RU2746792C1 - Submersible electric motor - Google Patents
Submersible electric motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746792C1 RU2746792C1 RU2020130805A RU2020130805A RU2746792C1 RU 2746792 C1 RU2746792 C1 RU 2746792C1 RU 2020130805 A RU2020130805 A RU 2020130805A RU 2020130805 A RU2020130805 A RU 2020130805A RU 2746792 C1 RU2746792 C1 RU 2746792C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- cavity
- electric motor
- rotor
- coating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
- H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
- H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
- H02K5/128—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas using air-gap sleeves or air-gap discs
- H02K5/1285—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas using air-gap sleeves or air-gap discs of the submersible type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано в установках электроцентробежных насосов (УЭЦН) для скважинной добычи нефти.The invention relates to the oil industry and can be used in installations of electric centrifugal pumps (ESP) for downhole oil production.
Известен погружной электродвигатель (ПЭД), содержащий корпус, расположенный внутри него статор со множеством пластин, в каждой из которых имеется центральное отверстие для вращающегося ротора и несколько пазов, провода обмотки, проходящие через пазы и окруженные для их скрепления в жгуты термоусадочной оболочкой, образующей с внутренней поверхностью пазов пространство, обеспечивающее протекание сквозь пазы текучей жидкости [US 7679242B2; CN 101815842; RU 2442880].A submersible electric motor (SEM) is known, containing a housing, a stator located inside it with a plurality of plates, each of which has a central hole for a rotating rotor and several slots, winding wires passing through the slots and surrounded for fastening them into bundles by a heat-shrinkable sheath forming with the inner surface of the grooves is a space that allows a fluid liquid to flow through the grooves [US 7679242B2; CN 101815842; RU 2442880].
Недостатками двигателя является недостаточная защита статора от воздействия скважинной жидкости, поскольку термоусадочная оболочка защищает только обмотки, а не весь статор, и при этом ухудшается теплоотвод из-за увеличения расстояния между проводами обмотки и пластинами статора.The disadvantages of the motor are insufficient protection of the stator from the action of wellbore fluid, since the heat-shrinkable jacket protects only the windings, and not the entire stator, and at the same time, the heat dissipation worsens due to the increase in the distance between the winding wires and the stator plates.
Известен погружной электродвигатель, в котором сердечник статора образован одной или несколькими секциями, выполненными из сплошного магнитомягкого композитного материала, между секциями и на концах сердечника установлены уплотнения, которые предотвращают попадание скважинной жидкости во внутреннюю полость камеры статора и контакт ее с изоляцией обмоток, проходящих через пазы статора [US 2017064158].Known submersible electric motor, in which the stator core is formed by one or more sections made of solid soft magnetic composite material, seals are installed between the sections and at the ends of the core, which prevent the well fluid from entering the inner cavity of the stator chamber and contacting it with the insulation of the windings passing through the slots stator [US 2017064158].
Недостатками двигателя является сердечник из магнитомягкого материала, при применении которого двигатель имеет КПД ниже, чем при многослойном сердечнике из стальных листов.The disadvantages of the engine is a core made of soft magnetic material, when using which the engine has a lower efficiency than with a multilayer core made of steel sheets.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является погружной электродвигатель, содержащий статор в виде трубы с запрессованным магнитопроводом, трехфазной обмоткой и размещенным внутри ротором в виде пакетов из листовой электротехнической стали, разделенных между собой как минимум одним промежуточным подшипником, и надетых на пустотелый вал. В пазы пакетов вставлены медные стержни, сваренные по торцам с короткозамыкающими медными кольцами, в головке электродвигателя установлены перепускные клапаны для стравливания масла из полости обмотки статора при нагреве [RU 2487273 С1]. Полость статора с обмоткой включает в себя верхнюю полость в головке и нижнюю полость в основании, заполненные диэлектрической жидкостью, и герметично отделена от полости ротора посредством тонкостенной трубки с уплотнительными кольцами, установленными в головку и в переходник электродвигателя.The closest to the claimed invention in terms of a set of features is a submersible electric motor containing a stator in the form of a pipe with a pressed-in magnetic circuit, a three-phase winding and a rotor placed inside in the form of packages of sheet electrical steel, separated by at least one intermediate bearing, and put on a hollow shaft. Copper rods, welded at the ends with short-circuiting copper rings, are inserted into the grooves of the packages, bypass valves are installed in the electric motor head for bleeding oil from the cavity of the stator winding during heating [RU 2487273 C1]. The stator cavity with the winding includes an upper cavity in the head and a lower cavity in the base, filled with a dielectric liquid, and is hermetically separated from the rotor cavity by a thin-walled tube with O-rings installed in the head and in the adapter of the electric motor.
