UA79836C2 - Appliance for hydraulic protection of deep electric motor filled with dielectric liquid - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід стосується галузі електромашинобудування, зокрема гсгідрозахисту заглибних заповнених 2 дієлектричною рідиною електродвигунів, призначених для приводу заглибних насосів для добування рідини із свердловини, міжпластового закачування і т.д. і може бути застосований у нафтодобувній промисловості.

Пристрій для гідравлічного захисту заглибного заповненого діелектричною рідиною електродвигуна забезпечує запобігання попаданню навколишньої пластової рідини в електродвигун, вирівнювання тиску та компенсацію теплових змін робочого об'єму діелектричної рідини під час періодів пуску, роботи і зупинення електродвигуна.

У заглибних свердловинних електронасосах вал пристроя для гідравлічного захисту заглибного заповненого діелектричною рідиною електродвигуна механічно з'єднаний з валом розташованого під ним електродвигуна та валом розташованого над ним насоса.

У більшості відомих конструкцій свердловинних заглибних електронасосів направлене униз осьове зусилля, 72 Що передається крізь вал насоса, сприймається установленим у насосі, на його валу, упорним підшипником.

Однак цей підшипник, установлений в насосі, або на його вході, підданий агресивній дії навколишнього рідкого середовища, яке містить абразивні частки, що знижує надійність і зменшує термін служби заглибного електронасоса.

Винахід поширюється на пристрої для гідравлічного захисту заповнених діелектричною рідиною електродвигунів, що використовуються разом з заглибними насосами, позбавленими власних упорних підшипників. При цьому осьове зусилля, яке діє на вал насоса, сприймається упорним підшипниковим пристроєм, установленим на валу пристроя для гідравлічного захисту заглибного заповненого діелектричною рідиною електродвигуна і таким, що утворює його осьову опору.

Відомий пристрій для гідравлічного захисту заглибного маслозаповненого електродвигуна, що містить с 22 верхню і нижню головки, корпус, вал, верхнє торцеве ущільнення, споряджене захисним кожухом і відбійником, Го) послідовно розташовані уздовж вала зовнішню камеру та дві внутрішні камери, відокремлені одна від одної верхнім і нижнім ніпелями, причому внутрішні камери гідравлічне сполучені послідовно крізь отвори у ніпелях, упорний підшипник, розміщений у верхній внутрішній камері між верхнім і нижнім ніпелями, та одну охоплюючу вал захисну втулку з радіальними отворами для проходження рідини, яка розміщена у нижній камері. На захисній ее, втулці герметично закріплена еластична діафрагма. Нижня частина захисної втулки герметично З'єднана з со корпусом, причому вона закріплена до нижньої головки, а верхня частина захисної втулки закріплена в нижньому ніпелі. Задіафрагмова порожнина нижньої камери крізь отвір у нижній головці сполучена з затрубним простіром. со (Патент Російської Федерації Мо2099604, М. кл. Р04013/10, НО2КБ/2, опубл. 20.12.1997. Ге»!

Відомий пристрій має недостатню надійність і довговічність за рядом обставин. По-перше, через малий об'єм 32 масла над упорним підшипником має місце недостатньо інтенсивний відвід тепла від цього підшипника, що веде - до його перегріву, і поверхні тертя підшипника недостатньо інтенсивно змащуються маслом. По-друге, упорний підшипник і еластична діафрагма порівняно швидко виходять з ладу під впливом навколишнього середовища.

По-третє, відомий пристрій гідравлічного захисту передбачає його використання разом з компенсатором, який « розміщується під електродвигуном, а присутність компенсатора не дозволяє забезпечити достатній термін З 740 служби заглибного електродвигуна. По-четверте, установлений у відомому пристрої для гідравлічного захисту с упорний підшипник має низьку вантажопідйомність, що не дозволяє забезпечити надійну роботу відомого з» пристроя для гідравлічного захисту заглибного заповненого діелектричною рідиною електродвигуна разом з насосами, позбавленими упорних підшипників, у глибоких вузьких свердловинах для добування нафти через великі осьові зусилля, які передаються від вала насоса до вала пристроя для гідравлічного захисту.

Відомий також пристрій для гідравлічного захисту заглибного маслозаповненого електродвигуна, що містить і основу, корпус, вал, два торцеві ущільнення, закріплені на зовнішньому, верхньому фланці, зовнішнє з яких (се) утворює дно зовнішньої камери і обмежує порожнину у фланці між торцевими ущільненнями. Пристрій для гідравлічного захисту містить також зовнішню камеру і дві коаксіальні, сполучені між собою гідравлічне бо послідовно крізь отвори у верхньому фланці внутрішні камери з діафрагмами, герметично закріпленими до со 20 зовнішнього фланця і до нижнього кінця суцільної захисної втулки, що охоплює вал, герметично закріпленої у верхньому і нижньому фланцях. Кожна з камер споряджена запобіжним клапаном. У порожнині охоплюючої с внутрішньої камери, сполученій з порожниною електродвигуна, усередині основи установлений упорний підшипник. (Патент України Мо 1339, М. кл. НО2КБ/12, опубл. 25.03.1994).

Одним з недоліків відомого простроя для гідравлічного захисту є те, що при виході з ладу послідовно 29 установлених запобіжних клапанів або при втраті герметичності хоча б в одному місці кріплення діафрагми

ГФ) навколишня пластова рідина проникає в порожнину електродвигуна і він виходить з ладу. Другим недоліком є нездатність сприймати осьове зусилля від вала насоса, позбавленого упорного підшипника, яке в глибоких о свердловинах є великим через велику висоту стовпа рідини в напірному трубопроводі.

