RU2521532C2

RU2521532C2 - Borehole electronic unit for borehole electrically driven pump

Info

Publication number: RU2521532C2
Application number: RU2012136076/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Михайлович Санталов; Ольга Николаевна Хоцянова; Иван Дмитриевич Хоцянов; Дмитрий Вячеславович Струнин; Сергей Леонидович Стенин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Нефтегазовые космические технологии"
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2014-06-27
Also published as: RU2012136076A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed electronic unit can be used for control over borehole motor. It comprises cylindrical case 1 closed at ends by base 3 and head 2 facing the motor, electronic circuit components arranged in sealed compartment, cable glands for connection of electronic components with motor circuits and plug-in terminal of contacts 7, 9. Said unit comprises chassis 11 of segmental cross-section made of material that features high heat and electric conductance. Chassis 11 is arranged to get in thermal contact with inner surface of case 1. Electronic circuit power components 12, particularly those fitted at the chassis 11 flat surface are electrically connected with cable glands. Joint between case 1 and base 3 and head 2 are sealed to sustain high pressure and to make sealed compartment with base 3, head 2 and case interior.

EFFECT: expanded operating performances.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к погружным электроприводам насосных установок, предназначенным для откачки текучей среды из глубинных скважин.The invention relates to the field of engineering, in particular to submersible electric pumping units designed for pumping fluid from deep wells.

В таких установках в ряде случаев оказывается целесообразным размещение электронных устройств непосредственно вблизи погружного электродвигателя. Это могут быть как элементы телеметрии, так и силовые электронные элементы для коммутации цепей электродвигателя.In such installations, in some cases, it is advisable to place electronic devices directly near the submersible motor. It can be both telemetry elements and power electronic elements for switching electric motor circuits.

Известен погружной электронный блок, содержащий защитный внешний корпус цилиндрической формы, закрытый с торцов соответственно основанием и головкой, элементы электронной схемы, размещенные в герметичном отсеке, гермовводы, служащие для электрического соединения электронной схемы с цепями электродвигателя, а также контактный электрический разъем (см. например, «Инструкцию по монтажу погружных блоков серии БП-103М» на сайте: www.irz/ru/products/3/18).Known submersible electronic unit containing a protective external housing of a cylindrical shape, closed at the ends with a base and a head, electronic circuit elements placed in an airtight compartment, pressure glands for electrical connection of an electronic circuit with electric motor circuits, as well as a contact electric connector (see, for example , “Installation Instructions for Immersion Units of the BP-103M Series" on the website: www.irz / ru / products / 3/18).

Наличие негерметичного защитного корпуса и дополнительного герметичного отсека обуславливает низкую степень использования объема корпуса. Это не позволяет применить эту конструкцию для создания силовых электронных блоков, предназначенных для подачи питания на обмотки погружного электродвигателя.The presence of an unpressurized protective housing and an additional sealed compartment causes a low degree of utilization of the volume of the housing. This does not allow applying this design to create power electronic units designed to supply power to the windings of a submersible electric motor.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.The objective of the invention is the expansion of the functionality of the device.

Технический результат достигается тем, что погружной электронный блок, содержащий защитный внешний корпус цилиндрической формы, закрытый с торцов соответственно основанием и обращенной к двигателю головкой, элементы электронной схемы, размещенные в герметичном отсеке, гермовводы, служащие для электрического соединения электронной схемы с цепями электродвигателя, контактный электрический разъем, согласно изобретению снабжен шасси, имеющим сегментообразное поперечное сечение и выполненным из материала с высокой тепло- и электропроводностью, шасси установлено с возможностью теплового контакта его цилиндрической поверхности с внутренней поверхностью корпуса, силовые элементы электронной схемы, в особенности силовые электронные модули, установлены на плоской поверхности шасси и электрически связаны с гермовводами, а узлы соединения корпуса с основанием и головкой выполнены герметичными с возможностью выдерживать высокое давление, образуя с внутренним объемом корпуса, основанием и головкой герметичный отсек.The technical result is achieved by the fact that the submersible electronic unit containing a protective outer casing of a cylindrical shape, closed at the ends with the base and the head facing the engine, electronic circuit elements located in the sealed compartment, pressure glands for electrical connection of the electronic circuit with electric motor circuits, contact the electrical connector according to the invention is equipped with a chassis having a segmented cross-section and made of a material with high heat and electric wires On the other hand, the chassis is installed with the possibility of thermal contact of its cylindrical surface with the inner surface of the housing, the power elements of the electronic circuit, in particular the power electronic modules, are mounted on a flat surface of the chassis and are electrically connected to the pressure glands, and the connection nodes of the housing with the base and head are sealed with the possibility of withstand high pressure, forming an airtight compartment with the internal volume of the housing, base and head.

