устройство для определения технического состояния подшипниковых узлов погружных электродвигателей

Формула изобретения

Устройство для контроля степени износа подшипниковых узлов погружных электродвигателей, содержащее обсадную трубу скважины, в которой размещены соединенные соединительной муфтой электродвигатель и насос, датчик состояния подшипниковых узлов с электрическими подводящими проводами, блок управления и сигнализации, отличающееся тем, что, для осуществления ступенчатого контроля подшипниковых узлов электродвигателя путем контроля осевых и радиальных смещений оси его вала, на соединительной муфте соосно закреплена с возможностью перемещения в осевом и радиальном направлениях дисковая муфта с заостренным торцом, дополнительно установлена система управления, расположенная в обсадной трубе, служащей в качестве общего электрода, состоящая из не менее пяти датчиков состояния подшипниковых узлов и не менее пяти изолированных электродов, установленных параллельно оси двигателя, из которых три имеют вид крючковых, они одним концом жестко закреплены на корпусе насоса, а другим расположены с осевыми зазорами к нижней поверхности дисковой муфты, равными по величине L_min, L_cp, L_max, остальные два электрода -прямолинейные, закреплены жестко одним концом на корпусе электродвигателя, а другим - на корпусе насоса и расположены с радиальными зазорами от заостренного торца дисковой муфты, равными по величине R_min, R_max ; все электроды одним концом электрически связаны с соответствующими датчиками состояния подшипниковых узлов электродвигателя, которые другим концом подключены через регулятор чувствительности и пороговое устройство к блоку управления и сигнализации.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению износа подшипниковых узлов погружных электродвигателей, и может быть использовано в народном хозяйстве для бесперебойного водоснабжения.

Известен аналог: «Система контроля за состоянием погружного электродвигателя» (RU 45871 U1, МПК⁷ Н02Н 7/08, опубл. 27.05.2005), содержащая датчик давления, датчик температуры, датчик вибрации, станцию управления, предназначенную для измерения параметров работы погружного электродвигателя, источник переменного напряжения, трансформаторы постоянного тока и снабжено процессором. Недостатками аналога являются: сложность и высокая стоимость оборудования, в связи с использованием дополнительного источника питания в виде постоянного тока.

Известно принятое за прототип устройство для контроля технического состояния погружных электродвигателей (SU 314158 А1, МПК⁷ G01R 31/06, опубл. 01.01.1971), которое состоит: из корпуса, сигнальной лампы, кнопки контроля, сальника, кабеля с проводами, зажима заземления и предохранителя. Недостатками прототипа являются: схема устройства работает только при отключенном положении электродвигателя; если электродвигатель не приспособлен к диагностированию, то устройство контролирует только техническое состояние изоляции обмоток; также износ подшипниковых узлов контролируется не ступенчато, а только определяет предельное значение.

Технической задачей устройства является обеспечение возможности осуществлять ступенчатый контроль износа подшипниковых узлов при работающем и отключенном электродвигателе, а также автоматическое отключение насосной установки в момент наступления предельного износа подшипникового узла.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для контроля степени износа подшипниковых узлов погружных электродвигателей, содержащее соединенные соединительной муфтой электродвигатель и насос, датчик состояния подшипниковых узлов с электрическими подводящими проводами, блок управления и сигнализации, в отличии от прототипа для осуществления ступенчатого контроля подшипниковых узлов электродвигателя путем контроля осевых и радиальных смещений оси его вала, на соединительной муфте соосно закреплена с возможностью перемещения в осевом и радиальном направлениях дисковая муфта с заостренным торцом, дополнительно установлена система управления, расположенная в обсадной трубе, служащей в качестве общего электрода, состоящая из не менее пяти датчиков состояния подшипниковых узлов и не менее пяти изолированных электродов, установленных параллельно оси электродвигателя, из которых три имеют вид крючковых, они одним концом жестко закреплены на корпусе насоса, а другим расположены с осевыми зазорами к нижней поверхности дисковой муфты, равными по величине L_min; L_cp; L_max износа упорного подшипника электродвигателя, остальные два электрода - прямолинейные - закреплены жестко одним концом на корпусе электродвигателя, а другим - на корпусе насоса и расположены с радиальными зазорами от заостренного торца дисковой муфты, равными по величине R _min, R_max износа радиальных подшипников электродвигателя, электроды одним концом электрически связаны с соответствующими датчиками состояния подшипниковых узлов электродвигателя, которые другим концом подключены через регулятор чувствительности и пороговое устройство к блоку управления и сигнализации.

