Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Гидрозащита погружного электродвигателя представляет собой критически важный узел в составе установки электроцентробежного насоса, обеспечивающий надежную изоляцию маслозаполненной полости двигателя от пластовой жидкости. Основная задача этого технического решения заключается в предотвращении проникновения скважинных флюидов внутрь электрической машины, что могло бы привести к снижению диэлектрических характеристик изоляции обмоток и последующему короткому замыканию.
Согласно требованиям ГОСТ Р 56830-2015, гидрозащита выполняет комплекс функций: компенсация температурных изменений объема масла при циклах нагрева и охлаждения электродвигателя, выравнивание внутреннего давления с давлением на уровне подвески установки в скважине, передача крутящего момента от вала двигателя к валу насосной секции. Дополнительно узел обеспечивает восприятие осевых усилий, возникающих в процессе работы лопастного насоса.
Важная информация
Современные конструкции гидрозащиты предусматривают последовательное дублирование барьеров: несколько ступеней торцовых уплотнений и эластичных диафрагм, что значительно повышает надежность защиты электродвигателя при эксплуатации в осложненных условиях.
Технологическая компоновка узла предполагает размещение протектора между электродвигателем и насосом, в то время как компенсатор монтируется в нижней части двигателя. Такое расположение обусловлено необходимостью обеспечения гидравлической связи всех маслозаполненных полостей системы при минимизации паразитных потерь давления.
Протектор гидрозащиты типа Г состоит из последовательно соединенных резьбовыми соединениями элементов: головки верхней, ниппелей (верхнего, среднего и нижнего), двух корпусов цилиндрической формы и основания. Головка оснащена шпильками для фланцевого соединения с приемным модулем насоса или газосепаратором, в то время как основание имеет посадочный бурт с резиновыми уплотнительными кольцами для герметизации стыка с верхним фланцем электродвигателя.
Внутри корпусов размещаются две эластичные диафрагмы укороченной конструкции — верхняя и нижняя. Концы диафрагм герметично закрепляются на цилиндрических опорах посредством металлических хомутов. Внутренняя полость нижней диафрагмы при монтаже протектора на двигатель гидравлически сообщается с маслозаполненной полостью электрической машины, образуя единую систему циркуляции диэлектрической жидкости.
Вал протектора изготавливается из высокопрочной стали и вращается в трех радиальных подшипниках скольжения, установленных в ниппелях. На обоих концах вала выполнены шлицевые соединения для передачи крутящего момента — нижнее для сопряжения с валом электродвигателя, верхнее для связи с валом насосной секции. Осевые нагрузки, возникающие при работе многоступенчатого насоса, воспринимаются через пяту, закрепленную на валу, и передаются на верхний и нижний подпятники гидродинамического типа.
Особенность эксплуатации
При использовании гидрозащиты типа Г подшипники скольжения вала насоса работают в среде пластовой жидкости, что требует применения износостойких материалов и учета абразивного воздействия механических примесей.
Для удаления газов, выделяющихся из масла в процессе работы двигателя, и регулирования давления при температурных расширениях в каждой камере протектора предусмотрена система обратных клапанов. Эти устройства обеспечивают сброс избыточного масла и газовой фазы в затрубное пространство скважины при превышении установленного перепада давления, предотвращая механические повреждения диафрагм.
Компенсатор представляет собой камеру, образованную эластичным элементом — резиновой диафрагмой большого объема, закрепленной на металлическом каркасе. Корпус компенсатора выполнен в виде трубы, защищающей диафрагму от механических повреждений. Внутренняя полость диафрагмы заполняется диэлектрическим маслом трансформаторного типа и гидравлически сообщается с полостью электродвигателя.
Полость за внешней стороной диафрагмы имеет непосредственный контакт с пластовой жидкостью через калиброванные отверстия в корпусе компенсатора. Такая конструкция обеспечивает передачу давления окружающей среды маслу в электродвигателе, предотвращая возникновение значительных перепадов, способных вызвать деформацию корпуса двигателя или утечки через уплотнения.
Компенсатор оснащается автоматическим клапаном с поршневым механизмом. Перед монтажом установки в скважину компенсатор заполняется маслом через заправочное отверстие, после чего заглушка закрывается. При спуске установки и погружении компенсатора под уровень пластовой жидкости на глубину 15-30 метров возрастающее гидростатическое давление автоматически открывает клапан, обеспечивая сообщение внутренней полости с полостью двигателя.
На валу протектора последовательно устанавливаются от двух до четырех торцовых уплотнений, зафиксированных пружинными стопорными кольцами. Каждое торцовое уплотнение состоит из двух колец — вращающегося и неподвижного, изготовленных из износостойких материалов с высокой стойкостью к абразивному износу. В качестве материалов применяются технические керамики на основе оксида алюминия или релит — композиционный материал на углеродной основе.
