RU174860U1

RU174860U1 - PROTECTOR FOR HYDRAULIC PROTECTION OF MOTOR

Info

Publication number: RU174860U1
Application number: RU2016150681U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Коновалов; Эдуард Людвигович Ильин
Original assignee: Сергей Иванович Коновалов; Эдуард Людвигович Ильин
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2017-11-08

Abstract

Полезная модель относится к области электромашиностроения. Данные устройства применяются для гидрозащиты погружных маслозаполненных электродвигателей, предназначенных для привода насосов, используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти с пластовой жидкостью. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в уменьшении вероятности проникновения мелких частиц механических примесей и песка в полость верхних торцовых уплотнений вместе с пластовой жидкостью. Решение технической задачи в протекторе для гидравлической защиты электродвигателя, содержащем корпус, вал с торцевыми уплотнениями и опорными подшипниками, ниппели, узел пяты, головку и основание, в котором ниппели с осевыми отверстиями и опорными подшипниками расположены вдоль вала в осевом направлении между головкой и основанием с образованием гидрозатворных камер, заполненных маслом электродвигателя, узел пяты с опорой вала размещен в нижней части протектора и совмещен с узлом основания, имеется система сброса давления и удаления газов, торцевые уплотнения размещены в зоне ниппелей, достигается тем, что над верхним торцевым уплотнением на валу закреплен защитный кожух, имеющий зазоры относительно двух поверхностей ответной неподвижной части ниппеля с образованием лабиринтного уплотнения, а поверхностный слой вала в местах контактных поверхностей опорных подшипников, в зоне торцевых уплотнений и в зоне узла пяты имеет наклёп материала, образованный дробеструйной обработкой. 5 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering. These devices are used for hydraulic protection of submersible oil-filled electric motors designed to drive pumps used in the oil industry for oil production with formation fluid. The technical result of the proposed utility model is to reduce the likelihood of penetration of small particles of mechanical impurities and sand into the cavity of the upper mechanical seals together with the formation fluid. The solution of a technical problem in a tread for hydraulic protection of an electric motor, comprising a housing, a shaft with mechanical seals and thrust bearings, nipples, a heel assembly, a head and a base, in which nipples with axial bores and thrust bearings are located along the shaft in the axial direction between the head and the base with the formation of hydraulic lock chambers filled with electric motor oil, the heel assembly with the shaft support is located in the lower part of the tread and combined with the base assembly, there is a pressure relief and removal system gas, mechanical seals are located in the nipple zone, achieved by the fact that a protective casing is fixed over the upper mechanical seal on the shaft, having gaps relative to the two surfaces of the mating stationary part of the nipple with the formation of the labyrinth seal, and the surface layer of the shaft at the points of contact surfaces of the thrust bearings, in the zone mechanical seals and in the area of the heel assembly has hardened material formed by shot peening. 5 ill.

Description

Полезная модель относится к области электромашиностроения. Данные устройства применяются для гидрозащиты погружных маслозаполненных электродвигателей, предназначенных для привода насосов, используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти с пластовой жидкостью.The utility model relates to the field of electrical engineering. These devices are used for hydraulic protection of submersible oil-filled electric motors designed to drive pumps used in the oil industry for oil production with formation fluid.

Известен аналог - протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, патент РФ №2099604, 20.12.1997, содержащий корпус, внутри которого размещена диафрагма, закрепленная на опоре, первый и второй ниппели, между которыми размещен узел пяты, верхнюю и нижнюю головки с фланцами для соединения с насосом и электродвигателем, вал с нижним и верхним торцевыми уплотнениями, клапан и кожух, имеющий фланец и установленный на верхнем торцевом уплотнении, отличающийся тем, что введен отбойник, а первый ниппель и фланец кожуха выполнены с дополнительными совпадающими при установке отверстиями, причем отбойник имеет форму диска и установлен жестко на валу над кожухом, а отверстие последнего имеет сообщение с затрубным пространством.A known analogue is the tread for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, RF patent No. 2099604, 20.12.1997, comprising a housing inside which a diaphragm is mounted, mounted on a support, the first and second nipples, between which the heel assembly, the upper and lower heads with flanges for connections with a pump and an electric motor, a shaft with lower and upper mechanical seals, a valve and a casing having a flange and mounted on the upper mechanical seal, characterized in that a chipper is introduced, and the first nipple and casing flange made with additional matching holes when installing, and the bump has a disk shape and is mounted rigidly on the shaft above the casing, and the hole of the latter has a message with the annulus.

