Погружные электродвигатели и их гидрозащита

Основным видом погружных электродвигателей, служащих для привода центробежных насосов являются асинхронные маслозаполненные двигатели с короткозамкнутыми роторами. При частоте тока 50 Гц синхронная частота вращения их вала равна 3000 мин"'. Двигатели, как и насосы, должны иметь малые диаметры, различные для скважин с различными обсадными колоннами. Мощность двигателей достигает 500 кВт. Напряжение тока у двигателей (400-3000 В) и сила рабочего тока (от 10 до 100 А) зависит от типоразмера двигателя. Величина скольжения составляет до 6%.

Малые диаметры и большие мощности вызывают необходимость увеличивать длину двигателей, которая иногда превышает 8 м.

Электродвигатель (рис. 4.34) состоит из статора 1, ротора 3, головки 5, основания 10 и узла токоввода 9. 

Статор 1 представляет собой выполненный из специальной трубы корпус, в который запрессован магнитопровод из листовой электротехнической стали.

В пазы статора уложена трехфазная протяжная обмотка из специального обмоточного провода. Фазы обмотки соединены в звезду- Внутри статора размещается ротор 3, представляющий собой набор пакетов, разделенных между собой промежуточными подшипниками и последовательно надетыми на вал. Вал ротора выполнен пустотелым для обеспечения циркуляции масла. Пакеты ротора набраны из листовой электротехнической стали. В пазы пакетов вставлены медные стержни, сваренные по торцам с медными кольцами.

В головке электродвигателя помещен узел упорного подшипника 6, который воспринимает осевые нагрузки от веса ротора.

В нижней части электродвигателя расположено основание 10, в котором помещен фильтр 11 для очистки масла.

Секционные двигатели (рис. 4.35) состоят из верхней и нижней секций, которые соединяются при монтаже двигателя на скважине. Каждая секция состоит из статора и ротора, устройство которых аналогично односекционному электродвигателю. Электрическое соединений секций между собой последовательное, внутреннее и осуществляется с помощью 3-х наконечников. Герметизация соединения обеспечивается уплотнением при стыковке секций.

Статор

Статор состоит из корпуса, в который запрессован магнитопровод изготовленный из листовой стали. В пазы статора уложена трехфазная протяжная обмотка из специального обмоточного провода.

Для изготовлений корпусов статора используются высокоточные электросварные или холоднотянутые трубы.

По длине труба изготавливается кратной мерной длине в пределах от 4000 до 9000 мм. Предел текучести металла труб должен быть не менее 392 МПа. Шероховатость внутренней поверхности соответствует значениям Ra=l,6 - 4,5 мкм.

Магнитопровод шихтуется из отдельных листов отожженной электротехнической стали марки 2212 или 2215 по ТУ 14-1-3496-91.

Сталь поставляют в термически обработанном состоянии с двухсторонним электроизоляционным покрытием «Изорт».

Немагнитные пакеты набирают из листов, наштампованных из немагнитной кремнисто-марганцовой бронзы марки БрКМцЗ-1.

Допускается замена бронзы на немагнитную нержавеющую сталь марки 12Х18Н9 или 12Х18Н10Т (ГОСТ 4986).

Немагнитные пакеты служат опорами для подшипников ротора. Такие упрочненные немагнитные пакеты исключают износ расточки статора под корпусами подшипников и тем самым снимают необходимость перешихтовки статора при капитальном ремонте.

Длина статора до 6,5 м. Наличие промежуточных опорных поверхностей для подшипников накладывает повышенные требования к точности диаметральных размеров сердечника, прямолинейности и соосности статора относительно резьбовых поверхностей. При сборке сердечника выполняется ряд специальных операций, включающих ориентацию листов статора, дозирование отдельных наборов на технологических оправках, запрессовку наборов листов в строго ориентированном состоянии в корпус статора, окончательную их запрессовку и закрепление.

Пазы для протяжных обмоток ПЭД применяются полуоткрытые или закрытые.

Обмотка статора

Обмотка статорная, однослойная, протяжная, катушечная выполняется обмоточным теплостойким проводом с пленочной полиимидио-фторопластовой изоляцией.

Основные технические данные проводов представлены в таблице 4.11.

