Муфта кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, в частности, в электрических соединениях, предназначенных для подвода электроэнергии к электродвигателям погружных насосов для добычи пластовой жидкости. Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и долговечности устройства при работе в условиях повышенных гидростатического давления и температуры, расширение его эксплуатационных возможностей. Для достижения указанного технического результата в муфте кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя, содержащей корпус с расположенными в нем закрепленным при помощи фиксирующего элемента кабелем с жилами и колодкой, в которой выполнены отверстия для размещения наконечников и присоединенных к ним жил кабеля, по меньшей мере, один из стыков жил кабеля и наконечников расположен в отверстии колодки на расстоянии L ≥ 0,5 d, где d - диаметр жилы кабеля, от торцевой поверхности колодки, расположенной ближе к опорному элементу, дополнительно установленному в корпусе муфты и содержащему отверстия для размещения жил кабеля. 19 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, в частности, в электрических соединениях, предназначенных для подвода электроэнергии к электродвигателям погружных насосов для добычи пластовой жидкости.
Известен электрический разъем, кабельная вилка которого состоит из изолятора, изготовленного из эластичного материала, например резины, с герметично установленными в нем контактными элементами и, охватывающего изолятор, металлического корпуса, закрепленного на кабеле, и уплотняющих элементов (А.С. СССР №680090, Н 01 R 13/52, БИ № 30 за 1979 г.) - аналог.
Недостатком данной конструкции является недостаточная надежность кабельной вилки вследствие низкой герметичности клеевых соединений и низкой электрической прочности, сложность изготовления и низкая технологичность конструкции вилки, что не позволяет использовать их в установках с использованием погружных электронасосов для герметичного подсоединения питающих кабелей к погружным электродвигателям, работающим в нефтяных или водяных скважинах.
Известен кабель-удлинитель с муфтой, имеющей металлический корпус, припаянный оловянным припоем к кабелю-удлинителю, изолированные жилы которого герметично заделаны в корпусе при помощи резинового уплотнителя, зажатого между шайбами гайкой. На концах токопроводящих жил кабеля закреплены с помощью резьбовых соединений штепсельные наконечники. Резьбовые соединения позволяют восстанавливать присоединительные размеры муфт при усадках изоляции жил кабеля и осевых смещений самих жил без переделки муфты. При потере герметичности муфта может быть восстановлена поджатием уплотнителя через шайбу гайкой (Ивановский В.Н., Дарищев В.И. и др. «Скважинные насосные установки для добычи нефти», М. ГУП, Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2002 г., стр.225-226) - аналог.
Недостатками данной конструкции являются
- соединение жил кабеля с контактными элементами осуществлено вне корпуса муфты кабельного удлинителя, что не позволяет использовать его для подвода электроэнергии к электродвигателям погружных насосов, например, для добычи пластовой жидкости.
- использование металлической опорной шайбы, которая при сжатии резинового уплотнителя врезается в изоляцию жил кабеля и снижает электрическую прочность;
- использование резинового уплотнителя, упругость которого после сжатия вызывает усадку изоляции жил кабеля в процессе эксплуатации в скважине и, как правило, потерю герметичности;
- использование трудоемкой операции пайки брони кабеля к корпусу муфты оловом, где фиксируется только броня, жилы продольно перемещаются при изгибах кабеля и муфта теряет присоединительные размеры;
- конструкция муфты пригодна только для кабелей с полимерной изоляцией.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и долговечности устройства при работе в условиях повышенных гидростатического давления и температуры, расширение его эксплуатационных возможностей.
Для достижения указанного технического результата в муфте кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя, содержащей корпус с расположенными в нем закрепленным при помощи фиксирующего элемента кабелем с жилами и колодкой, в которой выполнены отверстия для размещения наконечников и присоединенных к ним жил кабеля, по меньшей мере, один из стыков жил кабеля и наконечников расположен в отверстии колодки на расстоянии L≥0,5d, где d - диаметр жилы кабеля, от торцевой поверхности колодки, расположенной ближе к опорному элементу, дополнительно установленному в корпусе муфты и содержащему отверстия для размещения жил кабеля.
