СИСТЕМА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ СИСТЕМЕ, НАСОСНАЯ СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В АБРАЗИВНЫХ УСЛОВИЯХ

СИСТЕМА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ СИСТЕМЕ, НАСОСНАЯ СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В АБРАЗИВНЫХ УСЛОВИЯХ


RU (11) 2289040 (13) C2

(51) МПК
F04D 13/08 (2006.01)
F04D 7/04 (2006.01)
H02K 5/12 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.12.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005106176/06 
(22) Дата подачи заявки: 2005.03.04 
(30) Приоритетные данные: 10/708,470 2004.03.05 US 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.03.04 
(43) Дата публикации заявки: 2006.08.10 
(45) Опубликовано: 2006.12.10 
(56) Аналоги изобретения: RU 2099604 C1, 20.12.1997. SU 1483553 A1, 30.05.1989. SU 1216425 A, 07.03.1986. SU 1429228 A1, 07.10.1988. RU 2118033 C1, 20.08.1998. GB 2379094 А, 26.02.2003. US 2003/0156947 A1, 21.08.2003. 
(72) Имя изобретателя: ДУ Майкл Хой (US); ВАТСОН Артур И. (US); АРУМУГАМ Арункумар (US) 
(73) Имя патентообладателя: ШЛЮМБЕРГЕР ХОЛДИНГЗ ЛИМИТЕД (VG) 
(98) Адрес для переписки: 129010, Москва, ул. Б.Спасская, 25, стр.3, ООО "Юридическая фирма Городисский и Партнеры", пат.пов. С.А. Дорофееву, рег.№ 146 

(54) СИСТЕМА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ СИСТЕМЕ, НАСОСНАЯ СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В АБРАЗИВНЫХ УСЛОВИЯХ

Созданы системы и способ для уменьшения износа устройства защиты электродвигателя, в частности, при использовании в абразивной среде. Устройство защиты электродвигателя содержит внешний корпус, имеющий внутренний вал. Устройство защиты электродвигателя дополнительно содержит главную секцию, имеющую механизм исключения абразивных материалов для уменьшения количества абразивного материала, контактирующего с определенным компонентом или компонентами внутри устройства защиты электродвигателя. Механизм содержит уплотнение вала, приподнятое над основанием главной секции посредством тела уплотнения, стационарный защитный кожух, размещенный на теле уплотнения и проходящий над уплотнением вала, и вращаемый защитный кожух, расположенный над стационарным защитным кожухом и прикрепленный к ведущему валу. Изобретения направлены на повышение срока службы устройства защиты электродвигателя. 4 н. и 30 з.п. ф-лы, 6 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


В разнообразных средах, окружающих скважину, используются погружные насосные системы для подъема жидкосей из подземного местоположения. Хотя электрические погружные насосные системы могут использовать широкий выбор компонентов, основными из которых являются, например, погружной насос, погружной электродвигатель и устройство защиты электродвигателя. Погружной электродвигатель приводит в действие погружной насос и устройство защиты электродвигателя изолирует погружной электродвигатель от жидкости скважины. Устройство защиты электродвигателя также балансирует внутреннее давление моторного масла с внешним давлением.

Устройства защиты электродвигателя часто конструируются с лабиринтом и/или эластомерным мешком. Лабиринт использует различие в определенной плотности между жидкостью скважины и внутренним моторным маслом для поддержания разделения между жидкостями. Действие эластомерного мешка основано на физической изоляции моторного масла от жидкости скважины при балансировке внутреннего и внешнего давлений. Дополнительно, устройства защиты электродвигателя часто имеют ведущий вал, который передает энергию от погружного электродвигателя к погружному насосу. Вал установлен в опорные подшипники, расположенные в устройстве защиты электродвигателя.

Такие устройства защиты хорошо функционируют во многих средах. Однако в абразивных средах на срок службы устройства защиты электродвигателя может оказываться вредное воздействие. Абразивный песок вызывает износ компонентов, таких как опорные подшипники, в устройстве защиты электродвигателя. Были сделаны попытки увеличить срок службы посредством использования в устройствах защиты электродвигателя опорных подшипников, изготовленных из чрезвычайно твердых материалов, для уменьшения износа, вызванного абразивным песком.