Таблица 4.11

Сравнительные данные обмоточных проводов

-	Марка провода, страна-изготовитель
Тип испытаний	ППИ-У, СНГ	Изоляция- Кантон, Австрия	Изоляция- Кантон, Швейцария	REDA, США
Наружный диаметр провода, минимальный, мм	2,56	2,50	2,51	3,45
Диаметр жилы, мм	2,24	2,24	2,24	3,15
Сопротивление изоляции провода, Ом-м	2,0 х 10"	2,3 х 101г	1,4 х 10"	2 х 10"
Пробивное напря­жение изоляции провода, среднее, кВ	не менее 12,0	12,45	13,3	15,9
Число двойных ходов иглы, миним. (испытание на истирание)	125	152	162

 

Полиимидно-фторопластовые пленки имеют высокую диэлектрическую прочность, выдерживают рабочую температуру до 200 °С. Они обладают высоким сопротивлением проколам, истиранию и другим механическим нагрузкам, которые возникают как в процессе обмотки статора, так и при эксплуатации ПЭД.

Перед обмоткой статора в пазы укладывают гильзу (трубку) из изоляционного материала.

В качестве выводных концов обмотки статора используется многожильный провод марки ПФС или ПФТ, который при помощи медной гильзы припаивается к концам обмотки статора. Выводной провод изготовлен из многожильного медного провода с электрически и механически прочной изоляцией. Провод должен быть устойчив к воздействию масел.

Ротор

Ротор погружного электродвигателя короткозамкнутый, многосекционный. В состав ротора входят вал, пакеты ротора, радиальные опоры (подшипники скольжения), втулки.

Пакеты ротора изготавливаются из отштампованных листов электротехнической стали марки 2212 или 2215, количество пакетов зависит от мощности двигателя.

Обмотка пакета ротора выполнена из медных стержней и медных короткозамыкающих колец. Короткозамыкающие кольца набираются из отдельных штампованных медных листов или из медных колец, полученных методом порошковой металлургии.

Пакеты ротора насаживаются на вал группами по 3—4 пакета. Группа пакетов фиксируется на валу стопорными кольцами так, чтобы был гарантирован зазор 2-3 мм, компенсирующий тепловые расширения во время работы.

Поочередно с пакетами на вал устанавливают радиальные пары трения: подшипники и втулки подшипников.

Втулки подшипников выполнены из бронзографита методом порошковой металлургии.

Спеченные заготовки должны иметь плотность не менее 6000 кг/м3 и твердость не менее 55 HRC

Во втулках имеются радиальные отверстия, по которым в зону трения «подшипник - втулка» поступает масло.

В двигателях серии ПЭД втулки подшипников могут быть металлокерамическими, а корпуса выполнены из чугуна «нирезист» с запрессованными стальными втулками.

Применяются также подшипники скольжения, у которых в качестве пары трения используются металлофторопластовые втулки и стальные втулки, насаженные на вал. Металлофторопластовая втулка заполнена фторопластом-4ДВ в смеси с дисульфидом молибдена (75 и 25% соответственно). Металлофторопластовая втулка запрессована в корпус подшипника, выполненного из немагнитного материала.

В корпусе подшипников имеются осевые каналы (отверстия), предназначенные для прохода и циркуляции диэлектрического масла.

Вал ротора пустотелый (отверстие - для циркуляции масла), выполнен из высокопрочной стали марки АЦ28ХГНЗФТ, высокой точности со специальной отделкой поверхности. Прутки для изготовления валов имеют диаметры 24,99; 29,99; 34,99 мм; длину - до 8 м; диаметр осевого канала - 7,1-8,2 мм.

В валу просверлены радиальные отверстия, которые должны совпадать с радиальными отверстиями во втулках подшипников.

Регулировка совпадения радиальных отверстий достигается за счет плоских стальных регулировочных шайб толщиной 0,5 мм, надеваемых на вал. Вместе с регулировочными шайбами ставятся шайбы из стеклотекстолита СТЭФ1 толщиной 2 мм по обе стороны втулки подшипника, выполняющие роль пары трения с торцом радиального подшипника.

Основание электродвигателя расположено в нижней части двигателя и служит для размещения фильтра масла, обратного клапана для закачки в двигатель масла, перепускного клапана и магнитов для улавливания продуктов износа. Основа фильтра - фильтрующий элемент из мелкоячеистой латунной сетки.

Перепускной клапан обеспечивает сообщение полости электродвигателя с компенсатором при использовании гидрозащиты типа 1Г.

Головка, пята, подпятник

Головка представляет собой сборочную единицу, расположенную в верхней части двигателя (над статором). В головке размещен узел Упорного подшипника, состоящий из пяты и подпятника, крайних радиальных подшипников ротора, узлов токоввода и пробки, через которую производится закачка масла в протектор при монтаже.

