Параметры погружных электродвигателей

В последние годы все более широкое применение находят в нефтяной про­мышленности теплостойкие двигатели, предназ­наченные для работы при тем­пе­ратуре окружающей среды до 120 и даже до 150 °С.

Если невозможно выполнить двигатель необходимой мощности в одном кор­пусе, двигатель может быть составлен из двух секций, подобно тому, как сос­тавляются секционные насосы.

В шифре электродвигателей, например, ПЭДС-90-117В5 при­няты сле­дую­щие обозначения: ПЭД — погружной электродвигатель, С — секционный, 90 — номинальная мощность (кВт), 117 — внешний диаметр двигателя (в мм), В5 — исполнение двигателя, соответствующее климатическим условиям при­ме­не­ния (В — для всех макроклиматических районов на суше и на море) и ка­те­­го­рии размещения (5 — при повышенной влажности).

Для увеличения работоспособности погружного электродвигателя большое значение имеет надежная работа его гидрозащиты, предохраняющей электрод­ви­гатель от попадания в его внут­реннюю полость пластовой жидкости и ком­пен­­сирующей изме­нение объема жидкости в двигателе при его нагреве и охлаж­­де­нии, а также при утечке масла через негерметичные элементы конст­рукции. Пластовая жидкость, попадая в электродвигатель, снижает изо­ляцион­ные свойства масла, проникает через изоля­цию обмоточных проводов и при­во­дит к короткому замыканию обмотки. Кроме того, ухудшается смазка под­шип­ни­ков вала двигателя.

В настоящее время на промыслах Российской Федерации широко расп­рост­ранена гидрозащита типа Г.

Гидрозащита типа Г состоит из двух основных сборочных единиц: про­тек­тора, который устанавливается между насосом и двигателем, и компенсатора, расположенного в нижней части двигателя [3].

Протектор гидрозащиты типа Г (рис. 1.101) состоит из голов­ки, верхнего, среднего и нижнего ниппелей, нижнего корпуса и основания, последовательно соединенные между собой резьбой.

Рис. 1.101. Конструкция компенсатора гидрозащиты типа Г:

1 — головка, 2 — ниппель верхний, 3 — подшипник, 4 — торцовое уплот­нение; 5 — нип­пель; 6 — корпус верхний, 7 — диафрагма верхняя, 8 — ниппель нижний, 9 — диафрагма нижняя, 10 — подпятник верхний, 11 — пята, 12 — подпятник нижний, 13 — основание; 14 — клапан обратный, 15 — корпус нижний

На валу протектора установлены три радиальных подшип­ника скольжения. Осевые нагрузки через пяту воспринимают­ся верхним и нижним подпят­ника­ми. На обоих концах вала — шлицы для соединения с двигателем и насосом. На валу пос­ледовательно установлены три торцовых уплотнения, зафик­сиро­ван­ные пружинными кольцами. Внутри корпусов разме­щены две короткие диаф­раг­мы — верхняя и нижняя, концы которых посредством хомутов герметично закреплены на опо­рах. Внутренняя полость нижней диафрагмы сообщается при соединении протектора с двигателем с его внутренней полос­тью. Задиаф­раг­мен­ная полость нижней диафрагмы продольными каналами в нижнем ниппеле сообщена с внутренней полостью верхней диафрагмы, а полость верхней диаф­рагмы продольны­ми каналами в среднем ниппеле сообщается с полостью меж­ду верхним и средним торцовыми уплотнениями. Протектор за­полняют маслом через отверстия под пробки с обратными кла­панами, выпуская при этом воздух через соответствующие пробки.

Защита от проникновения пластовой жидкости обеспечива­ется торцовыми уплотнениями и резиновой диафрагмой.

При работе электродвигателя в процессе его включений и выключений мас­ло, его заполняющее, периодически нагревается и охлаждается, изменяясь соответственно в объеме. Измене­ние объема масла компенсируется за счет де­фор­мации эластич­ной диафрагмы компенсатора.

В процессе работы происходит утечка масла через торцовые уплотнения. По мере расхода масла диафрагма компенсатора складывается, а диафрагмы про­тектора расширяются. После полного расхода масла из компенсатора нас­тупает второй пери­од работы гидрозащиты, когда используются компен­сацион­ные возможности диафрагмы протектора. При падении давления во внешней полости диафрагмы протектора, при остановке элект­родвигателя и охлаждении масла обратный клапан открывается и впускает во внешнюю полость пластовую жидкость, тем са­мым выравнивая давления.

Последовательное дублирование эластичных диафрагм и тор­цовых уплот­нений в протекторе повышает надежность защиты электродвигателя от попа­да­ния в него пластовой жидкости.

Компенсатор (рис. 1.102) расположен в нижней части двига­теля и пред­назначен для выравнивания давления в двигателе и пополнения его маслом.

Рис. 1.102. Конструкция компенсатора гидрозащиты типа Г:

1 — поршень автоматического клапана: 2 — диафрагма

Компенсатор состоит из корпуса и каркаса, к которому кре­пится диафраг­ма. Полость за диафрагмой сообщена с затрубным пространством отверстиями в корпусе компенсатора. Проб­ка, расположенная на наружной поверхности ком­пенсатора, предназначена для закачки масла в компенсатор, а внутренне отверстие под заглушку — для выхода воздуха при заполнении его маслом, а также для сообщения полости двигателя и ком­пенсатора. После заполнения мас­лом компенсатора заглушка должна быть закрыта, а после монтажа уста­нов­ки и спуска ее в скважину заглушка автоматически открывается, при погруже­нии компенсатора под уровень пластовой жидкости на 15 — 30 м.