В патенте России 20996604 от 20.12.1997 раскрыт протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного двигателя. Этот протектор содержит корпус, внутри которого размещена диафрагма, закрепленная на опоре, первый и второй ниппели, между которыми размещен узел пяты, верхнюю и нижнюю головки, вал с верхним и нижним торцевыми уплотнениями, соответственно клапан с пробкой. Протектор имеет кожух, установленный на верхнем торцевом уплотнении и отбойник в виде диска, установленный жестко на валу над кожухом. Верхнее торцевое уплотнение работает в тяжелых условиях из-за непосредственного контакта с пластовой жидкостью, в которой присутствуют механические примеси. Отбойник препятствует попаданию механических примесей непосредственно на кожух, а дополнительные отверстия на ниппеле и кожухе обеспечивают выход механических частиц в затрубное пространство. Известный протектор обеспечивает недостаточную защиту от воздействия механических частиц.

Целью настоящего изобретения является повышение срока службы устройства защиты электродвигателя.

Эта цель достигается тем, что в системе для использования в электрической погружной насосной системе, содержащей устройство защиты электродвигателя, имеющее корпус, ведущий вал, расположенный в корпусе, секцию разделения жидкости и главную секцию, имеющую механизм исключения абразивных материалов для уменьшения износа устройства защиты электродвигателя, содержащий уплотнение вала, приподнятое над основанием главной секции посредством тела уплотнения, стационарный защитный кожух, размещенный на теле уплотнения и проходящий над уплотнением вала, и вращаемый защитный кожух, расположенный над стационарным защитным кожухом и прикрепленный к ведущему валу.

Механизм исключения абразивных материалов может содержать спускное отверстие, проходящее сквозь корпус у нижнего конца главной секции.

Главная секция может содержать канал для жидкости, проходящий сквозь основание главной секции, механизм исключения абразивных материалов содержит стояк, проходящий вверх из канала для жидкости. Стояк может содержать перегородку, предотвращающую проникновение абразивных материалов в стояк.

Ведущий вал может содержать внутренний вентиляционный канал.

Ведущий вал может поддерживаться по меньшей мере одним опорным подшипником, не имеющим шпоночного крепежа.

Устройство защиты электродвигателя может дополнительно содержать клапан, ориентированный вовнутрь для сбрасывания чрезмерного отрицательного давления внутри устройства защиты электродвигателя.

Устройство защиты электродвигателя может дополнительно содержать секцию мешка, имеющую полимерный мешок, армированный волокном.

Указанная цель достигается и тем, что в насосной системе, содержащей погружной насос, погружной электродвигатель для приведения в действие погружного насоса и устройство защиты электродвигателя, сообщенное по жидкости с погружным электродвигателем и имеющее корпус, ведущий вал, расположенный в корпусе, и главную секцию, имеющую опорный подшипник, не имеющий шпоночного крепежа, и механизм исключения абразивных материалов для уменьшения количества абразивного материала, контактирующего с подшипником главной секции.

Устройство защиты электродвигателя может быть расположено между погружным насосом и погружным электродвигателем.

Главная секция может содержать внутренний отсек, в который проходит ведущий вал. Механизм исключения абразивных материалов может содержать уплотнение вала, расположенное вокруг ведущего вала в приподнятом положении во внутреннем отсеке.

Механизм исключения абразивных материалов может содержать защитный кожух, расположенный над уплотнением вала.

Механизм исключения абразивных материалов может содержать спускное отверстие, проходящее сквозь корпус у нижнего конца главной секции.

Устройство защиты электродвигателя может дополнительно содержать секцию лабиринта и секцию мешка.

Главная секция может содержать канал для жидкости, проходящий к нижней секции устройства защиты электродвигателя и соединенный со стояком, проходящим во внутренний отсек.

Устройство защиты электродвигателя может дополнительно содержать клапан, ориентированный вовнутрь для сбрасывания чрезмерного отрицательного давления внутри устройства защиты электродвигателя.

Секция мешка может содержать полимерный мешок, армированный волокном.

