Глубинный двигатель


виды, особенности, параметры, выбираем лучший

Каждый хозяин загородного жилища, чтобы обеспечить комфортную жизнь семьи, нанимает специалистов для бурения скважины. Но этого недостаточно: необходим еще насос для скважины, который будет поднимать воду на поверхность, подавать ее в дом, обеспечивать полив растений, восполнять другие хозяйственные нужды.

Насос насосу рознь. Неискушенному человеку трудно сделать правильный выбор и иногда покупают то, что увидели в рекламе, посоветовали друзья или предложил консультант в магазине. Из-за этого нередки случаи, когда устройство в скором времени выходило из строя. Многие винят производителей, совсем не догадываясь, что именно неправильный выбор и стал причиной поломки. Знание каких особенностей и тонкостей поможет не допустить подобной ошибки? Что нужно знать прежде, чем идти в магазин за покупкой, и какой мотор лучше всего приобрести?

Классификация насосов

Прежде всего о том, какие виды моторов есть в продаже? Все устройства для подачи воды из скважины делятся на следующие виды:

  • поверхностные. Этот вид моторов помещается на суше рядом со скважиной. Предназначены для перекачивания воды с глубины до 8 метров. Могут работать даже в тех водоемах, где минимальная глубина может составлять несколько см;
  • погружные. Для работы их необходимо полностью или частично погрузить в воду. Отличная защита корпуса не допускает проникновение влаги внутрь мотора. Погружной мотор отличается хорошей мощностью, справляется с задачей даже там, где воду необходимо подавать высоту 50 метров и больше, благодаря чему его можно использовать не только для бытовых, но и для производственных нужд.

Какой вариант выбрать – зависит от глубины скважины. Поскольку этот показатель чаще всего больше 8-и метров, то лучше всего выбрать погружной насос на скважину.

Погружные насосы бывают нескольких модификаций:

  1. Центробежные. Мощные надежные моторы с высокой производительностью. Предназначены для подачи воды с больших глубин. Но самое главное ­- центробежный насос для скважинылегко перекачивает даже загрязненную песком воду и может поднимать ее с источников глубиной около 50 м.
  2. Винтовые. Можно использовать не только для скважин, но и для водоемов открытого типа. Используются только в тех источниках, где песка небольшое количество.
  3. Вихревые. Имеют невысокую мощность, поэтому рекомендованы для использования в тех скважинах, где воды немного. Можно использовать даже там, где в водоеме имеется песок.
  4. Глубинные насосы для скважин. Невзирая на компактные размеры, имеют большую мощность. Предназначены для установки в скважинах большой глубины – около 50 метров. По виду глубинные моторы похожи на цилиндр. Длиной бывают от 05, до 2, 5 метра. Диаметр около 100мм. Стоимость подобных моделей зависит от сочетания характеристик и конструкции. Насосы для скважин глубинного типа требуют при установке соответствующих навыков и наличия нужного оборудования, поэтому выполнить их монтаж самостоятельно вряд ли удастся.

Основы выбора

Какие данные следует учесть, выбирая насос на скважину? Очень важны два параметра:

  • напор;
  • производительность.

Каждый человек за сутки тратит около одного кубометра воды. Сюда входит вода для питья, мытья посуды, стирки, готовки, мытья машины. Если необходимо поливать цветы, деревья, огород, то воды понадобиться больше – к основательной цифре необходимо будет добавить еще 2 м3. Чтобы узнать, какое количество воды необходимо для конкретной семьи в сутки, необходимо 1 м3 умножить на количество людей, проживающих в доме постоянно и прибавить тот объем, который будет использован для полива растений. Если на выходные приезжают друзья или часто и подолгу гостят родственники, то необходимо включить при подсчете и их. К полученной цифре так же следуект добавить 2 м3. Это и есть необходимая производительность мотора.

Для определения нужного напора необходимо сложить следующие величины в метрах:

  1. Глубину скважины.
  2. Высоту дома.

Прибавить к полученной цифре 6 метров. Если водоем устроен далеко от дома, то к этой цифре необходимо добавить по единице на каждые 10 метров длины трубопровода. Теперь осталось результат умножить на 1,15. Это цифра коэффициента потери напора в трубопроводе.

Внимание: если есть сомнения в правильности подсчета напора и производительности, лучше всего обратиться к специалистам, которые могут не только правильно рассчитать все данные, но и выполнить монтажные работы по установке.

Но это еще не все, что влияет на выбор мотора. Есть и другие не менее важные для выбора насоса для скважины критерии.

 

Дополнительные параметры

Собираясь купить насос для скважины, необходимо обращать внимание и на другие показатели.Какие же из них имеют значение при выборе?

Глубина скважины и уровень воды

В паспорте каждого насоса на скважину указывается диапазон продолжительности и бесперебойности мотора, на которые и оказывает влияние показатели высоты воды в водоеме и его глубины. Выяснить это просто: необходимо привязать к веревке (обязательно сухой) небольшой груз и опустить ее в скважину так, чтобы груз оказался на дне. Измерив расстояние от верха до мокрой веревки, можно получить цифру глубины водоема, а настолько он глубок – подскажет длина веревки от начала мокрого ее участка до груза.

Дебет скважины

Так называется объем воды, который выдает за определенный период времени водоем. Узнать точную цифру в этом случае практически невозможно. Для получения приблизительных параметров следует из скважины выкачать воду. Теперь остается только выяснить, за сколько часов уровень воды восстановится. Теперь осталось 2-ую цифру поделить на 1-ую и получить необходимый показатель дебета скважины.

