RU2790213C1

RU2790213C1 - Device for hydraulic protection of submersible oil-filled electric motor

Info

Publication number: RU2790213C1
Application number: RU2022123214A
Authority: RU
Inventors: Степан Константинович Козлов; Данила Николаевич Мартюшев; Сергей Леонидович Столбов; Тимофей Ринатович Мотыгуллин; Александр Сергеевич Новиков; Юлия Сергеевна Мута; Юрий Владимирович Калугин
Original assignee: Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Filing date: 2022-08-29
Publication date: 2023-02-15

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to the oil industry, and in particular to devices for hydraulic protection of submersible oil-filled electric motors of submersible pumping units intended for oil production. The device comprises a vertical body 7, a head 10, a base 9, a shaft 1, radial bearings 8, nipples 5, an oil-filled chamber, an axial bearing 3 and a compensation unit. At the end of the shaft 1 in the base 9 there is an axially movable clutch 11. The clutch 11 is made in the form of a two-stage cylinder, the larger diameter step of which is located on top. From the side of the upper end of the larger diameter stage, a spring 13 is installed around the shaft 1, which rests on the supporting element 12 mounted in the base 9. The base 9 is equipped with an internal annular protrusion with a central hole at the bottom, at the entrance of which an annular expansion is formed with the possibility of hermetic placement of a larger diameter stage in it.

EFFECT: invention is aimed at ensuring the efficiency of the electric motor by eliminating oil leaks during installation of the device.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в конструкциях гидрозащит маслозаполненных электродвигателей погружных насосных агрегатов, предназначенных для добычи нефти.The invention relates to the oil industry and can be used in the construction of hydraulic protection of oil-filled electric motors of submersible pumping units intended for oil production.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, выпускаемое АО «Новомет-Пермь» (ТУ 27.11.25-009-12058737-2019). Внешнюю основу конструкции указанного устройства составляют корпусные детали: корпуса в виде полого цилиндра, ниппеля, основание и головка. Устройство содержит вал, установленный вдоль оси корпуса при помощи радиальных подшипников, размещенных в ниппелях корпуса, который предназначен для передачи крутящего момента от двигателя к насосу, по меньшей мере, одну маслозаполненную камеру, осевую опору для восприятия осевой нагрузки вала и узел компенсации, предотвращающий попадание пластовой жидкости к осевой опоре и далее к электродвигателю.Closest to the claimed is a device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor manufactured by Novomet-Perm JSC (TU 27.11.25-009-12058737-2019). The external basis of the design of the specified device is made up of body parts: a body in the form of a hollow cylinder, a nipple, a base and a head. The device comprises a shaft mounted along the axis of the housing with the help of radial bearings placed in the nipples of the housing, which is designed to transmit torque from the engine to the pump, at least one oil-filled chamber, an axial support for absorbing the axial load of the shaft and a compensation unit that prevents reservoir fluid to the axial support and further to the electric motor.

При монтаже на скважине возникает проблема утечки масла из данного устройства для гидравлической защиты, что требует проведения дополнительных операций по заполнению его маслом для сохранения эффективности работы погружного электродвигателя.When installed in a well, there is a problem of oil leakage from this hydraulic protection device, which requires additional operations to fill it with oil to maintain the efficiency of the submersible motor.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективности работы электродвигателя за счет устранения утечек масла при монтаже устройства для гидравлической защиты и электродвигателя.The objective of the present invention is to ensure the efficiency of the electric motor by eliminating oil leaks during installation of the device for hydraulic protection and the electric motor.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащим корпус, выполненный в виде полого цилиндра, головку, основание, вал, установленный вдоль оси корпуса, радиальные подшипники, ниппеля, маслозаполненную камеру, осевую опору и узел компенсации, согласно изобретению, на конце вала в основании установлена подвижная в осевом направлении муфта, выполненная в виде двухступенчатого цилиндра, ступень большего диаметра которого расположена сверху, со стороны верхнего торца ступени большего диаметра вокруг вала установлена пружина, опирающаяся на вмонтированный в основание опорный элемент, основание снизу снабжено внутренним кольцевым выступом с центральным отверстием, на входе которого сформировано кольцевое расширение для размещения в нем ступени большего диаметра муфты с возможностью их герметичного взаимодействия.This technical result is achieved by the fact that in a device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, containing a body made in the form of a hollow cylinder, a head, a base, a shaft mounted along the axis of the body, radial bearings, nipples, an oil-filled chamber, an axial support and a compensation unit, according to the invention, at the end of the shaft in the base there is an axially movable coupling made in the form of a two-stage cylinder, the stage of the larger diameter of which is located on top, from the side of the upper end of the stage of the larger diameter around the shaft there is a spring resting on the support element built into the base, the base from below equipped with an internal annular protrusion with a central hole, at the inlet of which an annular expansion is formed to accommodate a stage of a larger diameter coupling in it with the possibility of their hermetic interaction.