При износе упорного подшипника вал с ротором смешается вниз относительно корпуса электродвигателя на величину износа. Таким образом износ упорного подшипника контролируют по перемещению ротора электродвигателя. Допустимое значение износа радиальных подшипников контролируют по радиальному смещению дисковой муфты.

На схемах фиг.1, фиг.2 представлено схематичное изображение предлагаемого устройства. В качестве датчиков контроля технического состояния подшипниковых узлов погружных электродвигателей применены кондуктометрические датчики.

Перед началом эксплуатации устройства необходимо задать величину осевых зазоров между нижней поверхностью дисковой муфты и крючковыми электродами (L), а также величину радиальных зазоров (R) между прямолинейными электродами и торцевой поверхностью дисковой муфты. Они определяются следующим образом. Для радиального подшипника внутренний диаметр 40 мм размер зазора (R) составляет R=0-5 мм для электродвигателя ПЭДВ-114 (Рекомендации по восстановлению изношенных деталей погружных электродвигателей. М.: 1987 г., ГОСНИТИ, стр.51). В соответствии с этим минимальный зазор R_min=1 мм между прямолинейными электродами и дисковой муфтой выбираем равным 1 мм, а максимальный - 2 мм, R_max=2 мм. Зазор (L) от нижней поверхности дисковой муфты до крючковых электродов определяем по максимально допустимому износу упорного подшипника электродвигателя, т.е. по осевому смещению вала электродвигателя. Так для электродвигателя ПЭДВ-114 максимально допустимый износ составляет L=0-12 мм (Рекомендации по восстановлению изношенных деталей погружных электродвигателей. М., 1987 г., ГОСНИТИ, стр.54, таблица 23). Исходя из этого, выбираем L_min=1 мм; L_ср=2,5 мм; L_max=3,5 мм.

Устройство для определения технического состояния подшипниковых узлов погружных электродвигателей без подъема из скважин (фиг.1) содержит боковой прямолинейный электрод 1, боковой прямолинейный электрод 2, боковой кондуктометрический датчик 3, связанный с электродом 1, боковой кондуктометрический датчик 4, связанный с электродом 2 и три нижних кондуктометрических датчика с изогнутыми электродами в виде крючка, нижний крючковой электрод 5, нижний крючковой электрод 6, нижний крючковой электрод 7, связанные с ними кондуктометрические датчики 8, 9, 10. Все электроды 1, 2, 5, 6, 7 закреплены при помощи хомутов 34 на корпусе насоса. Дисковая муфта с заостренной торцевой частью 11 (фиг.1, вид А-А)установлена на соединительной муфте электродвигателя и насоса 12. На соединительной муфте выполнена прорезь для обеспечения ступенчатого хода дисковой муфты, которая при помощи болта 13 крепится на валу электродвигателя 14. На схеме управления (фиг.2) представлена схема соединения подводящими проводами в кабеле кондуктометрических датчиков 15; блока светодиодных индикаторов сигнализации: 16-20; регуляторов чувствительности 21-25; пороговых устройств: ПУ 1, ПУ 2, ПУ 3, ПУ 4 ПУ 5; двух коммутаторов: 26, 27, логических элементов: И-НЕ 28, 29, двух промежуточных реле для обрыва подводящего провода: 30, 31 к катушке магнитного пускателя, корпуса блока управления и сигнализации устройства 32 и обсадной трубы 33, играющей роль общего электрода для всех изолированных электродов.