Осевые нагрузки ротора двигателя воспринимают пята и подпятник. Пята выполнена из стали 20Х с последующей цементацией поверхности пары скольжения и термообработкой до 57-63 HRC. в пяте в радиальном направлении имеется два или четыре отверстия которые выполняют роль центробежного колеса для создания циркуляции масла во внутренней полости двигателя.

Подпятник изготавливается из бронзы с нанесенным слоем баббита или композиционных материалов.

Подпятники выполняются со сферическим основанием, имеют шесть сегментов с баббитовым слоем, которые установлены на отдельных стержнях (ножках). Сферическое основание предназначено для самоустановки и центрирования.

Подпятники, изготовленные методом порошковой металлургии, выполнены из антифрикционного материала на основе меди. Конструкция подпятника обеспечивает заход смазочно-охпаждающей жидкости в зону трения. Используемый для подпятника материал сочетает в себе высокие механические и антифрикционные свойства, наличие в его составе твердых смазок — графита и дисульфида молибдена - позволяет применять этот порошковый материал даже в условиях сухого трения. Подпятники из композиционных материалов обеспечивают высокий коэффициент использования материала, низкий коэффициент трения (0,01-0,03).

Узел токоввода

Узел токоввода служит для питания обмотки статора и содержит кабельную муфту и электроизоляционную колодку (рис. 4.36). В колодке размещены составные электрические контакты, связанные с выводами обмотки статора. Соединение кабельной муфты с головкой ПЭД герметично, при этом электрические контакты узла токоввода находятся в полости двигателя, заполненного диэлектрическим маслом.

Колодка имеет три отверстия для установки контактных гильз и центральное отверстие для прохода диэлектрического масла. Она выполнена из электроизоляционных пластмасс типа АГ4.

Выводной провод обмотки статора с впаянным наконечником имеет резьбовое окончание для соединения с контактной гильзой.

Контактная гильза выполнена из латуни, имеет в осевом направлении разрезы, а в верхней части кольцевую пружину, которая предназначена для сжатия лепестков гильзы, В нижней части контактной гильзы имеется резьбовое отверстие, которое предназначено Для соединения составных контактов (наконечника и гильзы). В отверстиях колодки токоввода имеются буртики, удерживающие гиль- 3У с наконечником от перемещения в осевом направлении.

Двигатель заполняется специальным диэлектрическим нагревостойким маслом, обладающим высокими смазывающими свойства Ми и с пробивным напряжением не менее 30 кВ.

Циркуляция масла внутри двигателя осуществляется из полости фильтра по внутреннему отверстию в валу через пяту - турбинку, за_ тем масло поступает для смазки радиальных подшипников, откуда попадает в зазор между статором и ротором и возвращается к фильтру.

В двигателях серии ПЭД применяются специальные масла- трансформаторное, типа МА-ПЭД8, МА-ПЭД12, МДПЭ и другие.

Секционные двигатели

Двигатели мощностью более 180 кВт диаметром 123 мм, более 90 кВт диаметром 117 мм, 63 кВт диаметром 103 мм и мощностью 45 кВт диаметром 96 мм — секционные (рис. 4.38).

Соединение корпусов — фланцевое, валов - шлицевой муфтой. Электрическое соединение обмоток секций осуществляется штепсельным разъемом. Вверху нижней секции расположена межсекционная колодка из АГ-4, которая снабжена подпружиненным стопором, предохраняющим ее от проворачивания.

Электрические контакты выводных проводов с гильзой (в нижней секции) и выводных проводов с наконечником (в верхней секции) аналогичны контакту «муфта кабельного ввода - колодка кабельного ввода» в односекционных двигателях.

В головке нижней секции размещен ловитель для установки правильного положения секций и защите наконечников выводных проводов при сочленении. Обмотки секций соединены последовательно.

Технические данные и типовая нагрузочная характеристика некоторых ПЭД российского производства приведены в табл. 4.12 и на рис. 4.37.

Теплостойкость обмоточных проводов электродвигателя обычно ограничивается температурой 130 °С. С учетом перегрева двигателя за счет потерь энергии в нем и с учетом теплоотвода от деталей двигателя, температура окружающей среды ограничена у большинства двигателей 90°С.

В последние годы все более широкое применение находят в нефтяной промышленности теплостойкие двигатели, предназначенные для работы при температуре окружающей среды до 120 и даже Д° 150°С.

