Пристрій для гідравлічного захисту електродвигуна

Винахід стосується електромашинобудування, зокрема гідрозахисту заглибних заповнених діелектричною рідиною електродвигунів, призначених для приводу відцентрових, гвинтових та інших насосів для добування рідини із свердловин, міжпластового закачування і т.д. Відомий пристрій для гідравлічного захисту заглибного маслозаповненого електродвигуна, який складається із гідравлічного компенсатора, розміщеного у нижній частині електродвигуна, і протектора, установленого зверху електродвигуна [пат. Російської Федерації №02118033 від 25.06.1997p., МПК Н02K5/10, 5/132]. Компенсатор містить еластичну діафрагму, внутрішня порожнина якої сполучена каналом у головці компенсатора з внутрішньою порожниною електродвигуна. Протектор містить корпус, вал, верхнє, середнє та нижнє торцеві ущільнення, розташовані уздовж вала послідовно зовнішню камеру і дві заповнені діелектричною рідиною внутрішні камери, відділені одна від одної перегородками і гідравлічно сполучені послідовно через отвори у перегородках, дві еластичні діафрагми, два каркаси, кожний з яких містить два фланці, герметично установлені у корпусі, і тр убу, що охоплює вал. Кожна еластична діафрагма установлена на каркасі між двома торцевими ущільненнями і закріплена двома кінцями до фланців каркаса. Одним з недоліків цього пристрою є один ступень захисту в гідравлічному компенсаторі. Вихід з ладу еластичної діафрагми призводить до передчасного виходу з ладу електричного двигуна. Другим недоліком є те, що навколишня рідина, яка проникла через верхнє торцеве ущільнення протектора, потрапляє через зазор між валом і трубою каркаса до наступного, середнього торцевого ущільнення. Постійний контакт середнього торцевого ущільнення з великим об'ємом навколишньої рідини, яка складається з пластової води та інших агресивних компонентів, призводить до прискореного виходу з ладу цього ущільнення. Далі з тієї ж самої причини виходить з ладу нижнє торцеве ущільнення і навколишня рідина потрапляє у порожнину електродвигуна, що призводить до виходу його з ладу. Через вищевказані недоліки відомий пристрій недостатньо надійний у роботі та має недостатньо великий ресурс. Найближчим аналогом технічного рішення, що заявляється, є пристрій для гідравлічного захисту заглибного маслозаповненного електродвигуна [авт. св-во СРСР №1020924 від 13.08.1981р., МПК Н02K5/12], який містить корпус, вал, три торцевих ущільнення, послідовно розташовані уздовж вала зовнішню камеру і дві заповнені діелектричною рідиною внутрішні камери, відділені одна від одної перегородками і гідравлічно сполучені послідовно через отвори у перегородках. Пристрій також містить два каркаси, дві еластичні діафрагми, установлені на каркасах, та два запобіжні клапани. Кожний з каркасів містить два фланці, герметично установлені у корпусі, та трубу, яка охоплює вал. Кожний запобіжний клапан установлений у верхній частині каркаса між еластичною діафрагмою і перегородкою. У верхній частині внутрішньої камери установлено два торцевих ущільнення. Зовнішня камера заповнена бар'єрною рідиною. Кожна еластична діафрагма закріплена двома кінцями до фланців каркаса. Надійність роботи і ресурс цього відомого пристрою для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна теж є недостатньо високими через прискорений послідовний вихід з ладу торцевих ущільнень внаслідок надходження пластової рідини крізь зазор між валом і трубою каркаса безпосередньо від одного до другого, наступного торцевого ущільнення, у разі виходу з ладу верхнього торцевого ущільнення. Крім того, під час підготовки пристрою до роботи у камерах залишається великий об'єм повітря, який під час роботи пристрою видаляється з внутрішніх камер крізь щілинний зазор між ущільнювальними кільцями торцевих ущільнень, що знижує надійність роботи і довговічність