Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса с регулируемой осевой опорой
Владельцы патента RU 2320897:
Частная компания с ограниченной ответственностью "АРКЕНГЕЙТ ЛИМИТЕД" (GB)
Изобретение относится нефтяному машиностроению. Погружной электродвигатель (ЭД) содержит осевую опору, состоящую из пяты, закрепленной на валу, и подпятника с верхним, центральным и нижним элементами (Э), внутренний корпусный элемент, внутренняя поверхность которого охватывает, по меньшей мере, часть верхнего Э подпятника, и упругое кольцо, охватывающее боковую поверхность верхнего Э. На нижней поверхности верхнего Э выполнено углубление, в котором размещена верхняя часть центрального Э. На верхней поверхности нижнего Э выполнено углубление, в котором размещена нижняя часть центрального Э подпятника. Верхний Э подпятника опирается на центральный Э. Осевая опора выполнена с возможностью ее осевого смещения с последующей фиксацией положения в рабочем режиме. Нижний и верхние Э подпятника закреплены таким образом, что исключено их вращательное движение относительно оси вала. Выступающая часть упругого кольца прижата к внутренней поверхности внутреннего корпусного Э. Центральный Э выполнен и размещен таким образом, что обеспечивается сохранение параллельности рабочих поверхностей подпятника и пяты при угловых смещениях оси вала ЭД. Изобретение направлено на повышение надежности осевой опоры ЭД за счет создания гибкой системы регулировки положения осевой опоры. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к нетфтедобывающей скважинной технике, а именно к погружным высокооборотным электродвигателям (далее ПЭД) для центробежных насосов. Одной из основных проблем высокооборотных ПЭД (более 3000 об/мин) является снижение их ресурса из-за разрушения осевой опоры ПЭД.
Наиболее близким аналогом изобретения является погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса (патент RU 2219372, 2003), содержащий корпус, в котором размещены узел токоввода, статор с обмоткой, выводы которой соединены с узлом токоввода, вал, осевая опора, состоящая из пяты, закрепленной на валу, и неподвижного подпятника. В этой осевой опоре не обеспечивается ее эффективная разгрузка в случае использования высокооборотного погружного двигателя. В ней возможно высокое контактное трение в зоне соприкосновения рабочих поверхностей пяты и подпятника, в частности из-за отсутствия возможности гибкой регулировки относительного положения опоры и подпятника. В условиях режима сухого трения осевая опора быстро разрушается.
Задача настоящего изобретения - повысить надежность осевой опоры погружного высокооборотного электродвигателя за счет создания гибкой системы регулировки положения осевой опоры, как в целом - при монтаже системы относительно внешнего корпуса электродвигателя, так и при регулировке относительных положений ее составных частей - подпятника и пяты в рабочем режиме осевой опоры.
Для достижения указанного технического результата в погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса, содержащий корпус, в котором размещены узел токоввода, статор с обмоткой, соединенной с узлом токоввода, вал, осевую опору, состоящую из пяты, закрепленной на валу, и подпятника, введены подпятник, включающий верхний, центральный и нижний элементы, внутренний корпусный элемент, внутренняя поверхность которого охватывает, по меньшей мере, часть верхнего элемента подпятника, упругое кольцо, охватывающее боковую поверхность верхнего элемента, на нижней поверхности верхнего элемента выполнено углубление, в котором размещена верхняя часть центрального элемента, на верхней поверхности нижнего элемента выполнено углубление, в котором размещена нижняя часть центрального элемента подпятника, верхний элемент подпятника опирается на центральный элемент, осевая опора выполнена с возможностью ее осевого смещения с последующей фиксацией положения в рабочем режиме, нижний и верхние элементы подпятника закреплены таким образом, что исключено их вращательное движение относительно оси вала, выступающая часть упругого кольца прижата к внутренней поверхности внутреннего корпусного элемента, а центральный элемент выполнен и размещен таким образом, что обеспечивается сохранение параллельности рабочих поверхностей подпятника и пяты при угловых смещениях оси вала электродвигателя, погружной маслозаполненный двигатель может содержать винтовую систему, обеспечивающую осевое перемещение нижнего элемента подпятника и последующую фиксацию его положения в рабочем режиме, верхний элемент подпятника может содержать вкладыш из бронзового сплава, в котором выполнено углубление для центрального опорного элемента подпятника, а нижний элемент подпятника может содержать вкладыш из бронзового сплава, в котором выполнено углубление для центрального опорного элемента, нижний и верхний элементы подпятника могут содержать вкладыши из бронзового сплава, в которых выполнены углубления для размещения центрального опорного элемента, центральный элемент подпятника может быть шаром с центром, лежащим на оси вала, центральный элемент подпятника может быть элипсоидом с центром, лежащим на оси вала, электродвигатель может иметь маслозаполненный теплообменник, расположенный ниже подпятника, вал может иметь сквозной внутренний канал, нижний и верхние элементы подпятника могут иметь, по меньшей мере, по одному каналу, которые обеспечивают сквозной проход масла из маслозаполненного теплообменника через подпятник в сквозной внутренний канал вала, области контакта центрального элемента подпятника с его нижним и верхним элементами могут выполняться антифрикционными, нижний и верхние элементы подпятника могут закрепляться стопорным штырем, предотвращающим их вращательное движение относительно оси вала, в состав верхнего элемента подпятника может входить износостойкое кольцо-вставка, поверхность которого образует рабочую поверхность подпятника.
На фиг.1 приведен общий вид электродвигателя. На фиг.2 - схема опоры.
