоймы 9 относительно корпуса 8.The coupling 7 consists of a housing 8 and a holder 9 of a cylindrical shape (FIG. 2), in which slots are made having a shape corresponding to the slots on the shafts 5 and 6. The housing 8 can be formed by two cylinders with different inner diameters and have an inner annular ledge 10 moreover, the cylinder with a large diameter is located at the bottom and covers the yoke 9 with its inner surface. The upper part of the housing 8 engages with the shaft 5 of the upper section 1, and the yoke 9 is mounted on the shaft 6 of the lower section 2 and rests on the axial support 11. On the outer surface clips 9 and on the inside special guiding grooves are made in it of the surface of the lower part of the housing 8, in which the rolling bodies 12, for example balls, are placed, which ensures free axial movement of the cage 9 relative to the housing 8.

При работе электродвигателя происходит температурное расширение вала 5 верхней секции 1, корпус 8 муфты 7, сцепленный с ним, начинает перемещаться вниз относительно обоймы 9, закрепленной на валу 6 нижней секции 1, и предотвращает передачу осевой нагрузки на вал 6, тем самым предупреждая катастрофический износ осевой опоры 11 нижней секции 2. Внутри муфты 7 на торцевой поверхности обоймы 9 размещен пружинный элемент 13, упирающийся на кольцевой выступ 10 в корпусе 8. Пружинный элемент 13 предназначен для возвращения в исходное положение корпуса 8 при выключении электродвигателя. Возможен вариант исполнения, когда корпус муфты соединен с валом нижней секции, а обойма - с валом верхней секции. На наружной поверхности обоймы 9 и на внутренней поверхности корпуса 8 размещены стопорные кольца 14 и 15 соответственно, пересекающие направляющие канавки с телами качения 12 и предназначенные для фиксации обоймы 9 относительно корпуса 8.When the motor is operating, the shaft 5 of the upper section 1 is expanding thermally, the housing 8 of the coupling 7 coupled to it starts to move downward relative to the cage 9 fixed to the shaft 6 of the lower section 1, and prevents the axial load from being transmitted to the shaft 6, thereby preventing catastrophic wear axial support 11 of the lower section 2. Inside the clutch 7 on the end surface of the casing 9 there is a spring element 13 resting on an annular protrusion 10 in the housing 8. The spring element 13 is designed to return to the original position of the housing 8 pr turn off the motor. An embodiment is possible when the coupling body is connected to the shaft of the lower section, and the cage is connected to the shaft of the upper section. On the outer surface of the cage 9 and on the inner surface of the housing 8 there are circlips 14 and 15, respectively, intersecting the guide grooves with the rolling bodies 12 and designed to fix the cage 9 relative to the housing 8.

На наружной поверхности корпуса муфты может быть дополнительно установлен радиальный подшипник качения (не показан), предназначенный для уменьшения вибрации и, как следствие, уменьшения вероятности усталостного разрушения вала.On the outer surface of the clutch housing, a radial rolling bearing (not shown) can be additionally installed, designed to reduce vibration and, as a result, reduce the likelihood of fatigue failure of the shaft.

Для центрирования вала 3 верхней секции 1 относительно вала 4 нижней секции 2 при монтаже на устье скважины на верхней торцевой поверхности 16 корпуса 8 могут быть выполнены заходные элементы в виде зубьев (не показаны).To center the shaft 3 of the upper section 1 relative to the shaft 4 of the lower section 2, when mounted on the wellhead on the upper end surface 16 of the housing 8, input elements in the form of teeth (not shown) can be made.

Монтаж секций электродвигателя заявленной конструкции производится на устье скважины по технологии, принятой для обычных погружных электродвигателей.Installation of electric motor sections of the claimed design is performed at the wellhead according to the technology adopted for conventional submersible electric motors.

Благодаря возможности осевого перемещения обоймы относительно корпуса муфты предотвращается износ осевой опоры, вызываемый возникновением осевых нагрузок из-за температурного расширения вала.Due to the possibility of axial movement of the cage relative to the clutch housing, the wear of the axial support caused by the occurrence of axial loads due to thermal expansion of the shaft is prevented.

Claims

1. The submersible sectional electric motor containing the upper and lower sections, each of which has a stator and rotor, the shafts of the sections are connected using a coupling, characterized in that the coupling is made of a housing and cage, which are mounted on the adjacent ends of the shafts of different sections, In this case, rolling bodies are placed between the housing and the cage, which provide the possibility of free axial movement of the casing along the coupling body, and a spring element resting on the housing is installed on the upper end surface of the casing.

2. Submersible sectional electric motor according to claim 1, characterized in that the rolling elements are placed inside the guide grooves made on the inner surface of the housing and on the outer surface of the cage.

3. Submersible sectional electric motor according to claim 1, characterized in that balls are used as rolling elements.

4. The submersible motor according to claim 1, characterized in that the ratio of the size of the rolling elements to the diameter of the shaft is from 0.05 to 0.50.

5. Submersible motor according to claim 1, characterized in that the number of guide grooves is from 2 to 20.

6. The submersible motor according to claim 1, characterized in that the guide grooves are made with a round, rectangular, triangular, trapezoidal or involute profile.

7. Submersible motor according to claim 1, characterized in that the number of rolling elements is at least 3.

8. The submersible motor according to claim 1, characterized in that the ratio of the length of the coupling to the diameter of the shaft is from 1.0 to 10.0.

9. The submersible motor according to claim 1, characterized in that the ratio of the outer diameter of the coupling to the diameter of the shaft is from 1.2 to 5.0.

10. The submersible motor according to claim 1, characterized in that the guide grooves are parallel to the axis of rotation of the shaft or at an angle not exceeding 45 °.

11. The submersible motor according to claim 1, characterized in that on the outer surface of the cage a snap ring is installed located above the rolling bodies.

12. The submersible motor according to claim 1, characterized in that a retaining ring is installed on the lower part of the inner surface of the housing.