протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя

Формула изобретения

Протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащий корпус, вал с нижним и верхним торцовыми уплотнениями, упругую диафрагму, закрепленную на опорах и охватывающую вал в зоне под нижним торцовым уплотнением, первый и второй ниппели, между которыми размещен узел пяты, верхнюю и нижнюю головки с фланцами для соединения соответственно с насосом и электродвигателем, клапан, кожух, установленный посредством фланца на верхнем торцовом уплотнении, и отбойник, жестко закрепленный на валу выше верхнего торцового уплотнения, отличающийся тем, что он снабжен удлинителем вала и установленной на профилированной опоре дополнительной упругой диафрагмой, охватывающей герметично удлинитель вала в зоне над верхним торцовым уплотнением, отбойник выполнен в виде втулки, установленной на удлинителе вала над дополнительной упругой диафрагмой, при этом со стороны наружной поверхности втулки установлено радиальное уплотнение, выполненное в виде размещенного в верхней головке стакана, охватывающего втулку, с выполненными в стакане эксцентричными относительно друг друга кольцевыми канавками, в которых размещены насажанные на втулку кольца из антифрикционного материала и охватывающие их резиновые кольца с круглым поперечным сечением, причем соседние кольцевые канавки попарно смещены относительно друг друга на 0,2-0,5 мм в диаметрально противоположном направлении и указанные пары диаметрально смещенных относительно друг друга кольцевых канавок повернуты относительно соседних пар кольцевых канавок таким образом, что радиальные плоскости, проходящие через оси этих соседних пар канавок, повернуты относительно друг друга вокруг оси вала на угол, составляющий 360/n, где n - число пар антифрикционных колец, причем число канавок четно и не менее 6, и в осевом направлении антифрикционные кольца прижаты друг к другу посредством подпружиненного кольца, а дополнительная упругая диафрагма установлена с образованием внутренней полости, сообщенной с окружающей средой через выпускной клапан для сброса воздуха, и со стороны наружной поверхности совместно с защитной обечайкой, опорой дополнительной упругой диафрагмы и стаканом уплотнения отбойника - полости, сообщенной с окружающей протектор средой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к гидравлической защите погружных маслозаполненных электродвигателей от пластовой жидкости, предназначенных для привода погружных насосов для добычи нефти.

Известно устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее вал с верхним и нижним торцовыми уплотнениями и корпус, герметично разделенный эластичной диафрагмой на заполненные маслом внутреннюю камеру и верхнюю камеру, разделенную ниппелем на верхнюю и нижнюю части (авторское свидетельство СССР №1767623, 1990).

Недостатком известной конструкции является недостаточная герметичность от пластовой жидкости, проникающей в электродвигатель, что приводит к выходу его из строя.

Наиболее близким к изобретению является протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненого электродвигателя, содержащий корпус, вал с нижним и верхним торцовыми уплотнениями, упругую диафрагму, охватывающую вал в зоне под нижним торцовым уплотнением и закрепленную на опоре, первый и второй ниппели, между которыми размещен узел пяты, верхнюю и нижнюю головки с фланцами для соединения с насосом и электродвигателем, клапан, кожух, установленный посредством фланца на верхнем торцовом уплотнении, и отбойник, жестко закрепленный на валу выше верхнего торцового уплотнения (пат. РФ №2099604, 1997).

Недостатком известной конструкции является также недостаточная герметичность от пластовой жидкости полости электродвигателя, являющаяся причиной его отказа.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание конструкции протектора, обеспечивающей защиту электродвигателя от пластовой жидкости и повышение его долговечности.

Поставленная задача решается тем, что протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя содержит корпус, вал с нижним и верхним торцовыми уплотнениями, упругую диафрагму, закрепленную на опорах и охватывающую вал в зоне под нижним торцовым уплотнением, первый и второй ниппели, между которыми размещен узел пяты, верхнюю и нижнюю головки с фланцами для соединения соответственно с насосом и электродвигателем, клапан, кожух, установленный посредством фланца на верхнем торцовом уплотнении, и отбойник, жестко закрепленный на валу выше верхнего торцового уплотнения, при этом протектор снабжен удлинителем вала и установленной на профилированной опоре дополнительной упругой диафрагмой, охватывающей герметично удлинитель вала в зоне над верхним торцовым уплотнением, отбойник выполнен в виде втулки, установленной на удлинителе вала над дополнительной упругой диафрагмой, при этом со стороны наружной поверхности втулки установлено радиальное уплотнение, выполненное в виде размещенного в верхней головке стакана, охватывающего втулку, с выполненными в стакане эксцентричными относительно друг друга кольцевыми канавками, в которых размещены насажанные на втулку кольца из антифрикционного материала и охватывающие их резиновые кольца с круглым поперечным сечением, причем соседние кольцевые канавки попарно смещены относительно друг друга на 0,2-0,5 мм в диаметрально противоположном направлении и указанные пары диаметрально смещенных относительно друг друга кольцевых канавок повернуты относительно соседних пар кольцевых канавок таким образом, что радиальные плоскости, проходящие через оси этих соседних пар канавок, повернуты относительно друг друга вокруг оси вала на угол, составляющий 360/n, где n - число пар антифрикционных колец, причем число канавок четно и не менее 6, и в осевом направлении антифрикционные кольца прижаты друг к другу посредством подпружиненного кольца, а дополнительная упругая диафрагма установлена с образованием внутренней полости, сообщенной с окружающей средой через выпускной клапан для сброса воздуха, и со стороны наружной поверхности совместно с защитной обечайкой, опорой дополнительной упругой диафрагмы и стаканом уплотнения отбойника – полости, сообщенной с окружающей протектор средой.