Диаметр скважины

Если ее изготовлением занимались специалисты, это можно уточнить у них либо измерить самому. Моторы бывают 4-ех и 3-ех дюймовые. Перевести в мм это не сложно, зная, что 1 дюйм — 254 мм. Значит, 4 дюйма — 1016 мм, а три – 762 мм.

Какой из них выбрать? Первый вариант – это стандарт, поэтому скважинные насосы на 1016 ммможно встретить в любом магазине. Трехдюймовых намного меньше, но они тоже есть в продаже. Если в стационарном магазине такую модель найти не удалось, можно обратиться в специализированный Интернет-магазин и заказать нужную модель по каталогу. Чтобы не заниматься поиском нужной модели, необходимо еще на стадии бурения обратить внимание на показательдиаметра.

Загрязнение скважины

Подавляющее количество скважин выполнены не идеально, и эксплуатируются давно. Из-за этого моторы в них постоянно загрязняются. Чтобы не приходилось их постоянно вытаскивать на поверхность и очищать, необходимо еще на стадии покупки выбирать ту модель, которая рассчитана на работу в скважине, где есть возможность загрязнения песком. Подобные насосы для скважин стоят несколько дороже, зато будут работать надежно и не отнимать время и деньги на их ремонт.

Стоимость

Экономить при покупке мотора не стоит. Конечно, дешевые изделия могут работать не хуже тех, что стоят дорого, но, к сожалению, подводные соединения у них очень уязвимы, что часто становится причиной выхода из строя всего изделия. Итог – внеплановый ремонт, который стоит не дешево. С дорогими моделями этого не случается, поскольку пайка в них выполнена очень качественно, а это гарантия, что насос на скважину выбран правильно, поэтому будет работать достаточно долго и не оставит жителей всего дома без воды на все время, когда его пришлось бы чинить.

Советы специалистов

Знание некоторых моментов поможет в будущем не допустить немало ошибок, особенно, если дело касается технических устройств. Вот несколько важных замечаний:

  1. Выбирая мотор, лучше отдать предпочтение модели с торцевым уплотнением. Устаревшая сальниковая обивка не гарантирует, что модель будет качественной и долговечной. К тому же изделия с сальниковой набивкой необходимо регулярное обслуживание, тогда, как моделям с торцевым уплотнением этого не требуется, да и эксплуатационные показатели у них гораздо выше.
  2. Насос на скважину следует выбирать с запасом мощности – при модернизации водопровода его не нужно будет менять.

Важное значение имеет и то, какой материал использовал производитель при изготовлении труб, показатель минимального и максимального давления внутри них, наличие дополнительных емкостей, их объем.

vodavdome.info

Глубинный насос - какие виды есть, принцип работы и устройство

Владельцы многих частных домов предпочитают воду для пользования добывать самим, не подключаясь к городскому водопроводу. Причины могут быть разные – плохое качество водопроводной воды, экономия и т д.

Технические показатели насоса должны подбираться специально под размер используемого участка. Иногда глубина, на которой проходят подземные реки очень большая (в некоторых местах достигает ста и более метров). Тогда стандартный агрегат не подойдёт.

Для этих целей есть специальные глубинные модели. Обычно они используются в крупных предприятиях для добычи артезианской воды.

Устройство и принцип работы

Глубинные аппараты имеют не только отличные характеристики, но и отличаются между собой разными конструкциями, которые используют различные принципы работы по подъёму воды.

Вся установка с большинством главных деталей находится под поверхностью воды. А от насоса в плотной изолированной обмотке пролегает провод и труба для подачи воды.

В стандартную сборку оборудования, как правило, входит двигатель и внутренний фильтр. Всасывание жидкости бывает снизу или сверху установки. Если агрегат имеет нижнее всасывание, то он может хорошо отфильтровать песок и ил из подводной реки.

Глубинные насосы состоят из двух составляющих:

  • собственно насосная часть с несколькими ступенями;
  • двигательная, которая осуществляет управление подъёмом воды и может быть как встроенной, так и наружной.

Насосные двигатели

Встроенные двигатели обычно размещены снизу для максимальной защиты устройства от коррозии из-за постоянного контакта с влагой.

Верхнюю часть конструкции занимает устройство приводного вала и определённые лопаточные отводы.

У вибрационных насосов есть специальный стакан и корпус. Туда встроен вибратор, который создаёт нужную тягу для создания потока воды, а также имеется электродвигатель. Вибратор является достаточно сложной конструкцией, но он играет основную роль в совершении работы. Он состоит из якоря, резинового амортизатора и регулирующих шайб.

Типы оборудования

Если вы склоняетесь к покупке такого оборудования, то должны теперь детальнее разобраться в его видах, чтобы выбрать для себя наиболее подходящий.

Обращать внимание стоит прежде всего на технические характеристики, качество и фирму-изготовителя.

В этом разделе вы ознакомитесь с особенностями разных механизмов для поднятия воды.

Центробежный

Устройства этого вида используются для подъёма воды на протяжении долгого времени без сезонных перерывов.

У такого аппарата имеются 2 составляющих – гидравлическое устройство и электрический двигатель.

Рабочие колёса вращаются и благодаря этому в трубе создаётся разность давлений, которая заставляет воду подниматься с достаточной силой. Центробежный насос имеет преимущество в высокой производительности, хорошей силе тяги и универсальности в использовании.

Шнековый

Такой тип агрегата изготавливается для особого назначения. Главная его задача – качественный перегон воды с примесями.

Если вы преследуете эту цель и думаете о покупке такого оборудования, то нужно знать одну важную деталь.

Для бесперебойной подачи жидкости нужно выбирать устройство с диаметром примерно на 1 сантиметр меньше диаметра обсадной трубы. Иначе насос будет засоряться различными примесями.

Винтовой

Главным достоинством такой модели является то, что эти насосы даже при небольших объёмах подачи воды выжимают большое давление.