Такая конструкция позволяет максимально использовать внутренний объем корпуса для установки элементов электронной схемы, обеспечивает передачу выделяемого силовыми элементами тепла в окружающую корпус пластовую жидкость.This design allows you to maximize the use of the internal volume of the housing for the installation of electronic circuit elements, ensures the transfer of heat generated by the power elements into the surrounding formation fluid.

Для удобства монтажа гермовводы установлены в торцевой части головки, первая группа контактных элементов разъема электрически связана с гермовводами и установлена в изоляционной колодке, механически связанной с основанием, вторая группа контактных элементов электрически соединена с элементами электронной схемы и установлена в колодке, механически связанной с шасси.For ease of installation, the pressure glands are installed in the end part of the head, the first group of contact elements of the connector is electrically connected to the pressure glands and installed in an insulating block mechanically connected to the base, the second group of contact elements is electrically connected to the elements of the electronic circuit and installed in the block mechanically connected to the chassis.

Для надежного теплового контакта между шасси и корпусом концы шасси снабжены устройством для механического прижатия цилиндрической поверхности шасси к внутренней поверхности корпуса. Прижимающее устройство на конце шасси, обращенном к головке, выполнено в виде клинообразной в осевом сечении проточки на поверхности основания, обращенной к корпусу, и клинообразного в осевом сечении выступа на шасси, а прижимающее устройство на конце шасси, обращенном к основанию, может быть выполнено в виде распорного устройства, например резьбового либо эксцентрикового, между корпусом и шасси.For reliable thermal contact between the chassis and the chassis, the ends of the chassis are equipped with a device for mechanically pressing the cylindrical surface of the chassis to the inner surface of the chassis. The pressing device at the end of the chassis facing the head is made in the form of a groove-shaped wedge-shaped in axial section on the base surface facing the body and the protrusion wedge-shaped in axial section on the chassis, and the pressing device at the end of the chassis facing the base can be made as a spacer device, such as a threaded or eccentric device, between the body and chassis.

Гарантированное совмещение контактов разъема при сборке обеспечивается тем, что шасси снабжено направляющим штырем, а в основании выполнено ответное отверстие, штырь и отверстие ориентированы относительно контактов разъема, длина штыря выбрана так, чтобы при сборке он входил в отверстие раньше, чем соприкасаются контакты разъема.Guaranteed alignment of the connector contacts during assembly is ensured by the fact that the chassis is equipped with a guide pin, and the counter hole is made at the base, the pin and hole are oriented relative to the connector contacts, the length of the pin is chosen so that when assembling it enters the hole before the connector contacts touch.

На чертежах представлена конструкция погружного блока.The drawings show the design of the submersible block.

На фиг.1 изображен продольный разрез блока, на фиг.2 - поперечный разрез блока.Figure 1 shows a longitudinal section of a block, figure 2 is a transverse section of a block.