Недостатком аналога является недостаточная герметичность. Данное техническое решение не исключает полностью проникновение мелких частиц механических примесей и песка в полость торцового уплотнения вместе с пластовой жидкостью. Из практики эксплуатации известно, что отверстия в верхнем ниппеле забиваются мелким песком.The disadvantage of the analogue is the lack of tightness. This technical solution does not completely exclude the penetration of small particles of mechanical impurities and sand into the cavity of the mechanical seal together with the formation fluid. From operating practice it is known that the holes in the upper nipple are clogged with fine sand.

Также известен протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя - патент РФ №2199030, 20.02.2003, выбранный в качестве прототипа предлагаемого протектора, содержащий корпус, вал с торцовыми уплотнениями и опорными подшипниками, ниппели, узел пяты, головку с приемной сеткой и основание, отличающийся тем, что ниппели с осевыми отверстиями и опорными подшипниками расположены вдоль вала в осевом направлении между головкой и основанием с образованием гидрозатворных камер, заполненных маслом электродвигателя, узел пяты с опорой вала размещен в нижней части протектора и совмещен с узлом основания, причем система сброса давления и удаления газов выполнена в виде обратных клапанов, сообщающихся между собой посредством осевых отверстий и соединительных трубок, а торцовые уплотнения размещены в зоне ниппелей, причем верхнее торцовое уплотнение выполнено по сдвоенной схеме с оппозитным расположением сильфонов.A protector for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor is also known - RF patent No. 2199030, 02.20.2003, selected as a prototype of the proposed tread, comprising a housing, a shaft with mechanical seals and thrust bearings, nipples, a heel assembly, a head with a receiving net and a base, different the fact that the nipples with axial holes and thrust bearings are located along the shaft in the axial direction between the head and the base with the formation of water-tight chambers filled with motor oil, node the heel with the shaft support is located in the lower part of the tread and is combined with the base assembly, the pressure relief and gas removal system being made in the form of check valves communicating with each other by means of axial holes and connecting tubes, and mechanical seals are placed in the nipple zone, the upper mechanical seal being made according to a dual scheme with an opposed arrangement of bellows.

Недостатком прототипа является то, что его конструкция не исключает проникновение мелких частиц механических примесей и песка в полость верхних торцовых уплотнений вместе с пластовой жидкостью. Это, вместе с износом вала в зоне торцевых уплотнений, приводит к ускоренному износу торцевых уплотнений и снижению герметичности протектора. Износ вала в местах контактных поверхностей опорных подшипников и в зоне узла пяты увеличивает его люфт, что также снижает герметичность протектора.The disadvantage of the prototype is that its design does not exclude the penetration of small particles of mechanical impurities and sand into the cavity of the upper mechanical seals together with the formation fluid. This, together with the wear of the shaft in the area of the mechanical seals, leads to accelerated wear of the mechanical seals and reduce the tightness of the tread. Wear on the shaft at the contact surfaces of the thrust bearings and in the area of the heel assembly increases its play, which also reduces the tightness of the tread.

Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является повышение герметичности вала погружного маслозаполненного электродвигателя.The technical problem to which the utility model is directed is to increase the tightness of the shaft of a submersible oil-filled electric motor.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в уменьшении вероятности проникновения мелких частиц механических примесей и песка в полость верхних торцовых уплотнений вместе с пластовой жидкостью.The technical result of the proposed utility model is to reduce the likelihood of penetration of small particles of mechanical impurities and sand into the cavity of the upper mechanical seals together with the formation fluid.