Таблица 4.12

Параметры некоторых российских погружных электродвигателей

Двигатели погружные асинхронные унифицированные модернизации

МТУ 3381-026-21 фованной 945400-97 серии П ЭД

Обозначение	Мощ­ность. кВт	Рабочее напря­жение. В	Рабо­чий ток, А	КПД, %	Cos Ф	Сколь­жение, %	Минимальная скорость охла­ждающей жидкости, м/с
	2	3	4	5	6	7	8
"эдТб-117M	16	750	18,5	84,0	0,85	5,0	0,05
эда^п7М	22	750	24	84,5	0,85	5,0	0,05
ЭД28-117М	28	900	26	84,5	0,84	5,0	0,08
1ЭД32-117М	32	750	35,5	85,0	0,8."	5,0	0,08
ЭД32-П7М	32	1000	26	85,0	0,86	5,0	0,08
ЭД40-117М	40	1200	27	84,5	0,85	5,0	0,08
1ЭД45-117М	45	1000	36,5	85,0	0,86	5,0	0,08
ЭД45-П7М	45	1400	26	85,0	0,86	5,0	0,08
ЭД50-117М	50	1400	28	84,5	0,86	5,2	0,12
ЭД56-П7М	56	1400	31,5	84,5	0,86	5,2	0,12
1ЭД63-117М	63	1000	51,5	85,0	0,85	5,2	0,30
ЭД63-117М	63	2000	25	85,0	0,85	5,2	0,12
ЭД70-П7М	70	1500	38	85,0	0,85	5,2	0,30
ЭД40-117МВ	40	800	39	84,5	0,86	5,2	0,30
ЭД40-117МН	40	800	39	84,5	0,86	5,2	0,30
В сборе	80	1600	39	84,5	0,86	5Л	0,30
ЭД45-117MB	45	1000	37	85,0	0,85	5,2	0,30
ЭД45-117МН	45	1000	37	85,0	0,85	5,2	0,30
В сборе	90	2000	37	85,0	0,85	5,2	0,30
ЭД50-117МВ	50	1000	38,5	85,0	0,85	5,2	0,30
ЭД50-П7МН	50	1000	38,5	85,0	0,85	5,2	0,30
Выборе	100	2000	38,5	85,0	0,85	5,2	0,30
ЭД63-П7МВ	63	1000	51,5	85,0	0,85	5 ~>	0,30
ЭД63-П7МН	63	1000	51,5	85,0	0,85	5,2	0,30
В сборе	125	2000	51,5	85,0	0,85	5,2	0,30
ЭДЖП7МВ	70	1000	53,5	84,5	0,85	5,2	0,30
ЗД70-1I7MH	70	1000	53,5	84,5	0,85	5,2	0,30
в сборе	140	2000	53,5	84,5	0,85	5,2	0,30

Если невозможно выполнить двигатель необходимой мощности в одном корпусе, двигатель может быть составлен из двух секций, подобно тому, как составляются секционные насосы.

В шифре электродвигателей, например, ПЭДС-90-117В5, приняты следующие обозначения: ПЭД - погружной электродвигатель, С - секционный, 90 - номинальная мощность (кВт), 117 - внешний диаметр двигателя (мм), В5-исполнение двигателя, соответствующее климатическим условиям применения (В - для всех макроклиматических районов на суше и на море), и категории размещения (5-при повышенной влажности).

Достаточно широко применяются на российских нефтяных промыслах так называемые «параметрические электродвигатели», имеющие достаточно гибкую нагрузочную характеристику [1]. 

С 1996 г. погружные параметрические двигатели серии РППЭД-Я выпускает ООО «Алмаз» г. Радужный Тюменской области к 2003 г этим предприятием выпускались двигатели различной мощности: от 22 ДО 195 кВт и длиной без гидрозащиты от 2,56 м до 9,4 м. Выпускаются также двухсекционные двигатели мощностью 195 кВт, длина каждой секции - 7,12 м. Следовательно, единичная длина двигателя имеет в 1,4—1,5 раза большую мощность, чем асинхронные ПЭД того же диаметрального габарита.

Основными преимуществами параметрических погружных электродвигателей перед асинхронными являются:

-   повышенный пусковой момент, что в частности, благоприятно сказывается при расклинивании ротора насоса;

-   возможность регулировать скорость вращения изменением напряжения, подводимого к двигателю, или устойчивая работа двигателя при значительных колебаниях питающего напряжения;

-   значительно большая удельная мощность (кВт/кг), что позволяет производителю снизить цены в рублях на киловатт номиналной мощности.

Параметрический принцип дает возможность в одном корпусе достичь значительной мощности, что позволяет во многих случаях уйти от секционирования двигателя.