Конструкция аппарата состоит из рабочего колеса с множеством лопастей, что размещается в корпусе цилиндрической формы.

Благодаря круговому вращению лопастей и осуществляется подача воды. Из недостатков этого вида стоит отметить сложность работы при использовании жидкости с примесями.

Другие модели

Ручной агрегат может быть предназначен лишь для ограниченной глубины добычи воды. Его можно использовать, если вода залегает не глубже 25 метров от поверхности.

Штанговый насос обычно обладает большими габаритами и очень редко используются в бытовой технике. Их часто можно увидеть в местах добычи нефти. Конструкция такого агрегата достаточно проста, но с функцией добычи жидкости из глубины он отлично справляется.

Грязевой погружной аппарат используют для всевозможных жидкостей разной степени вязкости. Это не лучший выбор для закачки воды, но если нужно откачать воду с множеством примесей грязи и глины, то он подойдёт как нельзя лучше.

Какой агрегат лучше выбрать

Что же лучше выбрать насосную станцию или глубинный агрегат?

С таким вопросом сталкивается множество людей, живущих в частном секторе.

Особенно те, кто живёт в местах, где не проведена городская водопроводная система. На рынке представлено большое разнообразие что тех, что других видов устройств. Но главное для вас – разобраться в плюсах и минусах обоих.

Насосная станция имеет конструкцию накопительного бака, или гидроаккумулятора. Такой механизм имеет мембрану, насос и блок контроля со шлангами для распространения воды. Работа станции основана на нагнетании воды в бак, пока там не установиться определённое давление. Далее вода поступает в трубопровод.

Принципы работы глубинного оборудования были описаны в первой части статьи. Если не вдаваться в подробности, они не особо отличны от работы станции.

Насосная станция, в отличие от глубинного аппарата, имеет большую продолжительность эксплуатационного срока. Зато погружной насос имеет меньшие габариты и проще в установке и ремонте, а также работает практически беззвучно.

Видео: выбираем аппарат для системы водоснабжения дома

Выбор остаётся за вами, в конце концов, вы должны всегда учитывать особенности своей местности, состав воды и глубину её расположения при выборе системы для закачки воды.

septik.guru

Винтовые насосы с погружным двигателем

Винтовые насосы с погружным электродвигателем

В настоящее время интерес к трудно извлекаемым запасам углеводорода становится все более актуальным с каждым годом. Традиционные способы механизированной добычи перестали обеспечивать полноту объема извлечения нефти. В связи с этим нефтяники стали обращать свое внимание на малодебетный, осложненный и бездействующий фонды, которые в значительной степени стал дополнять объемы нефтедобычи из традиционного фонда скважин. Методы добычи совершенствуются с каждым годом и нефтедобывающие компании затрачивают большие усилия и средства для внедрения новых технологий, потому что традиционные способы механизированной добычи оказываются не всегда эффективными. Одним из новых способов добычи нефти является система винтового насоса с погружным синхронным двигателем на постоянных магнитах (вентильным двигателем). Эта установка способна обеспечить добычу нефти примерно на 80% осложненного фонда скважин.

Основные факторы, осложняющие добычу нефти в России

  • Механические примеси 20%
  • Солеотложения 18%
  • Асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО) 16%
  • Вязкость нефти 10%
  • Высокая температура пласта 9%
  • Нестабильный или малый приток 7%
  • Высокий газовый фактор 7%
  • Высокое содержание сероводорода 7%
  • Коррозийность 6%

Для работы в таких осложненных условиях создана и хорошо себя показывает система винтового насоса с погружным приводом.

Преимущества использования системы винтового насоса с погружным приводом и замены действующих УЭЦН И ШГН

  • Высокий КПД УЭВН 78-93% (35-60% УЭЦН и 45-60% ШГН)
  • Снижение на 30% и более потребления электроэнергии
  • Возможность работы с мало и среднедебетным фондом до 150 м3/сут
  • Малый перегрев вентильного электродвигателя при низких дебетах
  • Малые рабочие токи вентильного электродвигателя
  • Постоянный крутящий момент на валу электродвигателя независимый от частоты вращения
  • Широкий диапазон регулирования вращения и исключение срыва подачи
  • Изменение оборотов вращения УЭВН по средствам СУ в зависимости от давления на приеме насоса
  • Постоянный напор при разных частотах вращения
  • Работа с высоковязкими флюидами
  • Работа при высоком газовом факторе (УЭВН до 50%, УЭЦН мах 10-20%)
  • Работа при высоких значениях выноса мехпримесей (до 50%)
  • Использование в солесодержащем фонде
  • Использование в условиях АСПО
  • Отсутствие водонефтяных эмульсий при откачке тяжелой высоковязкой нефти за счет не пульсирующего главного потока и отсутствия турбулентности
  • Исключение риска износа штанг и НКТ в следствии их отсутствия
  • Снижение потерь на трение
  • Использование в скважинах с нестабильным притоком
  • Значительно увеличивает срок службы оборудования в осложненных условиях работы

Основные технические характеристики применения системы винтового насоса с погружным приводом

  • Напор до 300 бар
  • Производительность от 3 до 150 м3/сут
  • Плотность флюида не более 1400 кг/м3
  • Динамическая вязкость до 100 000 сП
  • Температура перекачиваемой среды 130 (200) 0С
  • Содержание попутной воды не более 99 %
  • Водородный показатель попутной воды от 6,0 до 8,5 рН
  • Массовая концентрация твердых частиц не более 0,8 г/л
  • Микротвёрдость частиц не более 5 баллов по Моосу
  • Содержание свободного газа не более 50 %
  • Концентрация сероводорода не более 6 %

Сотрудничая с компанией Нефтегаз – Развитие вы получаете следующие преимущества:

  • Профессиональный и точный подбор необходимых параметров системы
  • Полная комплектация всей системы – вы получаете работоспособный комплект оборудования в одном месте
  • Все рабочие элементы системы производства ведущих компаний Европы и России
  • Высочайшая надежность системы
  • Техническое сопровождение всех процессов – от заказа оборудования до его запуска

Состав системы винтового насоса с погружным приводом

1. Станция управления

предназначена для работы в комплектных приводах погружных винтовых насосов для управления вентильным электродвигателем. Предназначена для размещения на открытом воздухе, при температуре от -60 0С до +50 0С. Напряжение питания 380-460 В.