Указанная цель достигается тем, что в способе улучшения работы устройства защиты электродвигателя, используемого в абразивных условиях, при котором выполняют установку ведущего вала с возможностью вращения в подшипнике и уплотнения вала в корпусе устройства защиты электродвигателя, обеспечивают главную секцию, в которую проходит верхний конец ведущего вала, осуществляют защиту подшипника и уплотнения вала от контакта с песком, проникающим в главную секцию, выполнение канала для жидкости, проходящего сквозь нижнюю часть главной секции для обеспечения сообщения по жидкости между отсеком главной секции и нижней секцией устройства защиты электродвигателя, расположение стояка в отсеке главной секции, его соединение с каналом для жидкости и изгиб стояка.

Установка с возможностью вращения вала может представлять собой установку вала в пару подшипников, не имеющих шпоночного крепежа.

Защита подшипника может состоять в установке уплотнения вала в приподнятом положении над нижней частью отсека главной секции.

Защита подшипника может состоять в размещении стационарного защитного кожуха внутри отсека главной секции над подшипником.

Защита подшипника может дополнительно содержать прикрепление вращаемого защитного кожуха к валу вблизи стационарного защитного кожуха для создания эффекта центрифуги во время функционирования.

Защита подшипника может представлять собой формирование, по меньшей мере, одного отверстия сквозь корпус устройства защиты электродвигателя вблизи нижней части отсека главной секции для обеспечения прохода для рассеивания абразивных материалов из отсека главной секции.

Способ может дополнительно содержать размещение фильтра в стояке.

Способ может дополнительно содержать создание извилистого канала вдоль стояка.

Способ может дополнительно содержать размещение заглушки над стояком.

Способ может дополнительно содержать отвод газа через ведущий вал.

Способ может дополнительно содержать расположение предохранительного клапана для сбрасывания чрезмерного отрицательного давления внутри устройства защиты электродвигателя.

Указанная цель достигается и тем, что в насосной системе, содержащей погружной насос, погружной электродвигатель для приведения в действие погружного насоса и устройство защиты электродвигателя, сообщенное по жидкости с погружным электродвигателем и имеющее корпус, ведущий вал, расположенный в корпусе, главную секцию, механизм исключения абразивных материалов, содержащий уплотнение вала, приподнятое над основанием главной секции посредством тела уплотнения, стационарный защитный кожух, размещенный на теле уплотнения и проходящий над уплотнением вала, и вращаемый защитный кожух, расположенный над стационарным защитным кожухом и прикрепленный к ведущему валу, при этом механизм исключения абразивных материалов обеспечивает уменьшение количества абразивного материала, контактирующего с уплотнением вала.

Механизм исключения абразивных материалов может содержать опорный подшипник главной секции, защищенный механизмом исключения абразивных материалов.

Механизм исключения абразивных материалов может содержать спускное отверстие, проходящее сквозь корпус у нижнего конца главной секции.

Главная секция может содержать канал для жидкости, проходящий к нижней секции устройства защиты электродвигателя и соединенный со стояком, проходящим во внутренний отсек.

Устройство защиты электродвигателя может дополнительно содержать клапан, ориентированный вовнутрь для сбрасывания чрезмерного отрицательного давления внутри устройства защиты электродвигателя.

Далее изобретение более подробно описывается со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает вид спереди электрической погружной насосной системы, размещенной в стволе скважины, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 - поперечное сечение вдоль оси устройства защиты электродвигателя, изображенного на фиг.1, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.3 - увеличенный вид верхней части устройства защиты электродвигателя, изображенного на фиг.2;

фиг.4 - ортогональный вид варианта осуществления замкового кольца и подшипника, который может использоваться с устройством защиты электродвигателя, изображенным на фиг.2 и фиг.3;

фиг.5 - ортогональный вид варианта осуществления замкового кольца и рукава, который может использоваться с устройством защиты электродвигателя, изображенным на фиг.2 и фиг.3;

фиг.6 - схематический вид эластомерного мешка, который может использоваться с устройством защиты электродвигателя, изображенным на фиг.2 и фиг.3.

В следующем описании для обеспечения понимания настоящего изобретения изложены многочисленные подробности. Однако для специалистов в данной области техники понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено без этих подробностей и что могут быть возможны многочисленные изменения или модификации относительно описанных вариантов осуществления.

Настоящее изобретение, в основном, относится к системе и способу для уменьшения вредных воздействий песка на устройство защиты электродвигателя. Система и способ, например, используются в разнообразных системах добычи из скважин, таких как электрические погружные насосные системы. Однако устройства и способы настоящего изобретения не ограничены использованием в описанных здесь определенных применениях.

