RU2712847C1 - Submersible pumping plant with magnetic coupling - Google Patents
Submersible pumping plant with magnetic coupling Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712847C1 RU2712847C1 RU2018146655A RU2018146655A RU2712847C1 RU 2712847 C1 RU2712847 C1 RU 2712847C1 RU 2018146655 A RU2018146655 A RU 2018146655A RU 2018146655 A RU2018146655 A RU 2018146655A RU 2712847 C1 RU2712847 C1 RU 2712847C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pump
- heat exchanger
- pumping
- coupling
- engine
- Prior art date
Links
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 58
- 238000005086 pumping Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 13
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 13
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- PZZOEXPDTYIBPI-UHFFFAOYSA-N 2-[[2-(4-hydroxyphenyl)ethylamino]methyl]-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1CCNCC1C(=O)C2=CC=CC=C2CC1 PZZOEXPDTYIBPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
- F16D27/01—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with permanent magnets
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к насосостроению, в частности к погружным нефтедобывающим насосным установкам с приводом от герметичного погружного электродвигателя для перекачивания скважинной жидкости.The invention relates to a pump engineering industry, in particular to submersible oil pumping units driven by a sealed submersible electric motor for pumping well fluid.
Известна установка погружного насоса, содержащая герметичный электродвигатель, магнитную муфту, и добывающий насос, причем внутренняя полость электродвигателя герметична и защищена от попадания внутрь пластовой жидкости, а крутящий момент от вала двигателя к валу насоса передается за счет взаимодействия между постоянными магнитами, закрепленными на ведущей и ведомой полумуфтах магнитной муфты, жестко связанных с валами двигателя и насоса, и разделенными защитным экраном (патент на ПМ №52124, опубл. 10.03.2006).It is known to install a submersible pump containing a sealed electric motor, a magnetic coupling, and a production pump, the internal cavity of the electric motor being sealed and protected from ingress of formation fluid, and the torque from the motor shaft to the pump shaft is transmitted due to the interaction between the permanent magnets fixed to the drive and driven half-couplings of a magnetic coupling, rigidly connected to the shafts of the motor and pump, and separated by a protective shield (patent for PM No. 52124, publ. 10.03.2006).
Накопление тепла в муфте при ее эксплуатации, обусловленное вязким трением в каналах между защитным экраном и полумуфтами, снижает надежность установки и является главным недостатком описанного аналога.The accumulation of heat in the coupling during its operation, due to viscous friction in the channels between the protective screen and the coupling halves, reduces the reliability of the installation and is the main disadvantage of the described analogue.
Наиболее близкой к заявляемой является установка погружного насоса, описанная в патенте US №6863124, Е21В 43/00, 166/64, опубл. 17.07.2003, имеющая в своем составе добывающий насос и погружной электродвигатель, связанные друг с другом посредством магнитной муфты, состоящей из ведущей и ведомой полумуфт с постоянными магнитами, прикрепленными к ротору двигателя и к ротору насоса соответственно, защитного экрана между ними, выполненного из немагнитного непроводящего материала, и промежуточной подшипниковой опоры, имеющей три промежуточных подшипника, концентричных друг другу и размещенных в одном и том же осевом положении. Поверхности сопряжения подшипников располагаются в узком зазоре между защитным экраном и магнитами. Зазор между ведущей полумуфтой и защитным экраном, изолирующий от окружающей среды внутреннюю полость двигателя, заполнен маслом двигателя. Зазор между защитным экраном и ведомой полумуфтой заполняется скважинной жидкостью во время работы установки.Closest to the claimed is the installation of a submersible pump, described in US patent No. 6863124, ЕВВ 43/00, 166/64, publ. 07/17/2003, which includes a production pump and a submersible motor connected to each other by means of a magnetic coupling, consisting of a driving and driven coupling half with permanent magnets attached to the motor rotor and to the pump rotor, respectively, a protective shield between them made of non-magnetic non-conductive material, and an intermediate bearing support having three intermediate bearings, concentric to each other and placed in the same axial position. The bearing mating surfaces are located in a narrow gap between the protective shield and the magnets. The gap between the drive coupling half and the protective shield, which isolates the internal cavity of the engine from the environment, is filled with engine oil. The gap between the shield and the driven coupling half is filled with the borehole fluid during installation operation.