Станция управления осуществляет следующие действия:

  • Управление вентильным двигателем (плавный пуск, остановка, изменение скорости и направления вращения)
  • Автоматическое изменение оборотов двигателя при изменении давления на приеме насоса
  • Выполнение команд оператора
  • Отображение информации по основным параметрам работы двигателя и СУ
  • Регистрацию, обработку и накопление информации
  • Защиту электродвигателя и СУ
  • Защиту от несанкционированного доступа к изменению установок работы СУ

2. Трансформатор типа ТМПН

Предназначен для компенсации падения напряжения в кабеле, подводящем ток к электродвигателю.

Трансформатор имеет масляное охлаждение, предназначен для работы на открытом воздухе. На высокой стороне напряжения обмоток трансформаторов имеются переключения для подачи оптимального напряжения на электродвигатель в зависимости от длины кабеля, загрузки электродвигателя и напряжения сети. Трансформатор состоит из магнитопровода, обмоток высокого (ВН) и низкого (НН) напряжения, бака, крышки с вводами. Бак трансформатора заполняется трансформаторным маслом, имеющим пробивное напряжение не ниже 40кВт.

3. Клапаны сбивной и обратный

Клапан обратный предназначен для опрессовки колонны НКТ, герметизации трубного лифта при проведении ремонтных и аварийных работ. Клапан сливной служит для слива жидкости из колонны НКТ при демонтаже установки

4. Кабельная линия

Применяется для подвода электроэнергии к электродвигателю и данных телеметрии установки погружного насоса, состоящая из основного питающего кабеля и срощенного с ним удлинителя с муфтой кабельного ввода, обеспечивающей герметическое присоединение кабельной линии к электродвигателю. Применяются кабели следующих сечений: 3х10, 3х16, 3х25, 3х35 мм2.

 5. Винтовой насос (Винтовая насосная пара)

Рабочие органы представляют собой винтовую пару с внутренним зацеплением. Подвижный элемент рабочей пары, винт (ротор), совершает планетарное движение в обойме (статоре). Обойма имеет внутреннюю винтовую поверхность с шагом в два раза больше шага винта. Находясь в постоянном контакте, обойма и винт образуют несколько замкнутых полостей по длине винт - обойма. При вращении винта полость со стороны всасывания увеличивается в объеме и в ней создается разряжение, под действием которого осуществляется заполнение полости транспортируемой средой. Дальнейшее вращение винта перемещает отсеченные объемы транспортируемой среды в сторону нагнетания. При установленной частоте вращения винта скорость движения транспортируемой среды (производительность насоса) постоянна, т.к. неизменно проходное сечение винтом и обоймой.

6. Узел разгрузки

Предназначен для компенсации осевой и радиальной нагрузки, возникающей при работе скважинного одновинтового насоса с погружным приводом. Узел крепится между винтовым насосом и гидрозащитой электродвигателя, передавая крутящий момент от двигателя к ротору винтового насоса.

Основные технические характеристики узла разгрузки:

  • Максимальная осевая нагрузка 50 000 Н / 100 000 Н
  • Крутящий момент 955 Нм / 1700 Нм
  • Скорость вращения от 0 до 500 об/мин
  • Температура окружающей среды 120(150) 0С
  • Наружный диаметр 92 мм
  • Масса 25 кг / 40кг

7. Гидрозащита

 Выполняет следующие задачи:

  • Защита внутренней полости двигателя от попадания пластовой жидкости и предотвращения утечки масла при передаче крутящего момента от вала  электродвигателя к валу узла разгрузки
  • Компенсация тепловых изменений объема масла при работе электродвигателя  и его остановках
  • Выравнивание давления во внутренней полости двигателя с давлением  пластовой жидкости в скважине
  • Отвод газа из внутренней полости двигателя в затрубное пространство через  клапаны, установленные в гидрозащите

8. Вентильный электродвигатель

Тип электродвигателя, у которого индуктор находится на роторе (в виде постоянных магнитов), якорная обмотка находится на статоре (синхронный двигатель). Напряжение питания обмоток двигателя формируется в зависимости от положения ротора. Если в двигателях постоянного тока для этой цели использовался коллектор, то в вентильном двигателе его функцию выполняет полупроводниковый коммутатор (датчик положения ротора с инвертором).

Основные технические характеристики:

  • Частота вращения от 70 до 500 об/мин
  • Номинальный момент от 35 Нм до 1 000 Нм
  • Температура окружающей среды 120 (150) 0С
  • КПД двигателя 87 %
  • Диаметр корпуса 117 мм

ng-razvitie.ru

Маслозаполненный электродвигатель скважинного центробежного насоса

 

Полезная модель относится к электромашиностроению и предназначена для использования в конструкции маслозаполненных высокоскоростных электродвигателей, которые являются элементами привода скважных центробежных насосов.

Полезная модель направлена на повышение надежности работы электродвигателя при скорости его вращения при всех скоростях вращения.