Найближчим аналогом пристроя для гідравлічного захисту заглибного заповненого діелектричною рідиною 60 електродвигуна, що заявляється, є пристрій для гідравлічного захисту заглибного маслозаповненого електродвигуна, що містить корпус, вал, торцеві ущільнення, послідовно розташовані уздовж вала зовнішню камеру та дві внутрішні камери, відокремлені одна від одної ніпелями і гідравлічно сполучені послідовно крізь отвори в ніпелях, упорний підшипник, розміщений у нижній внутрішній камері, сполученій з порожниною електродвигуна, і дві охоплюючі вал захисні втулки з радіальними отворами для проходження рідини, кожна з бо яких установлена у відповідній внутрішній камері так, що її верхня частина закріплена у відповідному ніпелі,

а нижня частина герметично з'єднана з корпусом. Задіафрагмова порожнина верхньої камери гідравлічне сполучена з затрубним простіром (навколишнім середовищем) за допомогою канапа, утвореного сполученими між собою двома отворами, виконаними у верхньому ніпелі, один з яких проходить у радіальному напрямку, а другий отвір проходить в осьовому напрямку і крізь кільцеву канавку у верхньому ніпелі, суміщеною з кільцевою канавкою у захисній втулці, сполучається з продольним отвором, виконаним у захисній втулці, і крізь радіальний отвір з нижньою частиною задіафрагмової порожнини верхньої камери. (Патент Російської Федерації

Мо2194349, М. кл. НО2К5Б/12, 5/132, опубл. 10.12.2002).

Відомий пристрій має недостатню надійність і довговічність за рядом обставин. 70 По-перше, через малий внутрішній діаметр свердловин обмежений зовнішній діаметр пристроя для гідрозахисту. Отже, при наявності одного упорного підшипника, розміщеного у нижній внутрішній камері, не забезпечується надійна робота упорного підшипника, який сприймає осьове зусилля, що створюється стовпом відкачуваної рідини і передається крізь вал насоса на упорний підшипник пристроя для гідравлічного захисту.

По-друге, гідравлічне сполучення задіафрагмової порожнини верхньої внутрішньої камери з навколишнім /5 середовищем за допомогою каналу, утвореного отворами у захисній втулці, ніпелі, кільцевими канавками у захисній втулці, ніпелі потребує високої точності виготовлення і складання деталей, взаємного розташування, що, звичайно, знижує надійність роботи і довговічність пристроя у цілому.

По-третє, у відомому пристрої гідравлічне сполучення між внутрідіаррагмовою та задіафрагмовою порожнинами внутрішньої камери здійснюється крізь один отвір для сполучення внутрідіафрагмової та 2о задіафрагмової порожнин, виконаний у ніпелі, в якому установлений запобіжний клапан, повернутий виходом у бік задіафрагмової порожнини. Однак конструкцією відомого пристроя не передбачений вихід рідини під надмірним тиском із задіафрагмової порожнини у бік внутрідіафрагмової порожнини внутрішньої камери. Отже, при надмірному тиску рідини у задіафрагмової порожнині руйнується еластична діафрагма і знижується надійність роботи пристроя для гідравлічного захисту. сч

По-четверте, відомий пристрій для гідравлічного захисту, під час роботи заглибного електродвигуна у нафтовій свердловині, передбачає надходження навколишньої пластової рідини, разом з газовою фракцією, у і) задіафрагмову порожнину внутрішньої камери крізь отвори в ніпелі та захисній втулці. Присутність у задіафрагмовій порожнині навколишньої пластової рідини, у тому числі газової фракції, та її безпосередній контакт з еластичною діафрагмою прискорює руйнування останньої і знижує надійність роботи та термін служби Ге зо еластичної діафрагми та пристроя у цілому.

По-п'яте, у відомому пристрої для гідравлічного захисту упорний підшипник, який знаходиться у нижній о внутрішній камері, змащується та охолоджується діелектричною рідиною (маслом) з низькою в'язкістю. со

Застосування у нижній внутрішній камері яка є продовженням внутрішньої порожнини заглибного електродвигуна, діелектричної рідини з низькою в'язкістю і високим показником електричної міцності обумовлено ме) необхідністю дотримання вимог достатньої міцності ізоляції обмотки статора електродвигуна та малих ї- механічних витрат в електродвигуні під час обертання його ротора. Низька в'язкість діелектричної рідини знижує надійність роботи та термін служби упорного підшипника та пристроя для гідравлічного захисту у цілому.

В основу винаходу поставлено задачу створення пристроя для гідравлічного захисту заглибного заповненого діелектричною рідиною електродвигуна, в якому за рахунок уведення в певній частині пристроя для « Гідравлічного захисту - у нижній частині внутрішньої камери, суміжної з нижньою внутрішньою камерою, нових ств) с елементів - принаймні одного додаткового упорного підшипника, розміщеного так, як пропоновано згідно з винаходом, між певними елементами пристроя для гідравлічного захисту, забезпечується підвищення надійності ;» його роботи і терміну служби при використанні разом з заглибними насосами, позбавленими упорних підшипників, завдяки спроможності сприймати значно більш високі за величиною осьові зусилля, що діють у

Вертикальному напрямку на торець вала пристроя для гідравлічного захисту з боку розташованого над ним -І насоса.

Пристрій для гідравлічного захисту заглибного заповненого діелектричною рідиною електродвигуна згідно з і, винаходом, як і найближчий аналог, містить корпус, вал, торцеві ущільнення, послідовно розташовані уздовж

Го! вала зовнішню камеру і принаймні дві внутрішні камери, відокремлені одна від одної ніпелями і гідравлічне сполучені послідовно крізь отвори у ніпелях, упорний підшипник, розміщений у нижній внутрішній камері, та о принаймні дві охоплюючі вал захисні втулки з принаймні одним радіальним отвором для проходження рідини.

Ф При цьому кожна із захисних втулок установлена у відповідній внутрішній камері так, що її верхня частина закріплена у відповідному ніпелі, а нижня частина герметично з'єднана з корпусом. Відміна пристроя, що заявляється, від найближчого аналога полягає в тому, що уведений принаймні один додатковий упорний підшипник, установлений між ніпелем, за допомогою якого нижня внутрішня камера відокремлена від вищележачої внутрішньої камери, і нижньою частиною відповідної захисної втулки у вищележачій внутрішній

Ф) камері. Кожний додатковий упорний підшипник містить п'яту, закріплену на валу, і підп'ятник, установлений ка нерухомо відносно корпусу з можливістю передавання осьового зусилля на указаний ніпель.