Пример насосной системы 10, такой как электрическая погружная насосная система, согласно варианту осуществления настоящего изобретения изображен на фиг.1. Насосная система 10 может содержать разнообразные компоненты в зависимости от конкретного применения или среды, в которой она используется. Однако в этом примере насосная система 10 содержит погружной насос 12, погружной электродвигатель 14 и устройство 16 защиты электродвигателя.

Насосная система 10 предназначена для ввода в действие в скважине 18 в пределах геологической формации 20, содержащей предпочтительные для добычи жидкости, такие как вода или нефть. Ствол 22 скважины обычно пробуривается и укрепляется обсадной колонной 24. Обсадная колонна 24 имеет множество отверстий или перфораций 26, через которые добываемые жидкости текут из формации 20 в ствол 22 скважины.

Насосная система 10 вводится в действие в стволе 22 скважины системой 28 развертывания, которая может иметь разнообразные формы и конфигурации. Например, система 28 развертывания может содержать лифтовую (насосно-компрессорную) трубу, такую как спирально-свернутая труба или лифтовая труба, соединенную с насосом 12 посредством соединителя 32. Энергия для погружного электродвигателя 14 подается через кабель 34 электропитания. В свою очередь электродвигатель 14 приводит в действие насос 12, который всасывает добываемую жидкость через впускное отверстие 36, и качает добываемую жидкость на поверхность через лифтовую трубу 30.

Следует отметить, что изображенная погружная насосная система 10 является просто примером. К этой системе могут быть добавлены другие компоненты и могут быть осуществлены другие системы развертывания. Дополнительно, добываемые жидкости могут выкачиваться на поверхность через лифтовую трубу 30 или через кольцевое пространство, сформированное между системой 28 развертывания и обсадной колонной 24. В любой из многих возможных конфигураций погружной насосной системы 10 устройство 16 защиты электродвигателя используется для изоляции погружного электродвигателя 14 от жидкости скважины в стволе 22 скважины и, в основном, для балансировки внутреннего давления внутри погружного электродвигателя 14 с внешним давлением в стволе 22 скважины.

Вариант осуществления устройства 16 защиты электродвигателя изображен более подробно на фиг.2. Устройство 16 защиты электродвигателя содержит внешний корпус 38, внутри которого установлен с возможностью вращения ведущий вал 40 посредством множества подшипников 42, таких как опорные подшипники. Внешний корпус 38 может быть сформирован из одного или нескольких компонентов корпуса. Также устройство 16 защиты электродвигателя разделено на множество секций, включающих главную секцию 44, расположенную, в основном, у верхнего конца устройства защиты. Дополнительная секция (или секции) расположена ниже главной 44 и функционирует, как секция разделения скважинной жидкости, которая может проникать в главную секцию 44, и внутреннего моторного масла, используемого для смазывания погружного электродвигателя 14. Секции также способствуют балансировке внутреннего и внешнего давлений. В изображенном варианте осуществления секция 46 лабиринта расположена ниже главной секции 44 и пара секций 48 эластомерного мешка расположена ниже секции 46 лабиринта.

Секция 46 лабиринта содержит лабиринт 50, который использует различие в определенной плотности жидкости скважины и внутреннего моторного масла для поддержания разделения между внутренним моторным маслом и жидкостью скважины. Каждая секция мешка использует эластомерный мешок 52 для физической изоляции внутреннего моторного масла от жидкости скважины. Следует отметить, что секции устройства защиты электродвигателя могут содержать разнообразные виды секций. Например, устройство защиты электродвигателя может содержать одну или несколько секций лабиринта, одну или несколько секций эластомерного мешка, комбинации секций лабиринта и мешка, а также другие системы разделения. Последовательность каналов для жидкости, или каналов 54, соединяет каждую секцию со следующей последовательной секцией. В изображенном варианте осуществления канал 54 расположен между главной секцией 44 и секцией 46 лабиринта, между секцией 46 лабиринта и следующей последовательной секцией 48 мешка, между секциями 48 мешка и между конечной секцией 48 мешка и нижним концом 56 устройства 16 защиты электродвигателя.