Маслозаполненный электродвигатель скважного центробежного насоса содержит корпус 1, в котором размещен узел токоподвода 2, статор 3 с обмоткой 4, выводы которого соединены с узлом токоподвода (на фигурах не показаны), вал 5, пяту 6, закрепленную на валу 5, подпятник 7.

Маслозаполненный высокоскоростный электродвигатель снабжен установленным в корпусе 1 многоступенчатым кольцевым магнитом 11 с магнитопроводными кольцами 12, установленными на валу 5 магнитопроводными кольцами 13 последовательно соединенными установленными на валу 5 магнитопроводными втулками 14, регулировочным узлом 15.

Внутренняя поверхность 21 отверстий магнитопроводных колец 12 многоступенчатого магнита 11 совпадают с наружными поверхностями 22 соответствующих им установленными на валу 5 магнитопроводных колец 13.

3 п. формулы, 6 фигур

Заявляемая полезная модель относится к электромашиностроению и предназначена для использования в конструкции маслозаполненных высокоскоростных электродвигателей, которые являются элементами привода скважных центробежных насосов.

Одним из основных требований к маслозаполненным высокоскоростным электродвигателям, используемым в приводе глубинных скважных нефтяных насосов, является требование бесперебойной работы в диапазоне 0÷15000 оборотов в минуту.

Таким образом, создание электродвигателя для привода глубинного погружного нефтяного насоса является сложной инженерной задачей.

Известен погружной маслозаполненный электродвигатель скважинного центробежного насоса (патент РФ на полезную модель 54110, опубл. 10.06.2006), содержащий корпус с размещенными узлом токоввода, статором с обмоткой, выводы которой соединены с узлом токоввода, вал, пяту, закрепленную на валу, в котором на валу расположен разгрузочный винтовой или лабиринтно-винтовой разгрузочный насос.

Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели, принятым за прототип (http://www.agrovodcom.ru/infos/uetsn-ustanovka.php), является погружной маслозаполненный электродвигатель включающий корпус, в котором размещены узел токоподвода, статор с обмоткой, выводы которого соединены с узлом токоподвода, ротор, верхний и нижний подшипники.

Недостатком известных электродвигателей является то, что они могут надежно работать только с наперед известной скоростью вращения, близкой к номинальной, а при скорости, близкой к 0 оборотов в минуту, возможен выход двигателя из строя.

В основу полезной модели положена задача создания устройства, позволяющего устранить недостатки прототипа, в частности, повысить надежность работы электродвигателя при всех скоростях вращения за счет установки на валу ротора узла магнитной разгрузки.

Указанная задача достигается тем, что маслозаполненный электродвигатель скважинного центробежного насоса, включающий корпус, размещенный в нем узел токоввода, статор с обмоткой, выводы которой соединены с узлом токоввода, ротор, размещенные на валу ротора пяту, верхний и нижний подшипники ротора, подпятник, согласно полезной модели, снабжен установленным на валу ротора узлом магнитной разгрузки, содержащим пакет магнитных дисков, установленных на валу ротора, и опорный узел статора, в корпусе которого размещен с распорными втулками и регулировочными кольцами многоступенчатый пакет магнитных дисков с распорными втулками и регулировочными кольцами статора, установленных с возможностью взаимодействия их с магнитными дисками ротора, при этом магнитные диски выполнены в виде магнитных колец, закрепленных в монолитные оправы с армирующими элементами, размещенными в частях магнитных дисков, защемляемых распорными втулками пакетов магнитных дисков, причем подпятник соединен с корпусом электродвигателя с возможностью регулирования перемещения вала ротора, а верхний подшипник выполнен с возможностью ограничения верхнего осевого перемещения ротора.

Узел магнитной разгрузки снимает нагрузку от пяты на подпятник независимо от скорости вращения вала.

Конструктивное выполнение пакетов магнитных дисков позволяет узлу магнитной разгрузки на любых оборотах создать постоянные осевые силы, которые противодействуют внешним осевым силам, воздействующим на ротор, в том числе внешней осевой силе от веса ротора.

Конструктивное выполнение пяты и подпятника позволяет точно установить магнитные диски статора относительно магнитных дисков ротора, что позволяет достигнуть минимальной нагрузки пяты на подпятник, и также снимает ограничение на скорость вращения вала.

Возможность регулирования перемещения вала ротора обеспечена конструктивным выполнением осевой опоры узла магнитной разгрузки в виде корпуса пяты и выполнением подпятника, размещенного в корпусе со штоком, шарниром и пружинным выравнивателем.

Полезная модель поясняется описанием чертежами, на которых:

на фиг.1 изображен общий вид маслозаполненного электродвигателя скважинного центробежного насоса;

на фиг.2 - вырыв А поясняющий конструкцию верхнего механического ограничителя осевого перемещения ротора;

на фиг.3 - вырыв Б поясняющий конструкцию узла магнитной разгрузки и подпятника;

на фиг.4 - вырыв В поясняющий взаимное расположение магнитных дисков;

на фиг.5 - схематический чертеж магнитного диска ротора;

на фиг.6 - схематический чертеж магнитного диска статора.

Фиг.3 поясняет взаимодействие магнитных дисков ротора и статора узла магнитной разгрузки.

На фиг.4 изображено конструктивное выполнение магнитных дисков.

Погружной маслозаполненный электродвигатель скважинного центробежного насоса, содержит корпус 1, размещенный в нем узел 2 токоввода, статор 3 с обмоткой, выводы (на черт. не показаны) которой соединены с узлом 2 токоввода, ротор 4, размещенные на валу ротора 4, пяту 5, размещенную в корпусе 6, верхний 7 и нижний 8 подшипники, подпятник 9, соединенный с корпусом маслозаполненного электродвигателя скважинного центробежного насоса (далее электродвигателя) и выполненный в корпусе 10 со штоком 11, шарниром 12 и пружинным выравнивателем 13.