Параметрические электродвигатели типа ПРЭД изготавливает также ООО «Привод-ПЭУ» (г. Лысьва, Пермской обл.).

Изготовитель допускает колебание напряжения при различных интервалах регулирования оборотов до +20% -50%. Зона устойчивой работы ПРЭДУ по частоте вращения вала - n= (75-85)% n_н; по напряжению - U = (50-100) % Uн.

Анализ применения электродвигателей ПРЭД и РППЭД в комплекте с насосами типа ЭЦН показал, что кроме достоинств такого вида привода (плавный запуск, более гибкая характеристика УЭЦН, Малая длина двигателя), существуют и недостатки:

-   высокие значения рабочего тока повышают потери в кабеле на

30-5-38%;

-   удельный расход выше на 10-г 20%;

-   параметрический электродвигатель за счет повышенного скольжения имеет более низкую частоту вращения, что приводит к снижению напорной характеристики, увеличению длины насоса для компенсации напора, увеличению затрат;

-   малая длина, недостаточно высокий КПД и повышенное скольжение параметрических ПЭД приводит к их повышенному нагреву и невозможности использования в «горячих» скважинах.

Все большее распространение на нефтяных промыслах России находят УЭЦН с вентильными погружными электродвигателями.

Применение вентильного двигателя может значительно снизить себестоимость добываемой нефти и увеличить добычу на 10-15% за счет:

-   экономии электроэнергии на 10-15%, т.к. КПД вентильного двигателя - 0,95 (асинхронного - 0,8);

-   увеличения срока службы погружного оборудования и скважины за счет установки оптимального режима добычи;

-   возможности монтажа и спуска оборудования в скважину со сложной геометрией, т.к. длина установки с вентильным ПЭД имеет малую общую длину;

-   работы в скважине с переменным дебитом, «раскачка скважины».

Реактивные потери в двигателе и кабеле на 20-25% ниже, чем у

асинхронного двигателя, что также позволяет снизить потребление электроэнергии.

УЭЦН с вентильными ПЭД кроме расширения областей применения имеют и такое существенное преимущество, как возможность автоматического подстраивания работы установки к условиям работы системы «пластскважина-насосная установка». Это происходит, во-первых, за счет гибкой характеристики вентильного ПЭД, которая является практически характеристикой ЭД постоянного тока. Во-вторых, инверторный блок, встроенный в погружной насосный агрегат, позволяет отлеживать параметры работы системы «пласт- скважина-насосная установка» и изменять, при необходимости, режим работы насосного агрегата.

Научно-исследовательскими, опытно-конструкторскими и внедренческими работами над установками ЭЦН с использованием погружных вентильных двигателей занято несколько российских фирм (ДО «АЛНАС», НПК «Нефтемаш», ИТЦ-РИТЭК, группа компаний «Борец»).

Для увеличения работоспособности погружного электродвигателя большое значение имеет надежная работа его гидрозащиты, пре-дохраняющей электродвигатель от попадания в его внутреннюю полость пластовой жидкости и компенсирующей изменение объема жидкости в двигателе при его нагреве и охлаждении, а также при утечке масла через негерметичные элементы конструкции. Пластовая жидкость, попадая в электродвигатель, снижает изоляционные свойства масла, проникает через изоляцию обмоточных проводов и приводит к короткому замыканию обмотки. Кроме того, ухудшается смазка подшипников вала двигателя.

В настоящее время на промыслах Российской Федерации широко распространены гидрозащиты типа Г, П и ПД.

Гидрозащита типа Г состоит из двух основных сборочных единиц: протектора, который устанавливается между насосом и двигателем, и компенсатора, расположенного в нижней части двигателя.

Протектор гидрозащиты типа Г (рис. 4.38) состоит из головки, верхнего, среднего и нижнего ниппелей, нижнего корпуса и основания, последовательно соединенных между собой резьбой.

На валу протектора установлены три радиальных подшипника скольжения. Осевые нагрузки через пяту воспринимаются верхним и нижним подпятниками. На обоих концах вала - шлицы для соединения с двигателем и насосом. На валу последовательно установлены три торцовых уплотнения, зафиксированные пружинными кольцами. Внутри корпусов размещены две короткие диафрагмы - верхняя и нижняя, концы которых посредством хомутов герметично закреплены на опорах. Внутренняя полость нижней диафрагмы сообщается при соединении протектора с двигателем и его внутренней полостью. Задиафрагменная полость нижней диафрагмы продольными каналами в нижнем ниппеле сообщена с внутренней полостью верхней диафрагмы, а полость верхней диафрагмы продольными каналами в среднем ниппеле сообщается с полостью между верхним и средним торцовыми уплотнениями. Протектор заполняют маслом через отверстия под пробки с обратными клапанами, выпуская при этом воздух через соответствующие пробки.