Наличие в устройстве муфты, поджатой пружиной и герметично взаимодействующей с центральным отверстием в основании, предотвращает утечки масла при монтаже.The presence of a coupling in the device, compressed by a spring and hermetically interacting with the central hole in the base, prevents oil leakage during installation.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид заявляемого устройства для гидравлической защиты; на фиг. 2 показан фрагмент устройства для гидравлической защиты в области основания в транспортировочном положении, продольный разрез; на фиг. 3 - стыковка устройства для гидравлической защиты с электродвигателем.The essence of the utility model is illustrated by the drawings, where in Fig. 1 shows a general view of the proposed device for hydraulic protection; in fig. 2 shows a fragment of the device for hydraulic protection in the base area in the transport position, longitudinal section; in fig. 3 - docking device for hydraulic protection with an electric motor.

Устройство для гидравлической защиты (фиг. 1) содержит корпус 7, выполненный в виде вертикально ориентированного в рабочем положении устройства полого цилиндра; вал 1 с осевой опорой 3, герметично установленный в корпусе 7 по его оси при помощи радиальных подшипников 8, размещенных в ниппелях 5. Вал 1 снабжен торцевыми уплотнениями 4, препятствующими движению масла по валу, и выполнен с возможностью его соединения с валом 18 погружного электродвигателя или валом соседней секции гидрозащиты внутри полости основания 9, соединенного с нижней частью корпуса 7. К верхнему ниппелю 5 присоединена головка 10, связывающая устройство с погружным электроцентробежным насосом. Внутри корпуса 7 расположен узел компенсации, который содержит эластичную диафрагму 2, формирующую маслозаполненную камеру, выше которой может быть установлен, например, сбрасывающий клапан 6, обеспечивающий отвод излишнего масла, либо лабиринт с трубкой гидрозатвора, обеспечивающий компенсацию в полости лабиринта.The device for hydraulic protection (Fig. 1) contains a housing 7, made in the form of a vertically oriented device in the working position of the hollow cylinder; shaft 1 with axial support 3, hermetically mounted in housing 7 along its axis with the help of radial bearings 8 placed in nipples 5. Shaft 1 is equipped with mechanical seals 4 that prevent the movement of oil along the shaft, and is made with the possibility of its connection with the shaft 18 of the submersible motor or a shaft of the adjacent hydroprotection section inside the cavity of the base 9 connected to the lower part of the housing 7. A head 10 is attached to the upper nipple 5, connecting the device with a submersible electric centrifugal pump. Inside the body 7 there is a compensation unit, which contains an elastic diaphragm 2, which forms an oil-filled chamber, above which, for example, a relief valve 6 can be installed, which ensures the removal of excess oil, or a labyrinth with a hydraulic seal tube, which provides compensation in the labyrinth cavity.

В основании 9 на нижнем конце вала 1 установлена цилиндрическая муфта 11 с возможностью осевого перемещения вдоль вала 1. Муфта 11 снаружи выполнена в виде двухступенчатого цилиндра, у которого ступень большего диаметра расположена сверху, а ступень меньшего диаметра выходит за пределы вала 1. Соединение между валом 1 и муфтой 11 уплотнено резиновыми кольцами (не показано). Полость основания 9 снизу ограничена кольцевым выступом 14, имеющим центральное отверстие 15 (фиг. 2, 3). В отверстии 15 со стороны входа выполнено кольцевое расширение 16, имеющее диаметр, ответный диаметру ступени большего диаметра муфты 11, что дает возможность обеспечить герметичную установку верхней ступени муфты в кольцевом расширении 16. Со стороны верхнего торца ступени большего диаметра муфты 11 установлена пружина 13, расположенная вокруг вала 1 и обеспечивающая поджатие муфты 11 к кольцевому выступу 14. Сверху пружина 13 опирается на опорный элемент 12 в виде диска, который вмонтирован в верхнюю часть основания 9.At the base 9, at the lower end of the shaft 1, a cylindrical coupling 11 is installed with the possibility of axial movement along the shaft 1. The coupling 11 is externally made in the form of a two-stage cylinder, in which the stage of the larger diameter is located on top, and the stage of the smaller diameter extends beyond the shaft 1. The connection between the shaft 1 and coupling 11 is sealed with rubber rings (not shown). The cavity of the base 9 is limited from below by an annular protrusion 14 having a central hole 15 (Fig. 2, 3). In the hole 15 on the input side, an annular expansion 16 is made, having a diameter corresponding to the diameter of the step of a larger diameter of the coupling 11, which makes it possible to ensure the tight installation of the upper stage of the clutch in the annular expansion 16. From the side of the upper end of the step of a larger diameter of the coupling 11, a spring 13 is installed, located around the shaft 1 and providing compression of the coupling 11 to the annular protrusion 14. From above, the spring 13 rests on the support element 12 in the form of a disc, which is mounted in the upper part of the base 9.