Устройство 16 защиты электродвигателя может содержать разнообразные дополнительные элементы. Например, вблизи нижнего конца 56 может быть расположен упорный подшипник для поглощения осевых нагрузок, воздействующих на вал 40 накачиванием погружного насоса 12. Устройство защиты может также содержать внешнее разгрузочное средство 60, такое как внешний предохранительный клапан. Внешний предохранительный клапан сбрасывает чрезмерное внутреннее давление, которое может увеличиваться в течение, например, цикла нагрева, который происходит с запуском системы 10 электрического погружного насоса. Устройство 16 защиты электродвигателя также может содержать внутреннее разгрузочное средство 62, такое как внутренний предохранительный клапан. Внутренний предохранительный клапан сбрасывает чрезмерное отрицательное давление (давление ниже атмосферного) внутри устройства защиты электродвигателя. Например, разнообразные ситуации, такие как охлаждение системы, могут создавать существенные понижения внутреннего давления, то есть отрицательное давление внутри устройства защиты электродвигателя. Внутреннее разгрузочное средство 62 ослабляет чрезмерное отрицательное давление, например, выпуская внешнюю жидкость в устройство защиты электродвигателя для уменьшения или устранения механического повреждения системы, вызванного этим чрезмерным отрицательным давлением.

Устройство 16 защиты электродвигателя также содержит механизм 64 исключения абразивных материалов для уменьшения износа устройства защиты электродвигателя. Механизм 64 исключения абразивных материалов расположен в отсеке 66 главной секции, в который проходит ведущий вал 40. Отсек 66 главной секции сформирован внутри внешнего корпуса 38 и ограничен в его нижней части основанием 68 главной секции 44.

Механизм 64 исключения абразивных материалов предназначен для ограничения воздействий абразивных материалов, например, таких как частицы песка, минеральных отложений, грязи и различных других абразивных материалов, которые могут проникать в отсек 66 главной секции с жидкостью скважины. Абразивное свойство таких материалов может повреждать главную секцию, особенно компоненты главной секции, такие как уплотнения и опорный подшипник главной секции. Абразивные материалы, которые могут повредить главную секцию, также могут получить доступ к другим компонентам устройства защиты электродвигателя в виде песка или других абразивных материалов, перемещающихся к опорному подшипнику 58 и погружному электродвигателю 14. Поврежденная главная секция может также увеличить вибрацию ведущего вала 40 и вызвать дополнительное повреждение системы. Следует отметить, что механизм 64 исключения абразивных материалов также может быть сконструирован для ограничения перемещения абразивных материалов в последующие секции устройства защиты электродвигателя ниже главной секции, как описано более подробно ниже.

Механизм 64 исключения абразивных материалов содержит один или несколько компонентов или составляющих компонента, которые ограничивают контакт между абразивным материалом и чувствительными компонентами устройства защиты электродвигателя, вследствие этого уменьшая износ и увеличивая срок службы. Конкретный вариант осуществления механизма 64 исключения изображен на фиг.3.

Механизм 64 может содержать приподнятое уплотнение 70 вала, имеющее приподнятую поверхность уплотнения. Уплотнение 70 вала находится в приподнятом положении внутри отсека 66 главной секции над основанием 68 так, чтобы любые абразивные материалы, накапливающиеся на основании 68, не уничтожили или не причинили чрезмерного износа уплотнению 70 вала во время эксплуатации. Соответственно, компоненты, расположенные вдоль вала 40, остаются лучше защищенными от абразивных материалов, проникающих в главную секцию 44.

Механизм 64 исключения абразивных материалов может также содержать одно или несколько спускных отверстий 72, предназначенных для уменьшения возможного накопления абразивного материала в главной секции 44. Одно или несколько отверстий может проходить сквозь корпус 38 для обеспечения выхода, например, песка из отсека 66 главной секции во внешнюю среду, окружающую устройство 16 защиты электродвигателя. В изображенном варианте осуществления множество спускных отверстий 72 проходят, в основном, радиально сквозь корпус 38 ближе к нижнему концу главной секции 44. Например, спускные отверстия могут быть сформированы сразу над основанием 68.