Корпус 1 с головкой 2 и основанием 3 образуют замкнутый герметичный отсек, в котором размещены элементы конструкции и электронной схемы блока. Герметичное соединение головки и основания с корпусом обеспечивается клиновидными в сечении кольцами 4 из мягкого металла. Герморазъем состоит из проводящего стержня 5, запрессованного в изолятор 6. Конусность внешней поверхности изолятора выбрана такой, что с увеличением давления сила прижатия изолятора к металлу возрастает, чем обеспечивается герметичность при больших значениях давления пластовой жидкости.The housing 1 with the head 2 and the base 3 form a closed sealed compartment in which the structural elements and electronic circuitry of the unit are located. The tight connection of the head and base with the housing is provided by wedge-shaped in cross section 4 soft metal rings. The germ connector consists of a conductive rod 5, pressed into the insulator 6. The taper of the outer surface of the insulator is chosen such that with increasing pressure, the pressing force of the insulator against the metal increases, which ensures tightness at high pressure values of the reservoir fluid.

На проводящие стержни 5 навинчиваются гильзы 7, размещенные в отверстиях колодки 8, закрепленной на головке 2. Ответные контакты 9 размещены на колодке 10, закрепленной на шасси 11.On the conductive rods 5 are screwed sleeves 7, located in the holes of the block 8, mounted on the head 2. Response contacts 9 are placed on the block 10, mounted on the chassis 11.

Электрическая связь между контактами колодки 10 и электронными элементами 12 обеспечивается проводами 13.The electrical connection between the contacts of the pads 10 and the electronic elements 12 is provided by wires 13.

В головку 2 запрессован направляющий штырь 14, второй конец которого в собранном положении размещается в отверстии 15 шасси 11.A guide pin 14 is pressed into the head 2, the second end of which in the assembled position is placed in the hole 15 of the chassis 11.

Клиновидный в сечении выступ 16 шасси 11 в собранном состоянии размещается в ответной проточке 17 головки 2.The wedge-shaped cross section of the protrusion 16 of the chassis 11 in the assembled state is placed in the reciprocal groove 17 of the head 2.

На конце шасси 11, обращенном к основанию 3, размещается устройство для прижатия шасси к корпусу 1. Оно состоит из болта 18 с головкой 19, резьбовая часть которого ввернута в резьбовое отверстие 20 шасси 11. Болт удерживается от отворачивания контргайкой 21. Упругая прокладка 22 служит для компенсации разницы в коэффициенте температурного расширения корпуса 1 и шасси 11.At the end of the chassis 11, facing the base 3, there is a device for pressing the chassis to the housing 1. It consists of a bolt 18 with a head 19, the threaded part of which is screwed into the threaded hole 20 of the chassis 11. The bolt is kept from unscrewing by the lock nut 21. The elastic gasket 22 serves to compensate for the difference in the coefficient of thermal expansion of the housing 1 and the chassis 11.

Сборка погружного блока осуществляется следующим образом.Assembly of the submersible block is as follows.

На головке 2 монтируются герморазъемы и колодка 8. На стержни 5 герморазъемов навинчиваются гильзы 7. На шасси 11 монтируются все элементы электронной схемы, а также колодка 10 с размещенными в ней контактами 9, соединительные провода 13. Вкручивается болт 18 на достаточную глубину, контргайка 21 размещается выше ее рабочего положения.On the head 2, the pressure connectors and block 8 are mounted. The sleeves 7 are screwed onto the rods 5 of the pressure connectors 7. All elements of the electronic circuit are mounted on the chassis 11, as well as the block 10 with the contacts 9 located in it, the connecting wires 13. The bolt 18 is screwed to a sufficient depth, lock nut 21 placed above her working position.

Перед установкой шасси цилиндрическую поверхность шасси и/или область внутренней поверхности корпуса по линии направляющего стержня целесообразно смазать теплопроводящей пастой.Before mounting the chassis, it is advisable to lubricate the cylindrical surface of the chassis and / or the region of the inner surface of the housing along the line of the guide rod with a heat-conducting paste.

На головку 2 устанавливается герметизирующее кольцо 4. Головка 2 вворачивается в корпус 1 с усилием, достаточным для герметичного соединения с корпусом 1.A sealing ring 4 is installed on the head 2. The head 2 is screwed into the housing 1 with a force sufficient for tight connection with the housing 1.