На валу ротора 4 размещен узел 14 магнитной разгрузки, включающий пакет магнитных дисков 15 ротора 4, с распорными втулками 16 и регулировочными кольцами 17. Узел 14 магнитной разгрузки также включает опорный узел статора, в корпусе 18 которого размещен многоступенчатый пакет магнитных дисков 19 статора с распорными втулками 20 и регулировочными кольцами 21. Магнитные диски 15 ротора и 19 статора выполнены в виде магнитных колец 22 и 23 соответственно и закреплены в монолитных оправах 24 и 25 с армирующими элементами 26 и 27, размещенными в частях магнитных дисков, защемляемых распорными втулками 16 и 20 пакетов магнитных дисков.

На валу ротора 4 установлен корпус 6 пяты, в кольцевой расточке которого установлена пята 5. Корпус пяты 5 соединен с валом ротора 4.

Корпус пяты является установочным элементом, при помощи которого на валу ротора установлен пакет магнитных дисков статора 3.

Верхний подшипник 7 предназначен для ограничения верхнего осевого перемещения ротора 4.

Заявленное устройство работает следующим образом. При вращении ротора 4 на любых оборотах узел 14 магнитной разгрузки создает постоянные осевые силы, которые противодействуют внешним осевым силам, воздействующим на ротор 4, в том числе внешней осевой силе от веса ротора 4.

При работе электродвигателя происходит биение вала ротора, вызванное установкой его в подшипниках 7 и 8 с зазором, при этом соприкасающиеся трущиеся поверхности пяты 5 и подпятника 9 расходятся и их соприкосновение происходит по точке их соприкосновения, которая постоянно меняет свое расположение, вызывая при этом «пульсирующие нагрузки действующие на пяту и подпятник (проявление этого явления - шум и вибрация.

Для устранения биения вала ротора 4 корпус 10 подпятника 9 при помощи шарнира и пружинного выравнивателя (не показаны) соединен с корпусом 1 электродвигателя.

Узел 14 магнитной разгрузки позволяет существенно снизить и даже полностью нейтрализовать давление в области механической осевой опоры пяты 5 и подпятника 9, которые выполняют роль только предохранительного ограничителя осевого перемещения ротора 4. В этом случае резко снижается работа трения от осевых сил ротора 4 электродвигателя.

Схема расположения полюсов магнитных дисков ротора 4 и статора 3 представлена на фиг.4. Порядок расположения полюсов магнитных дисков 15 и 19 следующий: магнитный диск 15 ротора должен притягиваться к верхнему магнитному диск 19 у статора и отталкиваться от нижнего магнитного диска 19 статора.

Узел 14 магнитной разгрузки представляет собой набор вращающихся 15 и не вращающихся 19 магнитных дисков, которые взаимодействуя между собой создают вектор сил, нейтрализующих внешние осевые нагрузки на ротор электродвигателя.

Магнитные диски 19 статора собирают в пакет через распорные втулки 20 в расточке корпуса опорного узла 18. Точная регулировка зазоров между магнитными дисками обеспечивается набором регулировочных колец 21.

Магнитные диски 15 ротора 4 собирают в пакет через распорные втулки 16 и набор регулировочных колец 17. Пакет магнитных дисков 15 закрепляют на цапфе ротора 4 корпусом 6 пяты 5 и винтом 28.

Оптимальное расположение пакетов магнитных дисков 15 и 19 обеспечивается осевой регулировкой штока 11 подпятника 9. Верхний механический ограничитель осевого перемещения ротора расположен в верхней части ротора 4 в виде кольца упорного 29 и внешней втулки 30 верхнего радиального подшипника 7.

1. Маслозаполненный электродвигатель скважинного центробежного насоса, включающий корпус, размещенный в нем узел токоввода, статор с обмоткой, выводы которой соединены с узлом токоввода, ротор, размещенные на валу ротора пяту, верхний и нижний подшипники ротора, подпятник, отличающийся тем, что он снабжен установленным на валу ротора узлом магнитной разгрузки, содержащим пакет магнитных дисков с распорными втулками и регулировочными кольцами ротора, установленных на валу ротора, и опорный узел статора, в корпусе которого размещен многоступенчатый пакет магнитных дисков с распорными втулками и регулировочными кольцами статора, установленных с возможностью взаимодействия их с магнитными дисками ротора, при этом магнитные диски выполнены в виде магнитных колец, закрепленных в монолитные оправы с армирующими элементами, размещенными в частях магнитных дисков, защемляемых распорными втулками пакетов магнитных дисков, причем подпятник соединен с корпусом электродвигателя с возможностью регулирования перемещения вала ротора, а верхний подшипник выполнен с возможностью ограничения верхнего осевого перемещения ротора.

2. Маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что пята выполнена в корпусе, являющемся осевой опорой узла магнитной разгрузки.