При эксплуатации такой установки в магнитной муфте вследствие вязкого трения в слое жидкости между вращающейся и неподвижной стенками происходит значительный нагрев, тем больший, чем выше вязкость жидкости и частота вращения вала. Отсутствие охлаждения вызывает рост температуры внутри устройства и потерю магнитных свойств постоянных магнитов при достижении температуры Кюри. Кроме того, описанное расположение подшипников либо полностью перекрывает канал для потенциально возможной прокачки охлаждающей жидкости по зазору, либо подразумевает большую толщину зазора. В первом случае неизбежен перегрев муфты, ведущий к ограничению срока службы и надежности всей установки, во втором накладывается ограничение по передаваемому крутящему моменту, что приводит к снижению производительности.When such an installation is operated in a magnetic coupling, due to viscous friction in the fluid layer between the rotating and fixed walls, significant heating occurs, the greater the higher the viscosity of the fluid and the shaft speed. The lack of cooling causes an increase in temperature inside the device and a loss of magnetic properties of permanent magnets when the Curie temperature is reached. In addition, the described arrangement of bearings either completely blocks the channel for the potential for pumping coolant through the gap, or implies a large thickness of the gap. In the first case, overheating of the coupling is inevitable, leading to a limitation of the service life and reliability of the entire installation; in the second, a limitation on transmitted torque is imposed, which leads to a decrease in performance.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности охлаждения магнитов как ведущей, так и ведомой полумуфт.The technical task of the invention is to increase the cooling efficiency of the magnets of both the leading and the driven coupling halves.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке погружного насоса, содержащей двигатель и насос, соединенные магнитной муфтой, включающей ведущую и ведомую полумуфты с постоянными магнитами, каждая из которых (полумуфт) связана с валом двигателя и валом насоса соответственно, защитный экран между ними и промежуточную подшипниковую опору, согласно изобретению, она дополнительно снабжена устройством охлаждения магнитной муфты, в качестве которого применены теплообменники, один из которых установлен со стороны насоса, а другой - со стороны двигателя.The specified technical result is achieved by the fact that in the installation of a submersible pump containing a motor and a pump connected by a magnetic coupling, including a driving and driven half-coupling with permanent magnets, each of which (half-coupling) is connected to the motor shaft and pump shaft, respectively, a protective shield between them and the intermediate bearing support, according to the invention, it is additionally equipped with a magnetic coupling cooling device, which is used as heat exchangers, one of which is installed on the pump side, and the other is from the engine side.
В частных вариантах исполнения в теплообменнике между корпусом и размещенной в нем изоляционной перегородкой имеется кольцевой зазор заданной высоты, в котором теплоотвод от нагретой жидкости будет осуществляться через корпус в окружающую среду (в скважинную жидкость). При этом на внутренней поверхности корпуса теплообменника, ограничивающей кольцевой зазор, могут быть выполнены насечки, увеличивающие поверхность контакта между горячим маслом и корпусом, либо спиралевидные каналы определенной длины, которые увеличивают время прохождения горячей жидкости по теплообменнику.In private embodiments, in the heat exchanger between the casing and the insulating partition placed inside it, there is an annular gap of a given height, in which the heat from the heated fluid will be removed through the casing to the environment (into the borehole fluid). At the same time, notches can be made on the inner surface of the heat exchanger casing, which limits the annular gap, increasing the contact surface between the hot oil and the casing, or spiral channels of a certain length, which increase the time it takes for the hot liquid to pass through the heat exchanger.
Применение устройства охлаждения магнитной муфты в виде теплообменников позволит избежать перегрева магнитов, вызванного выделением значительного количества тепла при вращении полумуфт в результате вязкого трения в жидкостях, заполняющих зазоры по разные стороны от защитного экрана. Устройство обеспечивает понижение температуры охлаждающих жидкостей за счет рассеивания тепла в скважинную жидкость через корпус теплообменников.The use of a magnetic coupling cooling device in the form of heat exchangers will avoid overheating of the magnets caused by the release of a significant amount of heat during the rotation of the coupling as a result of viscous friction in liquids filling the gaps on opposite sides of the protective screen. The device provides a decrease in the temperature of coolants due to heat dissipation into the well fluid through the housing of the heat exchangers.
Ведущую полумуфту со стороны двигателя омывает масло, прокачиваемое по замкнутому контуру электродвигатель - теплообменник - муфта. Ведомая полумуфта охлаждается водой, прокачиваемой по замкнутому контуру муфта - теплообменник.The leading coupling half from the engine side is washed by oil, pumped in a closed circuit by an electric motor - heat exchanger - coupling. The driven coupling half is cooled by water pumped along a closed circuit. The coupling is a heat exchanger.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема заявляемой установки с магнитной муфтой и теплообменниками, на фиг. 2 - теплообменник ведомой полумуфты, на фиг. 3 - теплообменник ведущей полумуфты, на фиг. 4 и 5 представлены варианты внутренней поверхности корпуса теплообменника.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of the inventive installation with a magnetic coupling and heat exchangers, FIG. 2 - heat exchanger driven half coupling, in FIG. 3 - heat exchanger leading coupling half, in FIG. 4 and 5 show variants of the inner surface of the heat exchanger body.
