Пристрій для гідравлічного захисту заглибного маслозаповненого електродвигуна

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в погружных маслозаполненных электродвигателях, предназначенных для привода погружных вращающи хся электронасосов для добычи жидкости из скважины, работы в резервуарах, водоемах и т;д; Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя двигателя (ПЭД) обеспечивает предотвращение попадания пластовой жидкости в электродвигатель, выравнивание давления и тепловых изменений рабочего объема масла во время периодов пуска, работы и остановки электродвигателя. Известна конструкция устройства для гидравлической защиты ПЭД [I], выполненного в виде двух узлов: компаратора, содержащего гибкую диафрагму в корпусе и предназначенного только для выравнивания давления внутри двигателя и компенсации изменений объема масла двигателя в процессе работы, и протектора, состоящего из корпуса, вала. торцевого уплотнения и диафрагмы, разделяющей полость протектора на две камеры, заполненные маслом. Протектор передает крутящий момент с вала двигателя на вал насоса и предохраняет элементы двигателя от силовых воздействий статического давления окружающей жидкости. Недостатком известного устройства можно считать низкую надежность диафрагмы, при спуске электронасоса в скважину с большой скоростью, и торцевого уплотнения, контактирующего с пластовой жидкостью, а также неудобную компоновку, усложняющую монтаж электронасоса на скважине. Более предпочтительной является компоновка устройства для гидравлической защиты ПЭД в виде одного отдельного узла-протектора [2]. Это устройство является прототипом заявляемого. Известное устройство для гидравлической защиты ПЭД содержит корпус, вал, два торцевых уплотнения, образует совместно со стенками центрального отверстия во фланце, сквозь которое проходит вал, полость. В двух внутренних камерах, заполненных диэлектрической жидкостью, например, маслом, установлены на цилиндрах, защищают вал, диафрагмы, делящие камеры на две полости, при этом между каждой диафрагмой и фланцем установлен сбрасывающий клапан. Внутренние камеры связаны между собой гидравлически последовательно с помощью трубок, установленных во фланцах. В нижней камере устройства между диафрагмой и фланцем дополнительно имеется клапан, обратный сбрасывающему, а верхняя часть ограниченной диафрагмой полости средней камеры соединена трубкой с нижней частью лежащей вне диафрагмы полости нижней камеры. Известная конструкция имеет значительный габарит по длине, что снижает ее эксплуатационные возможности, т.к. становится неудобной полная сборка погружного электродвигателя в заводских условиях из-за трудностей в транспортировке и установке на скважине. Кроме того, при сборке электродвигателя и гидрозащиты на скважине возможно проникновение во внутреннюю полость влаги и воздуха из-за различных климатических условий в местах изготовления, хранения и эксплуатации, а также из-за несовершенства технологии сборки и ведения монтажных операций, что приводит к снижению надежности. Большой габарит гидрозащиты по Длине предопределяет наличие растворенного воздуха во вн утренних камерах гидрозащиты после дегазации, т.к. при его удалении из полости двигателя он должен пройти последовательно полости внутренних камер, а также внешнюю камеру, при этом происходит мгновенный выброс масла, а не удаление воздуха, который постепенно скапливается в верхних частя х каждой из камер. Выплескивание масла приводит к его ускоренному расходованию и преждевременному вы ходу из строя гидрозащиты. Кроме того, последовательное расположение камер по длине увеличивает число мест герметизации корпуса гидрозащиты. Все это также снижает надежность. После остановки электродвигателя и его охлаждения диафрагма в верхней камере может сложиться и будет испытывать гидростатическое давление столба пластовой жидкости, так как объем масла в верхней камере недостаточен для полной компенсации его потери из полости двигателя и нижней камеры гидрозащиты, например, после осуществления спуска, тепловой компенсации при нормальной работе, перед срывом подачи насоса. Наличие воздуха, оставшегося в узлах при монтаже, усугубляет этот недостаток. Задачей, которая была поставлена в процессе усовершенствования известного устройства, является повышение надежности за счет концентричного расположения камер, что обеспечивало бы поддержание заданного давления в них, и создание в его компоновке условий для установки сбрасывающих клапанов во внешнем фланце. Это исключает задержку удаления воздуха из вн утренних камер. Кроме того, при указанной компоновке устройства обеспечивается сокращение габарита устройства по длине, что создает условия его сборки с двигателем в заводских условиях и повышает эксплуатационные возможности. Указанная задача решается благодаря тому, что устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее корпус, вал, два торцевых уплотнения, закрепленные на внешнем фланце, наружное из которых образует дно внешней