Крім того, згідно з винаходом, принаймні у нижній внутрішній камері на розміщеній у ній захисній втулці бо Герметично закріплена еластична діафрагма для поділення внутрішньої камери на задіафрагмову і внутрідіафрагмову порожнини, і в кожному ніпелі, за допомогою якого внутрішня камера, яка містить еластичну діафрагму, відокремлена від вищележачої внутрішньої камери, виконані два отвори для взаємного сполучення задіафрагмової та внутрідіафрагмової порожнин. У цих отворах установлені запобіжні клапани так, що запобіжний клапан, установлений в одному з отворів, повернутий виходом у бік задіафрагмової порожнини, а 65 запобіжний клапан, установлений у другому з отворів, повернутий виходом у бік внутрідіафрагмової порожнини.

До того ж, згідно з винаходом, принаймні одна внутрішня камера, розташована над нижньою внутрішньою камерою, заповнена рідиною з більш високою в'язкістю, ніж в'язкість діелектричної рідини, якою заповнена нижня внутрішня камера.

Крім того, згідно з винаходом, пропонований пристрій для гідравлічного захисту принаймні в одній, у верхній внутрішній камері містить відповідну трубку, верхній кінець якої герметично установлений в указаній внутрішній камері в отворі ніпеля, призначеном для гідравлічного сполучення указаної внутрішньої камери з вищележачою камерою, а її нижній кінець розміщений в указаній внутрішній камері поблизу нижньої частини захисної втулки. При цьому кожна трубка розміщена усередині відповідної внутрішньої камери уздовж вала.

Уведення принаймні одного додаткового упорного підшипника дозволяє розвантажити упорний підшипник, 70 розміщений у нижній внутрішній камері, за рахунок перерозподілу осьового зусилля між упорними підшипниками.

Це дозволяє збільшити вантажопідйомність осьової підшипникової опори пристроя для гідравлічного захисту.

Завдяки установленню принаймні одного додаткового упорного підшипника у нижній частині внутрішньої камери, суміжної з нижньою внутрішньою камерою, сполученою з порожниною електродвигуна, між ніпелем, що відокремлює ці камери одну від одної, і нижньою частиною захисної втулки забезпечується ізолювання тих, що є /5 ОДНОГО або декількох додаткових упорних підшипників від впливу газу та механічних домішок, що містяться у навколишній рідині, завдяки присутності елементів гідрозахисту, розташованих вище від порожнини для розміщення одного або більше додаткових упорних підшипників. Ступінь захищеності від негативного впливу навколишньої рідини додаткових упорних підшипників тим вище, чим більше кількість послідовно розташованих внутрішніх камер у пристрої для гідравлічного захисту. Нерухома установка відносно корпусу підп'ятника 2о Кожного додаткового упорного підшипника з можливістю передавання осьового зусилля на указаний ніпель забезпечує прикладання осьового зусилля насоса безпосередньо до цього ніпеля і лише крізь ніпель - до корпусу, причому до кінців його секцій, з'єднаних ніпелем, що запобігає прикладанню руйнуючих механічних навантажень до корпусу з боку підп'ятника кожного додаткового упорного підшипника. Крім того, пропоноване згідно з винаходом місце установлення уведених одного чи більше додаткових упорних підшипників гідравлічне сч об ізольоване від порожнини електродвигуна, яка заповнюється діелектричною рідиною, що дає можливість збільшити вантажопідйомність додаткових упорних підшипників шляхом заповнення внутрішньої камери, що і) містить додаткові упорні підшипники, рідиною з більш високою в'язкістю, ніж в'язкість діелектричної рідини, якою заповнюється порожнина електродвигуна. Підвищена в'язкість рідини дозволяє збільшити вантажопідйомність упорного підшипника за рахунок збільшення товщини рідинної плівки, а значить і величину Ге зо зазора між контактними поверхнями пари тертя упорного підшипника у процесі роботи. Збільшення величини зазора дозволяє зменшити знос підшипника через зменшення можливості безпосереднього взаємного контакту і, контактних поверхонь пари тертя. Таким чином, досягаємим згідно з винаходом технічним результатом є со підвищення надійності роботи та терміну служби пристроя для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна.

Крім того, установлення в нижній внутрішній камері еластичної діафрагми на захисній втулці із ме) забезпеченням герметичного закріплення на ній сприяє досягненню максимального ізолювання заповненої ча діелектричною рідиною порожнини електродвигуна від впливу навколишнього середовища і від тих порожнин пристроя для гідравлічного захисту, які заповнені високов'язкою рідиною. Надійність роботи та термін служби пристроя для гідравлічного захисту збільшуються зі збільшенням кількості послідовно розташованих внутрішніх камер з еластичними діафрагмами. Перетікання надлишка рідини із внутрідіафрагмової порожнини в « задіафрагмову і навпаки, у залежності від напрямку перепаду тиску між ними, яке забезпечується при певній з с величині перепаду тиску за допомогою двох запобіжних клапанів, установлених у виконаних у відповідному . ніпелі двох отворах, які сполучають між собою внутрідіафрагмову і задіафрагмову порожнини, так, що один з цих и?» клапанів повернутий виходом у бік внутрідіафрагмової порожнини, а другий - у бік задіафрагмової порожнини, дозволяє уникнути передчасного руйнування еластичної діафрагми під впливом надмірних деформацій її розтягнення та стиснення. -І Таким чином, забезпечується додаткове підвищення надійності роботи та терміну служби пристроя для гідравлічного захисту. ік Присутність принаймні в одній, у верхній внутрішній камері відповідної трубки, верхній кінець якої

Го! герметично установлений в указаній внутрішній камері в отворі ніпеля, призначеном для гідравлічного сполучення указаної внутрішньої камери з вищележачою камерою, а її нижній кінець розміщений в указаній о внутрішній камері поблизу нижньої частини захисної втулки, причому кожна трубка розміщена усередині

Ф відповідної внутрішньої камери уздовж вала, забезпечує можливість утворення за допомогою трубки та захисної втулки лабіринтного канапа, який перешкоджає надходженню до додаткових упорних підшипників та еластичної діафрагми, розміщеної в нижчележачій суміжній камері, газу, що міститься у навколишній рідині. Пропоноване дв Виконання принаймні верхньої внутрішньої камери з трубкою дає можливість відмовитись від установлення еластичної діафрагми принаймні у верхній внутрішній камері, де еластична діафрагма найбільш зазнає вплив

Ф) газової фракції навколишньої рідини, що особливо виявляється при високому процентному вмісті газу в ка навколишній рідині. Отже, забезпечується додаткове підвищення надійності роботи і терміну служби пристроя для гідравлічного захисту. 60 Суть технічного рішення, що заявляється, пояснюється кресленнями, на яких схематично зображено пристрій для гідравлічного захисту заглибного заповненого діелектричного рідиною електродвигуна згідно з винаходом.