торцевих ущільнень. В основу винаходу поставлена задача створення пристрою для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна, в якому за рахунок введення у кожній внутрішній камері нового елементу - стакана з отворами у боковій стінці та дні, пропонованого розташування цього стакана відносно внутрішньої камери, труби каркаса і перегородки та герметичного кріплення стакана до перегородки забезпечується підвищення надійності роботи і ресурсу. Пристрій для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна, згідно з винаходом, як і найближчий аналог, містить корпус, вал, торцеві ущільнення, зовнішню камеру і, принаймні, дві заповненні діелектричною рідиною внутрішні камери, принаймні, один запобіжний клапан, принаймні, одну еластичну діафрагму, принаймні, два каркаси. Камери послідовно розташовані уздовж вала, відділені одна від одної перегородками і гідравлічно сполучені послідовно через отвори у перегородках. Кожний з каркасів містить фланець, герметично установлений у корпусі, і трубу, що о хоплює вал. Еластична діафрагма установлена на каркасі. Відміна пристрою, що заявляється, від найближчого аналога полягає в тому, що у верхній частині кожної внутрішньої камери на трубі каркаса співвісно установлений дном униз стакан з отворами у бічній стінці і дні. При цьому кінець бічної стінки стакана герметично закріплений усередині перегородки і кінець труби каркаса розміщений усередині стакана. Крім того, згідно з винаходом, у кожній внутрішній камері напроти кінця труби каркаса на валу, принаймні, частково усередині стакана установлений дефлектор потоку рідини. При цьому дефлектор потоку рідини, принаймні, в одній внутрішній камері виконаний у вигляді конусоподібної втулки з більшою і меншою основами, розташованої так, що вона повернута до торця труби каркаса більшою основою, діаметр якої менший за зовнішній діаметр труби каркаса. Крім того, згідно з винаходом, дефлектор потоку рідини, принаймні, в одній внутрішній камері складається з двох послідовно розташованих уздовж вала спряжених частин - конусоподібної втулкової частини, виконаної і розташованої аналогічно вищезгаданій конусоподібній втулці, і тр убчастої частини, розташованої навколо кінця труби каркаса із зазором. Крім того, згідно з винаходом, принаймні, один запобіжний клапан установлений в отворі, принаймні, однієї перегородки і орієнтований вихідним отвором у бік внутрішньої камери, розташованої під вищевказаною перегородкою. Пристрій, що заявляється, має підвищену надійність в роботі та збільшений ресурс, у порівнянні з найближчим аналогом, забезпечуючи тим самим збільшення ресурсу заглибного електродвигуна, за рахунок значного зменшення можливості надходження навколишньої рідини від попереднього торцевого ущільнення до наступного торцевого ущільнення по найкоротшому шляху між валом і трубою каркаса. Це досягається завдяки тому, що навколишня рідина, яка проникла крізь торцеве ущільнення, під дією відцентрових сил, які створюються обертанням вала в рідині, відкидається від поверхні вала в радіальному напрямку і потрапляє в порожнину, обмежену внутрішньою поверхнею стакана та зовнішньою поверхнею кінця труби каркаса, введеного усередину стакана, і далі крізь отвори у стінці і дні стакана надходить в основну порожнину внутрішньої камери, під перегородкою, що міститься між корпусом, трубою каркаса, перегородкою, стаканом і фланцем каркаса. Заповнення навколишньою рідиною проміжка між валом і трубою каркаса починається лише тоді, коли рівень навколишньої рідини у внутрішній камері підійметься настільки, що внутрішня порожнина стакана заповниться до рівня верхнього торця труби каркаса. Установлення у кожній внутрішній камері напроти кінця труби каркаса на валу, принаймні, частково усередині стакана дефлектора потоку рідини дозволяє збільшити відцентрову силу від обертання