一种新型潜油电机保护器的制作方法

1.本实用新型属于潜油电泵技术领域，尤其涉及一种新型潜油电机保护器。


背景技术：

2.现有技术：
3.潜油电泵是一种机械采油设备，其作用是将井下液体抽送到地面。潜油电泵具有排量大，扬程高，对斜井适用性强，井口占用空间小，便于管理等优势，目前，潜油电泵被全球各油田普遍采用。
4.潜油电泵井下部分主要包括潜油电机、保护器、分离器、离心泵和潜油电缆。在这其中保护器对潜油电泵机组的正常运行起着至关重要的作用。主要表现在以下4个方面：(1)将电机与泵的壳体及轴相连接，并传递电机的扭矩。(2)承担泵工作时所产生的轴向力。(3)实现电机输出轴的动态密封，防止井液进入电机内部，实现电机与井液之间的软隔离，平衡电动机腔内与外界的压力。(4)当随着电机运转时间的延长，电机的升温使腔内的电机油受热膨胀。而保护器能为其提供一个柔性的膨胀空间，当电机停止工作后，随着温度的下降，电机腔内的电机油就会收缩，保护器又能为其提供足够的补充。
5.现有油田中使用的潜油保护器，大多为组合式结构，内部存在胶囊腔和沉降腔。保护器在使用之前内部充满了电机油。常规组合式保护器的胶囊腔与沉降腔之间有一道机械密封阻隔，目的是阻止外界井液进入胶囊内腔后，又继续下沉，直接进入沉降腔内部，导致沉降腔失效。但由于这道机械密封的阻断，在向电机补油时，胶囊内腔的绝缘油只能流向沉降腔的外腔，当油位高于沉降腔中下补偿管高度时，电机油才会进入补偿管中继续向下供油，这就导致沉降腔外腔内始终存留一部分电机油无法供给电机补油，使沉降腔供油量减小。
6.同时，在一些特殊场合，如在高温油井中使用时，常规电机油性能会大打折扣，粘度和润滑性能都会变差，并且油的膨胀体积会增大许多，造成运行时机组中电机油大量外泄的现象，最终会因为井液和电机油不断置换，井液下沉到保护器底部，使保护器快速发生失效。
7.解决上述技术问题的难度和意义：
8.因此，基于这些问题，提供一种加大向止推腔和电机内部供油量的新型潜油电机保护器具有重要的实用价值。


技术实现要素：

9.本技术目的在于为解决现有技术中的技术问题而提供一种加大向止推腔和电机内部供油量的新型潜油电机保护器。
10.本技术实施例为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
11.一种新型潜油电机保护器，所述新型潜油电机保护器包括两个胶囊腔和沉降腔，所述胶囊腔包括胶囊内腔和外腔，所述胶囊腔之间为串联关系，第二级胶囊腔与沉降腔之
间为并联关系，所述串联关系为胶囊内腔之间不直接相通，第二级胶囊内腔通过溢流阀与自身的胶囊外腔相通，并且胶囊外腔又与第一级的胶囊内腔相通，所述并联关系为胶囊内腔直接相连通。
12.本技术实施例还可以采用以下技术方案：
13.在上述新型潜油电机保护器中，进一步的，所述胶囊腔为两级，胶囊内腔之间由机械密封隔开，外界通过保护器头直孔通道与第一级胶囊外腔相通，第一溢流阀控制第一级胶囊外腔与第一级胶囊内腔之间通道，第一级胶囊内腔通过第一密封座直孔通道与第二级胶囊外腔相通，第二溢流阀控制第二级胶囊外腔与第二级胶囊内腔之间通道，第二级胶囊内腔与沉降腔相通。
14.在上述新型潜油电机保护器中，进一步的，所述胶囊内腔为上胶囊座、下胶囊座和胶囊围成的空间，所述胶囊内腔中安装胶囊护轴管。
15.在上述新型潜油电机保护器中，进一步的，所述第一级胶囊内腔与第二级胶囊外腔通过胶囊护轴管下部过油孔相通。
16.在上述新型潜油电机保护器中，进一步的，所述沉降腔包括第二密封座、第三密封座、第三级机械密封和第三级外壳，所述沉降腔与第二级胶囊内腔为并联关系，即第二级胶囊内腔直接与沉降腔相通。
17.在上述新型潜油电机保护器中，进一步的，所述止推腔内装有上止推轴承、滑板、下止推轴承和位于外侧的止推外壳，所述上止推轴承位于滑板上方，下止推轴承位于滑板下方，贴合在底座端面上。
18.在上述新型潜油电机保护器中，进一步的，所述绝缘油密度1.86～1.91g/m 3
，大于外界井液密度。
19.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：
20.1、本实用新型保护器的第二级胶囊内腔与沉降腔之间为并联结构，所述并联结构是指上一级腔室与下一级腔室内部直接相连通，相当于在下一级腔室中并接一个腔室，此结构增加了保护器的供油量，可以满足大功率电机呼吸量的需求。
21.2、本实用新型设计了适用于特殊绝缘油的专用沉降腔结构。该沉降腔不分内外腔体，充分利用沉降腔的体积空间进行储油和供油。沉降腔下部增加一道机械密封，并在下密封座中预留一个直孔通道，作为沉降腔与止推腔的油路通道。此种结构配合特殊绝缘油使用，不仅能增大沉降腔的供油量，而且还能阻隔井液，延缓井液进入止推腔内部，同时还避免了常规保护器沉降腔存在的内部油位低于补偿管高度时，无法向止推腔和电机内部继续供油的问题。
22.3、本实用新型胶囊内腔之间为串联关系，所述串联关系是指两个胶囊内腔不直接相通，第二级胶囊内腔的绝缘油通过第一密封座的溢流阀流向第二级胶囊的外腔，绝缘油再经第一密封座的直孔通道进入第一级胶囊内腔中。两个胶囊内腔之间由机械密封隔开，使两胶囊内腔不能直接相通。这样在井液进入第一级胶囊内腔时，无法进入第二级胶囊内腔。此种结构可以多增加一道防护，延长外界井液进入胶囊内部的时间，有效提升保护器的使用寿命。
23.4、本实用新型的保护器采用密度大于井液密度的绝缘油，在机组运行的过程中，当井液进入保护器内部后，井液始终浮于绝缘油上方，很难向下进入保护器底部和电机内
部，将井液与电机绕组隔绝开，可以很好地阻止外界井液进入保护器内部并不断下行，从而保证电机内部的绝缘油能够与外界井液长期隔开，有效地延长了机组寿命。
24.5、本实用新型新型潜油电机保护器使用的绝缘油为全氟聚醚绝缘油 (pfpe)，是一种常温下为液体的合成聚合物，它具有良好的润滑性能、绝缘性能，而且密度大、不燃烧和耐高温等特点。该绝缘油主要应用在汽车制造工业，纺织印染工业和高温领域等工业中。目前在国内潜油电泵行业，这种绝缘油应用较少。本实用新型的保护器利用全氟聚醚绝缘油的特性，做特殊设计，专门适用于高温井工况或地热项目中。而现有技术的组合式保护器，内部使用的是专用电机油，若用在高温井或地热项目中，电机油会因温度过高发生变性和大量外溢的现象，保护器寿命大大缩短。并且现有技术的组合式保护器其结构只适用于电机油密度比井液小的情况，无法使用全氟聚醚绝缘油。本实用新型的新型保护器更改了结构，可以很好地适用这种状况。
附图说明
25.以下将结合附图来对本技术实施例的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本技术范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
26.图1为新型潜油电机保护器的结构示意图；
27.图2为保护器胶囊腔结构示意图；
28.图3为保护器沉降腔结构示意图。
29.图中：
30.1－保护器头；2a－第一级外壳；2b－第二级外壳；2c－第三级外壳；3 －护轴管；4a－第一级胶囊内腔；4b－第二级胶囊内腔；5－上胶囊座；6－胶囊；7－胶囊护轴管；8－下胶囊座；9a－第一密封座；9b－第二密封座； 9c－第三密封座；10a－第一级机械密封；10b－第二级机械密封；10c－第三级机械密封；11a－第一溢流阀；11b－第二溢流阀；12－沉降腔；13－上止推轴承；14－滑板；15－下止推轴承；16－止推外壳；17－止推腔；18－底座；19－保护器轴。a－保护器头直孔通道；b－第一级胶囊外腔；c－第一密封座直孔通道；d－第二级胶囊外腔；e－第二密封座直孔通道；f－第三密封座直孔通道；i－上胶囊座过油孔；j－胶囊护轴管底部过油孔。
具体实施方式
31.所述胶囊腔之间为串联关系，即两个胶囊内腔不直接相通，第二级胶囊内腔的绝缘油通过第一密封座的溢流阀流向第二级胶囊的外腔，绝缘油再经第一密封座的直孔通道进入第一级胶囊内腔中。两个胶囊内腔之间由机械密封隔开。
32.所述胶囊腔和沉降腔为并联关系，即胶囊腔室与沉降腔室之间无机械密封进行隔断，内部直接相连通，相当于在沉降腔室中额外并接一个胶囊腔室，以增大保护器的供油量。
33.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
34.实施例1
35.一种新型潜油电机保护器，所述新型潜油电机保护器包括两个胶囊腔和沉降腔，所述胶囊腔包括胶囊内腔和外腔，所述胶囊腔之间为串联关系，第二级胶囊腔与沉降腔之间为并联关系，所述串联关系为胶囊内腔之间不直接相通，第二级胶囊内腔通过溢流阀与自身的胶囊外腔相通，并且胶囊外腔又与第一级的胶囊内腔相通，所述并联关系为内部直接相连通。
36.实施例2
37.在实施例1的基础上，电机保护器结构为bsbpl形式，b代表胶囊腔， s代表两腔室串联，p代表两腔室并联，l代表沉降腔。即由两个胶囊腔串联后，再与一个沉降腔并联组成，两个胶囊腔由机械密封隔开，后一级胶囊腔内腔与沉降腔直接相通。bsbpl结构极大地增加了保护器向止推腔和电机内部供油的油量。
38.如图1～图3所示，本实施例新型潜油电机保护器内部注绝缘油，所述保护器主要结构部分包括保护器头1、外壳2、胶囊腔4、密封座9、机械密封 10、沉降腔12、止推腔17，底座18和保护器轴19。两个胶囊腔4串联在一起，所述胶囊内腔共两级，所述胶囊内腔靠近保护器头1一侧的称为第一级胶囊内腔4a，另一个胶囊内腔称为第二级胶囊内腔4b。两胶囊内腔不相通，中间由一道机械密封隔开，第一级胶囊内腔4a通向第二级胶囊内腔4b的外腔d，第二级胶囊内腔4b的外腔d与第二级胶囊内腔4b之间是否相通由第二溢流阀11b控制，第二级胶囊内腔4b与沉降腔12直接相通。
39.每级胶囊腔4由上胶囊座5、胶囊6、胶囊护轴管7、下胶囊座8组成。所述胶囊6内部的体积空间称为胶囊内腔，所述胶囊内腔中安装胶囊护轴管 7。
40.所述第一级胶囊内腔4a和第二级胶囊内腔4b为串联关系，中间由第二级机械密封10b隔开，使两级胶囊内腔不能直接相通，可以延长外界井液进入第二级胶囊内腔4b的时间，提升保护器使用寿命。所述第一级胶囊腔外腔与外界井液相通。
41.所述沉降腔12由第二密封座9b、第三密封座9c、第三级机械密封10c、和外壳2c组成；所述沉降腔12与第二级胶囊内腔4b为并联关系，即保护器第二级胶囊内腔4b与沉降腔12没有机械密封隔断，第二级胶囊内腔4b直接与沉降腔12直接相连通，相当于增加了沉降腔的空间体积，上一级胶囊内腔和沉降腔的绝缘油可以一起流向止推腔和电机内部，能够加大保护器的储油量。
42.进一步的，沉降腔不分内外腔室，仅由外壳，上、下密封座之间的腔体空间组成，有效的增加了保护器内部的储油量，可以满足大功率电机呼吸量的需求。使用时绝缘油始终沉入沉降腔底部。
43.所述止推腔17内装有上止推轴承13、滑板14、下止推轴承15和止推外壳16。所述止推腔17内装有上止推轴承13、滑板14、下止推轴承15和止推外壳16。所述上止推轴承13位于滑板14上方，承受机组启动时的上浮轴向力，下止推轴承15位于滑板下方，贴合在底座18端面上，用于承受机组工作时泵传递来的轴向力。
44.所述全氟聚醚绝缘油密度1.86～1.91g/m3，大于外界井液密度，不燃烧，分解温度350℃，耐温等级高，绝缘性能和润滑性能好。绝缘油起到隔离，润滑和调节机组内外压差的作用。由于所述潜油电机保护器内部注入密度大于外界井液密度的绝缘油。当电机保护器运行时，由于密度差，井液浮于保护器内部绝缘油上方，不能进入保护器底部和电机内部，从而对电机绝缘和轴承起到有效保护作用。同时，绝缘油热膨胀系数相对较小，在高温下溢
出量更少，大幅降低保护器内部缺油的风险，因此可应用于高温油井和地热项目中。
45.工作过程：
46.通常情况下，潜油电机保护器正常运行，主要是能够满足“呼吸”的原理，使电机能够达到与外界压力平衡，所述新型潜油电机保护器的工作原理如下：
47.保护器“呼”的过程：在保护器与电机对接后，将保护器和电机内部注满绝缘油，机组运行过程中，电机绕组发热，使绝缘油温度升高，油受热膨胀，电机内的绝缘油经保护器底座18、止推腔17、第三密封座直孔通道f、沉降腔12，再经第二密封座直孔通道e流向第二级胶囊内腔4b，由于第二级机械密封10b的封堵，使油压力增大，当油压大于第二溢流阀11b的打开压力时，第二溢流阀11b打开，绝缘油通过溢流阀，进入第二级胶囊的外腔d 中，此时绝缘油由胶囊内部流入胶囊外部，随着外腔d中的绝缘油累积增多，膨胀的绝缘油继续沿着第一密封座直孔通道c进入第一级胶囊内腔4a，第一级机械密封10a对第一级胶囊腔内的绝缘油继续封堵，当油压大于第一溢流阀11a的打开压力时，第一溢流阀打开，润滑油进入第一级胶囊内腔4a的外腔b，最后沿着保护器头上的直孔通道a将多余的绝缘油排出，达到机组内外压力平衡的作用。
48.保护器“吸”的过程：当电机需要补油时，保护器底座18内的绝缘油先被吸入到电机腔体中，受内外压差的影响，止推腔17，沉降腔12中的绝缘油相继下行进行补油。第二级胶囊内腔4b的胶囊收缩，胶囊内的绝缘油流入沉降腔12中。相应地，第一级胶囊内腔4a内的绝缘油通过第一密封座直孔通道c进入第二级胶囊内腔4b的外腔d中。外界井液通过保护器头直孔通道a进入第一级胶囊内腔4a的外腔b中，达到机组内外压力平衡的作用。
49.实施例3
50.在实施例2的基础上，上胶囊座5上开有过油孔i，上胶囊座过油孔i使胶囊内腔与护轴管3内部连通，胶囊护轴管7下部开设四个过油孔j，胶囊护轴管底部过油孔j使胶囊内腔与下一级的外腔连通，其作用是与下一腔室油路相通。
51.所述新型潜油电机保护器在长期运行的过程中，外界井液可能会因为机械密封泄漏进入胶囊内腔中。下面以图2和图3为例，阐述保护器胶囊腔和沉降腔的工作原理。
52.如图2所示，图中箭头代表井液流向过程。首先当因机械密封发生泄漏时，井液沿着护轴管3和保护器轴19之间的缝隙进入胶囊腔中，由于胶囊腔内的绝缘油密度比井液密度大，井液始终浮于润滑油上方，随着运行时间延长，胶囊内腔4中的绝缘油逐渐消耗，井液通过上胶囊座过油孔i进入胶囊内腔，继而又通过胶囊护轴管底部过油孔j进入下一级腔体中。
53.如图3所示，当前两级胶囊腔失效后，井液就会沿着第二密封座直孔通道进入沉降腔12中，同样的原理，由于密度差，井液会先浮于润滑油上方，当沉降腔中的绝缘油消耗完后，井液也就随之流向第三密封座直孔通道f，进而进入保护器止推腔中。
54.综上所述，本实用新型提供一种增加了保护器向止推腔和电机内部供油油量的新型潜油电机保护器。
55.以上实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。