Решение технической задачи в протекторе для гидравлической защиты электродвигателя, содержащем корпус, вал с торцевыми уплотнениями и опорными подшипниками, ниппели, узел пяты, головку и основание, в котором ниппели с осевыми отверстиями и опорными подшипниками расположены вдоль вала в осевом направлении между головкой и основанием с образованием гидрозатворных камер, заполненных маслом электродвигателя, узел пяты с опорой вала размещен в нижней части протектора и совмещен с узлом основания, имеется система сброса давления и удаления газов, торцевые уплотнения размещены в зоне ниппелей, достигается тем, что над верхним торцевым уплотнением на валу закреплен защитный кожух, имеющий зазоры относительно двух поверхностей ответной неподвижной части ниппеля с образованием лабиринтного уплотнения, а поверхностный слой вала в местах контактных поверхностей опорных подшипников, в зоне торцевых уплотнений и в зоне узла пяты имеет наклеп материала, образованный дробеструйной обработкой.The solution of a technical problem in a tread for hydraulic protection of an electric motor, comprising a housing, a shaft with mechanical seals and thrust bearings, nipples, a heel assembly, a head and a base, in which nipples with axial bores and thrust bearings are located along the shaft in the axial direction between the head and the base with the formation of hydraulic lock chambers filled with electric motor oil, the heel assembly with the shaft support is located in the lower part of the tread and combined with the base assembly, there is a pressure relief and removal system gas, mechanical seals are located in the nipple zone, achieved by the fact that a protective casing is fixed over the upper mechanical seal on the shaft, having gaps relative to the two surfaces of the mating stationary part of the nipple with the formation of the labyrinth seal, and the surface layer of the shaft at the points of contact surfaces of the thrust bearings, in the zone mechanical seals and in the area of the heel assembly has a material hardening formed by shot peening.

На фиг. 1 изображен протектор для гидравлической защиты электродвигателя.In FIG. 1 shows a tread for hydraulic protection of an electric motor.

На фиг. 2 изображен увеличенный вид протектора для гидравлической защиты электродвигателя в месте установки кожуха.In FIG. 2 shows an enlarged view of the tread for hydraulic protection of the electric motor at the installation location of the casing.

На фиг. 3 изображен увеличенный вид протектора для гидравлической защиты электродвигателя в месте расположения осевых отверстий ниппеля.In FIG. 3 shows an enlarged view of the tread for hydraulic protection of the electric motor at the location of the axial holes of the nipple.

На фиг. 4 изображен увеличенный вид протектора для гидравлической защиты электродвигателя в месте расположения основания.In FIG. 4 shows an enlarged view of the tread for hydraulic protection of the electric motor at the location of the base.

На фиг. 5 изображено место установки кожуха на валу протектора.In FIG. 5 shows the installation location of the casing on the tread shaft.

Протектор для гидравлической защиты электродвигателя содержит корпус 1, вал 2 с торцевыми уплотнениями 3 и опорными подшипниками 4, ниппели 5, узел пяты 6, головку 7 и основание 8, в котором ниппели 5 с осевыми отверстиями 9 и опорными подшипниками 4 расположены вдоль вала 2 в осевом направлении между головкой 7 и основанием 8 с образованием гидрозатворных камер 10, заполненных маслом электродвигателя, узел пяты 6 с опорой вала 11 размещен в нижней части протектора и совмещен с основанием 8, имеется система сброса давления и удаления газов, торцовые уплотнения 3 размещены в зоне ниппелей 5, над верхним торцевым уплотнением 3 на валу 2 закреплен защитный кожух 12 с образованием лабиринтного уплотнения с ответной неподвижной частью 13 ниппеля 5, а поверхностный слой вала 2 в местах контактных поверхностей опорных подшипников 4, в зоне торцевых уплотнений 3 и в зоне узла пяты 6 имеет наклеп материала, образованный дробеструйной обработкой.The tread for hydraulic protection of the electric motor comprises a housing 1, a shaft 2 with mechanical seals 3 and thrust bearings 4, nipples 5, a heel assembly 6, a head 7 and a base 8, in which the nipples 5 with axial bores 9 and thrust bearings 4 are located along the shaft 2 in in the axial direction between the head 7 and the base 8 with the formation of hydraulic shutter chambers 10 filled with motor oil, the heel assembly 6 with the shaft support 11 is located in the lower part of the tread and combined with the base 8, there is a pressure relief and gas removal system, end mallets 3 are placed in the area of the nipples 5, a protective casing 12 is mounted on the shaft 2 above the upper mechanical seal 3, with the formation of a labyrinth seal with a mating mating part 13 of the nipple 5, and the surface layer of the shaft 2 at the contact surfaces of the thrust bearings 4, in the area of the mechanical seals 3 and in the area of the heel assembly 6 has a material hardening formed by shot peening.