Также для блокировки передвижения песка к уплотнению 70 вала верхнему опорному подшипнику 42 и другим компонентам ниже может использоваться защитный кожух 74. Защитный кожух 74 является стационарным и расположен по верхнему подшипнику 42 и уплотнению 70 вала. Например, защитный кожух 74 может быть установлен на теле 76 уплотнения или другом утолщении внутри отсека 66 главной секции. Защитный кожух 74 содержит верхнее отверстие 78, сквозь которое проходит вал 40. Соответственно, защитный кожух 74 остается стационарным относительно главной секции 44 во время вращения вала 40. Защитный кожух 74 может быть выполнен из материала металлического листа или других материалов, способных обеспечить преграду, которая блокирует поток абразивных частиц. Соответственно, песок или другие абразивные материалы внутри отсека 66 главной секции не контактируют с уплотнением 70 вала, верхним опорным подшипником 42 или другими компонентами, расположенными ниже верхнего опорного подшипника 42.

Вращаемый защитный кожух 80 может быть размещен над стационарным защитным кожухом 74 для предотвращения передвижения частиц песка через верхнее отверстие 78 из местоположения выше защитного кожуха 74 вблизи уплотнения вала 70. Вращаемый защитный кожух 80 функционирует, как компонент, подобный зонтику (конусу для сбора осыпи) для разброса частиц прочь из верхнего отверстия 78. В изображенном варианте осуществления вращаемый защитный кожух 80 прикреплен к валу 40 и вращается с валом. Вращение защитного кожуха 80 вдоль стационарного защитного кожуха 74 вызывает вращательное движение жидкости по пространству между стационарным защитным кожухом 74 и вращаемым защитным кожухом 80. Эта движущаяся жидкость создает эффект центрифуги, что в дальнейшем ограничивает контакт между абразивными частицами и уплотнением 70 вала или опорным подшипником 42. Альтернативно может быть создано уплотнение между защитным кожухом 74 и защитным кожухом 80. Кроме того, для создания защитного кожуха 80 могут использоваться разнообразные материалы и он может быть прикреплен к валу 40 разнообразными механизмами, включая упорные кольца, шайбы, крепежные средства и т.д.

Как описано выше, канал 54 обеспечивает возможность сообщения по жидкости между отсеком 66 главной секции и следующей смежной секцией разделения жидкости, такой как секция 46 лабиринта. Чтобы предотвратить поток абразивных материалов из отсека 66 главной секции в последующие секции, механизм 64 исключения также может содержать стояк 82, соединенный с каналом 54 и проходящий вверх в отсек 66 главной секции. Соответственно, любым частицам, накапливающимся вдоль основания 68, не позволяется падать через канал 54 в смежные секции устройства защиты электродвигателя. Дальнейшие предосторожности могут быть предприняты от проникновения абразивных материалов в канал 54 посредством изгиба стояка 82 или обеспечения стояка секцией 84 изгиба. Альтернативно или дополнительно стояк 82 можно обеспечить заглушкой 85 (изображена пунктирной линией), фильтром 86 (изображен пунктирной линией), извилистым каналом 87 (изображенным пунктирной линией) или другими механизмами, блокирующими песок.

Устройство 16 защиты электродвигателя также может содержать вентиляционный канал 88 для отвода воздуха из отсека 66 главной секции в процессе, например, маслоналивных процедур. При заливке моторного масла в устройство 16 защиты электродвигателя и погружной электродвигатель 14 выделенный воздух отводится через канал 88. В изображенном варианте осуществления вентиляционный канал 88 проходит сквозь вал 40. Например, канал 88 может содержать радиальный проход 90, проходящий от внешней радиальной стороны вала к осевому проходу 92. Осевой проход 92 направляет отводимый воздух вверх через вал 40 и через выпускное отверстие или клапан 94, расположенный в верхнем конце вала 40.

В основном, согласно фиг.4 и фиг.5 один или несколько опорных подшипников 42 могут быть выполнены как опорные подшипники, не имеющие шпоночного крепежа. Например, два верхних опорных подшипника, изображенных на фиг.3, могут быть выполнены как подшипники, не имеющие шпоночного крепежа. Такие опорные подшипники, не имеющие шпоночного крепежа, могут существенно уменьшить концентрацию напряжений, вызываемую обычными шпоночными канавками или выемками. В варианте осуществления, изображенном на фиг.3, для улучшения стабильности системы используются, по меньшей мере, два опорных подшипника 42, не имеющих шпоночного крепежа, в верхней части тела 96 уплотнения. Использование двух или большего количества подшипников в отдельном теле делает всю систему более надежной и уменьшает допустимую укладку.