3. Маслозаполненный двигатель скважинного центробежного насоса по п.1, отличающийся тем, что подпятник выполнен в корпусе со штоком, шарниром и пружинным выравнивателем.

poleznayamodel.ru

цилиндрический линейный асинхронный двигатель для привода погружных плунжерных насосов - патент РФ 2266607

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в бесштанговых насосно-скважинных установках для добычи пластовых жидкостей со средних и больших глубин, преимущественно в нефтедобыче. Цилиндрический линейный асинхронный двигатель содержит цилиндрический индуктор с многофазной обмоткой, выполненной с возможностью осевого перемещения и смонтированной внутри стального вторичного элемента. Стальной вторичный элемент представляет собой корпус электродвигателя, внутренняя поверхность которого имеет высокопроводящее в виде слоя меди покрытие. Цилиндрический индуктор выполнен из нескольких модулей, выбранных из катушек фаз и соединенных между собой гибкой связью. Число модулей индуктора кратно числу фаз обмотки. При переходе от одного модуля к другому катушки фаз уложены с поочередной сменой местоположения отдельных фаз. При диаметре двигателя 117 мм, длине индуктора 1400 мм, частоте тока индуктора 16 Гц электродвигатель развивает усилие до 1000 Н и мощность 1,2 кВт при естественном охлаждении и до 1800 Н при масляном. Технический результат заключается в повышении тягового усилия и мощности на единицу длины двигателя в условиях ограничения по диаметру корпуса. 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2266607

Изобретение относится к конструкциям погружных цилиндрических линейных асинхронных двигателей (ЦЛАД), используемых в бесштанговых насосно-скважинных установках для добычи пластовых жидкостей со средних и больших глубин, преимущественно в нефтедобыче.

Наиболее распространенным способом добычи нефти является подъем нефти из скважин с помощью штанговых плунжерных насосов, управляемых станками-качалками.

Кроме очевидных недостатков, присущим таким установкам (большие габариты и масса станков-качалок и штанг; износ насосно-компрессорных труб и штанг), существенным недостатком являются также малые возможности для регулирования скорости перемещения плунжера, а значит, и производительности штанговых насосных агрегатов, невозможность работы в наклонных скважинах.

Возможность регулировать эти характеристики позволила бы учитывать естественные изменения дебита скважины в процессе ее эксплуатации и сократить количество типоразмеров насосных агрегатов, используемых для различных скважин.

Известны технические решения по созданию бесштанговых глубинно-насосных установок. Одним из них является использование глубинных насосов плунжерного типа с приводом на основе линейных асинхронных двигателей.

Известна конструкция ЦЛАД, смонтированного в насосно-компрессорной трубе над плунжерным насосом (Ижеля Г.И. и др. «Линейные асинхронные двигатели», Киев, Техника, 1975 г., стр.135) /1/. Известный двигатель имеет корпус, помещенный в него неподвижный индуктор и подвижный вторичный элемент, расположенный внутри индуктора и воздействующий через тягу на плунжер насоса.

Тяговое усилие на подвижном вторичном элементе появляется вследствие взаимодействия наведенных в нем токов с бегущим магнитным полем линейного индуктора, создаваемым многофазными обмотками, соединенными с источником питания.

Такой электродвигатель использован в бесштанговых насосных агрегатах (а.с. СССР №491793, публ. 1975 г.) /2/ и (а.с. СССР №538153, публ. 1976 г.) /3/.

Однако условия эксплуатации погружных плунжерных насосов и линейных асинхронных двигателей в скважине накладывают ограничения на выбор конструкции и размеров электродвигателей. Отличительной особенностью погружных ЦЛАД является ограниченность диаметра двигателя, в частности не превышающего диаметра насосно-компрессорной трубы.

Для таких условий известные электродвигатели имеют относительно низкие технико-экономические показатели:

- к.п.д. и cos уступают аналогичным показателям асинхронных двигателей традиционного исполнения;

- развиваемые ЦЛАД удельные механическая мощность и тяговое усилие (на единицу длины двигателя) относительно малы. Длина двигателя, размещенного в скважине, ограничена длиной насосно-компрессорной трубы (не более 10-12 м). При ограничении длины двигателя трудно достичь требуемого для подъема жидкости давления. Некоторое повышение тягового усилия и мощности возможно только за счет увеличения электромагнитных нагрузок двигателя, что ведет к снижению к.п.д. и уровня надежности двигателей из-за повышенных тепловых нагрузок.

Эти недостатки можно устранить, если выполнить «обращенную» схему «индуктор-вторичный элемент», иными словами индуктор с обмотками разместить внутри вторичного элемента.

Такое исполнение линейного двигателя известно («Индукционные электродвигатели с разомкнутым магнитопроводом». Информэлектро, М., 1974 г., стр.16-17) /4/ и может быть принято в качестве наиболее близкого к заявляемому решению.

Известный линейный двигатель содержит цилиндрический индуктор с обмоткой, смонтированный внутри вторичного элемента, внутренняя поверхность которого имеет высокопроводящее покрытие.

Такое исполнение индуктора по отношению к вторичному элементу было создано для облегчения намотки и монтажа катушек и применялось не в качестве привода для погружных насосов, работающих в скважинах, а для наземного использования, т.е. без жесткого ограничения по габаритам корпуса двигателя.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке конструкции цилиндрического линейного асинхронного двигателя для привода погружных плунжерных насосов, который в условиях ограничения по диаметру корпуса двигателя обладает повышенными удельными показателями: тяговым усилием и мощностью на единицу длины двигателя при обеспечении необходимого уровня надежности и заданном энергопотреблении.

Для решения поставленной задачи цилиндрический линейный асинхронный двигатель для привода погружных плунжерных насосов содержит цилиндрический индуктор с обмоткой, смонтированный внутри вторичного элемента, внутренняя поверхность которого имеет высокопроводящее покрытие, при этом индуктор с обмотками выполнен с возможностью осевого перемещения и смонтирован внутри трубчатого корпуса электродвигателя, толщина стальной стенки которого не менее 6 мм, а внутренняя поверхность корпуса покрыта слоем меди толщиной не менее 0,5 мм.

Учитывая неровность поверхности скважин и, как следствие, возможный изгиб корпуса электродвигателя, индуктор электродвигателя следует выполнять состоящим из нескольких модулей, соединенных между собой гибкой связью.