Защита от проникновения пластовой жидкости обеспечивается торцовыми уплотнениями и резиновой диафрагмой.

При работе электродвигателя в процессе его включений и выключений масло, его заполняющее, периодически нагревается и охлаждается, изменяясь соответственно в объеме. Изменение объема масла компенсируется за счет деформации эластичной диафрагмы компенсатора.

В процессе работы происходит утечка масла через торцовые уплотнения. По мере расхода масла диафрагма компенсатора складывается, а диафрагмы протектора расширяются. После полного расхода масла из компенсатора наступает второй период работы гидрозащиты, когда используются компенсационные возможности диафрагмы протектора. При падении давления во внешней полости диафрагмы протектора, при остановке электродвигателя и охлаждении масла обратный клапан открывается и впускает во внешнюю полость пластовую жидкость, тем самым выравнивая давление.

Последовательное дублирование эластичных диафрагм и торцовых уплотнений в протекторе повышает надежность защиты электродвигателя от попадания в него пластовой жидкости.

Компенсатор (рис. 4.39) расположен в нижней части двигателя и предназначен для выравнивания давления в двигателе и пополнения его маслом.

Компенсатор состоит из корпуса и каркаса, к которому крепится диафрагма. Полость за диафрагмой сообщена с затрубным пространном отверстиями в корпусе компенсатора. Пробка, расположенная на наружной поверхности компенсатора, предназначена для закачки масла в компенсатор, а внутреннее отверстие под заглушку - для выхода воздуха при заполнении его маслом, а также для сообщения полости двигателя и компенсатора. После заполнения маслом компенсатора заглушка должна быть закрыта, а после монтажа установки и спуска ее в скважину заглушка автоматически открывается при погружении компенсатора под уровень пластовой жидкости на 15 - 30 м.

В шифре гидрозащиты, например, 1Г57 приняты следующие обозначения: 1 - модификация, Г - тип защиты, 5 — условный размер обсадной колонны, 7 - номер разработки.

Кроме гидрозащиты типа Г на нефтяных промыслах России нашла широкое применение гидрозащита типа П.

Основные составные части протектора типа П (рис. 4.40): вал, торцовые уплотнения, корпуса, камеры, связанные гидравлически Между собой последовательно с помощью отверстий, выполненных во фланцах в месте установки торцевых уплотнений. Внутренние полости диафрагм заполнены маслом.

Торцовые уплотнения с двумя диафрагмами, закрепленными на Цилиндрах, образуют верхнюю камеру над торцовым уплотнением, в Районе верхней диафрагмы - среднюю камеру, в районе нижней диафрагмы - нижнюю камеру. Трубки между полостями камер рас. положены таким образом, что при движении сверху жидкость должна проходить по лабиринту, и в двух местах этот путь механически разделяется двумя диафрагмами.

Полости, образованные диафрагмами, снабжены клапанами, через которые сбрасывается масло при избыточном давлении.

Заполнение полости протектора производится снизу. Диэлектрическое масло проходит по валу к трубке, через отверстия в трубе заполняет нижнюю полость, воздух и избыток масла через отверстия в трубе поступают в зону нижнего торцового уплотнения, заполняет его полость и под избыточным давлением через клапан выходит в следующую полость. Воздух выходит в отверстие ниппеля под пробку между нижней и средней камерами, а масло стекает на дно полости, заполняет ее до появления в отверстие под пробку и после ее закрытия пробкой продолжает поступать в полость верхней диафрагмы. Далее заполняют полости в средней и верхней камеры, при этом для удаления воздуха используются пробки в верхней головке.

Полости внутри диафрагмы защищены от проникновения пластовой жидкости по валу торцевым уплотнением. Нижний конец диафрагмы протектора закреплен герметично, верхний имеет упругое крепление при помощи браслетных пружин, что позволяет осуществлять регулирование давления при температурных расширениях масла.

Для устранения перепада давления в верхней камере имеется трубка, через которую поступает пластовая жидкость в наружную полость, расположенную над диафрагмой средней камеры.

При работе двигателя масло расширяется, при этом растягивает резиновую диафрагму и прижимает ее к внутренней поверхности корпуса протектора. Лишний объем масла будет выдавлен через верхний конец диафрагмы, который имеет упругое крепление.