В результате такого радиального уплотнения наружной боковой поверхности отбойника обеспечивается высокая герметичность протектора и повышение долговечности погружного электродвигателя.

На фиг.1 представлен продольный разрез протектора для гидравлической защиты погружного электродвигателя, на фиг.2 представлено радиальное уплотнение втулки удлинителя вала по фиг.1.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого размещена диафрагма 2, закрепленная на опоре 3, первый и второй ниппели 4 и 5, между которыми размещен узел пяты 6, верхнюю и нижнюю головки 7 и 8, вал 9 с верхним и нижним торцовыми уплотнениями 10 и 11 соответственно, клапан 12 с пробкой 13.

Для удаления воздуха при заполнении маслом полостей протектора в ниппелях 4 и 5 имеются отверстия, которые герметично закрыты пробками 14 и 15.

Верхние и нижние головки 7 и 8 протектора имеют фланцы 16 и 17 для соединения соответственно с насосом и электродвигателем (на чертежах не показаны).

Нижняя головка 8 имеет посадочный бурт с резиновыми кольцами для герметизации соединения с электродвигателем.

Нижний конец вала 9 соединяется с валом электродвигателя, а верхний конец посредством удлинителя 18 с валом 9 насоса при монтаже на скважине.

Кроме того, имеется кожух 19, установленный на верхнем торцовом уплотнении 10, и отбойник 20, выполненный в форме втулки и установленный жестко на удлинителе 18 вала 9 над кожухом 19. Вал 9 соединен с удлинителем 18 посредством шлицевой втулки 21.

Каждый ниппель 4 и 5 содержит отверстие 22 для удаления воздуха при заполнении маслом полости протектора.

Для опоры вала 9 и его удлинителя 18 вала 9 служат подшипники скольжения 23.

В верхней головке 7 в эксцентричных кольцевых канавках стакана 24 установлены резиновые кольца 25 круглого поперечного сечения, внутри которых размещены кольца 26 из антифрикционного материала, контактирующие с наружной боковой поверхностью отбойника 20 и подпружиненных в продольном направлении посредством кольца 27 и резинового кольца 28.

Между головкой 7 и ниппелем 4 закреплена на опоре 29 дополнительная упругая диафрагма 30, внутренняя полость которой заполняется маслом через отверстие, закрытое пробкой 31, а сброс воздуха из ее полости осуществляется через выпускной клапан 32. При этом внутренняя полость над верхним торцевым уплотнением 10 не имеет связи со средой.

Со стороны наружной поверхности дополнительная упругая диафрагма 30 совместно с защитной обечайкой 33, опорой 29 дополнительной упругой диафрагмы 30 и стаканом 24 радиального уплотнения отбойника 20 образует полость, сообщенную с окружающей протектор средой.

Работа устройства.

Перед работой внутреннюю полость диафрагм 2 и 30 протектора заполняют маслом (например, типа МА-ПЭД) при монтаже двигателя. Это масло служит запасом для компенсации его естественного расхода через верхнее и нижнее торцевое уплотнение 10 и 11, герметизирующее вращающийся вал 9.

Полость за диафрагмой 2 сообщается с полостью узла пяты 6 и тоже заполняется маслом для компенсации расхода через верхнее торцевое уплотнение 10, расположенное ближе к верху протектора. По мере уменьшения количества масла в процессе работы устройства эта полость заполняется пластовой жидкостью через клапан 12, к которому жидкость поступает через отверстие в нижней головке 8, которое на время хранения и транспортировки закрыто пробкой 13.

При этом обеспечивается выравнивание давлений в полостях протектора с давлением пластовой жидкости в зоне подвески двигателя.

Наличие уплотнения втулки-отбойника 20 не позволяет механическим примесям и воде непосредственно попадать на кожух 19 верхнего торцевого уплотнения 10, а наличие масла в полости дополнительной диафрагмы 30 повышает долговечность работы верхнего торцевого уплотнения 10 и герметичность протектора.

Таким образом, вышеописанные изменения в конструкции протектора создают надежную защиту от воздействия механических частиц и пластовой жидкости, что значительно удлиняет срок службы устройства.