Недостатками устройства является пониженная надежность двигателя из-за наличия перепускных клапанов для стравливания масла и отсутствия необходимого контроля за состоянием электродвигателя во время его работы. Стравливание масла через перепускной клапан, сопровождаемое при циклической эксплуатации многократным изменением объема масла в статоре, может сопровождаться нарушением герметичности электродвигателя. Кроме того, использование тонкостенной трубки для отделения полости статора от полости ротора снижает КПД двигателя из-за увеличения зазора между статором и ротором.The disadvantages of the device are the reduced reliability of the engine due to the presence of bypass valves for bleeding oil and the lack of the necessary control over the state of the electric motor during its operation. Bleeding oil through the bypass valve, accompanied by a repeated change in the volume of oil in the stator during cyclic operation, may be accompanied by a violation of the tightness of the electric motor. In addition, the use of a thin-walled tube to separate the stator cavity from the rotor cavity reduces the efficiency of the motor due to an increase in the gap between the stator and the rotor.
Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и, как следствие, средней продолжительности работы электродвигателя при максимальном сохранении КПД.The tasks to be solved by the present invention are to increase the reliability and, as a consequence, the average operating time of the electric motor while maintaining the maximum efficiency.
Указанный результат достигается тем, что в погружном электродвигателе, имеющем верхнюю и нижнюю полости, заполненные диэлектрической жидкостью, и содержащем ротор, выполненный в виде надетых на вал пакетов, разделенных между собой как минимум одним промежуточным подшипником, и статор, имеющий запрессованный магнитопровод с внутренней тонкостенной оболочкой, отделяющей полость статора от полости размещенного внутри него ротора, согласно изобретению, внутренняя тонкостенная оболочка сформирована в виде покрытия, компаундированный статор снабжен проточкой, соединяющей верхнюю и нижнюю полости, по крайней мере, в одной из которых размещен компенсатор объема жидкости, выполненный в виде эластичного элемента, при этом внутри статора расположен датчик, измеряющий абсолютное давление в его полости.This result is achieved by the fact that in a submersible electric motor having upper and lower cavities filled with a dielectric liquid and containing a rotor made in the form of packages put on the shaft, separated by at least one intermediate bearing, and a stator having a pressed-in magnetic circuit with an internal thin-walled a shell separating the stator cavity from the cavity of the rotor located inside it, according to the invention, the inner thin-walled shell is formed in the form of a coating, the compounded stator is equipped with a groove connecting the upper and lower cavities, at least one of which contains a liquid volume compensator made in the form elastic element, while inside the stator there is a sensor that measures the absolute pressure in its cavity.
В некоторых вариантах исполнения листы магнитопровода статора могут быть соединены между собой герметично при помощи клеящего состава.In some embodiments, the sheets of the stator magnetic circuit can be sealed together using an adhesive.
Кроме того, покрытие может быть выполнено полимерным или металлическим с толщиной, обеспечивающей максимальное сохранение КПД электродвигателя.In addition, the coating can be made of polymer or metal with a thickness that ensures maximum preservation of the efficiency of the electric motor.
Сущность заявляемого погружного электродвигателя поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид погружного электродвигателя, на фиг. 2 - герметичный статор с покрытием.The essence of the inventive submersible electric motor is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a General view of a submersible electric motor, Fig. 2 - sealed coated stator.
В состав погружного электродвигателя входят следующие элементы:The submersible motor includes the following elements:
1 - статор;1 - stator;
2 - ротор, размещенный внутри статора 1 и выполненный в виде пакетов 7;2 - a rotor located inside the stator 1 and made in the form of
3 - головка ПЭД с колодкой токоввода в верхней части;3 - SEM head with a current lead-in block in the upper part;
4 - основание в нижней части;4 - base at the bottom;
5 - корпус;5 - case;
6 - вал;6 - shaft;
7 - пакеты ротора 2, разделенные между собой как минимум одним промежуточным подшипником (не показан), и надетые на вал 6;7 - packages of the
8 - ниппель, расположенный между статором 1 и основанием 4;8 - nipple located between stator 1 and
9 - запрессованный магнитопровод статора 1, состоящий из набора стальных листов;9 - pressed-in magnetic core of the stator 1, consisting of a set of steel sheets;
10 - внутренняя тонкостенная оболочка магнитопровода 9;10 - inner thin-walled shell of the
11 - полость статора 1;11 - stator cavity 1;
12 - обмотка статора 1;12 - stator winding 1;
13 - полость ротора 2;13 -
14 - верхняя полость статора 1;14 - the upper cavity of the stator 1;
15 - нижняя полость статора 1;15 - the lower cavity of the stator 1;
16 - компенсатор объема жидкости в полости статора;16 - compensator for the volume of liquid in the stator cavity;
17 - датчик;17 - sensor;
18 - проточка в статоре 1.18 - groove in the stator 1.
