Погружные электродвигатели

Погружной электродвигатель для добычи нефти представляет собой асинхронный маслозаполненный двигатель с короткозамкнутым ротором. При частоте тока 50 Гц, синхронная частота вращения их вала равна 3000 об/мин. Двигатели, как и насосы, должны иметь малые диа­метры, различные для скважин с различными обсадными ко­лоннами. Мощность двигателей достигает 500 кВт. Напряжение питания двигателей составляет от 600 до 3800 В, а величина рабочего тока – от 19 до 100 А в зависимости от типоразмера двигателя. Величина номинального скольжения составляет до 6%.

Малые диаметры и большие мощности вызывают необходи­мость увеличивать длину двигателей, которая иногда превышает 9 м.

Электродвигатель (рисунок 1.7) состоит из статора 1, ротора 3, головки 5, основания 10 и узла токоввода 9.

Статор 1 представляет собой выполненный из специальной трубы корпус, в который запрессован магнитопровод из листо­вой электротехнической стали.

В пазы статора уложена трехфазная протяжная обмотка из специального обмоточного провода. Фазы обмотки соединены в звезду.

Внутри статора размещается ротор 3, представляющий со­бой набор пакетов, разделенных между собой промежуточны­ми подшипниками и последовательно надетыми на вал. Вал ротора выполнен пустотелым для обеспечения циркуляции мас­ла. Пакеты ротора набраны из листовой электротехнической стали. В пазы пакетов вставлены медные стержни, сваренные по торцам с медными кольцами.

В головке электродвигателя размещен узел упорного подшип­ника 6, который воспринимает осевые нагрузки от веса ротора. В нижней части электродвигателя расположено основание 10, в котором размещен фильтр 11 для очистки масла.

Двигатели мощностью более 180 кВт диаметром 123 мм, бо­лее 90 кВт диаметром 117 мм, 63 кВт диаметром 103 мм и мощ­ностью 45 кВт диаметром 96 мм.Конструкции узлов секционирования двигателей диаметром 123, 117, 103 и 96 мм идентичны. Секционные двигатели состоят из верхней и ниж­ней секций, которые соединяются при монтаже двигателя на скважине. Каждая секция состоит из статора и ротора, устрой­ство которых аналогично односекционному электродвигателю. Электрическое соединений секций между собой последователь­ное, внутреннее и осуществляется с помощью 3-х наконечни­ков. Герметизация соединения обеспечивается уплотнением при стыковке секций.

Для изготовления корпусов статора используются трубы, хо­лоднотянутые высокой точности с отклонением от прямолиней­ности внутренней поверхности (кривизна) по всей длине на один метр трубы не более 0,15 мм. По длине труба изготавливается кратной мерной длине в пре­делах от 4000 до 9000 мм.

Магнитопровод шихтуется из отдельных листов отожженной электротехнической стали. Сталь поставляют в термически обработанном состоянии с двухсторонним электроизоляционным покрытием.

Немагнитные пакеты набирают из листов, наштампованных из немагнитной кремнисто-марганцовой бронзы. Допускается замена бронзы на немагнитную нержавеющую сталь. Немагнитные пакеты служат опорами для подшипников ротора. Такие упрочненные немагнитные пакеты исключают износ рас­точки статора под корпусами подшипников и тем самым снимают необходимость перешихтовки статора при капитальном ремонте.

Обмотка статора однослойная, протяжная, катушечная вы­полняется проводом с пленочной полиимидно-фторопластовой изоляцией. Изоляция обмоточных проводов типа ППИ-У и ПЭИ-200, выпускаемых в России и СНГ, выполняется из пленки марки ПМФ-С-351 и ПМФ-С-352 и пленки Каптон типа PN, выпус­каемой рядом зарубежных фирм. Полиимидно-фторопластовые пленки имеют высокую диэлектрическую прочность, выдержи­вают рабочую температуру до 200 °С. Они обладают высоким сопротивлением проколам, истиранию и другим механическим нагрузкам, которые возникают как в процессе обмотки статора, так и при эксплуатации ПЭД.

Перед обмоткой статора в пазы укладывают гильзу из изоля­ционного материала. В качестве выводных концов обмотки статора используется многожильный провод марки ПФС или ПФТ, который при по­мощи медной гильзы припаивается к концам обмотки статора. Выводной провод изготовлен из многожильного медного прово­да с электрически и механически прочной изоляцией. Провод устойчив к воздействию масел.

Ротор погружного электродвигателя короткозамкнутый, мно­госекционный. В состав ротора входят вал, пакеты ротора, ради­альные опоры (подшипники скольжения), втулки. Пакеты ротора изготавливаются из отштампованных листов электротехнической стали марки 2212 или 2215, количество паке­тов зависит от мощности двигателя. Обмотка пакета ротора выполнена из медных стержней и мед­ных короткозамыкающих колец. Короткозамыкающие кольца на­бираются из отдельных штампованных медных листов или из медных колец, полученных методом порошковой металлургии. Пайка короткозамыкающих колец со стержнями выполняет­ся медно-фосфористым припоем; разогрев их производится то­ками высокой частоты.

Поочередно с пакетами на вал устанавливают радиальные пары трения: подшипники и втулки подшипников.

Вал ротора пустотелый, выполнен из высокопрочной стали марки АЦ28ХГНЗФТ, высокой точности. Прутки для изготовления валов имеют диаметры 24,99; 29,99; 34,99 мм; длину – до 8 м; диаметр осевого канала – 7,1–8,2 мм. Основным производителем прутков и валов для роторов ПЭД, а также валов ЭЦН является ЗАО "Ижевский опытно-механический завод".

Основание электродвигателя расположено в нижней части дви­гателя и служит для размещения фильтра, обратного клапана для закачки в двигатель масла, перепускного клапана и магни­тов для улавливания продуктов износа. Перепускной клапан обеспечивает сообщение полости электродвигателя с компенса­тором при использовании гидрозащиты типа 1Г.

Головка ПЭД представляет собой сборочную единицу, расположен­ную в верхней части двигателя (над статором). В головке разме­щен узел упорного подшипника, состоящий из пяты и подпят­ника, крайних радиальных подшипников ротора, узлов токоввода и пробки, через которую производится закачка масла в про­тектор при монтаже.

Осевые нагрузки ротора двигателя воспринимают пята и под­пятник. Пята выполнена из стали 20Х с последующей цемен­тацией поверхности пары скольжения и термообработкой до твердости HRC 57–63. В пяте в радиальном направлении име­ется два (ЛВ5) или четыре (ПЭДУ) отверстия, которые выпол­няют роль турбинки для создания циркуляции масла во внут­ренней полости двигателя. Подпятник изготавливается из бронзы с нанесенным слоем баббита или композиционных материалов.

Российскими производителями ПЭД выпускаются согласно ГОСТ 18058-80 «Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые погружные серии ПЭД» и ГОСТ 30195-94 «Электродвигатели асинхронные погружные», а также различных ТУ (3381-026-21, 26-06-1553-94 и т.д.)

В таблице 1.2 приведены данные об объемах производства ПЭД основными изготовителями стран СНГ [10]. В отличие от рынка ЭЦН, где ситуация достаточно стабильна, в сфере производства ПЭД наблюдается конкуренция между «традиционными» лидерами и производителями, освоившими выпуск двигателей в последние годы. Точная информация о поставках ПЭД в Россию иностранными производителями (REDA, Centrilift, ODI) отсутствует, но по оценкам специалистов составляет около 15-20% от общего количества продаваемых двигателей.

Табл. 1.2

Современное состояние отечественного рынка ПЭД