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, опоры вала, ниппели, узел пяты, верхнюю и нижнюю головки с фланцами для соединения, соответственно, с насосом и электродвигателем, отличающийся тем, что содержит рабочее колесо центробежного насоса, смонтированное на валу между торцовым уплотнением и фланцем для соединения с насосом, при этом внутренний диаметр диска рабочего колеса, обращенного к торцовому уплотнению, выполнен больше диаметра вала, наружный его диаметр выполнен меньше наружного диаметра противоположно расположенного диска рабочего колеса, а по его внутреннему диаметру осуществляется центрирование рабочего колеса относительно вала.

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 (А.С. СССР № 1767623, 1990).

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

Известно также устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее вал с верхним и нижним торцовыми уплотнениями и корпус, первый и второй ниппели, между которыми размещен узел пяты, верхнюю и нижнюю головки с фланцами для соединения с насосом и электродвигателем, вал с верхним и нижним торцовым уплотнениями, клапан и кожух, имеющий фланец и установленный на верхнем торцовом уплотнении (Протектор 5ТЩ 287. 154, ТУ, 1992).

Недостатком данной конструкции является недостаточная защищенность от механических примесей, выводящих из строя торцовое уплотнение, что снижает его герметичность от пластовой жидкости, проникающей в электродвигатель, и что приводит к выходу его из строя.

По технической сущности наиболее близким техническим решением, близким к предлагаемому, является протектор (Патент № 2238441, 20.10.2004) для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащий корпус, вал с нижним и верхним торцовыми уплотнениями, узел пяты, верхнюю и нижнюю головки с фланцами для соединения с насосом и электродвигателем, отбойник, жестко закрепленный на валу выше верхнего торцового уплотнения. Кроме того, он снабжен удлинителем вала и радиальным уплотнением, выполненным в виде стакана с эксцентричными относительно друг друга кольцевыми канавками, в которых размещены кольца из антифрикционного материала и охватывающие их резиновые кольца, выполняющие функции дополнительного уплотнения.

Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, а также недостаточная защищенность от механических примесей, выводящих из строя дополнительное и торцовое уплотнения, приводящее к снижению их герметичности и попаданию пластовой жидкости в электродвигатель, что приводит к выходу его из строя.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции протектора с уплотнительным устройством, а также обеспечение высокой степени защиты электродвигателя от пластовой жидкости.

Поставленная задача решается тем, что протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащий корпус, вал с нижним и верхним торцовыми уплотнениями, опоры вала, ниппели, узел пяты, верхнюю и нижнюю головки с фланцами для соединения, соответственно, с насосом и электродвигателем, согласно изобретению содержит рабочее колесо центробежного насоса, смонтированное на валу между торцовым уплотнением и фланцем для соединения с насосом, при этом внутренний диаметр диска рабочего колеса, обращенного к торцовому уплотнению, выполнен больше диаметра вала, наружный его диаметр выполнен меньше наружного диаметра противоположно расположенного диска рабочего колеса, а по его внутреннему диаметру осуществляется центрирование рабочего колеса относительно вала.

На фиг.1 показан продольный разрез протектора в зоне расположения торцового уплотнения, обращенного к головке с фланцем для крепления насоса, на фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит корпус 1, головку 2 с фланцем 3 для крепления насоса (на чертеже не показан), вал 4, опору вала 5, торцовое уплотнение 6, рабочее колесо 7 центробежного насоса. Рабочее колесо 7 центробежного насоса содержит верхний диск 8 с наружным диаметром D2 и внутренним диаметром d, равным диаметру вала 4, нижний диск 9 с наружным диаметром D1 и внутренним диаметром D, который больше d, образующие кольцевой зазор Е. Между дисками 8 и 9 расположены лопатки 10, определяющие высоту С. Центрирование рабочего колеса 7 относительно вала 4 осуществляется по внутреннему диаметру d диска 8.

Нижнее торцовое уплотнение, нижняя опора вала, ниппели, узел пяты и электродвигатель на чертежах не показаны.

Устройство работает следующим образом.

Перед установкой электродвигателя и насоса полости Б, В, Г, а также полости протектора, находящиеся ниже торцового уплотнения 6, заполняются маслом (например, типа МА-ПЭД). С началом эксплуатации насоса давление в зоне Б возрастает, однако в зоне В давление масла (флюида) будет значительно меньше за счет того, что вращение рабочего колеса 7 центробежного насоса по стрелке Ж (фиг.2) приведет к вытеснению масла к периферии колеса и перемещению его в зону В и далее через кольцевой зазор Е и лопаточное пространство высотой С, ограничиваемое дисками 8 и 9, снова к периферии рабочего колеса 7 с определенной скоростью. Т.е. рабочее колесо центробежного насоса будет работать само на себя, образуя замкнутое кольцо масляного (флюидного) потока, перемещающегося с определенной скоростью и зависящей от конструктивных параметров рабочего колеса 7 и величины зазора К. Известно (Е.И.Бутиков, А.А.Бычков, А.С.Кондратьев. Физика в примерах и задачах: Учеб. пособие. -М.:Наука, 1989. с.156-159), что чем больше скорость жидкости (масла), перемещаемой в заданном пространстве, тем меньше в нем давление. Таким образом, создание условий для перемещения масла (флюида) в зоне В с определенной скоростью способствует уменьшению в ней давления, а значит, и уменьшению перепада давлений в зонах В и Г, что увеличивает уровень герметизации торцового уплотнения 6. При определенных условиях перепад давлений может быть близким к нулю, что полностью исключит перетекание масла (флюида) из зон Б и В в зону Г.

Таким образом, изобретение позволяет упростить конструкцию протектора, создает надежную защиту электродвигателя от воздействия механических частиц и пластовой жидкости, что значительно удлиняет срок службы устройства.