вала і тим самим зменшити можливість надходження навколишньої рідини, яка проникла крізь торцеве ущільнення, безпосередньо у трубу каркаса. Цим забезпечується додаткове підвищення надійності роботи та ресурсу пристрою, який заявляється. Істотне підвищення надійності роботи і збільшення ресурсу пристрою, що заявляється, досягається внаслідок виконання дефлектора потоку рідини, принаймні, в одній внутрішній камері у вигляді конусоподібної втулки з більшою і меншою основами, у якої діаметр більшої основи не менше зовнішнього діаметра труби каркаса, і розташування цієї втулки з зазором відносно торця труби каркаса так, що вона повернута до цього торця більшою основою. Таке конструктивне виконання і розташування дефлектора потоку рідини забезпечує збільшення відцентрової сили, яка діє на пластову рідину, і разом з тим забезпечує утворення механічної перешкоди, яка перешкоджає прониканню цієї рідини в зазор між валом і трубою каркаса. Дальше підвищення надійності роботи і збільшення ресурсу пристрою, що заявляється, досягається внаслідок того, що дефлектор потоку рідини, принаймні, в одній внутрішній камері складається з двох послідовно розташованих уздовж вала спряжених частин - конусоподібної втулкової частини, виконаної і розташованої аналогічно вищезгаданій конусоподібній втулці, і тр убчастої частини, розташованої навколо кінця труби каркаса із зазором. Таке виконання і розташування дефлектора потоку рідини забезпечує, у порівнянні з пристроєм, в якому використовується дефлектор потоку рідини, виконаний у вигляді конусоподібної втулки, розширення зони дії відцентрової сили за рахунок збільшення площі поверхні дефлектора потоку рідини, утворення більш ефективної механічної перешкоди на шляху проходження навколишньої рідини до зазору між валом і трубою каркаса і утворення лабіринтового гідравлічного ущільнення. Установлення, принаймні, одного запобіжного клапана в отворі, принаймні, однієї перегородки та орієнтування його вихідним отвором у бік внутрішньої камери, розташованої під перегородкою, забезпечує зменшення габаритних розмірів пристрою для гідравлічного захисту в осьовому і радіальному напрямках, запобігає попаданню механічних домішок у робочу зону клапана та забезпечує можливість видалення досить великого об'єму повітря із внутрішньої камери обминаючи торцеве ущільнення. Суть те хнічного рішення, що заявляється, пояснюється кресленням, на якому схематично показаний пристрій для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна, згідно з винаходом (поздовжній розріз). Пропонований згідно з винаходом пристрій для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна розташований з боку робочого кінця вала електродвигуна 1. Пристрій для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна містить корпус 2, вал 3, два торцевих ущільнення 4, 5, установленних послідовно уздовж вала 3, дві перегородки 6, 7, виконані у .вигляді ніпелів, якими відділені одна від одної нижня внутрішня камера 8, верхня внутрішня камера 9 і зовнішня камера 10. Нижня внутрішня камера 8 утворена корпусом 2, перегородкою 6, торцевим ущільненням 5. Верхня внутрішня камера 9 утворена торцевим ущільненням 5, перегородкою 6, корпусом 2, перегородкою 7, торцевим ущільненням 4. Зовнішня камера 10 утворена корпусом 2, перегородкою 7, торцевим ущільненням 4. Камери 810 послідовно розташовані уздовж вала 3 і гідравлічно сполучені послідовно за допомогою виконаних у перегородках 6, 7 отворів 11, 12. В отворі 12 герметично установлена одним кінцем трубка 13. Решта трубки 13, її закріплена частина, розташована в камері 9, причому нижнім, вільним кінцем трубка 13 орієнтована у бік протилежної перегородки 6. У робочому стані внутрішні камери 8, 9 заповнені діелектричною рідиною, а зовнішня камера 10 заповнена навколишньою рідиною. Камера 8 сполучена із внутрішньою