На фиг.4 изображен пример подшипника 98 и замкового кольца 100. Аналогично на фиг.5 изображен пример рукава 102 и замкового кольца 104. В обоих случаях замковые кольца 100, 104 создают стыковку "волнообразной" поверхности с соответствующим подшипником 98 и рукавом 102 для переноса нагрузки. В этом примере каждое замковое кольцо содержит одну или несколько выпуклостей 106, которые входят в зацепление с соответствующими впадинами 108 на подшипнике и рукаве соответственно. Компоненты подшипника могут быть изготовлены из твердых материалов, таких как керамический, карбидный или металлокерамический материал. Эта конструкция, не имеющая шпоночного крепежа, сильно уменьшает концентрации напряжений, что, в свою очередь, способствует уменьшению дробления или другого износа подшипника и/или рукава.

Как изображено на фиг.6, устройство 16 защиты электродвигателя может также использовать армированные мешки в секциях 48 мешка. Армированные мешки могут быть полезны, например, при применении высокой температуры. В одном варианте осуществления каждый мешок 52 содержит слой 110 полимера и армированный слой 112, такой как перфторированный эластомер или слой, армированный волокном. В изображенном примере армированный слой 112 содержит слой волокна, который расположен между слоями 110 полимера. Этот многоуровневый сложный подход обеспечивает крепкий мешок 52, который может противостоять высоким температурам или другим неблагоприятным условиям.

Хотя выше было подробно описано только несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, для специалистов в данной области техники понятно, что возможны многие модификации без существенного отклонения от принципов этого изобретения. Соответственно, такие модификации предназначены для включения в объем этого изобретения, как определено в формуле изобретения.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Система для использования в электрической погружной насосной системе, содержащая устройство защиты электродвигателя, имеющее корпус, ведущий вал, расположенный в корпусе, секцию разделения жидкости и главную секцию, имеющую механизм исключения абразивных материалов для уменьшения износа устройства защиты электродвигателя, содержащий уплотнение вала, приподнятое над основанием главной секции посредством тела уплотнения, стационарный защитный кожух, размещенный на теле уплотнения и проходящий над уплотнением вала, и вращаемый защитный кожух, расположенный над стационарным защитным кожухом и прикрепленный к ведущему валу.

2. Система по п.1, в которой механизм исключения абразивных материалов содержит спускное отверстие, проходящее сквозь корпус у нижнего конца главной секции.

3. Система по п.1, в которой главная секция содержит канал для жидкости, проходящий сквозь основание главной секции, и механизм исключения абразивных материалов содержит стояк, проходящий вверх из канала для жидкости.

4. Система по п.3, в которой стояк содержит перегородку, предотвращающую проникновение абразивных материалов в стояк.

5. Система по п.1, в которой ведущий вал содержит внутренний вентиляционный канал.

6. Система по п.1, в которой ведущий вал поддерживается, по меньшей мере, одним опорным подшипником, не имеющим шпоночного крепежа.

7. Система по п.1, в которой устройство защиты электродвигателя дополнительно содержит клапан, ориентированный вовнутрь для сбрасывания чрезмерного отрицательного давления внутри устройства защиты электродвигателя.

8. Система по п.1, в которой устройство защиты электродвигателя дополнительно содержит секцию мешка, имеющую полимерный мешок, армированный волокном.

9. Насосная система, содержащая погружной насос, погружной электродвигатель для приведения в действие погружного насоса и устройство защиты электродвигателя, сообщенное по жидкости с погружным электродвигателем и имеющее корпус, ведущий вал, расположенный в корпусе, главную секцию, имеющую опорный подшипник, не имеющий шпоночного крепежа, и механизм исключения абразивных материалов для уменьшения количества абразивного материала, контактирующего с подшипником главной секции.

10. Система по п.9, в которой устройство защиты электродвигателя расположено между погружным насосом и погружным электродвигателем.

11. Система по п.9, в которой главная секция содержит внутренний отсек, в который проходит ведущий вал.

12. Система по п.11, в которой механизм исключения абразивных материалов содержит уплотнение вала, расположенное вокруг ведущего вала в приподнятом положении во внутреннем отсеке.

13. Система по п.9, в которой механизм исключения абразивных материалов содержит защитный кожух, расположенный над уплотнением вала.