При остановке и охлаждении двигателя объем масла будет уменьшаться, и резиновая диафрагма, воспринимая давление окружающей среды, будет втягиваться внутрь и пополнять маслом полость двигателя.

При последующем включении двигателя процесс изменения объема масла повторится, то есть при любых изменениях объема и давления масла диафрагмы будут «дышать» и отслеживать объем находящегося масла в двигателе и уравновешивать давление в его полости с давлением окружающей среды.

В последнее время различные российские фирмы разработали большое количество новых конструкций гидрозащиты погружных двигателей, которые в настоящее время проходят промысловые испытания.

Основным узлом протекторов являются торцевые уплотнения, предназначенные для герметизации вращающихся валов диаметром 25 мм и 35 мм.

Уплотнения (рис. 4.41 а и 4.41 б) состоят из двух колец (вра-щающегося и невращающегося), поджатых друг к другу пружиной. На вращающемся кольце установлен сильфон, обжимаемый каркасом, другой конец сильфона через обойму с корпусом поджимается к валу. На невращающемся кольце установлена манжета или резиновое уплотнительное кольцо.

Конструкция уплотнения обеспечивает постоянный натяг на вторичном уплотнении (сильфоне), что повышает надежность крепления уплотнения на валу и гарантирует герметичность вторичного Уплотнения.

 

НПК «Герметика» выпускает серийно уплотнения торцовые типа 212, модификаций 212.R3.025 и 212.R4.025 на диаметр вала 25 мм специально для гидрозащит ПЭД.

Уплотнение 212.R3.025 (рис. 4.42) предназначено для нормальных условий эксплуатации и хорошо себя зарекомендовало на скважинах НГДУ «Татнефть», «Башнефть».

Уплотнение 212.R4.025, предназначенное для эксплуатации в осложненных условиях, комплектуется ударостойкой парой трения с улучшенным теплоотводом из зоны трения.

Двигатели фирмы REDA рассчитаны на работу в скважинах с температурой откачиваемой жидкости до 200 °С. Также фирмой выпускаются двигатели в коррозионностойком исполнении.

Технические характеристики электродвигателей представлены в таблице 4.13.

Таблица 4.13- Электродвигатели REDA серии 375 - 50 Гц, диаметр - 95,3 мм

Мощность, л.с.	Напряжение, В	Ток, А	Длина, мм	Масса, кг
6	342	14	1950,7	94,5
9	325	20,5	2530,0	123,0
13	333	28	3383,0	164,0
16	239	51	4236,7	207,0
16	322	38	4236,7	207,0
19	275	51,5	4816,0	233,6
21	308	51	5425,4	300,0
21	417	37	5425,4	300,0
21	525	30	5425,4	300,0
21	633	25	5425,4	300,0

Секции электродвигателей имеют следующие обозначения: S - односекционный электродвигатель; СТ - средний электродвигатель; UT - верхний электродвигатель; LT - нижний электродвигатель.

В коррозионностойких двигателях корпусные детали выполнены из ферритной стали Redalloy (редаллой), содержащей 0,008% углерода. Эти стали предназначены для условий работы в активно коррозионной среде. Редаллой выдерживает длительное воздействие пластовой жидкости с высоким содержанием углекислого газа и сероводорода. Покрытия из напыленного металла и на основе полимеров, по мнению фирмы, недостаточно эффективны из-за их повреждения при проведении спускоподъемных операций, ремонте оборудования и его транспортировке.

Жести (листы) статора и ротора штампуют из высококачественной электротехнической стали с высокими магнитными свойствами и равномерной толщиной по всей площади. Пазы статора имеют закрытую форму. Статор состоит из магнитных и немагнитных пакетов. Расположение магнитных пакетов совпадает с положением ротора, а немагнитные пакеты - под роторными подшипниками. Корпуса подшипников выполнены из закаленной азотированной стали, втулки - из бронзы. Стопорение корпусов подшипников в статоре отсутствует, а их проворот предотвращается за счет высокой точности изготовления. Зазор между ротором и статором - 0,5 мм. Вал двигателя полый, выполнен из высококачественной стали марки 4130. Кривизна вала и корпуса не превышает 0,028 мм на 1 м длины.

Обмотка статора выполняется впротяжку проводом с нагревостойкой изоляцией, состоящей из полиимидной пленки типа «Кантон», поверх которой имеется полиимидноамидное и политетрафилюорэтиленовое покрытие. В качестве пазовой изоляции используются высокотемпературные ленты из пленки типа «Каптон» и стекло фторопласта, а также трубки из специальных теплостойких изоляционных материалов.