На кресленнях: фіг.1 - загальний вигляд пристроя для гідравлічного захисту, що заявляється, поздовжній розріз; фіг.2 - місцевий вигляд, що детально пояснює виконання тієї частини пристроя, де установлені додаткові 65 упорні підшипники.

Пристрій для гідравлічного захисту заглибного заповненого діелектричною рідиною електродвигуна 1 виконаний у вигляді окремого вузла, розміщеного між робочим кінцем вала електродвигуна 1 і валом 2 насоса 3.

Пристрій для гідравлічного захисту електродвигуна 1 містить складений корпус 4, вал 5, торцеві ущільнення 6, 7, послідовно розташовані уздовж вала 5 зовнішню камеру 8 і дві внутрішні камери - верхню внутрішню камеру 9 і нижню внутрішню камеру 10. Камера 8 відокремлена від камери 9 ніпелем 11. Камера 9 відокремлена від камери 10 ніпелем 12. Зовнішня камера 8 утворена корпусом 4, торцевим ущільненням 6 і ніпелем 11. Верхня внутрішня камера 9 утворена корпусом 4, ніпелями 11, 12 і торцевими ущільненнями 6, 7. Нижня внутрішня камера 10 утворена корпусом 4, ніпелем 12 і торцевим ущільненням 7. Камери 8-10 гідравлічне сполучені послідовно крізь отвори 13, 14, виконані в ніпелях 11, 12 відповідно. Пристрій для гідравлічного захисту /о електродвигуна 1 містить також упорний підшипник 15, розміщений у нижній внутрішній камері 10, і дві охоплюючі вал 5 захисні втулки 16, 17 з радіальними отворами 18, 19 відповідно, призначеними для проходження рідини. Захисні втулки 16, 17 утворені у внутрішніх камерах 9, 10 відповідно. При цьому верхня частина 20 захисної втулки 16 закріплена в ніпелі 11, а верхня частина 21 захисної втулки 17 закріплена в ніпелі 12 і герметично з'єднана з ним за допомогою гумового ущільнюючого кільця 22. Нижні частини 23, 24 /5 захисних втулок 16, 17 відповідно герметично з'єднані з корпусом 4 за допомогою відповідних гумових ущільнюючих кілець 25.

У пристрій для гідравлічного захисту електродвигуна 1 уведено два додаткових упорних підшипника 26, 27 ковзання, установлених послідовно уздовж вала 5 між ніпелем 12, за допомогою якого нижня внутрішня камера відокремлена від верхньої внутрішньої камери 9, і нижньою частиною 23 захисної втулки 16 у внутрішній камері 9. Як видно з фіг.2, кожний з додаткових упорних підшипників 26, 27 містить п'яту 28, закріплену на валу 5, і підп'ятник 29. П'ята 28 зафіксована відносно вала 5 за допомогою шпонки ЗО і стопорного кільця 31.

Підп'ятник 29 кожного упорного підшипника 26, 27 споряджений опорою 32. Між підп'ятником 29 і його опорою 32 розміщена еластична демпфірувальна прокладка 33, причому ця прокладка закріплена до опори 32 штифтом 34.

Упорний підшипник 26 розташований над упорним підшипником 27, причому п'ята 28 і підп'ятник 29 нижнього сч ов упорного підшипника (підшипника 27) розміщені у порожнині, утвореній опорою верхнього упорного підшипника (підшипника 26). Опора 32 підп'ятника упорного підшипника 26 опирається нижньою кромкою на поверхню і) верхньої сторони опори 32 підп'ятника упорного підшипника 27 і закріплена до цієї опори штифтом 35. Таким чином, п'ята 28 упорного підшипника 26 установлена нерухомо відносно опори 32 підп'ятника упорного підшипника 27 з можливістю передавання осьового зусилля до цієї опори. Опора 32 підп'ятника упорного Ге зо підшипника 27 опирається нижньою кромкою на поверхню верхньої сторони ніпеля 12 і закріплена до цього ніпеля штифтом 36, аналогічним штифту 35. Цим забезпечується нерухома установка підп'ятників 29 упорних о підшипників 26, 27 відносно ніпеля 12 з можливістю передавання осьового зусилля до цього ніпеля. Ніпель 12 со нерухомо з'єднаний з корпусом 4 за допомогою нарізного з'єднання 37, внаслідок чого опори 32 підп'ятників обох упорних підшипників 26, 27 також нерухомо з'єднані з корпусом 4. ме)

Очевидно, що виконання і розташування додаткових упорних підшипників так, як описано вище, допускає ча використання більш ніж двох послідовно установлених упорних підшипників при необхідності підвищення вантажопідйомності в осьовому напрямку не збільшуючи поперечні габаритні розміри пристроя для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна свердловинного заглибного електронасоса.