Рассмотрим пример конкретной реализации протектора для гидравлической защиты электродвигателя. Большинство деталей протектора изготавливаются из нержавеющей стали на токарном станке. Верхние торцевые уплотнения имеют пару трения карбид вольфрама с карбидом вольфрама, благодаря чему хорошо противостоят износу мелкими частицами. Защитный кожух 12 изготовлен на токарном станке из полиамида и установлен на вал 2 по прессовой посадке. Защитный кожух 12 установлен с зазорами 0,2 мм относительно цилиндрической поверхности выступа 13 неподвижной детали 14 ниппеля 5 и относительно плоской поверхности неподвижной части 14 ниппеля 5. Неподвижной частью 13 ниппеля 5 является фланец. Перечисленные зазоры образуют лабиринтное уплотнение. Вал 2 после токарной обработки подвергнут дробеструйной обработке в местах контактных поверхностей опорных подшипников 4, в зоне торцевых уплотнений 3 и в зоне узла пяты 6. Благодаря этому указанные поверхности вала 2 имеют повышенную износостойкость, что предотвращает возникновение люфта вала 2 и увеличение зазоров между защитным кожухом 12 и фланцем 13 ниппеля 5, которые бы снизили герметичность протектора.Consider an example of a specific implementation of a tread for hydraulic protection of an electric motor. Most tread parts are made of stainless steel on a lathe. The upper mechanical seals have a pair of friction between tungsten carbide and tungsten carbide, due to which they are well resistant to wear by small particles. The protective casing 12 is made on a polyamide lathe and mounted on the shaft 2 for press fit. The protective casing 12 is installed with gaps of 0.2 mm relative to the cylindrical surface of the protrusion 13 of the fixed part 14 of the nipple 5 and relative to the flat surface of the fixed part 14 of the nipple 5. The fixed part 13 of the nipple 5 is a flange. The listed gaps form a labyrinth seal. The shaft 2 after turning is subjected to bead-blasting at the contact surfaces of the bearings 4, in the area of the mechanical seals 3 and in the area of the heel assembly 6. Due to this, the indicated surfaces of the shaft 2 have increased wear resistance, which prevents the occurrence of backlash of the shaft 2 and the increase of the gaps between the protective casing 12 and flange 13 of the nipple 5, which would reduce the tightness of the tread.

