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 (см. рис. 1.97 и 1.98). Конструкции узлов секционирования двигате­лей диаметром 123, 117, 103 и 96 мм идентичны.

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.

В колодку вворачивается упор, который открывает шарико­вый клапан при сочленении нижней и верхней секций, соеди­няя их полости для прохода масла.

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.

Структура условного обозначения типа электродвигателей российского производства представлена на рис. 1.98 [3].

Рис. 1.98. Структура условного обозначения типа погружного электродвигателя

Технические данные и типовые нагрузочные характеристики ПЭД рос­сийс­кого производства приведены в таблице 1.19 и на рис. 1.99 и 1.100 [3, 5].

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.

Рис. 1.99. Нагрузочные характеристики ПЭДУ45-103В5

Рис. 1.100. Нагрузочные характеристики ПЭДУ63-117В5

Таблица 1.19

Параметры погружных электродвигателей

Двигатели асинхронные погружные унифицированной серии ПЭД модернизации М ТУ 3381-026-21945400-97
Обозначение	Мощ­ность, кВт	Рабо­чее напря­жение, В	Рабо­чий ток, А	КПД, %	Cos φ	Сколь­жение, %	Мини­мальная скорость охлаж­­да­ющей жидко­сти, м/с
1	2	3	4	5	6	7	8
ЭД12-117М	12	380	26	84,0	0,85	5,0	0,05
ЭД16-117М	16	750	18,5	84,0	0,85	5,0	0,05
ЭД22-117М	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	0,84	5,0	0,08
ЭД32-117М	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
ЭД45-117М	45	1400	26	85,0	0,86	5,0	0,08
ЭД50- 117М	50	1400	28	84,5	0,86	5,2	0,12
ЭД56-117М	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
ЭД70-117М	70	1500	38	85,0	0,85	5,2	0,30
ЭД40-117МВ	40	800
ЭД40-117МН	40	800
В сборе	80	1600	39	84,5	0,86	5,2	0,30
ЭД45-117МВ	45	1000
ЭД45-117МН	45	1000
В сборе	90	2000	37	85,0	0,85	5,2	0,30
ЭД50-117МВ	50	1000
ЭД50-117МН	50	1000
В сборе	100	2000	38,5	85,0	0,85	5,2	0,30
ЭД63-117МВ	63	1000
ЭД63-117МН	63	1000
В сборе	125	2000	51,5	85,0	0,85	5,2	0,30
ЭД70-117МВ	70	1000
ЭД70-117МН	70	1000
В сборе	140	2000	53,5	84,5	0,85	5,2	0,30
Двигатели асинхронные погружные унифицированной модернизации Л ТУ 26-06-1553-94 серии ПС
ЭД16-117ЛВ5	16	500	25,5	84,5	0,86	5,2	0,05
ЭД22-117ЛВ5	22	750	23,5	84,5	0,86	5,2	0,05
ЭД32-117ЛВ5	32	1000	25,5	84,5	0,86	5,2	0,08
ЭД45-117ЛВ5	45	1400	25,5	84,5	0,86	5,2	0,08
ЭД63-117ЛВ5	65	2000	25,0	84,5	0,86	5,2	0,12
ЭДС90-117ЛВ5	90	2000	36,5	84,5	0,85	5,0	0,3
ЭДС125-117ЛВ5	125	2000	50,0	84,5	0,86	5,0	0,3
Двигатели асинхронные погружные серии ПЭД ТУ 3381-027-00220440-97 диаметром корпуса 103 мм
ЭД16-103	16	500	27,5	81,0	0,83	5,0	0,05
ЭД22-103	22	750	25,5	81,5	0,82	5,0	0,05
ЭД32-103	32	1000	27,5	81,0	0,83	5,0	0,08
ЭД45-103	45	1300	29,7	81,0	0,84	6,0	0,08
ЭДС63-103	63	2000	27,0	81,0	0,83	5,5	0,12
ЭДС90-103	90	2000	38,7	81,0	0,83	5,5	0,12
Двигатели асинхронные погружные ТУ УЗ. 10-00216852-021-97 и ТУ У 23914062.001-98
ЭД16-103	16	530	26,0	80,5	0,83	6,2	0,06
ЭД22-103	22	700	27,0	80,5	0,83	6,2	0,06
ЭД32-103	32	1000	27,5	80,5	0,83	6,2	0,06
ЭД45-103	45	1050	37,0	79,5	0,84	7,2	0,08
ЭДС63-103	63	1450	37,5	80,5	0,83	6,2	0,12
ЭДС90-103	90	2100	37,0	79,5	0,84	7,2	0,3
ЭД16-117	16	600	21,5	84,5	0,87	5,0	0,06
ЭД22-117	22	850	20,5	84,5	0,86	5,2	0,06
ЭД32-117	32	1100	23	84,5	0,87	5,0	0,06
ЭД45-117	45	975	37,0	84,5	0,86	5,2	0,08
ЭД63-117	63	1400	36,0	84,5	0,86	5,2	0,12
ЭДС90-117	90	1950	37,0	84,5	0,86	5,2	0,3
ЭДС125-117	125	1950	51,0	84,5	0,86	5,2	0,4
ЭД90-123	90	2200	32,5	84,5	0,87	5,0	0,3
ЭДС180-123	180	2150	66,0	84,5	0,87	5,0	0,6
ЭДС250-123	250	2250	87,5	84,5	0,87	5,0	0,8
ЭДС180-130	180	2300	61,0	85,0	0,87	5,0	0,6
ЭДС250-130	250	2300	85,0	85,0	0,87	5,0	0,8
ЭДС360-130	360	2300	122,5	85,0	0,87	5,0	1,0
Двигатели асинхронные погружные серии ПЭД диаметром корпуса 96 мм ТУ 3381-018-00220440-94
ЭД16-96 В5	16	500	29,2	79,0	0,80	6,0	0,06
ЭД22-96 В5	22	700	28,7	79,0	0,80	6,0	0,06
ЭД32-96 В5	32	1000	29,2	79,0	0,80	6,0	0,06
ЭДС45-96 В5	45	1400	28,7	79,0	0,80	6,0	0,09
ЭДС63-96 В5	63	2000	29,2	79,0	0,80	6,0	0,12