Як видно з фіг, у нижній внутрішній камері 10 на розміщеній у ній захисній втулці 17 герметично « Закріплена еластична діафрагма 38, за допомогою якої камера 10 поділена на задіафрагмову порожнину 339 і з с внутрідіафрагмову порожнину 40. У ніпелі 12 виконано два отвори 41, 42 для взаємного сполучення задіафрагмової порожнини 39 і внутрідіафрагмової порожнини 40. В отворі 41 установлений запобіжний клапан ;» 43 так, що він повернутий виходом у бік задіафрагмової порожнини 39, як указано на фіг.1 стрілкою. В отворі 42 установлений запобіжний клапан 44 так, що він повернутий виходом у бік внутрідіафрагмової порожнини 40, як указано на фіг.1 стрілкою. -І При наявності у пристрої для гідравлічного захисту трьох або більше внутрішніх камер можливе виконання з еластичною діафрагмою не тільки нижньої камери, але й інших внутрішніх камер, причому в ніпелях, що ік відокремлюють діафрагмові камери від сусідніх з ними вищележачих внутрішніх камер доцільно виконати два

Го! отвори, які сполучають задіафрагмову та внутрідіафрагмову порожнини, і установити в цих отворах запобіжні клапани як описано вище для надійності роботи еластичних діафрагм протягом достатньо великого періоду часу. о Нижня внутрішня камера 10 та сполучена з нею порожнина електродвигуна 1 у робочому стані заповнені

Ф діелектричною рідиною. Внутрішня камера 9, розташована над нижньою внутрішньою камерою 10, заповнена рідиною з більш високою в'язкістю, ніж в'язкість діелектричної рідини, якою заповнена камера 10. При наявності у заявлюваному пристрої для гідравлічного захисту трьох або більше внутрішніх камер, рідиною з більш високою в'язкістю, ніж в'язкість діелектричної рідини, якою заповнена нижня камера та, відповідно, порожнина електродвигуна, може бути заповнена не тільки вищележача камера 9, сусідня з нижньою

Ф) внутрішньою камерою 10, але й ще принаймні одна внутрішня камера, що сприяє підвищенню надійності роботи і ка довговічності додаткових упорних підшипників.

У верхній внутрішній камері 9 пристрій для гідравлічного захисту електродвигуна 1 містить трубку 45. во Верхній кінець 46 трубки 45 герметично установлений в отворі 13 ніпеля 11, призначеному для гідравлічного сполучення камери 8 з камерою 9. Нижній кінець 47 трубки 45 розміщений у камері 9 поблизу верхньої сторони нижньої частини 23 захисної втулки 16. Трубка 45 розміщена усередині камери 9 уздовж вала 4.

Можливе виконання пристроя для гідравлічного захисту електродвигуна 1, наприклад, з двома або більше трубками 45 при наявності більше ніж двох внутрішніх камер. При цьому кожна трубка розміщена усередині 65 відповідної внутрішньої камери уздовж вала 4.

Заглибний електродвигун 1 споряджений клапаном 48, призначеним для заповнення діелектричною рідиною електродвигуна 1 і пристроя для гідравлічного захисту електродвигуна 1.

У ніпелях 11, 12 виконані радіальні отвори 49, 50, закриті пробками 51, 52 відповідно.

Вал 2 насоса З механічно з'єднаний з верхнім кінцем вала 5 пристроя для гідравлічного захисту електродвигуна 1, а нижній кінець вала 5 механічно з'єднаний з верхнім кінцем вала електродвигуна 1, для забезпечення передавання обертового моменту від вала електродвигуна 1 до вала 2 насоса 3. До верхнього кінця насоса З під'єднаний напірний трубопровід 53, призначений для подання на поверхню землі відкачуваної із свердловини пластової рідини або ж для подання у свердловину води, у випадку використання заглибного електронасоса для міжпластового закачування. Напірний трубопровід 53 розташований уздовж осі симетрії вала /о електродвигуна 1, вала 5 пристроя для гідравлічного захисту та вала 2 насоса З над верхнім торцем 54 вала 2.

Підготовка до роботи заявлюваного пристроя для гідравлічного захисту електродвигуна 1 здійснюється таким чином. Перед спуском заглибного електронасоса у свердловину здійснюється заповнення діелектричною рідиною електродвигуна 1 порожнин електродвигуна 1 та пристроя для його гідравлічного захисту шляхом подавання діелектричної рідини крізь клапан 48 у порожнину електродвигуна 1. Діелектрична рідина спочатку /5 Заповнює порожнину електродвигуна 1, потім обмежену зверху нижньою частиною 24 захисної втулки 17 порожнину, де розміщений упорний підшипник 15. Безпосередньому прониканню діелектричної рідини з порожнини упорного підшипника 15 у задіафрагмову порожнину 39 камери 10 перешкоджає гумове ущільнююче кільце 25, яке забезпечує герметичне з'єднання нижньої частини 24 захисної втулки 17 з корпусом 4. Далі діелектрична рідина проходить крізь кільцевий зазор між валом 5 і захисною втулкою 17 і проникає крізь радіальний отвір 19 у порожнину між бічною поверхнею захисної втулки 17 та еластичною діафрагмою 38, після заповнення якої діелектрична рідина підіймається по валу 5 до торцевого ущільнення 7. Цим завершується заповнення внутрідіафрагмової порожнини 40 камери 10. У процесі заповнення порожнини 40 діеглектричною рідиною повітря виходить у затрубний простір крізь радіальний отвір 50 ніпеля 12. Завдяки герметичному з'єднанню верхньої частини 21 захисної втулки 17 з ніпелем 12 за допомогою гумового ущільнюючого кільця 22 сч 2гв Відвертається проникання діелектричної рідини в задіафрагмову порожнину 39 з кільцевого зазора між валом 5 і ніпелем 12. Після появлення з отвору 50 ніпеля 12 діелектричної рідини закупорюють цей отвір пробкою 52. і)

Після цього вигвинчують пробку 51 і крізь зовнішню камеру 8 заповнюють камеру 9 рідиною з більш високою в'язкістю, ніж в'язкість нев'язкої діелектричної рідини, якою заповнені порожнина електродвигуна 1 та внутрідіафрагмова порожнина 40 нижньої внутрішньої камери 10, причому ця рідина, краще високов'язка, містить («о зо присадки для зменшення коефіцієнту тертя і підвищення припрацьовуваності поверхонь тертя додаткових упорних підшипників 26, 27. Високов'язка рідина з зовнішньої камери 8 крізь отвір 13 ніпеля 11 і трубку 45 о надходить у верхню внутрішню камеру 9, у порожнину, що міститься між ніпелем 11, корпусом 4 і захисною со втулкою 16, і поступово заповнює її. Проникненню рідини з нижньої частини цієї порожнини у порожнину додаткових упорних підшипників 26, 27 перешкоджає герметичне з'єднання нижньої частини 23 захисної втулки (22) 16 з корпусом 4 за допомогою гумового ущільнюючого кільця 25. Коли рівень високов'язкої рідини в камері 9 ї- досягає радіального отвору 18 у стінці захисної втулки 16, високов'язка рідина проникає крізь отвір18 і кільцевий зазор між захисною втулкою 16 і валом 5 у порожнину, де розміщені додаткові упорні підшипники 26, 27, і заповнює цю порожнину. Крізь отвір 14 у ніпелі 12 високов'язка рідина надходить у задіафрагмову порожнину 39 нижньої внутрішньої камери 10 і заповнює цю порожнину. При заповненні верхньої внутрішньої «

Камери 9 високов'язкою рідиною повітря виходить із камери 9 та задіафрагмової порожнини 39 камери 10 у з с затрубний простір крізь отвір 49. Після появлення рідини в отворі 49 у цей отвір герметично установлюється . пробка 51, що забезпечує закупорювання отвору 49. Пристрій для гідравлічного захисту електродвигуна 1 и? готовий до роботи.