В шифре гидрозащиты, например, 1Г51 приняты следующие обозначения: 1 — модификация, Г — тип защиты, 5 — условный размер обсадной колонны, 1 — номер разработки.

Кроме гидрозащиты типа Г, на нефтяных промыслах России нашла широ­кое применение гидрозащиты типа П.

Основные составные части протектора типа П (рис. 1.103): вал, торцовые уплотнения, корпуса, камеры, связанные гидрав­лически между собой пос­ле­до­вательно с помощью отверстий, выполненных во фланцах в месте установки тор­цевых уплотне­нии. Внутренние полости диафрагм заполнены маслом.

Рис. 1.103. Конструкция протектора П:

1 — головка верхняя; 2 — трубка; 3, 4, 7, 8 — пробка; 5 — корпус; 6 — диафрагма; 9 — диа­ф­­рагма; 10 — подпятник; 11 — пята; 12 — торце­вое уплотнение; 13 — вал; 14 — подшип­ник; 15 — трубка; 16 — трубка; 17 — корпус; 18 — нижняя головка

Торцовые уплотнения с двумя диафрагмами, закрепленными на цилинд­рах, образуют верхнюю камеру над торцовым уплот­нением, в районе верхней диафрагмы — среднюю камеру, в рай­оне нижней диафрагмы — нижнюю ка­ме­ру. Трубки между поло­стями камер расположены таким образом, что при дви­же­нии сверху жидкость должна проходить по лабиринту и в двух местах этот путь механически разделяется двумя диафрагмами.

Полости, образованные диафрагмами, снабжены клапанами, через которые сбрасывается масло при избыточном давлении.

Заполнение полости протектора производится снизу. Диэлек­трическое мас­ло проходит по валу к трубке, через отверстия в трубе заполняет нижнюю по­лость, воздух и избыток масла через отверстия в трубе поступает в зону ниж­не­го торцового уплотне­ния, заполняет его полость и под избыточным дав­ле­нием через клапан выходит в следующую полость. Воздух выходит в отвер­стие нип­пеля под пробку между нижней и средней камерами, а масло стекает на дно по­лости, заполняет ее до появления в от­верстие под пробку и после ее закрытия проб­кой продолжает поступать в полость верхней диафрагмы. Далее заполняют по­ло­сти в средней и верхней камеры, при этом для удаления воздуха исполь­зуют­ся пробки в верхней головке.

Полости внутри диафрагмы защищены от проникновения пластовой жид­кости по валу торцевым уплотнением. Нижний конец диафрагмы протектора закреплен герметично, верхний имеет упругое крепление при помощи брас­лет­ных пружин, что позволяет осуществлять регулирование давления при темпера­турных расширениях масла [3].

Для устранения перепада давления в верхней камере имеется трубка, через которую поступает пластовая жидкость в наруж­ную полость, расположенную над диафрагмой средней камеры.

При работе двигателя масло расширяется, при этом растяги­вает резиновую диафрагму и прижимает ее к внутренней повер­хности корпуса протектора. Лиш­ний объем масла будет выдав­лен через верхний конец диафрагмы, который имеет упругое крепление.

При остановке и охлаждении двигателя объем масла будет уменьшаться и резиновая диафрагма, воспринимая давление окружающей среды, будет втя­ги­вать­ся внутрь и пополнять мас­лом полость двигателя.

При последующем включении двигателя процесс измене­ния объема масла повторится, то есть при любых изменени­ях объема и давления масла диафраг­мы будут «дышать» и отлеживать объем находящегося масла в двигателе и урав­но­вешивать давление в его полости с давлением окружающей среды.

Основным узлом протекторов являются торцевые уплотне­ния, предназ­на­чен­ные для герметизации вращающихся валов диаметром 25 мм и 35 мм. Тор­цо­вые уплотнения производятся по техническим условиям:

· ТУ 3639-003-00217573-93. Торцовые уплотнения;

· ТУ 3632-14-00217573-97. Уплотнения УТ1Р.025;

· ТУ УЗ.10-00216852-013-97. Уплотнения торцовые релитовые серии 2Р;

· ТУ 3639-006-46874052-01. Уплотнения торцовые для гидрозащит пог­ружных электродвигателей.

Уплотнения (рис. 1.104 и 1.105) состоят из двух колен (вра­щающегося и нев­ращающегося), поджатых друг к другу пружи­ной. На вращающемся кольце установлен сильфон, обжимае­мый каркасом, другой конец сильфона через обой­му с корпусом поджимается к валу. На неврашающемся кольце уста­нов­ле­на манжета или резиновое уплотнительное кольцо.

Рис. 1.104. Торцовое уплотнение 1В:

1 — тарелка; 2 — корпус с поводком; 3 — пружина; 4 — кольцо нажимное; 5 — кольцо вра­щаю­щееся; 6 — кольцо неподвижное; 7 — манжета

Рис. 1.105. Торцовое уплотнение 2Р:

1 — сильфон; 2 — кольцо запорное; 3 — обойма; 4 — кольцо; 5 — кольцо вращающееся; 6 — каркас; 7 — пружина, 8 — кольцо

Конструкция уплотнения обеспечивает постоянный натяг на вторичном уплот­нении (сильфоне), что повышает надежность крепления уплотнения на ва­лу и гарантирует герметичность вто­ричного уплотнения.

Благодаря высокой износостойкости пары трения можно нео­днократно при­тирать.

Двигатели фирмы REDA

Двигатели рассчитаны на работу в скважинах с температурой отка­чи­вае­мой жидкости до 200 °С. Также выпус­каются двигатели в коррозионно-стойком исполнении.

Технические характеристики электродвигателей представле­ны в табл. 1.20 и 1.21 и рис. 1.106 [3].

Таблица 1.20