При этом для выравнивания токов по фазам обмотки двигателя число модулей выбрано кратным числу фаз, а при переходе от одного модуля к другому катушки уложены с поочередной сменой местоположения отдельных фаз.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Использование стального корпуса электродвигателя в качестве вторичного элемента позволяет максимально эффективно распорядиться ограниченным пространством скважины. Предельно достижимые значения мощности и усилия двигателя зависят от предельно допустимых электромагнитных нагрузок (плотность тока, индукция магнитного поля) и объема активных элементов (магнитопровод, обмотка, вторичный элемент). Совмещение конструктивного элемента конструкции - корпуса электродвигателя с активным вторичным элементом позволяет увеличить объем активных материалов двигателя.

Увеличение активной поверхности двигателя позволяет повысить тяговое усилие и мощность двигателя на единицу его длины.

Увеличение активного объема двигателя позволяет снизить электромагнитные нагрузки, определяющие тепловое состояние двигателя, от которого зависит уровень надежности.

При этом получение необходимых значений тягового усилия и мощности двигателя на единицу его длины при обеспечении необходимого уровня надежности и заданном энергопотреблении (к.п.д. и cos) в условиях ограничения по диаметру корпуса двигателя достигается оптимальным подбором толщины стальной стенки корпуса двигателя, а также толщины высокопроводящего покрытия его активной зоны - внутренней поверхности корпуса.

Учитывая номинальную скорость перемещения рабочих частей плунжерного насоса, оптимально соответствующую ей скорость бегущего магнитного поля подвижного индуктора, возможные технологические трудности при изготовлении обмоток, приемлемые значения полюсного деления (не менее 0,06-0,10 м) и частоты тока индуктора (не более 20 Гц), параметры по толщине стальной стенки вторичного элемента и медного покрытия выбраны заявленным образом. Эти параметры позволяют в условиях ограничения по диаметру двигателя снизить потери мощности (и, следовательно, повысить к.п.д.) за счет исключения роста тока намагничивания и снижения рассеяния магнитного потока.

Новый технический результат, достигаемый изобретением, заключается в применении обращенной схемы «индуктор-вторичный элемент» для максимально эффективного использования ограниченного пространства скважины при создании цилиндрического линейного асинхронного двигателя с характеристиками, позволяющими использовать его в качестве привода погружных насосов.

Заявленный двигатель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид двигателя с модульным исполнением индуктора, на фиг.2 - то же, разрез по А-А, на фиг.3 изображен отдельный модуль, на фиг.4 - то же, разрез по Б-Б.

Двигатель содержит корпус 1 - стальную трубу диаметром 117 мм, с толщиной стенки 6 мм. Внутренняя поверхность 2 трубы покрыта медью слоем 0,5 мм. Внутри стальной трубы 1 с помощью центрирующих втулок 3 с антифрикционными прокладками 4 и трубы 5 смонтирован подвижный индуктор, состоящий из модулей 6, соединенных между собой гибкой связью.

Каждый из модулей индуктора (фиг.3) набран из отдельных катушек 7, чередующихся с кольцевыми зубцами 8, имеющими радиальную прорезь 9, и размещенных на магнитопроводе 10.

Гибкая связь состоит из верхнего 11 и нижнего 12 хомутов, подвижно установленных с помощью пазов на выступах соседних центрирующих втулок.

На верхней плоскости хомута 11 закреплены токоподводящие кабели 13. При этом для выравнивания токов в фазах индуктора число модулей выбрано кратным числу фаз, а при переходе от одного модуля к другому катушки отдельных фаз поочередно меняются местами. Общее количество модулей индуктора, а значит, и длина двигателя выбираются в зависимости от требуемого тягового усилия.

Электродвигатель может быть оснащен штоком 14 для присоединения его к погружному плунжерному насосу и штоком 15 - для подсоединения к токоподводу. При этом штоки 14 и 15 соединены с индуктором гибкой связью 16 для предотвращения передачи изгибающего момента от погружного насоса и токоподвода на индуктор.

Электродвигатель прошел стендовые испытания и работает следующим образом. При подаче на погружной электродвигатель питания от преобразователя частоты, расположенного на поверхности земли, в многофазной обмотке двигателя появляются токи, создающие бегущее магнитное поле. Это магнитное поле наводит вторичные токи как в высокопроводящем (медном) слое вторичного элемента, так и в стальном корпусе двигателя.

Взаимодействие этих токов с магнитным полем приводит к созданию тягового усилия, под действием которого перемещается подвижный индуктор, воздействующий через тягу на плунжер насоса. В конце хода подвижной части по команде датчиков происходит реверсирование двигателя за счет изменения чередования фаз питающего напряжения. Далее цикл повторяется.

При диаметре двигателя 117 мм, длине индуктора 1400 мм, частоте тока индуктора 16 Гц электродвигатель развивает усилие до 1000 Н и мощность 1,2 кВт при естественном охлаждении и до 1800 Н при масляном.

Таким образом, заявленный двигатель имеет приемлемые технико-экономические характеристики для его использования в комплекте с погружным плунжерным насосом для добычи пластовых жидкостей со средних и больших глубин.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цилиндрический линейный асинхронный двигатель для привода погружных плунжерных насосов, содержащий цилиндрический индуктор с многофазной обмоткой, выполненный с возможностью осевого перемещения и смонтированный внутри стального вторичного элемента, стальной вторичный элемент представляет собой корпус электродвигателя, внутренняя поверхность которого имеет высокопроводящее в виде слоя меди покрытие, отличающийся тем, что цилиндрический индуктор выполнен из нескольких модулей, набранных из катушек фаз и соединенных между собой гибкой связью, число модулей цилиндрического индуктора кратно числу фаз обмотки, а при переходе от одного модуля к другому катушки фаз уложены с поочередной сменой местоположения отдельных фаз.

www.freepatent.ru


Смотрите также