Устройство работает следующим образом.

При износе радиальных подшипников возникает асимметрия вала относительно расточки корпуса электродвигателя, что приводит к радиальному смещению вала ротора электродвигателя 14. На этот вал крепится дисковая муфта с заостренным торцом 11, при смещении вала ротора электродвигателя из-за износа R_min, дисковая муфта 11 своим торцом начнет постепенно истирать изоляцию электрода 1, возникает соприкосновение с водой, замыкается цепь электрод 1 и обсадная труба или насос с водоподъемной трубой 33 (они будут играть роль общего электрода для всех остальных электродов с изоляцией), сигнал пойдет на кондуктометрический датчик 3, на клемму 1, далее на регулятор чувствительности 24 и на пороговое устройство ПУ 4 со светодиодом 19, светодиодный индикатор сигнализации загорится. По мере дальнейшего износа наступает крайний износ R_max, при этом дисковая муфта 11 своим торцом начнет интенсивно истирать изоляцию второго бокового электрода 2 и обсадной трубы 33, возникает соприкосновение с водой, сигнал поступает на кондуктометрический датчик 4, на клемму 2, далее на регулятор чувствительности 25 и на пороговое устройство ПУ 5 со светодиодом 20, который загорится. Это является сигналом предельного состояния подшипника, то есть о задевании ротора за активную сталь статора электродвигателя. При этом состоянии электродвигателя сигнал через светодиод 20 и логический элемент 29 поступает через коммутатор (2) 27 на реле 31, размыкает свой контакт в цепи катушки магнитного пускателя и соответственно отключается электродвигатель.

При износе упорного подшипника оседает вал ротора электродвигателя, происходит смещение его вниз на значение осевого износа подшипникового узла упорного подшипника. Контроль износа в пределах величин L_min-L_max также определяется при помощи дисковой муфты 11 и нижних крючковых электродов. Закрепленная на валу 14 дисковая муфта 11 своей нижней поверхностью постепенно начнет истирать изоляцию верхнего крючкового электрода 5, при величине смещения вала 14 на значение L_min, на электрод поступит вода, замкнется цепь электрод 5 и обсадная труба 33, пойдет сигнал на кондуктометрический датчик 8, далее на клемму 1, регулятор чувствительности 21 и на пороговое устройство ПУ 1 со светодиодом 16, загорится светодиодный индикатор сигнализации на панели устройства, которая покажет минимальный износ, при возникновении среднего износа при величине смещения вала 14 на значение L_cp дисковая муфта 11 опустится еще ниже, что приведет к износу изоляции среднего крючкового электрода 6, поступит вода на электрод 6, замкнется цепь электрод 6 и обсадная труба 33, так же как и в верхнем электроде, сигнал поступит на кондуктометрический датчик 9, далее на клемму 2, регулятор чувствительности 22 и на пороговое устройство ПУ 2 со светодиодом 17, загорится светодиодный индикатор сигнализации на панели устройства, который укажет на наступление среднего износа. Далее наступает износ нижнего крючкового электрода 7, максимальный износ L_max или предельный, так же как и в среднем электроде, возникнет соприкосновение с водой, замкнется цепь электрод 7 и обсадная труба, 33 сигнал поступит на кондуктометрический датчик 10, далее на клемму 3, регулятор чувствительности 23 и на пороговое устройство ПУ 3 со светодиодом 18, загорится светодиодный индикатор сигнализации, сигнал через светодиод 18 и логический элемент 28 поступает через коммутатор (1) 26 на реле 30, который разомкнет свой контакт в цепи катушки магнитного пускателя, и соответственно отключится электродвигатель

Использование данного устройства позволяет обеспечить ступенчатый контроль износа подшипниковых узлов, автоматически отключить насосную установку во избежание поломки электродвигателя или более серьезного ремонта. Установка устройства осуществляется без разбора электродвигателя и позволяет осуществлять контроль технического состояния подшипниковых узлов электродвигателя без подъема из скважины.