Во время транспортировки устройства для гидравлической защиты муфту 11 фиксируют в центральном отверстии 15 (фиг. 2) с помощью пружины 13 и устанавливают защитную крышку (не показана). При посадке муфты 11 верхняя ступень большего диаметра благодаря ответной форме плотно прилегает к кольцевому расширению 16 своими цилиндрической и торцевой поверхностями, образуя с ним герметичное соединение, а между боковой поверхностью ступени меньшего диаметра и стенкой отверстия 15 остается зазор 17. Наличие герметичного соединения в области кольцевого расширения 16 препятствует утечке масла, что исключает необходимость дополнительной прокачки маслом, снижает расход диэлектрического масла, повышает удобство монтажа.During transportation of the device for hydraulic protection, the coupling 11 is fixed in the central hole 15 (Fig. 2) using the spring 13 and a protective cover (not shown) is installed. When the clutch 11 is seated, the upper step of a larger diameter, due to the reciprocal shape, fits snugly against the annular expansion 16 with its cylindrical and end surfaces, forming a tight connection with it, and a gap 17 remains between the side surface of the step of a smaller diameter and the wall of the hole 15. The presence of a tight connection in the area of the annular extension 16 prevents oil leakage, which eliminates the need for additional oil pumping, reduces the consumption of dielectric oil, and increases ease of installation.

Во время монтажа погружного насосного агрегата (фиг. 3) валы электродвигателя 18 и муфты 11 состыковывают посредством шлицевых соединений. В некоторых вариантах исполнения возможно соединение аналогичным образом вала муфты с валом нижерасположенной секции гидрозащиты. При стыковке вал 18 электродвигателя приподнимает муфту 11, сжимая пружину 13, в результате чего полость основания 9 через зазор 17 соединяется с полостью электродвигателя, происходит разгерметизация устройства для гидравлической защиты и перевод его в рабочее состояние.During the installation of the submersible pump unit (Fig. 3) the shafts of the motor 18 and the coupling 11 are joined by means of splines. In some embodiments, it is possible to connect the coupling shaft in a similar way to the shaft of the lower hydraulic protection section. When docking, the shaft 18 of the electric motor lifts the clutch 11, compressing the spring 13, as a result of which the base cavity 9 through the gap 17 is connected to the cavity of the electric motor, the device for hydraulic protection is depressurized and put into working condition.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

При включении погружного маслозаполненного электродвигателя крутящий момент от вала электродвигателя 18 передается через вал 1 устройства для гидравлической защиты валу погружного центробежного насоса. Защита погружного маслозаполненного электродвигателя от проникновения пластовой жидкости в его внутренние полости обеспечивается герметичным соединением диафрагмы 2, осевой опоры 3, торцевого уплотнения 4 и ниппелей 5. При тепловых изменениях объема диэлектрического масла при работе погружного электродвигателя и его остановах изменяется форма эластичной диафрагмы 2. При отсутствии возможности увеличения объема диафрагмы излишний объем диэлектрического масла сбрасывается через клапан 6.When the submersible oil-filled electric motor is turned on, the torque from the motor shaft 18 is transmitted through the shaft 1 of the device for hydraulic protection to the shaft of the submersible centrifugal pump. Protection of a submersible oil-filled electric motor from the penetration of reservoir fluid into its internal cavities is ensured by a hermetic connection of diaphragm 2, axial support 3, mechanical seal 4 and nipples 5. With thermal changes in the volume of dielectric oil during operation of the submersible motor and its stops, the shape of the elastic diaphragm 2 changes. the possibility of increasing the volume of the diaphragm, the excess volume of dielectric oil is discharged through valve 6.

Таким образом, благодаря наличию в основании устройства узла с муфтой предупреждается утечка масла из данного устройства для гидравлической защиты при монтаже, исключается необходимость дополнительной операции по прокачке масла, снижается расход масла, повышается удобство и сокращается время монтажа при обеспечении эффективной работы погружного электродвигателя.Thus, due to the presence of a clutch assembly at the base of the device, oil leakage from this device for hydraulic protection during installation is prevented, the need for an additional oil pumping operation is eliminated, oil consumption is reduced, installation convenience is increased, and installation time is improved while ensuring the efficient operation of the submersible motor.

Claims

A device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, containing a vertical housing made in the form of a hollow cylinder, a head, a base, a shaft mounted along the axis of the housing, radial bearings, nipples, an oil-filled chamber, an axial support and a compensation unit, characterized in that at the end of the shaft in the base there is an axially movable coupling made in the form of a two-stage cylinder, the stage of the larger diameter of which is located on top, from the side of the upper end of the stage of the larger diameter around the shaft there is a spring resting on the support element built into the base, the base from below is equipped with an internal annular protrusion with a central an opening, at the inlet of which an annular expansion is formed with the possibility of hermetically placing a step of a larger diameter in it.