Погружной маслозаполненный двигатель 18 содержит статор с обмоткой, соединенной с узлом токоввода 19, корпус 15, охватывающий вал 1, имеющий осевой сквозной канал 2, осевую опору вала, состоящую из пяты на конце вала 3 и подпятника 20, состоящего из верхнего элемента 13, центрального элемента 4, нижнего элемента 11. От вращательного движения по оси подпятник фиксируется стопорным штырем 12, имеющим верхний скругленный конец (позволяющий верхнему элементу подпятника 13 совершать небольшое угловое смещение относительно центральной оси вала). Торец нижнего элемента подпятника 11 соприкается с верхней торцевой поверхностью регулировочного винта осевого смещения опоры 10. Нижний элемент подпятника 11 фиксируется стопорным винтом 9. Рабочая контактная зона пяты и подпятника сформирована износостойкими кольцами вставками 5 на подпятнике и пяте. Упругое кольцо 6 охватывает верхний элемент подпятника и упруго прижато к внутренней поверхности внутреннего цилиндрического корпусного элемента электродвигателя 7, охватывающего подпятник 20. На нижней поверхности верхнего элемента подпятника выполнена вставка 17 с углублением для центрального элемента (сферической формы) 4 и соответственно на верхней поверхности нижнего элемента 13 выполнена вставка 8 с углублением для центрального элемента подпятника 4. В верхнем и нижнем элементах подпятника выполнены сквозные каналы для прохода масла 14 и 16. Ниже подпятника 20 находится маслозаполненный теплообменник 21.
Указанное устройство работает следующим образом.
Положение системы осевая опора - вал при монтаже двигателя регулируется с помощью регулировочного винта осевого смещения опоры 10. Верхняя торцевая поверхностью поверхность этого винта соприкасается с нижним торцем нижнего элемента подпятника 11 и перемещает всю систему вал - осевая опора. Такая настройка, в частности, предотвращает заклинивание вала в рабочем режиме. Тонкая регулировка относительных положений рабочих поверхностей пяты и подпятника (в рабочем режиме) обеспечивает сохранение параллельности рабочих поверхностей подпятника и пяты при угловых смещениях оси вала электродвигателя. Это происходит за счет того, что верхний элемент подпятника 13 сохраняет возможность небольшого углового смещения и соответствующей подстройкой рабочей поверхности подпятника к положению рабочей поверхности пяты 3, поскольку верхний элемент 13 закреплен с помощью упругого кольца и имеет точку опоры на центральном элементе 4. Закругленный конец стопорного штыря 12, расположенный в верхнем элементе подпятника, предотвращает вращательное движение подпятника, но не препятствует малым угловым смещениям верхнего элемента подпятника. Нижний элемент подпятника фиксируется стопорным винтом 9. Поток масла проходит через сквозные каналы подпятника 14 и 16 и через осевой канал вала, попадая также и в рабочую зону контакта пяты с подпятником.
Указанная конструкция осевой опоры позволяет существенно повысить ресурс высокооборотного погружного электродвигателя.
1. Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса, содержащий корпус, в котором размещены узел токоввода, статор с обмоткой, соединенной с узлом токоввода, вал, осевую опору, состоящую из пяты, закрепленной на валу, и подпятника, отличающийся тем, что вышеуказанный двигатель имеет подпятник с верхним, центральным и нижним элементами, внутренний корпусный элемент, внутренняя поверхность которого охватывает, по меньшей мере, часть верхнего элемента подпятника, упругое кольцо, охватывающее боковую поверхность верхнего элемента, на нижней поверхности верхнего элемента выполнено углубление, в котором размещена верхняя часть центрального элемента, на верхней поверхности нижнего элемента выполнено углубление, в котором размещена нижняя часть центрального элемента подпятника, верхний элемент подпятника опирается на центральный элемент, осевая опора выполнена с возможностью ее осевого смещения с последующей фиксацией положения в рабочем режиме, нижний и верхние элементы подпятника закреплены таким образом, что исключено их вращательное движение относительно оси вала, выступающая часть упругого кольца прижата к внутренней поверхности внутреннего корпусного элемента, а центральный элемент выполнен и размещен таким образом, что обеспечивается сохранение параллельности рабочих поверхностей подпятника и пяты при угловых смещениях оси вала электродвигателя.
2. Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что погружной маслозаполненный двигатель содержит винтовую систему, обеспечивающую осевое перемещение нижнего элемента подпятника и последующую фиксацию его положения в рабочем режиме.
3. Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что верхний элемент подпятника содержит вкладыш из бронзового сплава, в котором выполнено углубление для центрального опорного элемента подпятника.
4. Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что нижний элемент подпятника содержит вкладыш из бронзового сплава, в котором выполнено углубление для центрального опорного элемента.
5. Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что нижний и верхний элементы подпятника содержат вкладыши из бронзового сплава, в которых выполнены углубления для размещения центрального опорного элемента.
6. Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что центральный элемент подпятника является шаром с центром, лежащим на оси вала.
7. Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что центральный элемент подпятника является эллипсоидом с центром, лежащим на оси вала.
8. Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что электродвигатель имеет маслозаполненный теплообменник, расположенный ниже подпятника, вал имеет сквозной внутренний канал, нижний и верхние элементы подпятника имеют, по меньшей мере, по одному каналу, которые обеспечивают сквозной проход масла из маслозаполненного теплообменника через подпятник в сквозной внутренний канал вала.
9. Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что области контакта центрального элемента подпятника с его нижним и верхним элементами выполнены антифрикционными.
10. Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что нижний и верхние элементы подпятника закрепляются стопорным штырем, предотвращающим их вращательное движение относительно оси вала.
11. Погружной маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что в состав верхнего элемента подпятника входит износостойкое кольцо-вставка, поверхность которого образует рабочую поверхность подпятника.