порожниною електродвигуна 1. Зверху камери 10 установлюється насос (не показаний). У камері 8 розташований каркас, який містить фланець 14, герметично установлений у корпусі 2, і трубу 15, яка охоплює із зазором вал 3, причому на фланці 14 герметично закріплена еластична діафрагма 16. Кінець 17 труби 15 співвісно розміщений усередині стакана 18, установленого у верхній частині камери 8. У бічній стінці та дні стакана 8 виконані наскрізні отвори 19. Стакан 18 співвісно установлений на трубі 15 дном униз, при цьому дно стакана 18 установлене на трубі 15 навколо неї, а кінець його бічної стінки герметично закріплений усередині перегородки 6. Вище отворів 19 на стакані 18, до його бічної стінки, герметично закріплена еластична діафрагма 16, тобто отвори 19 безпосередньо сполучені з внутрішньою порожниною еластичної діафрагми 16. Напроти кінця 17 труби 15 на валу 3 установлений дефлектор 20 потоку рідини, виконаний у вигляді конусоподібної втулки з більшою та меншою основами. Дефлектор 20 установлений, принаймні, частково усередині стакана 18. При цьому дефлектор 20 розташований із зазором відносно торця кінця 17 труби 15 і повернутий до нього більшою основою 21 конусоподібної втулки, діаметр якої не менший за зовнішній діаметр труби 15. Каркас, розміщений у камері 9, включає у себе трубу 22, що охоплює вал 3 із зазором, і фланець 23, герметично установлений в корпусі 2. У верхній частині внутрішньої камери 9 на трубі 22 співвісно установлений дном униз стакан 24. Кінець 25 труби 22 співвісно розташований усередині стакана 24. У бічній стінці та дні стакана 24 виконані наскрізні отвори 26. Дно стакана 24 установлено на трубі 22 навколо неї, а кінець його бічної стінки герметично закріплений усередині перегородки 7. Напроти кінця 25 труби 22 на валу 3 установлений дефлектор 27 потоку рідини, який складається з двох послідовно співвісно розташованих уздовж вала 3 спряжених частин -конусоподібної втулкової частини 28 з більшою і меншою основами та трубчастої частини 29, що є її продовженням. Втулкова частина 28 розміщена усередині стакана 24. Зовнішній діаметр трубчастої частини 29 дорівнює діаметру більшої основи 30 конусоподібної втулкової частини 28. Більша основа 30 конусоподібної втулкової частини 28 повернута до торця кінця 25 труби 22 і розташована відносно нього із зазором. Трубчаста частина 29 дефлектора 27 розміщена усередині стакана 24 навколо кінця 25 труби 22 із радіальним зазором. У перегородках 6, 7 виконані отвори 31, 32 відповідно, кожний з яких має горизонтальну частину і вертикальну частину. У перегородці 6 у вертикальній частині отвору 31, в осьовому напрямку, установлений запобіжний клапан 33, орієнтований вихідним отвором у бік порожнини внутрішньої камери, розташованої під вищевказаною перегородкою 6. У перегородках 6, 7 горизонтальні отвори закриваються пробками 34, 35 відповідно. Конструкція пристрою для гідравлічного захисту, що заявляється, забезпечує достатньо високу надійність роботи заглибного електродвигуна 1 у разі установлення в камері 9 каркаса, що включає у себе фланець 14 і трубу 15, стакана 18, еластичної діафрагми 16, клапана 33, дефлектора 20, а в камері 8 - трубки 13, каркаса, який включає у себе трубу 22 і фланець 23, стакана 24, дефлектора 27 або каркаса, який включає у себе фланець 14 і трубу 15, стакана 18, еластичної діафрагми 16, клапана 33, дефлектора 20 або 27. Електродвигун 1 споряджений клапаном 36 для заповнення електродвигуна 1 і пропонованого пристрою гідравлічного захисту діелектричною рідиною. Отвір 12 закупорюється пробкою 37. Підготовка пристрою, що заявляється, до роботи провадиться таким чином. Через клапан 36 здійснюється заповнення діелектричною рідиною пристрою для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна 1. Крізь зазор між валом 3 і трубою 15, далі крізь зазор між кінцем 17 