14. Система по п.11, в которой механизм исключения абразивных материалов содержит спускное отверстие, проходящее сквозь корпус у нижнего конца главной секции.

15. Система по п.11, в которой устройство защиты электродвигателя дополнительно содержит секцию лабиринта и секцию мешка.

16. Система по п.11, в которой главная секция содержит канал для жидкости, проходящий к нижней секции устройства защиты электродвигателя и соединенный со стояком, проходящим во внутренний отсек.

17. Система по п.9, в которой устройство защиты электродвигателя дополнительно содержит клапан, ориентированный вовнутрь для сбрасывания чрезмерного отрицательного давления внутри устройства защиты электродвигателя.

18. Система по п.15, в которой секция мешка содержит полимерный мешок, армированный волокном.

19. Способ улучшения работы устройства защиты электродвигателя, используемого в абразивных условиях, при котором выполняют установку ведущего вала с возможностью вращения в подшипнике и уплотнении вала в корпусе устройства защиты электродвигателя, обеспечивают главную секцию, в которую проходит верхний конец ведущего вала, и осуществляют защиту подшипника и уплотнения вала от контакта с песком, проникающим в главную секцию, выполнение канала для жидкости, проходящего сквозь нижнюю часть главной секции для обеспечения сообщения по жидкости между отсеком главной секции и нижней секцией устройства защиты электродвигателя, расположение стояка в отсеке главной секции, его соединение с каналом для жидкости и изгиб стояка.

20. Способ по п.19, в котором установка с возможностью вращения вала представляет собой установку вала в пару подшипников, не имеющих шпоночного крепежа.

21. Способ по п.19, в котором защита подшипника состоит в установке уплотнения вала в приподнятом положении над нижней частью отсека главной секции.

22. Способ по п.19, в котором защита подшипника состоит в размещении стационарного защитного кожуха внутри отсека главной секции над подшипником.

23. Способ по п.22, в котором защита подшипника дополнительно содержит прикрепление вращаемого защитного кожуха к валу вблизи стационарного защитного кожуха для создания эффекта центрифуги во время функционирования.

24. Способ по п.19, в котором защита подшипника представляет собой формирование, по меньшей мере, одного отверстия сквозь корпус устройства защиты электродвигателя вблизи нижней части отсека главной секции для обеспечения прохода для рассеивания абразивных материалов из отсека главной секции.

25. Способ по п.19, дополнительно содержащий размещение фильтра в стояке.

26. Способ по п.19, дополнительно содержащий создание извилистого канала вдоль стояка.

27. Способ по п.19, дополнительно содержащий размещение заглушки над стояком.

28. Способ по п.19, дополнительно содержащий отвод газа через ведущий вал.

29. Способ по п.19, дополнительно содержащий расположение предохранительного клапана для сбрасывания чрезмерного отрицательного давления внутри устройства защиты электродвигателя.

30. Насосная система, содержащая погружной насос, погружной электродвигатель для приведения в действие погружного насоса и устройство защиты электродвигателя, сообщенное по жидкости с погружным электродвигателем и имеющее корпус, ведущий вал, расположенный в корпусе, главную секцию и механизм исключения абразивных материалов, содержащий уплотнение вала, приподнятое над основанием главной секции посредством тела уплотнения, стационарный защитный кожух, размещенный на теле уплотнения и проходящий над уплотнением вала, и вращаемый защитный кожух, расположенный над стационарным защитным кожухом и прикрепленный к ведущему валу, при этом механизм исключения абразивных материалов обеспечивает уменьшение количества абразивного материала, контактирующего с уплотнением вала.

31. Система по п.30, в которой механизм исключения абразивных материалов содержит опорный подшипник главной секции, защищенный механизмом исключения абразивных материалов.

32. Система по п.30, в которой механизм исключения абразивных материалов содержит спускное отверстие, проходящее сквозь корпус у нижнего конца главной секции.

33. Система по п.30, в которой главная секция содержит канал для жидкости, проходящий к нижней секции устройства защиты электродвигателя и соединенный со стояком, проходящим во внутренний отсек.

34. Система по п.30, в которой устройство защиты электродвигателя дополнительно содержит клапан, ориентированный вовнутрь для сбрасывания чрезмерного отрицательного давления внутри устройства защиты электродвигателя.