Основные недостатки существующих погружных электродвигателей Погружные электродвигатели используются в скважинных насосных агрегатах для добычи пластовой жидкости. В настоящее время для этих целей применяются серийно выпускаемые асинхронные электродвигатели, отечественным аналогом которых является двигатель типа ПЭД. С целью уменьшения габаритов и массы и увеличения тяговых характеристик двигателя ряд фирм разрабатывают вентильные двигатели с ротором на постоянных магнитах. В РФ мелкосерийное производство таких двигателей осваивает ОАО «Ритэк», НПП «Нефтемаш» и завод «Алнас». Эти двигатели обладают рядом конструктивных и технологических недостатков: - Статор и высоковольтный ввод выходят из строя при попадании в полость двигателя даже малых количеств пластовой жидкости. Применяемые системы гидрозащиты обладают малым ресурсом, что существенно понижает надежность двигателя и часто не позволяет ему вырабатывать свой паспортный ресурс.
- Применяемые в указанных типах двигателя подшипники с пассивным гидродинамическим клином имеют недостаточную несущую способность. В результате этого происходит преждевременный износ контактных поверхностей подшипников и, как следствие, авария двигателя.
- Характерным недостатком применяемых при изготовлении статоров электродвигателей технологий является необходимость трудоемкого и затратного производства по вырубке электротехнической стали и операции протягивания провода через длинные узкие пазы статорного железа с острыми краями, которые порождают большой процент брака на этапе изготовления.
В случае вентильных двигателей, кроме того, следует отметить еще ряд недостатков, связанных с применением постоянных магнитов: - Температура размагничивания постоянных магнитов, применяемых сегодня, близка к температурам внутри скважины. Часто наблюдаемые на практике газовые пробки приводят к нарушению теплообмена и, следовательно, к перегреву двигателя, что, в свою очередь, часто вызывает размагничивание постоянных магнитов ротора вентильного двигателя.
- Применяемые материалы постоянных магнитов подвержены коррозии в среде, заполняющей внутреннюю полость электродвигателя. Дело в том, что в контакте с трансформаторным маслом на поверхности постоянного магнита под действием электромагнитных полей выделяется свободный водород, который и является причиной разрушения постоянного магнита по всему объему.
- Для защиты постоянных магнитов в роторе электродвигателя от коррозии необходимо применять дорогостоящие, трудоемкие и технологически сложные тонкостенные защитные рубашки.
Указанные проблемы решены в конструкции разработанного в ООО «Лифт Ойл» нового погружного электродвигателя на ферритовых магнитах. ДВИГАТЕЛЬ ПЭДФ-1 Конструктивные особенности Особенностями ПЭДФ-1, характеризующими его надежность, являются: - Высокая эксплуатационная температура - до 220ºС.
- Отсутствие необходимости в системе гидрозащиты.
- Простота технологии изготовления.
По сравнению с асинхронными и вентильными двигателями, у которых температура эксплуатации не может превышать 120ºС, ПЭДФ-1 может работать при гораздо более высокой температуре. Это достигается в результате применения ферритовых магнитов в роторе и высокотемпературной электрической изоляции в статоре. Ферритовые магниты обладают более высокой температурой размагничивания по сравнению с применяемыми редкоземельными магнитными сплавами. Однако их магнитные свойства слабее, что до недавнего времени не позволяло использовать их в качестве магнитного материала для погружных скважинных насосов. Применение разработанной нами методики оптимизации магнитной системы позволило добиться необходимых тяговых характеристик электродвигателя при конкурентоспособных габаритах и КПД. Кроме этого ферриты являются коррозионно-стойким материалом и не нарушают магнитных свойств даже при заполнении полости двигателя пластовой жидкостью. Невысокие магнитные свойства ферритов и, соответственно, не высокая магнитная индукция в зазоре позволяют применить в погружном двигателе герметичный статор, защищенный от попадания пластовой жидкости тонкостенной гильзой. Такое решение позволяет отказаться от применения отдельного блока системы гидрозащиты и существенно повысить надежность погружного насосного агрегата. Статор изготовлен в виде седловидных обмоток из медного самоклеящегося провода, залитых высокотемпературным диэлектрическим компаундом, который отверждается после заливки. Кроме того, при изготовлении статора исключена операция вырубки электротехнической стали, так как статор изготавливается по беспазовой технологии. Магнитопровод статора изготавливается путем намотки перфорированной стальной ленты на внешнюю поверхность статора. Таким образом исключается операция протягивания медного провода сквозь узкие длинные пазы статора, порождающая большой процент брака на этапе сборки. В конструкции двигателя применены активные гидростатические подшипники - в зазор подшипников подается из полости смазывающе-охлаждающая жидкость под высоким давлением от встроенного в блок подшипника лабиринтного насоса. Для контактной пары радиальных подшипников применены износостоикие материалы: силицированный графит по напыленной плазменным способом керамике (толщина напыленного слоя до 1 мм). Осевая упорная пята бесконтактная магнитного типа с несущей способностью до 300 кг. Применение герметичного гильзованного статора позволяет снизить требования к электроизоляционным свойствам жидкости и заполнять полость двигателя вместо трансформаторного масла гидравлическим маслом с высокой смазывающей способностью или тяжелой жидкостью
Область применения Применение нового электродвигателя ПЭДФ - 1 планируется в следующих областях: - Медленноходные погружные насосы, работающие при скорости вращения ротора (1500 - 3000) об/мин. Они предназначены для разработки мало и средне дебитных скважин.
- Возможность повышения частоты вращения ротора в область (3000 - 6000) об/мин без изменения конструкции электродвигателя позволит применять его для привода центробежных насосов с мощностью (24 - 60) кВт в одну секцию.
- Рассматриваются многосекционные варианты ПЭДФ для диапазона мощностей до 500 кВт.
Эксплуатационные преимущества - Высокий ресурс работы и надежность, позволяющие экономить затраты на аварийные спуски и подъемы из скважины.
- Возможность регулировки частоты вращения с помощью инвертора позволит оператору нефтедобычи приспосабливаться к реальным изменениям подачи на этапе освоения скважины.
|