труби 15 і більшою основою 21 дефлектора 20 діелектрична рідина спочатку надходить у порожнину усередині стакана 18 і далі крізь отвори 19 у бічній стінці і дні стакана 18 находить у внутрішню порожнину еластичної діафрагми 16. При цьому повітря виходить назовні з камери 8, в тому числі із внутрішньої порожнини еластичної діафрагми 16, через отвір 31, який потім закривається пробкою 34. Після появлення діелектричної рідини із отвору 31 закупорюють цей отвір пробкою 34 і продовжують заповнення внутрішньої порожнини еластичної діафрагми 16 доти, доки тиск у цій порожнині не стане більший за тиск спрацьовування запобіжного клапана 33. Після відкриття клапана 33 діелектрична рідина крізь отвір 31 у перегородці 6 надходить у зовнішню порожнину еластичної діафрагми 16 у вн утрішній камері 8 і починається її заповнення. Після заповнення камери 8 діелектрична рідина через отвір 11 у перегородці 6 надходить у камеру 9. Крізь зазор між валом 3 і трубою 22, зазор між крайньою частиною кінця 25 труби 22, розміщеного усередині стакана 24, і внутрішньою поверхнею трубчастої частини 29 дефлектора 27 діелектрична рідина надходить усередину стакана 24. Далі крізь отвори 26 у бічній стінці та дні стакана 24 діелектрична рідина надходить у порожнину камери 9, обмежену корпусом 2, перегородкою 7, стаканом 24, трубою 22 і фланцем 23. Видаляння повітря із камери 9 відбувається крізь отвір 32 у перегородці 7, трубу 13 і отвір 12. При цьому отвори 32, 12 не закупорені пробками 35, 37 відповідно. Після установлення пробки 34 провадиться перевірка на герметичність електродвигуна 1, клапана 36, торцевого ущільнення 5, еластичної діафрагми 16, запобіжного клапана 33, а після установлення пробок 35, 37 перевіряються на герметичність корпус 2 і торцеве ущільнення 4. Після заповнення діелектричною рідиною і перевірки на герметичність пристрою для гідравлічного захисту електродвигуна 1 пробка 37 видаляється, оскільки вона введена у конструкцію для перевірки на герметичність. Пристрій, що заявляється, працює таким чином. При зануренні електродвигуна 1 з пристроєм для його гідравлічного захисту в навколишню рідину, щільність якої більша за щільність діелектричної рідини, відбувається зрівноважування тисків у системі "електродвигун 1 - пристрій для гідравлічного захисту" крізь отвір 12 перегородки 7, трубку 13, о твори 26 у бічній стінці та дні стакана 24, зазор між внутрішньою поверхнею трубчастої частини 29 дефлектора 27 і верхнім кінцем 25 труби 22, зазор між поверхнею більшої основи 30 конусоподібної втулкової частини 28 і торцем кінця 25 труби 22, зазор між валом 3 і трубою 22, отвір 11 перегородки 6, еластичну діафрагму 16, отвори 19 у бічній стінці та дні і стакана 18, зазор між поверхнею більшої основи 21 дефлектора 20 і торцем кінця 17 труби 15, зазор між валом 3 і трубою 15, порожнину електродвигуна 1. Як наслідок у системі установлюється тиск, який дорівнює тиску навколишньої рідини. При роботі електродвигуна 1 діелектрична рідина в електродвигуні 1 і у внутрішній порожнині еластичної діафрагми 16 у камері 8 збільшується в об'ємі. Збільшення об'єму діелектричної рідини компенсується еластичною діафрагмою 15, потім, при досягненні у внутрішній порожнині еластичної діафрагми 16 величини тиску спрацьовування клапана 33, цей клапан відкривається і крізь нього частина діелектричної рідини надходить у камері 8 із внутрішньої порожнини еластичної діафрагми 16 в її зовнішню порожнину. Далі надлишкова діелектрична рідина видаляється крізь отвір 11 перегородки 6, кільцевий зазор між валом 3 і трубою 22, отвори 26 у бічній стінці та дні стакана 24, трубку 13, отвір 12 перегородки 7 в навколишню рідину. Тиск у камері 10 дорівнює тиску навколишньої рідини. Гідравлічний захист електродвигуна 1 забезпечується торцевими ущільненнями 4, 5, еластичною діафрагмою 16 і лабіринтом, утвореним