Установка погружного насоса (фиг. 1) содержит погружной электродвигатель 1 и добывающий насос 2 с входным модулем 3, соединенные друг с другом посредством магнитной муфты 4. Установка снабжена устройством охлаждения в виде теплообменника 5, расположенного ниже добывающего насоса 2, и теплообменника 6, установленного над электродвигателем 1.The submersible pump installation (Fig. 1) contains a
Магнитная муфта 4 состоит из двух полумуфт с постоянными магнитами: ведомой полумуфты 7 (фиг. 2), насаженной на вал 8 насоса 2 и ведущей полумуфты 9, закрепленной на валу 10 электродвигателя 1 (фиг. 3), между которыми размещен защитный экран 11, корпуса 12 (фиг. 2, 3).The
Теплообменник 5 гидравлически связан с ведомой полумуфтой 7 и содержит цилиндрический корпус 13, внутри которого с образованием кольцевого зазора размещена изоляционная перегородка 14 (фиг. 2). Теплообменник 5 снабжен насосной ступенью 15, установленной в верхней части, вращающейся на валу 8 и обеспечивающей прокачку жидкости по замкнутому контуру муфта 4 - теплообменник 5. Контур муфта 4 - теплообменник 5 включает в себя полость между валом 8 и изоляционной перегородкой 14 и полость внутри вала 8, которые соединены отверстием 16, а также зазор между ведомой полумуфтой 7 и защитным экраном 11 и полость между изоляционной перегородкой 14 и корпусом теплообменника 13, которые соединены отверстиями в стыковочном модуле 17.The
Для создания напора при прокачке масла через теплообменник 6, связанный с ведущей полумуфтой 9, в нижней части электродвигателя 1 установлена вторая насосная ступень 15 (фиг. 3), насаженная на вал 10. Прокачка трансформаторного масла осуществляется по контуру муфта 4 - теплообменник 6 - двигатель 1, который состоит из зазора между ротором 18, вращающимся на валу 10, и статором 19 электродвигателя 1, полости теплообменника 6, зазора между ведущей полумуфтой 9 и корпусом магнитной муфты 12, зазора между ведущей полумуфтой 9 и защитным экраном 11, а также полости внутри вала 10.To create a pressure when pumping oil through a
Внутренняя поверхность корпуса теплообменника 13 может быть гладкой (фиг. 2, 3), с насечками (фиг. 4) или со спиралевидными канавками (фиг. 5).The inner surface of the housing of the
Установка погружного насоса работает следующим образом.Installation of a submersible pump operates as follows.
При включении электродвигателя 1 связанная с валом 10 электродвигателя 1 ведущая полумуфта 9 приводится во вращение. Постоянные магниты, закрепленные на ведущей полумуфте 9, создают вращающееся магнитное поле, взаимодействующее с постоянными магнитами, расположенными в ведомой полумуфте 7. При этом ведомая полумуфта 7, связанная с валом 8 добывающего насоса 2, вовлекается во вращательное движение. Таким образом, осуществляется передача крутящего момента с ведущей полумуфты 9 на ведомую 7 без механического контакта между ними, в результате насос 2 приводится в действие и начинает качать скважинную жидкость.When you turn on the
Одновременно вал 8 также приводит во вращение насосную ступень 15, обеспечивающую прокачку жидкости по замкнутому контуру муфта 4 - теплообменник 5 (фиг. 2). Жидкость, заполняющая контур муфта 4 - теплообменник 5, выходит из насосной ступени 15, проходит между валом 8 и изоляционной перегородкой 14, попадает в отверстие 16 и движется внутри вала 8. Далее жидкость после выхода из вала 8 поворачивает и, поднимаясь вверх по зазору между ведомой полумуфтой 7 и защитным экраном 11, нагревается вследствие вязкого трения. Затем через отверстия в стыковочном модуле 17 жидкость попадает в полость между изоляционной перегородкой 14 и корпусом теплообменника 13, где происходит охлаждение жидкости за счет отдачи тепла в окружающую среду через корпус. Во избежание полного израсходования жидкости в теплообменнике 5 из-за утечек, предлагается периодически проводить ее пополнение с поверхности через трубку 20.At the same time, the
Вторая насосная ступень 15 в нижней части двигателя 1, насаженная на вал 10 и обеспечивающая прокачку масла по контуру муфта 4 - теплообменник 6 - двигатель 1, приводится во вращение одновременно при запуске двигателя 1. В теплообменник ведущей полумуфты 6 горячее масло попадает после нагревания в зазоре между ротором 18 и статором 19 погружного электродвигателя 1 (фиг. 3). Благодаря торцевым уплотнениям 21 масло через отверстия стыковочного модуля 17 оказывается в полости теплообменника, где происходит его охлаждение за счет передачи тепла в окружающую среду через корпус теплообменника 13. Наличие на внутренней поверхности корпуса теплообменника 13 насечек (фиг. 4) или спиралевидных канавок (фиг. 5) улучшает (интенсифицирует) теплообмен, в первом случае за счет увеличения поверхности контакта между горячим маслом и корпусом, во втором - из-за увеличения времени прохождения горячей жидкости по теплообменнику. Далее после теплообменника масло проходит вдоль ведущей полумуфты 9 и через внутреннюю полость вала 10 электродвигателя 1 возвращается обратно.The