Заявлюваний пристрій для гідравлічного захисту електродвигуна 1 працює наступним чином.

При зануренні електродвигуна 1 з пристроєм для його гідравлічного захисту в пластову навколишню рідину, -І густина якої вище густини високов'язкої рідини, якою заповнені порожнини пристроя для гідравлічного захисту електродвигуна 1, відбувається заповнення навколишньою рідиною зовнішньої камери 8 та вирівнювання тиску в ік системі "електродвигун 1 -пристрій для гідравлічного захисту" по лабіринтному шляху:

Го! отвір 13 ніпеля 11, трубка 45, отвір 18 захисної втулки 16, кільцевий зазор між валом 5 і захисною ср втулкою 16, отвір 14 ніпеля 12, еластична діафрагма З8, отвір 19 захисної втулки 17, кільцевий зазор між о валом 5 і захисною втулкою 17, порожнина електродвигуна 1. В результаті у порожнині електродвигуна 1 та

Ф порожнинах пристроя для його гідравлічного захисту установлюється тиск, що дорівнює тиску навколишньої рідини.

Під час роботи заглибного електродвигуна 1 вал 5 пристроя для його гідравлічного захисту обертається ов разом з валом 2 насоса З, який забезпечує підйом відкачуваної навколишньої пластової рідини уверх по напорному трубопроводу 53 до поверхні землі. При цьому розташований над торцем 54 вала 2 насоса З стовп

Ф) відкачуваної пластової рідини створює прикладене до торця 53 вала 2 осьове зусилля, величина якого дорівнює ка добутку висоти стовпа відкачуваної навколишньої рідини на її густину та на площу торця 54 вала 5 насоса 3.

Під дією осьового зусилля, створеного стовпом відкачуваної навколишньої рідини, вал 2 насоса З переміщається бо В осьовому напрямку вниз до стикання з валом 5 пристроя для гідравлічного захисту електродвигуна 1, внаслідок чого це осьове зусилля буде прикладене до верхнього торця вала 5 і сприймається додатковими упорними підшипниками 26, 27.

Таким чином, додаткові упорні підшипники 26, 27 сприймають осьове навантаження насоса З і осьове навантаження, що створюється тією частиною вала 5 пристроя для гідравлічного захисту, яка знаходиться над 65 підшипниками 26, 27, а упорний підшипник 15 сприймає осьове навантаження, що створюється рештою вала 5 пристроя для гідравлічного захисту. Тобто досягається розвантаження упорного підшипника 15 і разом з тим збільшується вантажопідйомність осьової опори пристроя для гідравлічного захисту при зберіганні попередніх габаритних розмірів цього пристроя.

Як видно з фіг.2, осьове зусилля, що діє на додаткові упорні підшипники 26. 27 у процесі роботи електродвигуна 1 та насоса 3, прикладається крізь стопорні кільця 31 до установлених на валу 5 п'ят 27 цих упорних підшипників, фіксація яких на валу 5 забезпечена за допомогою шпонок 30. Осьове зусилля, направлене зверху вниз, що створюється стовпом відкачуваної навколишньої рідини, передається одночасно крізь підп'ятники 29 та еластичні демпфірувальні прокладки 33 до опор 32 підп'ятників 29. За допомогою прокладок 33 забезпечується рівномірний розподіл осьового зусилля в кожному з додаткових упорних підшипників 26, 27 та /о однакова навантаженість цих упорних підшипників. Надійна фіксація прокладок 33 у відповідних заглибленнях опор 32 підп'ятників 29 забезпечена за допомогою штифтів 34. Розташування опор 32 підп'ятників 29 уздовж вала 5 і таке їх виконання, що опора 32 підп'ятника 29 упорного підшипника 26 упирається нижнім торцем в опору 32 підп'ятника 29 упорного підшипника 27, а опора 32 підп'ятника 29 упорного підшипника 27 упирається нижнім торцем у ніпель 12, забезпечує передавання прикладеного до торця вала 5 осьового зусилля до ніпеля 7/5. 12. При цьому надійна фіксація взаємного з'єднання опор 32 і з'єднання нижньої опори 32 з ніпелем 12 забезпечується штифтами 35, 36 відповідно. В результаті забезпечується нерухоме закріплення підп'ятників 29 упорних підшипників 26, 27 до ніпеля 12 та передавання осьового зусилля до цього ніпеля, що захищає корпус 4 від дії на нього осьових зусиль на ділянці розміщення додаткових упорних підшипників 26, 27 і тим самим сприяє підвищенню надійності роботи та терміна служби пристроя для гідравлічного захисту. Нерухоме

З'єднання підп'ятників 29 з корпусом 4 у процесі роботи зберігається завдяки кріпленню ніпеля 12 до корпусу 4 за допомогою нарізного з'єднання 37.