В муфте кабельного удлинителя опорный элемент может быть выполнен в виде шайбы.
В муфте кабельного удлинителя опорный элемент может быть выполнен из электроизоляционного материала.
В муфте кабельного удлинителя в качестве электроизоляционного материала может быть использован материал, диэлектрическая проницаемость которого не меньше, чем диэлектрическая проницаемость материала жил кабеля.
В муфте кабельного удлинителя опорный элемент может быть выполнен из текстолита или стеклотекстолита или фторопласта.
В муфте кабельного удлинителя отверстия в колодке могут быть выполнены ступенчатыми.
В муфте кабельного удлинителя, по меньшей мере, часть отверстий в колодке может иметь форму усеченного конуса и иметь глубину Н>d.
В муфте кабельного удлинителя колодка может быть выполнена из материала с электрической прочностью не менее 20 Кв/мм.
В муфте кабельного удлинителя колодка может быть выполнена из фторопласта или материала на основе фторопласта.
В муфте кабельного удлинителя колодка может быть выполнена из углепластика.
В муфте кабельного удлинителя количество стыков жил кабеля и контактных элементов, расположенных на глубине L, не превышает количества жил кабеля.
В муфте кабельного удлинителя между колодкой и опорным элементом может быть размещен, по меньшей мере, один уплотняющий элемент.
В муфте кабельного удлинителя уплотняющий элемент может быть выполнен в виде шайбы.
В муфте кабельного удлинителя уплотняющий элемент может быть выполнен из силиконовой или бутадиен-нитрильной резины.
В муфте кабельного удлинителя уплотняющий элемент может быть выполнен из резины на основе фторкаучука.
В муфте кабельного удлинителя уплотняющие элементы могут быть выполнены из материалов с различными коэффициентами линейной усадки.
В муфте кабельного удлинителя между колодкой и жилами кабеля может быть размещен элемент из термоусадочного материала.
В муфте кабельного удлинителя в качестве термоусадочного материала может быть использован поливинилиден флюор.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-8.
На фиг.1 показан продольный разрез муфты кабельного удлинителя с несколькими уплотнительными элементами.
На фиг.2-5 показаны различные варианты выполнения элемента I на фиг.1.
На фиг.6 показан вид А фиг.1.
На фиг.7 показан вид Б на фиг.1 (без крышки).
На фиг 8 показан подготовленный к соединению с наконечниками кабель.
Муфта кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя содержит корпус 1, в котором расположены кабель 2 с жилами 3 и 4, закрепленный при помощи фиксирующего элемента 5, и колодка 6 с выполненными в ней отверстиями 7 и 8 для размещения наконечников 9 и 10, присоединенных к жилам 3 и 4 кабеля 2. По меньшей мере, один из стыков 11 жил 3 и 4 кабеля 2 и наконечников 9 и 10 расположен, например, в отверстии 7 колодки 6 на расстоянии L≥0,5d от ее торцевой поверхности, расположенной ближе к дополнительно установленному в корпусе 1 муфты опорному элементу 12. Между опорным элементом 12 и колодкой 6 размещены уплотнительные элементы (один или несколько) 13, 14 и 15. Муфта кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя снабжена крышкой 16, которая стыкуется с корпусом 1 посредством уплотнительного элемента 17. В зависимости от внешних условий работы и конструктивных особенностей погружных электродвигателей конструктивное выполнение уплотнительного элемента может быть различным и, кроме того, количество уплотнительных элементов может быть больше одного. Колодка 6 прикрепляется к корпусу 1 посредством крепежного элемента 18, например гайкой.
Глубина размещения стыков жил кабеля 2 и наконечников в отверстии 7 колодки 6 на расстоянии L обосновывается следующим.
Размещение стыков на глубине меньше L приведет к снижению долговечности и надежности устройства из-за увеличения вероятности пробоев изоляции как между соседними жилами кабеля и между жилами кабеля и корпусом. Максимальная глубина расположения стыков ограничивается в каждом конкретном случае, с одной стороны, надежностью устройства, например, его герметичностью, а с другой стороны, технологичностью изготовления всего устройства в целом и корпуса, в частности.