Полость статора 11 герметично отделена от полости ротора 13 и включает в себя верхнюю полость 14 и нижнюю полость 15, связанные гидравлически.The
Для увеличения стойкости изоляции статора 1 к перегревам применен теплопроводный и термостойкий материал - двухкомпонентный компаунд, которым заполняют полости статора, получая монолитную конструкцию изоляции обмоток без воздушных включений. Полость 11 статора 1, включая нижнюю 15 и верхнюю полости 14, заполнена диэлектрической жидкостью, нижняя 15 и верхняя 14 полости соединены проточкой 18. В качестве диэлектрической может быть использовано как масло, например, синтетическое масло марки МДПН-С, минеральное МДПН (3), или иностранные аналоги, например, Motor Fluid#3, так и любая диэлектрическая жидкость, например, перфторполиэфирная. Внутри полости 11 размещен компенсатор объема жидкости 16, прикрепленный к ниппелю 8, который обеспечивает компенсацию объема жидкости в условиях отсутствия стравливающих клапанов. Компенсатор 16 может быть выполнен в виде эластичного элемента, металлического сильфона или другого элемента, известного из уровня техники, например, в виде эластичной диафрагмы. В некоторых вариантах исполнения компенсатор может быть расположен в верхней полости 14, в других вариантах возможна одновременная установка компенсаторов в обеих полостях 14 и 15. Датчик 17 расположен в основании 4 электродвигателя и гидравлически сообщен с полостью статора 11 для обеспечения возможности измерения абсолютного давления в ней.To increase the resistance of the stator 1 insulation to overheating, a heat-conducting and heat-resistant material is used - a two-component compound, which is used to fill the stator cavities, obtaining a monolithic construction of winding insulation without air inclusions. The
Внутренняя тонкостенная оболочка 10 представляет собой покрытие, которое обеспечивает герметизацию магнитопровода 9 и может быть выполнено в виде тонкого слоя металла или полимера. Покрытие наносится на внутреннюю поверхность статора 1. Для лучшего сцепления покрытия внутренняя поверхность статора 1, образованная торцами листов магнитопровода 9, может быть предварительно обработана в месте нанесения покрытия, например, шихтована или расточена. Тонкий слой металла может быть нанесен гальваническим способом, а слой полимера - газоплазменным способом. Состав и толщина покрытия выбираются исходя из условий обеспечения качества герметизации и сохранения прочности при высокой температуре. Покрытие преимущественно должно быть тонкостенным во избежание существенного снижения КПД электродвигателя из-за возникновения вихревых токов и увеличения зазора между статором и ротором. Расчеты потерь показывают, что в случае применения покрытия толщиной 50 мкм КПД электродвигателя падает не более, чем на 0.2%, в то время как при применении тонкостенной трубки толщиной 0.5 мм КПД электродвигателя падает на 5% и более. Следует учесть, что при рассмотрении признаков приведенного изобретения, а также примеров его реализации, для специалиста станут очевидными другие варианты нанесения тонкостенного покрытия. Например, вакуумное термическое напыление. Данное изобретение охватывает и другие варианты нанесения покрытия, известные из уровня техники.The inner thin-
Концевые элементы магнитопровода 9 герметично соединены с головкой 3 в верхней части и с ниппелем 8 в нижней части при помощи патрубков.The end elements of the
Наряду с использованием покрытия дополнительное повышение герметизации статора 1 может достигаться за счет соединения листов магнитопровода 9 статора между собой клеящим составом, например, высокотемпературным и коррозионностойким составом "Backlack".Along with the use of a coating, an additional increase in the sealing of the stator 1 can be achieved by connecting the sheets of the stator
Заявляемый погружной электродвигатель работает следующим образом.The inventive submersible motor operates as follows.