Розміщення додаткових упорних підшипників 26, 27 у нижній частині камери 9, сусідній з нижньою внутрішньою камерою 10, між ніпелем 12 і нижньою частиною 23 захисної втулки 16 дає можливість ізолювати порожнину, в якій розміщені додаткові упорні підшипники 26, 27, від порожнини, в якій розміщений упорний сч ов Підшипник 15. Оскільки внутрідіафрагмова порожнина 40, в якій під нижньою частиною 24 захисної втулки 17 розміщений упорний підшипник 15, гідравлічне сполучена з порожниною електродвигуна 1, обов'язково і) заповнюваною діелектричною рідиною, пара тертя упорного підшипника 15 працює в дігелектричному рідкому середовищі, яке має низьку в'язкість, що обмежує можливість підвищення вантажопідйомності та підвищення довговічності упорного підшипника через малу величину зазору між контактними поверхнями пари тертя. Навіть («о зо установлення у вигляді тандема двох або більше упорних підшипників 15 не дозволяє забезпечити достатню вантажопідйомність для надійної роботи та великого терміну служби пристроя для гідравлічного захисту в о нафтових свердловинах, особливо в глибоких свердловинах, де величина напору відкачуваної навколишньої (у рідини досягає великих значень. Розміщення додаткових упорних підшипників 26, 27 у порожнині, ізольованої від порожнин, заповнених нев'язкою діелектричною рідиною, необхідною для надійної роботи електродвигуна 1 з (22)

З5 достатньо високим ккд, дозволяє забезпечити надійну роботу та великий термін служби додаткових упорних ча підшипників 26, 27, які сприймають усе осьове навантаження насоса, а значить і усієї осьової підшипникової опори пристроя для гідравлічного захисту, за рахунок заповнення камери 9 високов'язкою рідиною із спеціальними присадками для зниження коефіцієнту тертя та збільшення припрацьовуваності контактних поверхонь. Під час роботи упорних підшипників 26, 27 у високов'язкому рідкому середовищі між контактними « поверхнями пари тертя цих підшипників є досить товстий шар рідини, що знижує знос контактних поверхоньпари /-- с тертя та підвищує вантажопідйомність упорних підшипників. . Крім того, завдяки пропонованому згідно з винаходом місцеположенню додаткових упорних підшипників 26, и?» 27 під час роботи електродвигуна 1 забезпечується не тільки ізолювання цих підшипників від діелектричної рідини, якою заповнена порожнина електродвигуна 1 та гідравлічне сполучена з нею внутрідіафрагмова порожнина 40 нижньої внутрішньої камери 10, але й їх максимальне можливе віддалення від навколишньої -І пластової рідини, яке допускається особливостями конструктивного виконання пристроя для гідравлічного захисту, як видно з фіг.ї7, що сприяє підвищенню надійності роботи та довговічності додаткових упорних се) підшипників 26, 27. Очевидно, що уведення додаткових внутрішніх камер між зовнішньою камерою 8 та

Го! внутрішньою камерою 9, у нижній частині якої установлені додаткові упорні підшипники 26, 27, сприяє збільшенню терміна служби цих підшипників, а значить і терміну служби пристроя для гідравлічного захисту о завдяки збільшенню довжини лабіринтного шляху для проходження навколишньої рідини та кількості торцевих

Ф ущільнень.

У випадку роботи пристроя для гідравлічного захисту електродвигуна 1 в навколишній рідині з вмістом газової фракції, при попаданні навколишньої рідини у верхню внутрішню камеру 9 газ буде негативно впливати дво на надійність роботи торцевого ущільнення 6. Крім того, присутність газу знижує надійність роботи додаткових упорних підшипників 26, 27 та істотно знижує надійність роботи та довговічність еластичної діафрагми 38.

Ф) Герметична установка в отворі 13 ніпеля 11 верхнього кінця 46 трубки 45, розташування трубки 45 в камері 9 ка уздовж вала 5 та виконання цієї трубки такої довжини, що її нижній кінець 47, розташований в камері 9 поблизу верхньої сторони нижньої частини 23 захисної втулки 16, забезпечують утворення лабіринту, що знижує бо імовірність проникання газу, який міститься в навколишній рідині, в порожнину, де розміщені додаткові упорні підшипники 26, 27, і тим більше, проникнення газової фракції в задіафрагмову порожнину 39 нижньої внутрішньої камери 10, до еластичної діафрагми 38. У випадку попадання газу в верхню внутрішню камеру 9, він буде зосереджений у верхній частині камери 9 через різницю у густині газу та густині рідини, яка знаходиться у цій камері. Лабіринтний шлях проходження газу в порожнину, де знаходяться додаткові упорні підшипники 26, 27, 65 утворений отвором 13 ніпеля 11, осьовим отвором трубки 45, радіальним отвором 18 захисної втулки 16, кільцевим зазором між валом 5 і захисною втулкою 16. Отже, пропоноване згідно з винаходом виконання верхньої внутрішньої камери 9 з трубкою 46 сприяє підвищенню надійності роботи та терміну служби пристроя для гідравлічного захисту електродвигуна 1.

При включенні електродвигуна 1 діелектрична рідина в порожнині електродвигуна 1 та у внутрідіафрагмовій порожнині 40 камери 10 нагрівається і збільшується в об'ємі. Збільшення об'єму діелектричної рідини компенсується за рахунок деформації розтягання еластичної діафрагми 38. Коли тиск діелектричної рідини у внутрідіафрагмовій порожнині 40 підвищується до величини тиску спрацьовування запобіжного клапана 43, цей клапан відкривається і крізь нього надлишкова кількість діелектричної рідини надходить із внутрідіафрагмової порожнини 40 крізь отвір 41 ніпеля 12 у задіафрагмову порожнину 39 і витісняє із порожнини 39 у зовнішню 7/о камеру 8 відповідну надлишку діелектричної рідини кількість високов'язкої рідини шляхом передавання тиску в рідині крізь отвір 14 ніпеля 12, порожнину для розміщення додаткових упорних підшипників 26, 27, кільцевий зазор між валом 5 і захисною втулкою 16, радіальний отвір 18 у стінці втулки 16, трубку 45 і отвір 13 ніпеля 11. Витіснення рідини із порожнини 40 у порожнину 39 продовжується до тих пір, доки тиск в усіх порожнинах пристроя для гідравлічного захисту не вирівнеться і не стане рівним тиску навколишньої пластової рідини. 7/5 Після цього клапан 43 закривається.

У випадку витрати діелектричної рідини крізь торцеве ущільнення 7, а потім зупинки та остигання електродвигуна 1 діелектрична рідина у порожнині електродвигуна 1 та внутрідіафрагмовій порожнині 40 нижньої внутрішньої камери 10 зменшується в об'ємі, що викликає пружну деформацію стиснення еластичної діафрагми 38. При певній величині перепаду тиску між порожнинами 39, 40 спрацьовує запобіжний клапан 44.