Таким образом, включение в состав установки погружного насоса теплообменников между электродвигателем и магнитной муфтой, а также между магнитной муфтой и насосом, позволяет добиться эффективного охлаждения магнитов и, как следствие, увеличить надежность всей установки.Thus, the inclusion of heat exchangers between the electric motor and the magnetic coupling, as well as between the magnetic coupling and the pump, as part of the submersible pump installation, allows achieving effective cooling of the magnets and, as a result, increasing the reliability of the entire installation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146655A RU2712847C1 (en) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | Submersible pumping plant with magnetic coupling |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146655A RU2712847C1 (en) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | Submersible pumping plant with magnetic coupling |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2712847C1 true RU2712847C1 (en) | 2020-01-31 |
Family
ID=69625217
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018146655A RU2712847C1 (en) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | Submersible pumping plant with magnetic coupling |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2712847C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6863124B2 (en) * | 2001-12-21 | 2005-03-08 | Schlumberger Technology Corporation | Sealed ESP motor system |
RU2488716C1 (en) * | 2012-04-18 | 2013-07-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Эуф Лабс" | Rotary pump with magnetic coupling for transfer of fused metals and hot media |
RU157663U1 (en) * | 2014-12-30 | 2015-12-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Химмаш-Старт" | MAGNETIC SEALED COUPLING WITH ADDITIONAL SIDE END SEAL |
RU170819U1 (en) * | 2017-01-12 | 2017-05-11 | Павел Анатольевич Кукушкин | MAGNETIC CLUTCH FOR DRIVING VANE HYDRAULIC MACHINES |
-
2018
- 2018-12-25 RU RU2018146655A patent/RU2712847C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6863124B2 (en) * | 2001-12-21 | 2005-03-08 | Schlumberger Technology Corporation | Sealed ESP motor system |
RU2488716C1 (en) * | 2012-04-18 | 2013-07-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Эуф Лабс" | Rotary pump with magnetic coupling for transfer of fused metals and hot media |
RU157663U1 (en) * | 2014-12-30 | 2015-12-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Химмаш-Старт" | MAGNETIC SEALED COUPLING WITH ADDITIONAL SIDE END SEAL |
RU170819U1 (en) * | 2017-01-12 | 2017-05-11 | Павел Анатольевич Кукушкин | MAGNETIC CLUTCH FOR DRIVING VANE HYDRAULIC MACHINES |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100921764B1 (en) | Machine with improved bearing lubrication | |
CN101680455B (en) | Fluid pump system | |
RU2470190C2 (en) | Compressor system for marine underwater operation | |
EP3397866B1 (en) | Electromagnetic coupling for esp motor | |
AU2012298577B2 (en) | Dual motor pump for subsea application | |
CN102823117A (en) | Cooling system for a multistage electric motor | |
CA3114640C (en) | Active and passive refrigeration systems for downhole motors | |
RU2016146328A (en) | OPTIMIZED COOLING OF ELECTRIC MOTOR AT PUMP-COMPRESSOR MINING | |
CN103629118A (en) | Vertical pipeline permanent magnet canned motor pump | |
CN103629148A (en) | Horizontal self-cooling permanent magnet shield pump | |
CA2393243C (en) | A pump | |
RU2712847C1 (en) | Submersible pumping plant with magnetic coupling | |
US10125585B2 (en) | Refrigeration system with internal oil circulation | |
RU2681045C1 (en) | Installation of submersible pump with sealed motor | |
RU2681051C1 (en) | Torque transmission node for submersible installation (options) | |
KR100924385B1 (en) | Magnetic drive-type sealless pump | |
CN204419667U (en) | A kind of auto pump | |
CN105464990B (en) | A kind of lubricating loop being arranged in transmission pump and its operating method | |
CN110080993B (en) | Heavy compatible pump without shaft seal | |
CN220629022U (en) | Waterproof motor with high sealing performance | |
CN102255424B (en) | Ground direct drive permanent magnet synchronous motor of screw pump | |
RU2384743C1 (en) | Centrifugal one-piece electrically-driven pump for aggressive fluids | |
CN204419612U (en) | A kind of auto pump | |
UA59557A (en) | Cast casing of the intersection bearing of an electric machine |