камеры, сообщающейся с окружающей средой, и ограничивает полость во фланце между торцевыми уплотнениями, две внутренние камеры, соединенные между собой гидравлически последовательно, в каждой из которых имеется диафрагма и сбрасывающий клапан, снабжено защитным цилиндром, внутренние камеры с диафрагмами расположены коаксиально одна другой, полость первой камеры, непосредственно соединенная с полостью двигателя, состоит из двух частей, образованных, соответственно, корпусом и внешней диафрагмой, внутренней стенкой защитного цилиндра и валом и связанных между собой каналом, полость первой камеры, заключенная между диафрагмами, соединена каналом с полостью между торцевыми уплотнениями, установленными последовательно, полость второй камеры, заключенная между защитным цилиндром и внутренней диафрагмой, сообщена с окружающей средой, причем каналы, связывающие полости внутренних камер между собой, с полостью между торцевыми уплотнениями и с окружающей средой, выполнены во внешнем фланце, один сбрасывающий клапан расположен на выходе канала в полость, сообщенную с окружающей средой, а второй - на выходе канала в полость, заключенную между диафрагмами. В предложенной конструкции обеспечивается нормальный режим работы диафрагм, дублирующий работу первой диафрагмы, и заданное давление в полости между торцевыми уплотнениями, исключающее всасывание пластовой жидкости через верхнее торцевое уплотнение, т.к. полость между двумя диафрагмами первой внутренней камеры связана каналом с полостью между торцевыми уплотнениями, которые установлены последовательно с возможностью расходования диэлектрической жидкости (масла). Гидравлическая связьмежду полостями внутренних камер осуществляется по каналам, выполненным только во внешнем фланце. При этом один сбрасывающий клапан расположен на выходе канала в полость, соединенную с окружающей средой, а второй на выходе в полость, заключенную между диафрагмами. Оба клапана располагаются в верхних точках указанных полостей внутренних камер, что исключает прохождение воздуха в процессе дегазации диэлектрической жидкости (масла) в полости двигателя по всей длине полостей внутренних камер устройства для Гидрозащиты, заполненных указанной диэлектрической жидкости, т.е. исключает эмульгирование и выброс диэлектрической жидкости, т.к. воздух может беспрепятственно быть стравлен из верхних точек внутренних камер. Заявляемое устройство иллюстрируется чертежом. Устройство 1 для гидравлической защиты выполнено в виде отдельного узла и монтируется между погружным маслозаполненным электродвигателем 2 и насосом (на чертеже не показан). Устройство 1 включает вал 3, торцевое уплотнение 4, 5, диафрагмы 6. 7, корпус 8, защитный цилиндр 9, верхний (внешний) 10, нижний 11 фланцы, а также упорный подшипник 12, который дисциплинирует вал 3. Торцевые уплотнения 4, 5 вмонтированы во внешний фланец 10, установлены последовательно на валу 3, причем их вращающиеся кольца неподвижно закреплены на валу 3, а неподвижные жестко связаны с фланцем 10. Фланцы 10 и 11 герметично соединены с корпусом 8, образуя полость, в которой размещены защитный цилиндр 9. охватывающий полость, зазором, а также первая 6 и вторая 7 диафрагмы. Своими концами цилиндр 9 посажен во фланцах 11 и 10. Верхние концы диафрагм 6 и 7 закреплены во фланце 10, а также нижние концы крепятся к защитному цилиндру 9. Торец внешнего фланца 10, где закреплено первое торцевое уплотнение 4, образует дно внешней камеры 13, заполненной пластовой жидкостью. Торцевое уплотнение 4 и установленное последовательно с ним торцевое уплотнение 5 совместно со стенками центрального отверстия во фланце 10 образует полость 14, заполненную той же диэлектрической жидкостью (маслом), что и двигатель 1. Корпусом 8, диафрагмами 6, 7, защитным цилиндром 9, а также торцами фланцев 10, 11 и валом 3 образованы полости 15-18, которые являются внутренними камерами устройства для гидрозащиты. Первая внутренняя камера включает полости 15, 16, 18. Полость 15, ограниченная корпусом 8 и диафрагмой 6, связана каналом 19 во фланце 10 с полостью 18, ограниченной валом 3 и внутренней стенкой защитного цилиндра 9. Кроме того, полость 15 первой внутренней камеры связана каналом 20, выполненным во фланце 11, с полостью электродвигателя. В первой внутренней камере полость 15 отделена от смежной с ней полости 16 диафрагмой 6 и связана с ней каналом 21 во фланце 10, на выходе которого в полость 16 установлен сбрасывающий клапан 22, т.е. в верхней части полостей 15 и 16. Полости 15, 16, 18. как и полость 14, заполнены диэлектрической жидкостью (маслом). Вторую вн утреннюю камеру образует полость 17, заполняемая при погружений электродвигателя в скважину пластовой жидкостью через канал 23 во фланце 10 и ограниченная наружной стенкой цилиндра 9 и диафрагмой 7. Полость 16 первой внутренней камеры связана с полостью 17 каналом 24, на выходе которого в полость 17 установлен сбрасывающий клапан 25, т.