Статор после обмотки многократно пропитывается нагревостойким лаком на фенольной основе и запекается в печи. Выполненная таким образом обмотка допускает нагрев до 220°С (собственный нагрев двигателя при полной нагрузке составляет 28°С).

В двигателях фирмы REDA применяется масло Reda №2 (торговое название Соннеборн 310).

Двигатель REDA, заполненный маслом Reda №2, допускает эксплуатацию в пластовой жидкости, имеющей температуру до +149°С.

Смазывающие и противоизносные свойства данного масла, по Данным фирмы, в 3 раза выше аналогичных показателей масел, применяемых другими изготовителями.

Электродвигатели комплектуются модульными протекторами с разделительными эластичными элементами, лабиринтами и торцовыми уплотнениями.

Модульная конструкция позволяет собирать различные типы протекторов, используя унифицированный набор деталей.

В протекторе устанавливаются торцевые уплотнения разных исполнений.

Материалы деталей торцевого уплотнения типа 2100/5/АК. 1С1 /о фирмы John Crane (Джон Крейн): гибкие элементы (сильфон и Г-образное кольцо неподвижного седла), фторуглеродная резина (рабочая температура - до 150 °С); вращающийся торец - графит, пропитанный смолой; металлические детали - нержавеющая сталь марки 316; неподвижное седло - оксидалюминиевая керамика; пру. жина - нержавеющая сталь 316.

Техническая характеристика уплотнений

Перепад давления через уплотнение, МПа (кг/см2)      0,3 (3)

Температура в полости уплотнения, °С     до 150

Скорость вращения, об/мин до 6000

Наработка на отказ, ч 22500

Утечка, см 3/ч, не более   0,2

Потребляемая мощность, Вт, не более 70

Шероховатость пары трения, мкм, не более 0,2

Неплоскостность, мм, не более 0,0006

Отличительной особенностью уплотнения 2100 является передача крутящего момента на вращающийся торец за счет специальных зубцов держателя, а не за счет работы сильфона и пружины на скручивание, как в подавляющем большинстве конструкций других фирм.

Двигатели фирмы Centrilift выпускаются одно- двух- и трехсекционными и имеют аналогичные с фирмой Reda показатели.

Статор состоит из магнитных и немагнитных пакетов, имеющих полуоткрытый паз. Корпуса подшипников ротора имеют стопорящее устройство.

Валы двигателей изготовляют из мягкой магнитной стали. Кривизна вала, как и у фирмы REDA, составляет не более 0,028 мм на 1 м. Точно такие же требования для корпусов двигателя и насосов.

Обмотка статора каждой секции соединяется между собой последовательно, а нижней секции - в звезду.

Обмотка статора выполняется впротяжку круглым проводом, изолированным фторопластополиимидной пленкой, намотанной на провод четырьмя слоями вполнахлеста с перекрытием 55%, Такая изоляция провода выдерживает нагрев до 200°С.

Паз статора перед обмоткой изолируется гильзой, состоящей из двух слоев тефлона с прокладкой между слоями ленты из «Кантона». Обмотанный статор пропитывают эпоксидной смолой-лаком так, чтобы состав заполнил все пространство в пазу, и запекают. Выполненная таким Способом обмотка статора надежна в эксплуатации, однако перемотка статора в случае ремонта крайне затруднена, так как эпоксидная смола практически не растворяется, и ее необходимо выжигать, а это связано с трудоемкой очисткой пазов от смолы, возможной деформацией и порчей листов статора. Поэтому фирма выпускает также двигатели с обмоткой, пропитанной лаком на фенольной основе, что исключает трудности с перемоткой.

Допустимая общая максимальная температура нагрева двигателя Centrilift с обмоткой, пропитанной эпоксидом, заполненной маслом «фризин», составляет 180°С.

Внутри двигателя масло для охлаждения ротора и смазки подшипников циркулирует по отверстию в валу, а в обратном направлении - по двум продольным пазам, расположенным диаметрально противоположно по наружному диаметру вала. Циркулирующее в двигателе масло проходит через фильтр, где оно очищается от механических примесей. Кроме того, в зоне фильтра помещен магнит, улавливающий стальную пыль, образующуюся при износе деталей, и, возможно, оставшуюся в двигателе стружку.

Погружные электродвигатели инофирм заполняются маслом под вакуумом и давлением, что обеспечивает практически полную дега-зацию масла и отсутствие остатков (пузырей) воздуха в полости Двигателя.

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться: