具有冗余轴密封的泵用电动机保护器的制作方法

专利名称：具有冗余轴密封的泵用电动机保护器的制作方法
技术领域：
本发明涉及可浸入水中的电动机和泵送系统，并且尤其涉及轴密封和与其连接的 电动机保护器装置。
背景技术：
流体位于地下。例如，流体可以包括碳氢化合物(原油)和水。至少用于消耗的 原油的提取是必要的。在地面钻一个孔用于提取流体。该孔被称为井筒并且经常套装称作 套管的金属管状结构。很多其它特征例如套管和井筒之间的水泥灌浆可以被添加。井筒可 以是大体垂直的，并且甚至可以以多种方向被钻，例如向上或者水平。 —旦井筒被套装，套管可以被穿孔。穿孔涉及在套管上形成孔从而连接井筒套管 的外侧至套管的内侧。可以通过下移穿孔枪至套管内实现穿孔。穿孔枪具有火药，其引爆 并且推动物质穿过套管从而在套管和周围地层中形成孔，从而有助于地层流体从地层和井 筒流入套管中。 有时地层具有足够的压力以驱动井流体上升至地面。然而，这种情况不经常出现 并且不能被信赖。人造提升设备因此可以被用于驱动下面的井流体向上流，例如至地面。人 造提升设备被向下放置于套管内。人造提升设备通常具有带内部部件的电动机。防止井流 体到达电动机的组成部件是所需的。


图1显示了特征实施例。 图2显示了特征实施例。 图3显示了特征实施例。 图4A-C显示了特征实施例。 图5显示了特征实施例。 图6显示了特征实施例。 图7显示了特征实施例。

发明内容
某些特征的如下描述是示例性的并且不会以任何方式限制权利要求的范围或者 整体公开。 —种特征实施例包括一种可浸入水中的电动泵装置，它具有可浸入水中的电动机 部分，所述电动机部分产生转矩并且具有连接到其上的驱动轴，所述驱动轴传递转矩。所述
5驱动轴从所述电动机部分沿轴向方向延伸。保护器部分连接到所述电动机部分。所述驱动 轴延伸到所述保护器部分中。所述保护器部分包括沿轴向方向延伸的管状套管。轴管环绕 所述驱动轴的一部分从而在所述驱动轴的外表面与所述轴管的内部之间限定出空间。在所 述轴管上的开口将所述轴管的内部与所述轴管的外部连接起来。第一补偿元件与所述开口 连接。所述第一补偿元件是可扩张和可收縮的容器，所述容器限定了相应地可扩张和可收 縮的容积。 另一特征实施例包括一种可浸入水中的电动泵装置，它包括可浸入水中的电动机 部分，所述电动机部分产生转矩。所述电动机部分具有连接到其上的驱动轴，所述驱动轴传 递转矩。所述驱动轴从所述电动机部分沿轴向方向延伸。泵部分与所述驱动轴可旋转地连 接。保护器部分连接在所述电动机部分和所述泵部分之间。所述驱动轴延伸到所述保护器 部分中，所述保护器部分包括沿轴向方向延伸的管状套筒，所述管状套筒具有限定内部容 积的内表面。第一轴密封部分位于所述容积内并且将所述容积分隔成上部容积和下部容 积。所述第一轴密封部分包括被偏压以仅允许远离所述电动机部分流动的第一安全阀。第 二轴密封部分位于所述容积内并且分隔所述上部容积。所述第二轴密封部分包括被偏压以 仅允许远离所述第一轴密封部分和所述电动机部分流动的第二安全阀。第一补偿元件补偿 横过所述第二轴密封分割件的压力。所述第一补偿元件是可扩张和可收縮的容器，所述容 器限定了相应地可扩张和可收縮的内部容积。至少一个电动机补偿元件与所述电动机部分 流体连通，以补偿所述电动机部分内的流体的热膨胀和收縮。在热流体收縮过程中，流体容 积在所述第一轴密封部分和所述第二轴密封部分之间，并且被防止流体地充足流回到所述 电动机部分中，以贡献所述电动机部分中流体的超过一半的收縮补偿。 另一特征实施例包括一方法，该方法包括给所述电动机部分填充电动机流体；运 行电动机并且提高所述电动机流体温度以及导致电动机流体热膨胀进入所述至少一个电 动机补偿元件超过所述至少一个电动机补偿元件的最大容量、并且强制流体通过所述第一 安全阀进入所述上部容积；接着降低所述电动机部分和保持在所述电动机部分内的所述电 动机流体的温度以导致所述电动机部分中的电动机流体的热收縮，并且通过使所述至少一 个电动机补偿元件收縮补偿所述热收縮；以及在收縮补偿过程中防止移动通过第一偏压安 全阀的电动机流体返回。 以上特征组合仅示意一些优选实施例并不以任何方式意味着限制本发明权利要 求总体范围或申请人赋予的任何权利要求。
详细说明 在下文说明书中，许多细节说明被阐明以提供理解要求保护的主题。然而，本领域 的技术人员应当理解本实施例可以没有这些细节实施并且描述的实施例的许多变化或者 修改是可行的。 在说明书和所附权利要求书中"连接"、"被连接"、"与…连接"和"使…连接"的
任何术语都被用于指"直接连接"或"经过另一个元件连接";并且术语"设置"被用于指"一 个元件"或"一个以上元件"。当在此使用时，术语"向上"和"向下"、"上部"和"下部"、"向 上地"和"向下地"、"上游"和"下游"、"上方"和"下方"、和其它表示相对给定点或元件上 方或下方的位置的类似术语在本说明中使用用于更加清楚地描述一些实施例。此外，术语 "密封机构"包括封隔器、桥塞、井底阀、滑动套筒、阻隔塞组合、抛光座圈(PBR)密封件、和所有用于临时阻止流体流动通过井筒的其它方法和装置。另外，当使用术语"盘管"时，其 实际上可由用于井下运行的接头管或者任何相对小直径的管所替代。 可浸入水中的泵送系统可以包括几个部分，例如可浸入水中的电动机部分和泵部 分。可浸入水中的电动机部分为可浸入水中的泵部分提供能量。能量的传递是通过在电动 机部分产生转矩和传递转矩，该转矩传递至连接到电动机部分的驱动轴。泵优选是离心类 型泵或其它旋转型泵，该旋转型泵使用来自驱动轴的转矩驱动旋转叶轮以驱动井流体。本 系统还可以包括多种附加的组件，例如用于连接可浸入水中的泵送系统至部署系统的连接 器。开采管、线缆和盘管可以作为连接器被包括。电力可以经过电缆提供给可浸入水中的 电动机部分，该电缆通过或者沿部署系统延伸。 通常，地下环境(特别是井流体)和从地面注入到井筒的流体(例如酸处理)包 含(A、H^和盐水的腐蚀性化合物。那些腐蚀剂对于可浸入水中的泵送系统的组件有害，尤 其是对电动机内部组件例如铜线圈和青铜轴承有害。此外，不管流体是否有腐蚀性，如果流 体进入电动机并且与电动机油混合，流体会降低电动机油和电动机组件的绝缘材料的电介 质和润滑性能。因此，希望保持外部流体与电动机内部流体和电动机组件分离。进入电动 机部分的一种可能的方式是通过电动机部分和驱动轴之间的接触区域。其它接触面也是可 能的入口。 另一个考虑因素是电动机流体的热膨胀和/或收縮。例如可浸入水中的电动机可 内部填充有流体，例如电介质油，该流体在运行期间便于冷却和润滑电动机。在许多应用 中，由于地下环境、注入的流体、以及其它内部和外部因素，可浸入水中的电动机经受相当 大的温度变化。这些温度变化可能使流体膨胀或者收縮。例如地下环境普遍存在的高温可 能导致电动机流体膨胀超过电动机部分的最大容量，从而导致泄漏和对电动机组件的其它 机械损坏。类似地，由于高温流体例如蒸汽喷射到可浸入水中的泵送系统可能导致不希望 的流体膨胀和电动机损坏。另外，在膨胀之后，一旦电动机流体冷却的热收縮可能将井流体 抽回至电动机，并携带之前提到的不希望的化合物。 因此，可浸入水中的电动机可以从可浸入水中的电动机保护器受益，电动机保护 器适应膨胀/收縮的电动机流体同时保持防止井流体进入。而且，电动机的内部压力可以 潜在地被允许与井筒内部建立的周围压力平衡或者至少大体平衡。因此，不难防止外部流 体进入电动机流体和电动机内部组件。 而且，可浸入水中的电动机可以从保护器受益，该保护器带有冗余的轴密封部分， 轴密封部分隔离在它们之间的流体容积，轴密封部分具有适应流体热膨胀和收縮的补偿器 元件。 而且，可浸入水中的电动机可以从保护器受益，该保护器与电动机部分液压地连 接以便在热膨胀时过量流体可以从电动机部分1流出，并且膨胀补偿可以随着释放超过补 偿器容量的过量流体一起发生，从而解除电动机部分或保护器充填过量流体的危险。
可浸入水中的电动泵(ESP)保护器的许多结构包括作为迷宫保护器的一部分的 迷宫密封。图1显示了可浸入水中的电动泵单元的保护器部分3的一部分。保护器部分3 中的轴管102具有邻近轴管102顶部的连通路径403。连通路径403的功能是使轴管102 内的空间压力平衡，使得在轴管102顶部和底部的轴密封101不会出现过量正压或者过量 负压，这有益于轴密封101的合适的功能。在一些应用中，例如SAGD水平井，迷宫保护器
7104被安装在保护器部分3中用于沉淀井的残余物。 图2和3显示了保护器部分3，其具有迷宫保护器104和轴管102，轴管102被密封 以阻止保护器部分3的腔室内的流体。电动机部分1显示为与补偿元件202流体连接，补 偿元件202是波纹管，优选地补偿元件202围绕轴100延伸并且具有在其中形成空间的内 部部分和外部部分，该空间在远离电动机部分1的端部被密封，由此限定波纹管围绕物。另 外，为了补偿轴管102内部的流体例如电动机流体的热膨胀和收縮，小的补偿元件202(例 如，金属波纹管、袋或者活塞)可以被设置成与连通路径403连接，例如轴管102上的开口 。 迷宫保护器腔室104显示为冗余密封配置的一部分。轴管102的端部优选被密封。安装O 型环(或者其它密封件)，用于使轴管102内的空间与环绕腔室完全密封。当轴管102的内 部空间被密封时，由于轴管102内的油温变化，轴管102应该具有处理容积膨胀和收縮的补 偿元件202，以便轴管102内的压力与轴管102外侧的压力大体平衡。否则，如果轴管102 内侧空间经历高正压，顶部的轴密封101可能被抬起打开。如果轴管102内侧经历过量负 压，迷宫部分下方的轴密封101可能被抬起打开。任一种方式，过量的正/负压力可能通过 打开或者损坏密封件而损害保护器部分3。 如上解释，取决于应用，补偿元件202可以是轴向或者径向膨胀的小金属波纹管、 弹性体袋或活塞(或者其它容积补偿机构)。对于传统应用，小弹性体(或其它抗油可扩张 材料)袋足够使用。对于高温或者高腐蚀应用，小金属波纹管或者小活塞可能是最合适的 选择。补偿元件可以与轴100同轴或者与轴100不同轴。 保护器部分3可以结合保护器的任何其它部分或者组件，例如附加的迷宫保护器 部分、袋保护器部分、金属波纹管保护器部分、活塞保护器部分等等。另外，如上所述的密封 轴管空间可以被除了轴管空间的其它空间代替。例如，该空间可以由(弯曲的)管形成，该 管连接顶部的轴密封的下端和底部的轴密封(未显示)的上端。并且，它可以是由多个轴 密封部分或其它分隔装置隔离的容积。 图4A-C显示了呈可扩张隔膜404形式的补偿元件(例如，橡胶或者弹性体或甚至 金属套筒)围绕轴管102上的连通路径密封。可扩张隔膜404提供容积补偿。轴管102显 示为环绕轴IOO。轴管102可以是细长的轴向延伸管状元件。如先前暗指，会出现轴管102 内的流体热膨胀的状态。因此，如图4A-C所示，连通路径403允许轴管102内的过量流体 进入可扩张隔膜404从而解除压力。可扩张隔膜404可以是波纹管。图4A显示了轴管102 上的连通路径403，连通路径403与可扩张隔膜或波纹管404的内侧连接。可扩张隔膜404 显示为围绕连通路径403上方和下方的轴管102的圆向连接。图4B显示了在收縮状态的 可扩张隔膜404。图4C显示了在膨胀状态的可扩张隔膜404。 本申请中的图5示意性显示了在井10内的可浸入水中的电动泵送装置。井10被 钻进地层16和地岩层13。井10套装套管14。可浸入水中的电动泵送装置具有电动机部 分1和泵部分2。电动机部分l可以在其中具有电动机流体。保护器部分3被连接在电动 机部分1和泵部分2之间、并且其包括多个轴密封部分33 (图6中所示)。保护器部分3适 合于允许膨胀并且排出过量电动机流体，同时例如在任何热收縮时阻止和/或防止井流体 向电动机部分1进入。补偿元件5位于电动机部分1下方以允许电动机流体膨胀和收縮。 还包括冷却器7和量计6。泵部分2连接至有接头的或盘绕的管9。泵部分l可以是离心 类型泵或其它旋转类型泵。电动机部分l从向上延伸的电缆ll接收电力。推力轴承8可以位于保护器部分3和电动机部分1之间。开采流体流12被显示流至与泵部分2连接的 入口 4。 图6是保护器部分3的一个实施例的剖面的示意图，其包括轴密封部分33a-d。电 动机部分1具有在电动机部分1下方连接的电动机补偿元件5。通常电动机补偿元件5具 有补偿容积，该补充容积是电动机部分1的最大油容量的至少1/10，例如，1/6。保护器部 分3内的补偿元件33a-d具有总计补偿容积，该容积通常小于电动机部分1的最大油容量 的1/20，尽管它可能的范围例如像1/50、或者1/75、1/100或者更小值一样低。电动机部分 1具有沿轴向方向从其延伸的驱动轴100。电动机补偿元件5被显示为波纹管，优选是金属 的。然而电动机补偿元件5可以采用多种形式，包括但是并不限于囊状物或者活塞，或者任 何其它可扩张并且可收縮的容器，该容器限定了相应地可扩张和可收縮的容积。保护器部 分3在电动机部分l上方并且具有围绕轴100的轴密封部分33a-d。保护器部分3可以具有 纵向延伸的管形套管105，该管形套管具有限定内部容积的内表面。每个轴密封部分33a-d 位于该内部容积中，并且可被连接在管型套管105内表面和轴100之间。不需要轴密封部 分33a-d和轴100直接接触，尽管这样是可能的。每个轴密封部分33a-d都具有邻近轴100 的轴密封IOI。每个轴密封101可以包含弹性体材料以至紧密地符合轴100的表面。每个 轴密封101也可以包含金属、陶瓷、或者聚合体。每个轴密封部分33a-d用于分隔保护器部 分3中的容积，例如，将保护器部分3分隔成单独的流体容纳容积，这些容积与电动机部分 1相继地流体隔离。轴100沿轴向方向从电动机部分1延伸到保护器部分3并且向上进入 泵部分2 (未显示)。链轮206被显示并且在链轮206和第一轴密封部分33a之间形成气泡 池208。气泡池208是收集气泡的腔室，气泡可以上升到隔离气泡的腔室内的电动机部分1 的油中。 实际上，假定电动机部分1可能经受的温度范围和所获得的热膨胀，很难确定精 确的电动机油量以满足要求同时避免过量填充电动机部分l。而且，电动机油从制造(例 如，75 。F )至运送和存储(例如，-40 。F )、至安装(例如，60 。F )、至运行(例如，600 。F )、 至不运行(例如，500下)经受更大的热收縮和膨胀。因此，没有安全阀，会需要更大容量的 补偿。因此，提供电动机补偿元件5，并且第一轴密封部分33a具有安全阀201a。在正常运 行过程中，安全阀201a可以被偏压，优选地仅允许远离电动机部分1流动。安全阀201a处 于延伸经过第一轴密封33a例如穿过开口 209a的流动路径中。提供安全阀201a允许过量 流体从电动机部分1中溢出，并且提供安全阀201a是有益的由于它允许电动机部分1内的 流体容积的自调节。 第一轴密封部分33a的上方是具有安全阀20lb和补偿元件202b的第二轴密封部 分33b。在希望更完美地使电动机部分1与保护器部分流体地隔离、或者更完美地流体隔离 轴密封部分之间的容积的情况下，安全阀201b能够卸除并且可以提供连接电动机部分1至 井筒的安全阀。补偿元件202b被显示为与电动机部分1、泵部分2、套管205和轴100不同 轴，但是补偿元件202b也可以是同轴的。安全阀201b是偏压的单向阀并且处于延伸经过 第二轴密封部分33b例如穿过开口 209b的流动路径中。补偿元件202b是可扩张和可收縮 的容器，其界定了相应地可扩张和可收縮的内部容积。补偿元件202b经过轴密封分隔补偿 压力。例如，补偿元件202b可以是波纹管。波纹管可以是金属波纹管，但可以是其它材料。 补偿元件202b也可以是活塞或者囊状物.这些特征可以适用于本申请讨论的所有补偿元件。 第二轴密封部分33b的上方是具有安全阀201c和两个补偿元件202c的第三轴密 封部分33c，两个补偿元件202c都显示为波纹管。再次，在希望使电动机部分1与保护器部 分液压地隔离、或者液压地隔离在轴密封部分之间限定的容积的情况下，安全阀201c可以 被卸除。安全阀20lc可以是单向阀并且处于延伸穿过第三轴密封部分33c例如通过开口 209c的流动路径上。安全阀201c可以被偏压仅允许远离电动机部分1流动。
第三轴密封部分33c的上方是具有安全阀201d和显示为波纹管的补偿元件202d 的第四轴密封部分33d。再次，在希望使电动机部分1与保护器部分更完美地液压地隔离、 或者使轴密封部分之间的容积隔离的情况下，安全阀201d可以被卸除。安全阀201d可以 是单向阀并且处于穿过轴密封部分33d例如通过开口 209d的流动路径上。 一个腔室在第 四轴密封部分33d上方并且具有通向井筒15的释放通道204d。安全阀201d可以被偏压仅 允许远离电动机部分1流动。 在运行期间，假定图6显示的实施例，可以发生电动机部分1中的流体容积的自调 节。在制造或者安装时电动机部分l可以填充电动机流体。当电动机部分l的流体变热并 且热膨胀时，电动机补偿元件5扩张以补偿膨胀。如果考虑热膨胀而放入过多流体，电动机 补偿元件5达到容量，电动机部分1中的流体膨胀超过电动机部分1和电动机补偿元件5 的容量，并且任何过量流体流经安全阀201a并且经过第一轴密封部分33a进入容积。安全 阀可以通过套管通向井筒。流经第一安全阀201a的过量流体使补偿元件202b扩张。如果 补偿元件202b达到容量，过量流体流经安全阀201b。此外，补偿元件202b的扩张排移轴 密封部分33b后面的容积。除了补偿元件202b排移的容积以外，经过第二轴密封部分33b 上方的流体使补偿元件33c扩张。如果两个补偿元件33c达到容量，过量流体流经安全阀 201c并且使补偿元件202d扩张。如果补偿元件202d达到容量，过量流体流经安全阀201d 并且从释放通道204d到井筒15。 如图6所示，一旦电动机部分1和相应的流体冷却，电动机补偿元件5将收縮，从 而补偿电动机部分1内流体的热收縮。保护器部分3内的流体可以冷却并且也可以收縮。 然而，流经安全阀201a的过量流体将被防止返回到电动机部分1 。 一旦在轴密封部分33a-d 之间容积内的流体冷却，补偿器202b-d可以收縮并且补偿热收縮。 本发明特征涉及有关电动机部分1内的流体量的自调节的构思的电动机补偿元 件5和补偿元件202b-d的相对尺寸。也就是说，电动机补偿元件5尺寸被选择成其可以基 本上被预期补偿电动机部分l内的流体的所有热膨胀。例如补偿元件202b-d合计可具有 比电动机补偿元件5小很多的容积，例如，优选至多为电动机补偿元件5的容积的1/10。或 者，补偿元件202和电动机补偿元件5的容积比可以大约为2/10、3/10、2/5或者1/2。假定 图6中的配置，补偿元件202b-d连同释放端口 204的小容积，允许在通过膨胀和压縮的初 始填充时电动机部分l的电动机流体量的自调节。换句话说，轴密封部分33a-d之间的空 间在收縮时被安全阀201a-d隔离，从而防止到电动机部分1的回流。 应当指出，附加的轴密封部分和补偿器可以以任何数目或者次序随图6中显示的 那些被增加。而且，图6中显示的次序仅仅是实施例的示例并且不起限制作用。
优选第一轴密封部分33a仅具有安全阀201a。然而，应当理解的是，轴密封部分 33a-d可以采用许多配置变化。例如，优选至多占电动机补偿元件5的容积的1/10的补偿元件可以增加至轴密封部分33a在此而不会危害该构思。例如，轴密封部分33d可以依序 位于任何位置，例如，直接置于第一轴密封部分33a后面。而且，轴密封部分33b可以具有 一个补偿元件202b并且轴密封部分33c可以具有一个补偿元件202c。或者，两个补偿元 件33c可以被具有相同总体最大容积排移量的单个补偿元件33c代替。或者，可以使用多 于两个的补偿元件33c。而且，再次，安全阀可以被卸除。 过滤器207可以被提供。图2显示了设置在流体流动路径中在第二轴密封部分 33b和第三轴密封部分33c之间过滤器。然而，过滤器207可以被放置在任何位置，只要过 滤器207是在流体流动路径中并且流体经过一个轴密封部分通过过滤器207流至另一个轴 密封部分。过滤器207可以被放置在第四轴密封部分33c上方、或者甚至在第一轴密封部 分33a下方。 一个以上的过滤器207也可以被用于不同位置。过滤器207可以帮助防止井 流体中的颗粒或者其它污染物进入电动机部分1。 图7是一个液压回路图形，其显示了在本申请的其它图中具体化的构思，涉及可 浸入水中的电动泵送装置和相关的组件。图7显示了三个轴密封部分33a-c，它们由虚线圈 定。实线显示流体流动路径。电动机l被显示具有连接在电动机l下方的电动机补偿元件 5。电动机补偿元件5可以是波纹管。第一轴密封部分33a在电动部分l上方并且在一条 流体流动路径内具有轴密封101a。过滤器207在轴密封101a后面并且在流动路径中。安 全阀201a在另一条流体流动路径中。安全阀201a可以是一个单向阀，例如，被偏压优先地 仅允许远离电动机部分l流动的偏压阀。过滤器207跟随安全阀201a。图7显示了在第一 轴密封部分33a内的两个单独的过滤器207，但是这两个过滤器207可以由单个过滤器207 或两个以上过滤器207替换。保护器部分可以是在其中的并且是其本身的过滤器。
第一轴密封部分33a通向第二轴密封部分33b。第二轴密封部分33b内的流体流 动路径通过轴密封101b。优选地，该路径由轴密封101b完全阻截。另一条平行流体流动 路径通过安全阀201b，该安全阀是单向阀，该单向阀可被偏压以优先允许远离电动机部分 l流动。另一条平行流体流动路径是通过显示为波纹管的补偿元件202b。过滤器207被显 示在第二轴密封部分33b的外部。应当指出，第二轴密封部分33b中的过滤器207在虚线外 部，但是可以在虚线内部，例如，轴密封部分可以根据优选设计考虑包括或排除过滤器207。
第二轴密封部分33b通向第三轴密封部分33c。如上所示，过滤器207位于第二 轴密封部分33b和第三轴密封部分33c之间。第三轴密封部分33c具有阻截一条流体流动 路径的轴密封101c。优选地，轴密封101c完全阻截这条流体流动路径。安全阀201c处于 另一条平行流体流动路径，安全阀优选是单向的，例如，被偏压以优先仅允许远离电动机部 分1流动。两个补偿元件202c阻截其它的平行流体流动路径。 一个单独的过滤器207被 显示在第三轴密封部分33c内，但是也可以在第三轴密封部分33c的外部。而且，可以使用 多个过滤器207。第三轴密封部分33c可以通向井筒15。 在运行过程中，如图7所示，电动机部分l内的流体可能经受热膨胀。一旦膨胀，流 体可膨胀至电动机补偿元件5。如果热膨胀流体从未超过电动机部分l和电动机补偿元件 5的最大容量，轴密封部分33a-c可以没有安全阀、并且是液压隔离同时保护电动机部分1 。 然而，在流体超过电动机部分1和电动机补偿元件5的容积的情况下，提供安全阀201a-c 可以比提供从电动机部分1和电动机补偿元件5直接到井筒15的单个安全阀更加有益，因 为这种安全阀仅为井流体进入提供单一阻挡并且该安全阀直接暴露在有害的井筒环境中。例如，当电动机补偿元件5达到最大容量时，流体可以膨胀通过第一轴密封部分33a的安全 阀201a。轴密封101a优选阻截所有流体沿此路径流动。流体优选移动通过第一轴密封部 分33a内的安全阀201a流动。流体移动通过过滤器207。 流体然后膨胀进入第二轴密封部分33b并且膨胀进入补偿元件202b。优选地，没
有流体移动通过由轴密封101b阻截的路径。 一旦补偿元件202b达到最大容量，任何过量
流体将移动通过安全阀201b并且通过过滤器207进入第三轴密封部分33c 。 流体流经第三轴密封部分33c从而排移流体。而且，排移是由补偿元件202b的扩
张导致。因此，流体使两个补偿元件202c扩张，从而排移足够容积。 一旦补偿元件202c达
到最大容量，任何过量容积经过安全阀201c通过过滤器207并且到达井筒15。 —旦电动机部分1内的流体冷却，电动机补偿元件5就将收縮并且补偿流体的热
收縮。当隔离在轴密封部分33a-c之间的流体容积热收縮时，补偿元件202b和202c补偿
这种热收縮。 —些附加的特征涉及保护器部分3的装配。如图6显示，连接到相应轴密封部分 33a-d的套管105的各部分可以通过螺纹连接210a-d连接在一起。螺纹连接可以绕套管 105的各部分的周向延伸。螺纹连接210a-d允许简化安装，因为轴密封33a-d可以在轴100 上降低并且旋入到位。 尽管本申请中讨论了涉及发明构思的多个实施例，本领域的技术人员可以理解的 是，可预期和想象对这些实施例进行不同修改和变化。这种修改和变化都不脱离所附权利 要求书的真正的精神和范围。
权利要求
一种可浸入水中的电动泵装置，包括可浸入水中的电动机部分，所述电动机部分产生转矩并且驱动轴连接到所述电动机部分上，所述驱动轴传递转矩，所述驱动轴从所述电动机部分沿轴向方向延伸；连接到所述电动机部分的保护器部分，所述驱动轴延伸到所述保护器部分中，所述保护器部分包括沿轴向方向延伸的管状套管；轴管，所述轴管环绕所述驱动轴的一部分从而在所述驱动轴的外表面与所述轴管的内部之间限定出空间；在所述轴管上的开口，所述开口将所述轴管的内部与所述轴管的外部连接起来；与所述开口连接的第一补偿元件，所述第一补偿元件是可扩张和可收缩的容器，所述容器限定了相应地可扩张和可收缩的容积。
2. 如权利要求1所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，包括与所述电动机部分流体连接的电动机补偿元件，所述电动机补偿元件是可扩张和可收縮的容器，所述容器限定了相应地可扩张和可收縮的容积。
3. 如权利要求1所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，包括位于所述容积内的第一轴密封部分；禾口位于所述容积内的第二轴密封部分；所述轴管与所述第一轴密封部分和所述第二轴密封部分连接、并且在所述第一轴密封部分和所述第二轴密封部分之间延伸。
4. 如权利要求l所述的可浸入水中的电动泵装置金属波纹管。
5. 如权利要求l所述的可浸入水中的电动泵装置活塞/圆柱体。
6. 如权利要求l所述的可浸入水中的电动泵装置弹性体囊状物。
7. 如权利要求l所述的可浸入水中的电动泵装置所述轴不同轴。
8. 如权利要求l所述的可浸入水中的电动泵装置所述轴同轴。
9. 如权利要求2所述的可浸入水中的电动泵装置是金属波纹管。
10. 如权利要求l所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，包括迷宫保护器密封。
11. 如权利要求1所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，包括与所述驱动轴连接的泵部分。
12. 如权利要求1所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，包括连接套筒内的容积与套筒外的容积的安全阀。
13. —种可浸入水中的电动泵装置，包括可浸入水中的电动机部分，所述电动机部分产生转矩并且驱动轴连接到所述电动机部分上，所述驱动轴传递转矩，所述驱动轴从所述电动机部分沿轴向方向延伸； ，其特征在于，所述第一补偿元件是，其特征在于，所述第一补偿元件是，其特征在于，所述第一补偿元件是，其特征在于，所述第一补偿元件与，其特征在于，所述第一补偿元件与，其特征在于，所述电动机补偿元件与所述驱动轴可旋转地连接的泵部分；连接在所述电动机部分和所述泵部分之间的保护器部分，所述驱动轴延伸到所述保护器部分中，所述保护器部分包括沿轴向方向延伸的管状套筒，所述管状套筒具有限定内部容积的内表面；位于所述容积内并且将所述容积分隔成上部容积和下部容积的第一轴密封部分，所述第一轴密封部分包括被偏压以仅允许远离所述电动机部分流动的第一安全阀；位于所述容积内并且分隔所述上部容积的第二轴密封部分，所述第二轴密封部分包括被偏压以仅允许远离所述第一轴密封部分和所述电动机部分流动的第二安全阀；补偿横过所述第二轴密封分割件的压力的第一补偿元件，所述第一补偿元件是可扩张和可收縮的容器，所述容器限定了相应地可扩张和可收縮的内部容积；以及至少一个电动机补偿元件，所述至少一个电动机补偿元件与所述电动机部分流体连通，以补偿所述电动机部分内的流体的热膨胀和收縮；其中，在热流体收縮过程中，所述第一轴密封部分和所述第二轴密封部分之间的流体容积被防止流体地流回到所述电动机部分中以及贡献所述电动机部分中流体的超过一半的收縮补偿。
14. 如权利要求13所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，包括第三轴密封部分，所述第三轴密封部分包括第二补偿元件，所述第二补偿元件补偿横过所述第三轴密封部分分割件的压力，所述第二补偿元件是可扩张和可收縮的容器，所述容器限定了相应地可扩张和可收縮的内部容积。
15. 如权利要求14所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，所述第二补偿元件的最大容积大于所述第一补偿元件的最大容积。
16. 如权利要求13所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，包括第三轴密封部分，所述第三轴密封部分包括第二和第三补偿元件，所述第二和第三补偿元件补偿横过所述第三轴密封部分分割件的压力，所述第二和第三补偿元件分别是可扩张和可收縮的容器，所述容器限定了相应地可扩张和可收縮的内部容积。
17. 如权利要求16所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，所述第三轴密封部分包括被偏压以仅允许远离所述第一轴密封部分和所述电动机部分流动的第三安全阀。
18. 如权利要求13所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，包括与所述电动机部分流体连接的至少一个电动机补偿元件，所述至少一个电动机补偿元件是可扩张和可收縮的容器，所述容器限定了相应地可扩张和可收縮的内部容积；禾口其中，所述至少一个电动机补偿元件的最大容积大于所述第一补偿元件的最大容积。
19. 如权利要求18所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，所述至少一个电动机补偿元件的所述最大容积是可包含在所述电动机部分中的电动机流体的容积的至少1/10。
20. 如权利要求18所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，所述至少一个电动机补偿元件的最大容积比所述第一补偿元件和所述第二补偿元件的最大组合容积大至少5倍。
21. 如权利要求13所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，所述至少一个电动机补偿元件的最大容积比所述第一补偿元件的最大容积大至少10倍。
22. 如权利要求13所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，所述至少一个电动机补偿元件是波纹管，并且所述第一补偿元件是波纹管。
23. 如权利要求13所述的可浸入水中的电动泵装置，其特征在于，包括位于流体流动路径中的至少一个过滤器。
24. —种自调节可浸入水中的电动泵装置内的电动机流体容积的方法，所述电动泵装置具有产生转矩的可浸入水中的电动机部分，所述可浸入水中的电动机部分具有连接在其上的一个传递转矩的驱动轴，所述驱动轴从所述电动机部分沿轴向方向延伸；与所述驱动轴可旋转地连接的泵部分；连接在所述电动机部分和所述泵部分之间的保护器部分，所述驱动轴延伸到所述保护器部分中，所述保护器部分包括沿轴向方向延伸的管状套筒，所述管状套筒具有限定内部容积的内表面；位于所述容积内并且将所述容积分隔成上部容积和下部容积的第一轴密封部分，所述第一轴密封部分包括被偏压以仅允许远离所述电动机部分流动的第一安全阀；位于所述容积内并且分隔所述上部容积的第二轴密封部分，所述第二轴密封部分包括被偏压以仅允许远离所述第一轴密封部分和所述电动机部分流动的第二安全阀；补偿横过所述第二轴密封分割件的压力的第一补偿元件，所述第一补偿元件是可扩张和可收縮的容器，所述容器限定了相应地可扩张和可收縮的内部容积；以及至少一个电动机补偿元件，所述至少一个电动机补偿元件与所述电动机部分流体连通，以补偿所述电动机部分内的流体的热膨胀和收縮；所述方法包括给所述电动机部分填充电动机流体；运行电动机并且提高所述电动机流体温度以及导致电动机流体热膨胀进入所述至少一个电动机补偿元件超过所述至少一个电动机补偿元件的最大容量、并且强制流体通过所述第一安全阀进入所述上部容积；接着降低所述电动机部分和保持在所述电动机部分内的所述电动机流体的温度以导致所述电动机部分中的电动机流体的热收縮，并且通过使所述至少一个电动机补偿元件收縮补偿所述热收縮；以及在收縮补偿过程中防止移动通过第一偏压安全阀的电动机流体返回。
全文摘要
一种可浸入水中的电动泵送装置具有电动机部分、泵部分、和保护器部分。保护器部分包括冗余的轴密封部分。
文档编号F04B17/00GK101784792SQ200880103689
公开日2010年7月21日 申请日期2008年7月18日 优先权日2007年7月20日
发明者A·I·沃森, A·阿鲁穆加姆, C·布雷姆纳, C·费瑟比, D·加勒特, D·罗瓦特, M·H·杜, R·金迪 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司