трубкою 13, стаканом 24, дефлектором 27, трубою 22. У разі проникання навколишньої рідини крізь торцеве ущільнення 4, вона відкидається від поверхні вала 3, який обертається, і дефлектора 27, що обертається разом з ним, а саме від бічної поверхні його конусоподібної втулкової частини 28 і трубчастої частини 29, у радіальному напрямку під дією відцентрової сили та, обминаючи торець кінця 25 труби 22, закритий більшою основою 30 конусоподібної втулкової частини 28 дефлектора 27 і трубчастою частиною дефлектора 27, потрапляє у порожнину усередині стакана 24 між його внутрішньою поверхнею та зовнішньою поверхнею кінця 25 труби 22, а потім через отвори 26 у бічній стінці та дні стакана 24 проникає у порожнину в камері 9, розташовану під стаканом 24 і перегородкою 7. Прониканню навколишньої рідини у кільцевий зазор між валом 3 і кінцем 25 труби 22 запобігає як дія відцентрової сили на навколишню рідину, під час обертання вала 3 і дефлектора 27, так і механічна перешкода, що утворюється дефлектором 27, оскільки цей дефлектор закриває торець верхнього кінця 25 труби 22 більшою основою 30 конусоподібної втулкової частини 28, та його тр убчастою частиною 29. Після того як камера 9 заповниться навколишньою рідиною до рівня торця кінця 25 труби 22, навколишня рідина надходить крізь зазор між валом 3 і трубою 22 до торцевого ущільнення 5 та, крізь отвір 11 перегородки 6 у камеру 8, а саме у зовнішню порожнину еластичної діафрагми 16. Прониканню навколишньої рідини у порожнину електродвигуна 1 запобігає торцеве ущільнення 5 та еластична діафрагма 16. У разі проникання навколишньої рідини крізь торцеве ущільнення 5 у камеру 8, навколишня рідина під дією відцентрової сили, яка створюється обертанням вала 3, відхиляється в радіальному напрямку від поверхні вала 3 і дефлектора, що обертаються, а саме від бічної поверхні конусоподібної втулки, та обминаючи торець кінця 17 труби 15, потрапляє усередину стакана 18 у порожнину між внутрішньою поверхнею цього .стакана та зовнішньою поверхнею кінця 17 труби 15. При цьому більша основа 21 дефлектора 20 закриває торець кінця 17 труби 15, утворюючи механічну перешкоду на шляху навколишньої рідини. Далі крізь наскрізні отвори 19 у бічній стінці та дні стакана 18 навколишня рідина надходить у камері 8 у внутрішню порожнину еластичної діафрагми 16. Тільки після того, як внутрішня порожнина еластичної діафрагми 16 заповниться настільки, що рівень навколишньої рідини в стакані 18 досягне торця кінця 17 труби 15, навколишня рідина проникає крізь трубу 15 у порожнину електродвигуна 1. При зупинці електродвигуна 1 торцеві ущільнення 4, 5 не пропускають навколишню рідину, але діелектрична рідина остигає і її об'єм зменшується. Виникає стиснення діафрагми 16, і в камеру 8 крізь отвір 21 перегородки 6 надходить діелектрична рідина із камери 9, а в отвір 12 і трубку 13 надходить навколишня рідина, послідовно витискуючи діелектричну рідину із камери 9 у камеру 8. Тільки після витиснення усієї діелектричної рідини із камери 9 навколишня рідина надходить крізь отвір 11 перегородки 6 у камеру 8, у зовнішню порожнину еластичної діафрагми 16. Таким чином, електродвигун 1 зберігає працездатність протягом часу, поки у вн утрішніх камерах 8, 9 пристрою для гідравлічного захисту відбувається послідовна і повна заміна діелектричної рідини на навколишню рідину без попадання останньої в електродвигун 1, що значно збільшує надійність роботи та ресурс електродвигуна 1. Ефективність пристрою для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна підвищується при послідовному збільшенні кількості внутрішніх камер 8, 9, торцевих ущільнень 4, 5, еластичних діафрагм 16, стаканів 18, 24, дефлекторів 20, 27, трубок 13, запобіжних клапанів 33, перегородок 6, 7, каркасів, що включають у себе тр убу 15 і фланець 14 або трубу 22 і фланець 23.