Вращающееся кольцо монтируется на валу и оснащается резиновым сильфоном с внутренней пружиной. Один край сильфона прижимается к кольцу корпусной деталью, второй край обжимает вал посредством обоймы и прижимного кольца. Неподвижное кольцо с резиновой уплотнительной манжетой устанавливается в корпусе протектора. Пружина внутри сильфона обеспечивает постоянное прижатие плоскостей колец друг к другу с усилием, достаточным для герметизации при перепаде давления 0,3-0,4 МПа на одну ступень уплотнения.
Высокая точность обработки контактных поверхностей колец обеспечивает прилипание рабочих плоскостей за счет молекулярных сил, что минимизирует утечки масла. Конструкция торцевого уплотнения предусматривает наличие постоянного натяга сильфона, повышающего надежность посадки на валу и долговечность узла.
После включения погружного электродвигателя в работу начинается выделение тепла обмотками статора и потерями в магнитопроводе. Диэлектрическое масло, заполняющее полость двигателя, нагревается и увеличивается в объеме. Расширяющееся масло вытесняется в полости компенсатора и протектора, при этом диафрагма компенсатора раздувается, а диафрагмы протектора расширяются, выдавливая находящееся за ними жидкое масло к торцовым уплотнениям.
Давление в маслозаполненной системе возрастает до значений, незначительно превышающих давление пластовой жидкости на уровне подвески установки. Разница давлений под верхним торцовым уплотнением протектора и над ним составляет порядка 0,02-0,05 МПа, что обусловлено разностью плотностей жидкости в затрубном пространстве и трансформаторного масла в системе электродвигателя.
В процессе эксплуатации происходит естественная утечка масла через торцовые уплотнения, обусловленная несовершенством герметизации контактных поверхностей колец. По мере расхода масла диафрагма компенсатора постепенно складывается, сохраняя давление в системе на требуемом уровне. Одновременно диафрагмы протектора расширяются, компенсируя уменьшение объема масла.
После полного расхода масла из компенсатора наступает второй период работы гидрозащиты, когда задействуются компенсационные возможности диафрагм протектора. При падении давления во внешней полости диафрагмы протектора вследствие остановки электродвигателя и охлаждения масла обратный клапан открывается и впускает во внешнюю полость пластовую жидкость, восстанавливая баланс давлений.
Особенность двухфазного режима
После поступления пластовой жидкости в камеру протектора происходит гравитационное разделение фаз — нефть концентрируется в верхней части, вода опускается вниз. В течение некоторого времени нефтяная фаза блокирует торцовое уплотнение, и даже при утечке в полость электродвигателя не вызывает немедленную остановку, поскольку диэлектрические свойства нефти составляют 10-15 кВ, что достаточно для кратковременной работы.
При остановке электродвигателя температура масла снижается, его объем уменьшается, что приводит к падению давления во внутренних полостях системы. Диафрагма компенсатора, воспринимая давление окружающей пластовой жидкости, втягивается внутрь, компенсируя уменьшение объема масла и предотвращая образование разрежения, которое могло бы привести к подсосу пластовой жидкости через торцовые уплотнения.
Перед запуском установки в работу погружной электродвигатель, протектор и компенсатор заполняются диэлектрическим маслом трансформаторного типа согласно техническим условиям производителя. Масло должно соответствовать требованиям по электрической прочности не менее 30 кВ, вязкости при рабочей температуре и температуре застывания не выше минус 45 градусов Цельсия.
Заполнение полости протектора производится снизу через специальное технологическое отверстие. Диэлектрическое масло проходит по валу к центральной трубке, через калиброванные отверстия в трубе последовательно заполняет нижнюю полость, затем поступает в зону нижнего торцового уплотнения. Воздух и избыток масла под избыточным давлением через клапан выходят в следующую полость, последовательно заполняя все камеры протектора.
Компенсатор заполняется маслом через верхнее технологическое отверстие с заглушкой. Объем заливаемого масла определяется конструктивными размерами диафрагмы и должен обеспечивать достаточный запас для компенсации утечек в течение межремонтного периода эксплуатации. После заполнения заглушка герметично закрывается. Автоматический клапан открывается только после погружения компенсатора под уровень жидкости в скважине на проектную глубину.
Требования к качеству масла
Использование масла, не соответствующего техническим требованиям по электрической прочности или вязкости, может привести к преждевременному выходу из строя электродвигателя. Перед заливкой необходимо провести лабораторные испытания масла на соответствие нормативам.
В процессе эксплуатации установки рекомендуется контролировать температуру в зоне подвески электродвигателя, давление на приеме насоса и параметры энергопотребления. Резкое увеличение потребляемого тока может свидетельствовать о попадании пластовой жидкости в полость двигателя и снижении сопротивления изоляции обмоток. При выявлении признаков нарушения герметичности необходим подъем установки для проведения диагностики и замены элементов гидрозащиты.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.