При спуске установки в скважину и во время работы электроцентробежного насоса и погружного электродвигателя посредством гидрозащиты выравнивается давление между полостью ротора 13 и скважинной жидкостью. Компенсатор 16 выравнивает давление между полостью ротора 13 и полостью статора 11.When running the installation into the well and during the operation of the electric centrifugal pump and the submersible electric motor, the pressure between the
Попадающие во внутреннюю полость электродвигателя при потере герметичности в колодке токоввода или торцевом уплотнении гидрозащиты скважинная жидкость, металлические частицы или иные инородные предметы не смогут контактировать со статором 1, поскольку его полость сохраняет герметичность благодаря тонкостенному герметичному покрытию 10, что позволит предотвратить выход из строя электродвигателя, например, по причине короткого замыкания.Borehole fluid, metal particles or other foreign objects that enter the inner cavity of the electric motor with a loss of tightness in the current lead or end seal of the hydraulic protection will not be able to contact the stator 1, since its cavity remains tight thanks to the thin-walled
Возможность отслеживания на поверхности работы компенсатора 16 посредством показаний с датчика 17 предупреждает аварийную остановку электродвигателя и его повреждения в случае неправильной работы компенсатора 16.The ability to monitor the operation of the
Наличие тонкостенного покрытия обеспечивает герметичность полости статора 1 и гарантирует работу электродвигателя даже в случае попадания скважинной жидкости в полость электродвигателя. Как следствие, повышается средняя продолжительность работы погружного электродвигателя при сохранении КПД.The presence of a thin-walled coating ensures the tightness of the cavity of the stator 1 and guarantees the operation of the electric motor even if the well fluid enters the cavity of the electric motor. As a result, the average operating time of the submersible motor increases while maintaining efficiency.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020130805A RU2746792C1 (en) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | Submersible electric motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020130805A RU2746792C1 (en) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | Submersible electric motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2746792C1 true RU2746792C1 (en) | 2021-04-21 |
Family
ID=75584774
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020130805A RU2746792C1 (en) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | Submersible electric motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2746792C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2267854C1 (en) * | 2004-10-25 | 2006-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь" | Electric engine for electric oil-extractive down-pumps |
US20090091202A1 (en) * | 2007-10-03 | 2009-04-09 | Baker Hughes Incorporated | Shrink tube encapsulated magnet wire for electrical submersible motors |
RU2487273C1 (en) * | 2011-10-26 | 2013-07-10 | Геннадий Иркабаевич Пимуллин | Downhole pump motor drive |
RU2549381C1 (en) * | 2014-05-29 | 2015-04-27 | Валерий Алексеевич Калий | Borehole linear motor |
RU186410U1 (en) * | 2018-08-20 | 2019-01-21 | Дмитрий Валерьевич Хачатуров | Oil-filled electric submersible pumping unit |
-
2020
- 2020-09-17 RU RU2020130805A patent/RU2746792C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2267854C1 (en) * | 2004-10-25 | 2006-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь" | Electric engine for electric oil-extractive down-pumps |
US20090091202A1 (en) * | 2007-10-03 | 2009-04-09 | Baker Hughes Incorporated | Shrink tube encapsulated magnet wire for electrical submersible motors |
RU2487273C1 (en) * | 2011-10-26 | 2013-07-10 | Геннадий Иркабаевич Пимуллин | Downhole pump motor drive |
RU2549381C1 (en) * | 2014-05-29 | 2015-04-27 | Валерий Алексеевич Калий | Borehole linear motor |
RU186410U1 (en) * | 2018-08-20 | 2019-01-21 | Дмитрий Валерьевич Хачатуров | Oil-filled electric submersible pumping unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7378769B2 (en) | Electric motors for powering downhole tools | |
RU2706349C1 (en) | Active part cooled by fluid medium, electric machine and drive system | |
CA2801356C (en) | Compact cable suspended pumping system for dewatering gas wells | |
US8347953B1 (en) | Inline monitoring package for electrical submersible pump | |
US11133721B2 (en) | Electromagnetic coupling for ESP motor | |
US8382508B1 (en) | High voltage mechanical splice connector | |
US2761078A (en) | Electrical motor pump or compressor | |
RU2549381C1 (en) | Borehole linear motor | |
US10094206B2 (en) | High temperature motor seal for artificial lift system | |
US10819064B2 (en) | Gas resistant pothead system and method for electric submersible motors | |
US11773657B2 (en) | Cable connectors for use downhole | |
RU2746792C1 (en) | Submersible electric motor | |
CA2938832A1 (en) | High-temperature injection molded electrical connectors with bonded electrical terminations | |
CN111448027B (en) | Ultrasonic welding between components of an electric submersible pump assembly | |
US20140360729A1 (en) | Subsea or downhole electrical penetrator | |
EP2847468B1 (en) | Pressure equalizer | |
WO2015094170A1 (en) | Sealing method for insulated conductors in electric submersible pump pothead connectors | |
EP2994654B1 (en) | Magnetic bearing protection device | |
RU2487273C1 (en) | Downhole pump motor drive | |
RU221661U1 (en) | TURBO GENERATOR FOR POWERING WELL EQUIPMENT | |
RU20991U1 (en) | SEALED ELECTRICAL CONNECTOR | |
CN117060322A (en) | Cable sealing device for deepwater motor |