В случае размещения в корпусе 1 нескольких уплотняющих элементов 13, 14 и 15 они могут быть выполнены из материалов с различным температурным расширением.
Возможно применение резиновых уплотнителей из однородных материалов с коэффициентами линейной усадки не более 2,5-3% и температурным диапазоном использования от (-60°С) до (+350°С). В противном случае, для расширения температурного диапазона хранения и эксплуатации муфт кабельных удлинителей предусмотрено использование в качестве резиновых уплотнителей резин с различными коэффициентами линейной усадки, в том числе и инверсными.
В колодке 6, по меньшей мере, часть отверстий может иметь форму усеченного конуса. Коническая форма отверстия в колодке муфты со стороны кабеля является конструктивным элементом, предназначенным для улучшения герметичности изделия. Ввиду имеющегося допустимого разброса геометрических размеров толщины изоляционного покрытия и жил кабеля, а также размеров отверстий самой колодки, образующегося при их изготовлении, снижается герметичность изделия. Применение отверстий конической формы позволяет устранить этот недостаток при сборке муфты.
В колодке 6 между поверхностью, имеющей коническую форму, и жилой кабеля может быть размещен элемент 19 из термоусаживающего материала. Это обусловлено тем, что во время разделки конца кабеля при снятии свинцовой оболочки может нарушиться целостность изоляционного покрытия жил. Отказы кабельных удлинителей могут происходить в результате пробоя между жилами этого участка по причине появления токов утечки по поверхности изоляции. Термоусадочная трубка предохраняет изоляционный слой жил кабеля, например, от свинцовой оболочки до наконечников, тем самым создавая дополнительную изоляцию жил и снижая возможность появления поверхностных токов утечки. Термоустойчивое покрытие под термоусадочной трубкой не дает конденсироваться влаге при термообработке и усиливает герметичные и изоляционные свойства муфты кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя.
Муфту кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя собирают в следующей последовательности.
Сначала подготавливают концы кабеля 2 для соединения с наконечниками 9 и 10, для чего выгибают жилы 3 и 4 кабеля 2 под формовочный блок, обрезают концы кабеля на равном расстоянии от брони, сравнивают длину всех жил кабеля и удаляют с жилы изоляцию. На каждой жиле нарезают резьбу, после чего осуществляют соединение жил 3 и 4 кабеля 2 и наконечников 9 и 10. На изоляции жил 3 и 4 наносят термоустойчивое покрытие, устанавливают термоусадочные элементы 19 на жилы, осуществляют их термоусадку и устанавливают корпус муфты. После этого в корпус 1 муфты устанавливают опорный элемент 12 и уплотнительные элементы, количество которых определяется исходя из технологических особенностей изготовления и использования этих устройств, а также из условий их работы. Устанавливают на наконечники 9 и 10 колодку 6. Надевают крышку 16 и затягивают гайкой 18. После сборки устройство проверяется на герметичность и проходит проверку высоким напряжением. После чего на приспособлении закрепляют кабель 2 в корпусе 1 при помощи, например, полимерного компаунда, причем заливают его в корпус 1 муфты до опорного элемента 12, который может быть выполнены, например, в виде шайбы.
Заявляемая муфта кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя предназначена для подвода электроэнергии к электродвигателям погружных насосов для добычи пластовой жидкости и может обеспечивать заявляемый технический результат при следующих условиях работы.
Пластовая жидкость - смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа с максимальной плотностью 1500 кг/см3.
Температура откачивающей жидкости не более 160°С.
Рабочее напряжение для кабеля с изоляцией ЕРДМ - 3300В.
Рабочая температура от (-60) до (+200)°С.