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

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 (в 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).

Для увеличения работоспособности погружного электродвигателя большое значение имеет надежная работа его гидрозащиты, предохраняющей 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 расп­рост­ранена гидрозащита типа Г.

Гидрозащита типа Г состоит из двух основных сборочных единиц: про­тек­тора, который устанавливается между насосом и двигателем, и компенсатора, расположенного в нижней части двигателя [3].

Протектор гидрозащиты типа Г (рис. 1.101) состоит из голов­ки, верхнего, среднего и нижнего ниппелей, нижнего корпуса и основания, последовательно соединенные между собой резьбой.

Рис. 1.101. Конструкция компенсатора гидрозащиты типа Г:

1 — головка, 2 — ниппель верхний, 3 — подшипник, 4 — торцовое уплот­нение; 5 — нип­пель; 6 — корпус верхний, 7 — диафрагма верхняя, 8 — ниппель нижний, 9 — диафрагма нижняя, 10 — подпятник верхний, 11 — пята, 12 — подпятник нижний, 13 — основание; 14 — клапан обратный, 15 — корпус нижний

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 с 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 давления.

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

Компенсатор (рис. 1.102) расположен в нижней части двига­теля и пред­назначен для выравнивания давления в двигателе и пополнения его маслом.

Рис. 1.102. Конструкция компенсатора гидрозащиты типа Г:

1 — поршень автоматического клапана: 2 — диафрагма

Компенсатор состоит из корпуса и каркаса, к которому кре­пится диафраг­ма. Полость за диафрагмой сообщена с затрубным пространством отверстиями в корпусе компенсатора. Проб­ка, расположенная на наружной поверхности ком­пенсатора, предназначена для закачки масла в компенсатор, а внутренне 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, 1Г51 приняты следующие обозначения: 1 — модификация, Г — тип защиты, 5 — условный размер обсадной колонны, 1 — номер разработки.

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

Основные составные части протектора типа П (рис. 1.103): вал, торцовые уплотнения, корпуса, камеры, связанные гидрав­лически между собой пос­ле­до­вательно с помощью отверстий, выполненных во фланцах в месте установки тор­цевых уплотне­нии. Внутренние полости диафрагм заполнены маслом.

Рис. 1.103. Конструкция протектора П:

1 — головка верхняя; 2 — трубка; 3, 4, 7, 8 — пробка; 5 — корпус; 6 — диафрагма; 9 — диа­ф­­рагма; 10 — подпятник; 11 — пята; 12 — торце­вое уплотнение; 13 — вал; 14 — подшип­ник; 15 — трубка; 16 — трубка; 17 — корпус; 18 — нижняя головка

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 расположены 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 поступает 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 [3].

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 отлеживать объем находящегося масла в двигателе и урав­но­вешивать давление в его полости с давлением окружающей среды.

Основным узлом протекторов являются торцевые уплотне­ния, предназ­на­чен­ные для герметизации вращающихся валов диаметром 25 мм и 35 мм. Тор­цо­вые уплотнения производятся по техническим условиям:

• ТУ 3639-003-00217573-93. Торцовые уплотнения;

• ТУ 3632-14-00217573-97. Уплотнения УТ1Р.025;

• ТУ УЗ.10-00216852-013-97. Уплотнения торцовые релитовые серии 2Р;

• ТУ 3639-006-46874052-01. Уплотнения торцовые для гидрозащит пог­ружных электродвигателей.

Уплотнения (рис. 1.104 и 1.105) состоят из двух колен (вра­щающегося 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 неврашающемся кольце уста­нов­ле­на манжета или резиновое уплотнительное кольцо.

Рис. 1.104. Торцовое уплотнение 1В:

1 — тарелка; 2 — корпус с поводком; 3 — пружина; 4 — кольцо нажимное; 5 — кольцо вра­щаю­щееся; 6 — кольцо неподвижное; 7 — манжета

Рис. 1.105. Торцовое уплотнение 2Р:

1 — сильфон; 2 — кольцо запорное; 3 — обойма; 4 — кольцо; 5 — кольцо вращающееся; 6 — каркас; 7 — пружина, 8 — кольцо

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

Благодаря высокой износостойкости пары трения можно нео­днократно при­тирать.