Внаслідок цього частина рідини перетікає із задіафрагмової порожнини 39 камери 10 крізь отвір 42 ніпеля 12 у внутрідіафрагмову порожнину 40 камери 10, викликаючи витіснення частини діелектричної рідини з нижньої внутрішньої камери 10 у порожнину електродвигуна 1 крізь кільцевий зазор між захисною втулкою 17 і валом 5 та далі крізь порожнину упорного підшипника 15, обмежену нижньою частиною 24 захисної втулки 17, корпусом 4 і основою пристроя для гідравлічного захисту. Відбувається переміщення рідини від зовнішньої камери 8 до сч г порожнини електродвигуна 1 доти, доки не виникне вирівнювання тиску в усіх порожнинах пристроя для гідравлічного захисту та порожнині електродвигуна 1. Клапан 44 закривається. і)

Завдяки присутності запобіжних клапанів 43, 44 в отворах 49, 50 ніпеля 12, які сполучають між собою внутрідіафрагмову порожнину 40 і задіафрагмову порожнину 39, зменшується перепад тиску між навколишньою рідиною і діелектричною рідиною в порожнині електродвигуна 1, що забезпечує цілість еластичної діафрагми З8 |і Ге зо підвищує надійність роботи та термін служби пристроя для гідравлічного захисту електродвигуна 1.

Таким чином, винахід забезпечує підвищення надійності роботи та збільшення терміну служби пристроя для о гідравлічного захисту заглибного електродвигуна, який використовується у глибоких свердловинах разом з со насосами, позбавленими упорних підшипників, шляхом збільшення вантажопідйомності осьової підшипникової опори за рахунок уведення і пропонованого розташування принаймні одного додаткового упорного підшипника у Ме нижній частині внутрішньої камери, сусідньої з нижньою внутрішньою камерою, у місці, достатньо ізольованому ї- від навколишньої рідини. Пропонований згідно з винаходом пристрій для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна переважено містить у нижній внутрішній камері еластичну діафрагму, захищену від перепадів тиску рідини, які викликають як розтягнення, так і стиснення еластичної діафрагми, відповідно під час пусків та зупинок електродвигуна, за допомогою двох запобіжних клапанів, установлених у ніпелі, який обмежує зверху « нижню внутрішню камеру, внаслідок чого забезпечується додаткове підвищення надійності роботи та терміну в с служби пристроя для гідравлічного захисту. Для забезпечення надійної роботи пристроя для гідравлічного захисту за рахунок зменшення впливу газової фракції навколишньої рідини переважним є виконання принаймні ;» верхньої внутрішньої камери з трубкою, установленою поздовжньо верхнім кінцем в отворі ніпеля з утворенням лабіринтного шляху з захисною втулкою, яка охоплює вал. Крім того, пропоноване згідно з винаходом уведення у певному місці та певне розташування принаймні одного додаткового упорного підшипника забезпечують -І найбільше підвищення надійності та збільшення терміну служби при заповненні внутрішньої камери, яка містить со принаймні один додатковий упорний підшипник, високов'язкою рідиною. бо

Claims (4)

1. Формула винаходу о 50

   Ф 1. Пристрій для гідравлічного захисту заглибного заповненого діелектричною рідиною електродвигуна, що містить корпус, вал, торцеві ущільнення, послідовно розташовані уздовж вала зовнішню камеру і принаймні дві внутрішні камери, відокремлені одна від одної ніпелями та гідравлічно сполучені послідовно через отвори в ніпелях, упорний підшипник, розміщений у нижній внутрішній камері, сполученій з порожниною електродвигуна, та принаймні дві охоплюючі вал захисні втулки принаймні з одним радіальним отвором для проходження рідини, (Ф) кожна з яких установлена у відповідній внутрішній камері так, що її верхня частина закріплена у відповідному ГІ ніпелі, а нижня частина герметично з'єднана з корпусом, який відрізняється тим, що уведений принаймні один додатковий упорний підшипник, установлений між ніпелем, за допомогою якого нижня внутрішня камера во відокремлена від вищележачої внутрішньої камери, і нижньою частиною відповідної захисної втулки у вищележачій внутрішній камері, причому кожний додатковий упорний підшипник містить п'яту, закріплену на валу, і підп'ятник, установлений нерухомо відносно корпусу з можливістю передавання осьового зусилля до указаного ніпеля.
2. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що принаймні у нижній внутрішній камері на розміщеній в ній 65 захисній втулці герметично закріплена еластична діафрагма для поділення внутрішньої камери на задіафрагмову і внутрідіафрагмову порожнини, і в кожному ніпелі, за допомогою якого внутрішня камера, яка містить еластичну діафрагму, відокремлена від вищележачої внутрішньої камери, виконано два отвори для взаємного сполучення задіафрагмової та внутрідіафрагмової порожнин, причому в цих отворах установлені запобіжні клапани так, що запобіжний клапан, установлений в одному з отворів, повернутий виходом у бік задіафрагмової порожнини, а запобіжний клапан, установлений у другому з отворів, повернутий виходом у бік внутрідіафрагмової порожнини.
3. 3. Пристрій за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що принаймні одна внутрішня камера, розташована над нижньою внутрішньою камерою, заповнена рідиною з більш високою в'язкістю, ніж в'язкість діелектричної рідини, якою заповнена нижня внутрішня камера. 70
4. 4. Пристрій за будь-яким з пунктів 1-3, який відрізняється тим, що принаймні в одній верхній внутрішній камері він містить відповідну трубку, верхній кінець якої герметично установлений в указаній внутрішній камері в отворі ніпеля, призначеному для гідравлічного сполучення указаної внутрішньої камери з вищележачою камерою, а її нижній кінець розміщений в указаній внутрішній камері поблизу нижньої частини захисної втулки, причому кожна трубка розміщена усередині відповідної внутрішньої камери уздовж вала. с щі 6) (Се) Зо со (ее) (о) і -

   - . и? -і се) (ее) (95) 4) іме) 60 б5