При установке шасси 11 в корпус 1 первым в отверстие 15 шасси входит направляющий штырь 14, обеспечивая правильное взаимное положение контактов 7 и 9 разъема.When installing the chassis 11 in the housing 1, the guide pin 14 enters the hole 15 of the chassis first, ensuring the correct relative position of the contacts 7 and 9 of the connector.

Для обеспечения хорошего теплового контакта между шасси и корпусом 1 необходимо создать достаточное осевое усилие, чтобы клиновидный выступ 16 шасси вошел в проточку 17 на головке 2.To ensure good thermal contact between the chassis and the housing 1, it is necessary to create sufficient axial force so that the wedge-shaped protrusion 16 of the chassis enters the groove 17 on the head 2.

Болт 18 выворачивают до соприкосновения его головки с корпусом 1 и затем до создания необходимого усилия прижатия шасси 11 к корпусу 1. Заворачивается контргайка 21.The bolt 18 is turned out until its head comes into contact with the housing 1 and then, until the necessary force is pressed to press the chassis 11 against the housing 1. The lock nut 21 is screwed.

Устанавливается упругая прокладка 22, на основание устанавливается герметизирующее кольцо 4, заворачивается основание 3.An elastic gasket 22 is installed, a sealing ring 4 is installed on the base, the base 3 is wrapped.

Как правило, после сборки проводятся испытания блока на герметичность. Для этого блок помещают в камеру, в которой создаются рабочие температура и давление. Отсутствие изменений давления в течение длительного промежутка времени свидетельствует о герметичности блока.As a rule, after assembly, the unit is tested for leaks. For this, the unit is placed in a chamber in which operating temperature and pressure are created. The absence of pressure changes over a long period of time indicates the tightness of the unit.

Claims

1. Submersible electronic unit containing a protective outer case of a cylindrical shape, closed at the ends with a base and a head facing the engine, electronic circuit elements located in an airtight compartment, pressure glands for electrical connection of the electronic circuit with electric motor circuits, contact electric connector, characterized the fact that it is equipped with a chassis having a segmented cross-section and made of a material with high thermal and electrical conductivity, the chassis is installed with the possibility thermal contact of its cylindrical surface with the inner surface of the housing, the power elements of the electronic circuit, in particular power electronic modules, are mounted on the flat surface of the chassis and are electrically connected to the pressure glands, and the connection nodes of the housing with the base and head are sealed with the ability to withstand high pressure, forming with internal body volume, base and head, hermetic compartment.

2. The submersible electronic unit according to claim 1, characterized in that the pressure glands are installed in the end part of the head, the first group of contact elements of the connector is electrically connected to the pressure glands and installed in an insulating block mechanically connected to the base, the second group of contact elements is electrically connected to the elements of the electronic circuit and installed in the block, mechanically connected to the chassis.

3. The submersible electronic unit according to claim 1 or 2, characterized in that the ends of the chassis are equipped with a device for mechanically pressing the cylindrical surface of the chassis to the inner surface of the housing, and the pressing device at the end of the chassis facing the head is made in the form of a wedge-shaped axial section of the groove on the surface of the head facing the inner surface of the housing and the wedge-shaped in axial section of the protrusion on the chassis, and the pressing device at the end of the chassis facing the base is made in the form of a spacer device, for example threaded, between the body and the chassis.

4. The submersible electronic unit according to claim 1 or 2, characterized in that the chassis or head is provided with a guide pin, and the counter hole is made in the head or in the chassis, the pin and hole are oriented relative to the connector contacts, the length of the pin is selected so that during assembly it entered the hole before the connector contacts are in contact.

5. The submersible electronic unit according to claim 3, characterized in that the chassis or head is provided with a guide pin, and the counter hole is made in the head or in the chassis, the pin and hole are oriented relative to the connector pins, the length of the pin is selected so that it fits into the assembly hole before the connector pins are touching.