е. в вер хней части полостей 16 и 17. Полости 15, 16, 17, 18 расположены коаксиально друг другу, обеспечивая последовательную гидравлическую связь с помощью диафрагм 6, 7 и сброс излишнего количества масла по каналам 21 и 24, в которых установлены сбрасывающие клапаны 22 и 25. Полости 16 и 14 соединены каналом 26. Для обеспечения заполнения полостей 14, 15, 16, 18 устройства диэлектрической жидкостью предусмотрены отверстие 27, в нижнем фланце 11, и отверстие 28, во внешнем фланце 10, которые по окончании заполнения закрыты пробками (не показаны). Сначала производится заполнение полости 15 через отверстие 27 и далее по каналу 20, а затем полости 18 по каналу 19. При поступлении в полости 15 и 18 некоторого заданного количества диэлектрической жидкости открывается клапан 22, через который жидкость заполняет полости 16 и 14, связанные каналом-26. При этом, при появлении жидкости в отверстии 28 оно закрывается пробкой (не показана). Излишки жидкости из полостей 16 и 14 могут быть сброшены в полость 17 по каналу 24 через клапан 25. Дальнейшая прокачка жидкости продолжается до появления ее в отверстии 23. Отверстие 27 закрывают пробкой (не показана), После заправки устройства для гидрозащиты диафрагмы 6 и 7 находятся в сжатом состоянии. Агрегат, в состав которого входит электродвигатель с гидрозащитой, опускается в скважину. В процессе погружения электродвигателя в скважину на рабочую глубин у в полости 17 происходит смешивание диэлектрической жидкости, имеющейся в ней, и пластовой жидкости, поступающей по каналу 23. Одновременно, происходит расширение масла в полости электродвигателя 2 и полостях 15, 18, 16 и 14 за счет увеличения давления столба жидкости и повышает температуру. Диафрагмы 6,7 перемещаются в сторону вала, вытесняя пластовую жидкость из полости 17 по каналу 23. Если увеличение объема масла в полостях 15 и 18, соединенных каналом 19, не компенсируется изменением положения диафрагм 6, 7, излишки масла сбрасываются в полость 16 через клапан 22 по каналу 21 и далее по каналу 24 -через клапан 25 в полость 17 с пластовой жидкостью, а затем по каналу 23 в скважину, т.к. масло всплывает через пластовую жидкость, При открывании клапанов 22 и 25 происходит стравливание воздуха, если он имеется в верхних частях полостей 15 и 16, без растворения в диэлектрической жидкости, заполняющей полости 15,16, т.к. воздух легче масла и собирается в верхних частя х полостей 15 й 16 там, где находятся клапаны 22 и 25. При включении двигателя происходит дополнительное повышение температуры ПЭД, которое приводит к дополнительному расширению жидкости в полости двигателя и в полостях гидрозащиты, связанных каналом 20 с полостью двигателя. Излишки масла и воздуха через клапан 22 сбрасываются в полость 16 и далее через клапан 25 в полость 17, а затем по каналу 23 в скважину. В процессе расширения диэлектрической жидкости всегда происходит ее циркуляция в полостях 15 и 18 по каналам 19 и 20. Разогретое масло в полостях 15 и 18, циркулируя, производит теплообмен с пластовой жидкостью, через контактирующие непосредственно с маслом наружный корпус 8, а также защитный цилиндр 9. При остановке и остывании двигателя диэлектрическая жидкость в нем сжимается, при этом диафрагма б перемещается в направлении к корпусу 8, компенсируя сжатие. Диафрагма 7, совместно с диафрагмой 6 ограничивающая полость 16, ее дублирует. Пластовая жидкость по каналу 23 поступает в полость 17, выравнивая давление во всех полостях электродвигателя. По сравнению с прототипом предложенная конструкция имеет более высокую надежность, увеличенный срок службы и меньший габарит по длине. Это обусловлено тем, что в ней используется коаксиальное расположение камер, причем полость, непосредственно связанная с полостью двигателя каналом, ограничена наружным корпусом и защитным цилиндром.. Жидкость в ней может интенсивно охлаждаться пластовой жидкостью скважины, омывающей цилиндр и корпус. Коаксиальное расположение внутренних камер также позволяет выполнить каналы для их связи только во внешнем фланце, что обеспечивает возможность расположения сбрасывающих клапанов в верхних частях внутренних полостей. Возможность расположения сбрасывающих клапанов в верхних частя х внутренних полостей, исключает дополнительное растворение воздуха в диэлектрической жидкости в процессе прохождения им камер по длине, увеличивающее давление во внутренних полостях. При этом исключается дополнительный расход масла из полостей электродвигателя. Кроме того, связь полости, ограниченной двумя диафрагмами, с полостью между торцевыми уплотнениями каналом во внешнем фланце обеспечивает постоянное поддерживание избыточного давления в этой полости, исключающего всасывание пластовой жидкости через наружное торцовое уплотнение. При этом расположение полости, ограниченной диафрагмами, между полостью, заполненной пластовой жидкостью, и полостью, непосредственно связанной с полостью двигателя, обеспечивает благоприятные условия для поддержания заданного давления в указанной полости между торцовыми уплотнениями.