Характеристики кабельных удлинителей, выполненных на основе кабельной муфты, приведены в таблице №1.
| Таблица №1. | ||||||||
| Технические характеристики кабельного удлинителя | Тип кабеля* | Длина кабельного удлинителя (м) | ||||||
| 17 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | ||
| Сопротивление изоляции, не менее Мом | 1 и 2 | 147000 | 100000 | 83000 | 71400 | 62500 | 56000 | 50000 |
| 3 | 82400 | 56000 | 46700 | 40000 | 35000 | 31000 | 28000 | |
| Максимальный ток утечки, мкА | 1 и 2 | 0,1 | 0,15 | 0,18 | 0,21 | 0,24 | 0,27 | 0,3 |
| 3 | 0,18 | 0,28 | 0,32 | 0,38 | 0,43 | 0,48 | 0,54 | |
| * - тип кабеля на удлинителе (1 - КПБП-90, 2 - КППпБП-120, 3 - ЭПОП-230). |
Использование предложенного кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя позволяет увеличить его долговечность, в том числе, в условиях значительных величин гидростатического давления и температуры перекачиваемой среды, например пластовой жидкости, не менее чем на 30% по сравнению с аналогичными устройствами того же назначения.
1. Муфта кабельного удлинителя кабельной линии погружного электродвигателя содержащая корпус, в котором расположены закрепленный при помощи фиксирующего элемента кабель с жилами и колодка с выполненными в ней отверстиями для размещения контактных элементов и присоединенных к ним жил кабеля, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из стыков жил кабеля и контактных элементов расположен в отверстии колодки на расстоянии L≥0,5 d, где d - диаметр жилы кабеля, от торцевой поверхности колодки, расположенной ближе к дополнительно установленному в корпусе муфты и содержащему отверстия для размещения жил кабеля опорному элементу.
2. Муфта кабельного удлинителя по п.1, отличающаяся тем, что опорный элемент выполнен в виде шайбы.
3. Муфта кабельного удлинителя по п.1, отличающаяся тем, что опорный элемент выполнен из электроизоляционного материала.
4. Муфта кабельного удлинителя по п.3, отличающаяся тем, что в качестве электроизоляционного материала используют материал, диэлектрическая проницаемость которого не меньше, чем диэлектрическая проницаемость материала жил кабеля.
5. Муфта кабельного удлинителя по п.1, отличающаяся тем, что опорный элемент выполнен из текстолита, или стеклотекстолита, или фторопласта.
6. Муфта кабельного удлинителя по п.1, отличающаяся тем, что отверстия в колодке выполнены ступенчатыми.
7. Муфта кабельного удлинителя по п.6, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, часть отверстий в колодке имеет форму усеченного конуса.
8. Муфта кабельного удлинителя по п.7, отличающаяся тем, что глубина выполненных в колодке отверстий, имеющих форму конуса, составляет Н>d.
9. Муфта кабельного удлинителя по п.1, отличающаяся тем, что колодка выполнена из материала с электрической прочностью не менее 20 кВ/мм.
10. Муфта кабельного удлинителя по п.1, отличающаяся тем, что колодка выполнена из фторопласта или материала на основе фторопласта.
11. Муфта кабельного удлинителя по п.1, отличающаяся тем, что колодка выполнена из углепластика.
12. Муфта кабельного удлинителя по п.1, отличающаяся тем, что количество стыков жил кабеля и контактных элементов, расположенных на глубине L, не превышает количества жил кабеля.
13. Муфта кабельного удлинителя по п.1, отличающаяся тем, что между колодкой и опорным элементом размещен, по меньшей мере, один уплотняющий элемент.
14. Муфта кабельного удлинителя по п.13, отличающаяся тем, что уплотняющий элемент выполнен в виде шайбы.
15. Муфта кабельного удлинителя по п.13, отличающаяся тем, что уплотняющий элемент выполнен из силиконовой резины.
16. Муфта кабельного удлинителя по п.13, отличающаяся тем, что уплотняющий элемент выполнен из бутадиеннитрильной резины.
17. Муфта кабельного удлинителя по п.13, отличающаяся тем, что уплотняющий элемент выполнен из резины на основе фторкаучука.
18. Муфта кабельного удлинителя по п.13, отличающаяся тем, что уплотняющие элементы выполнены из разных материалов с различными коэффициентами линейной усадки.
19. Муфта кабельного удлинителя по п.1, отличающаяся тем, что между колодкой и жилами кабеля размещен элемент из термоусадочного материала.
20. Муфта кабельного удлинителя по п.19, отличающаяся тем, что в качестве термоусадочного материала используется поливинилиден флюорид.