Рассмотрим протектор в работе. В конструкции погружной насосной установки маслозаполненный электродвигатель находится внизу, его корпус герметично соединен с основанием 8 протектора, а вал с валом 2 протектора. Гидрозатворные камеры 10 протектора сообщаются с электродвигателем, они также заполнены маслом. Головка 7 протектора соединена с насосом. Протектор во время работы насосной установки обеспечивает герметичность электродвигателя от проникновения пластовой жидкости. В процессе работы насосной установки система сброса давления и удаления газов протектора, основанная на принципе односторонних клапанов, обеспечивает компенсацию изменения объема масла в электродвигателе и протекторе. Изменение объема масла обусловлено изменением его температуры. Проникновению пластовой жидкости со стороны головки 7 протектора препятствуют оппозитно расположенные два торцевых уплотнения 3. Качество выполнения торцевыми уплотнениями 3 своей функции зависит от качества их контактных поверхностей трения, которое может быть нарушено проникновением в зону трения мелких абразивных частиц, присутствующих в составе пластовой жидкости. Проникновению мелких частиц препятствует лабиринтное уплотнение, образованное защитным кожухом 12 и фланцем 14. Мелкие частицы теряют свою скорость и застревают в зазоре лабиринтного уплотнения. Поверхностный слой вала 2 в местах контактных поверхностей опорных подшипников 4, в зоне торцевых уплотнений 3 и в зоне узла пяты 6 подвергается контактному трению, которое приводит к его износу и снижает герметичность протектора. При этом замена вала 2 более дорогостояща, чем замена деталей, которые находятся с валом 2 в контакте, из-за его габаритных размеров. Наклеп вала 2 в перечисленных местах его контакта предотвращает его износ, повышая герметичность протектора.Consider the tread in the work. In the design of the submersible pump installation, an oil-filled electric motor is located below, its body is hermetically connected to the base 8 of the tread, and the shaft with the shaft 2 of the tread. Hydraulic lock chambers 10 of the tread are in communication with the electric motor, they are also filled with oil. The tread head 7 is connected to a pump. The tread during operation of the pumping unit ensures the tightness of the electric motor against penetration of formation fluid. During the operation of the pump installation, a system of pressure relief and gas removal of the tread, based on the principle of one-way valves, provides compensation for changes in the volume of oil in the electric motor and tread. The change in oil volume is due to a change in its temperature. The penetration of the formation fluid from the side of the tread head 7 is prevented by two opposed end seals 3. The quality of performance of the end seals 3 of their function depends on the quality of their friction contact surfaces, which can be impaired by the penetration of small abrasive particles present in the formation fluid into the friction zone. The penetration of small particles is prevented by the labyrinth seal formed by the protective casing 12 and the flange 14. Small particles lose their speed and get stuck in the gap of the labyrinth seal. The surface layer of the shaft 2 in the area of the contact surfaces of the thrust bearings 4, in the area of the mechanical seals 3 and in the area of the heel assembly 6 is subjected to contact friction, which leads to its wear and reduces the tightness of the tread. At the same time, replacing the shaft 2 is more expensive than replacing parts that are in contact with the shaft 2, due to its overall dimensions. The hardening of the shaft 2 in the listed places of its contact prevents its wear, increasing the tightness of the tread.

Достижение технического результата в предлагаемом устройстве осуществляется благодаря:The achievement of the technical result in the proposed device is due to:

- наличию защитного кожуха на валу, с зазорами относительно двух поверхностей ответной неподвижной части ниппеля, образующими лабиринтное уплотнение,- the presence of a protective casing on the shaft, with gaps relative to two surfaces of the reciprocal fixed part of the nipple, forming a labyrinth seal,

- наклепу материала поверхностного слоя вала, образованному дробеструйной обработкой в местах контактных поверхностей опорных подшипников, в зоне торцевых уплотнений и в зоне узла пяты.- hardening of the material of the surface layer of the shaft formed by bead-blasting at the contact surfaces of the thrust bearings, in the area of mechanical seals and in the area of the heel assembly.

Предложенное техническое решение повышает герметичность протектора и снижает эксплуатационные расходы по его обслуживанию и замене деталей.The proposed technical solution increases the tightness of the tread and reduces operating costs for its maintenance and replacement of parts.

Claims

A tread for hydraulic protection of an electric motor, comprising a housing, a shaft with mechanical seals and thrust bearings, nipples, a heel assembly, a head and a base, in which nipples with axial bores and thrust bearings are located along the shaft in the axial direction between the head and the base with the formation of hydraulic lock chambers, the heel assembly with the shaft support is located in the lower part of the tread and is combined with the base assembly, there is a pressure relief and gas removal system, mechanical seals are located in the nipple zone, characterized by that, over the upper mechanical seal, a protective casing is fixed on the shaft, having gaps relative to two surfaces of the reciprocal fixed part of the nipple with the formation of a labyrinth seal, and the surface layer of the shaft at the points of contact surfaces of the thrust bearings, in the area of the mechanical seals and in the area of the heel assembly has a hardened material formed by shot peening.