潜油电泵结构及工作原理讲义

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第二章、潜油电泵系统组成
潜油电泵主要由两大部分组成井上部分和井下部分。 （一）井上部分 1）井口 2）接线盒 3）控制柜 4）变频器 5）变压器 （二）井下部分 1） 潜油电泵 2） 分离器 3） 保护器 4） 潜油电机 5） 引接电缆 6） 潜油电缆 7） 井下传感器
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1.套管 2.导向器 3.电机 4.引线电缆 5.保护器 6.分离器 7.泵 8.电缆卡子
11.接线盒 12.控制柜 13.变压器 14.井口 15.泄流阀 16.单向阀 17.动力电缆
9.泵头
10.油管
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潜油离心泵
1.上泵头装配 2.叶轮 3.导壳 4.泵壳 5.泵轴 6.下泵头装配
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潜油电泵结构及工作原理
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目 录
第一章、潜油电泵发展概况 第二章、潜油电泵系统组成
第三章、机组各部件的作用
第四章、潜油电泵各部件工作原理
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第一章、潜油电泵发展概况
潜油电泵全称电动潜油离心泵,简称电泵。 1923年俄罗人A S艾鲁托诺夫在世界上首先提出潜油电 泵的新概念，并在洛杉机制造出美国第一台潜油电泵。 1940年苏联国家石油机械设计院深水电机局石油工业 组研制了苏联第一台潜油电泵。开始广泛应用于油田。 1953年中国石油部曾在玉门油田对潜油电泵进行研究 和试验。 1989年中成机械公司正式引进美国CT公司的潜油电泵 制造技术，有力地促进了中国电潜泵制造技术和生产的发 展。
渤海石油装备中成机械制造公司 十、电缆头 电缆头由于受井径尺寸的限制,因而必须特制。它应具有很高的介 电强度和良好的密封性能。 十一、其他辅助设施 (1)电缆滚筒支架：用作潜油动力电缆的支撑及起下电泵时收放电缆。 (2)变径短节：为适应泵出口接头与各种油管螺纹的连接，配有各种不同 规格的变径短节。 (3)单流阀：用于防止停泵时，油管内的液体回流，引起机组反转，同时 减轻电泵的启动负荷，以防启动时损坏机组。 (4)泄油阀（或测压阀）：在作业中将机组从油井中起出时，由于単流阀 的作用，油管中的液体排不出去，需要把泄油阀芯砸断，使油管同套 管的环形空间相通，使液体流入套管内，以便施工作业。 泄油阀还可以测井中的流压与静压。
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1.2转子系统： 主要由转子、轴、扶正轴承等组成。
a.转子：由优质性能的硅钢片冲成转子冲片叠压而成。转子槽中穿有铜导条， 转子两端用铜端环与导条铆压或焊牢。其作用是导磁并产生电磁转矩输出机械功 率带动电泵旋转。 b.电机轴：转子转轴式一根细长的空心轴，其作用是用来连接和固定各转子 节、扶正轴承。在转轴上，按一定距离间隔地开有许多径向油孔，其作用是通过 中心孔、油孔来润滑扶正轴承内外套并润滑油的流道。 c.扶正轴承：防止细长转子运转与定子相擦起扶正作用。主要由转子铜套和 轴承构成滑动轴承，每两个相邻的转子之间安放一个。转子之间有均匀的气隙， 提高潜油电机运行的可靠性。
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保护器 (组合式)
1. 保护器头 2. 胶囊 3.轴 4.机械密封(碳化硅) 5.外壳
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潜油电机
1.电机头 2.转子铁芯 3.定子铁芯 4.转子轴承 5.电机壳 6.轴 7.底座
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第三章、机组各部件的作用
一、潜油泵 潜油泵是潜油电泵机组中的工作机，井下液体是被潜油泵抽送到地 面的。原理与地面使用的普通离心泵一样。 潜油泵由多级叶轮、导壳组成，叶轮、导壳的结构形式决定潜油泵 的排量，叶轮、导壳的级数决定潜油泵的扬程和匹配潜油电机功率。 二、分离器 对于含气井而言，井液在进入潜油泵之前，要先通过油气分离器进 行气、液分离，以减少气体对潜油泵工作性能的影响。目前，分离器的 基本结构形式油两种，一种是旋转式分离器，另一种是沉降式分离器。 潜油电泵机组在工作中，气、液混合液进入分离器并被分离后，气体进 入套管与油管的环形空间。液体引入潜油泵中。
1.3接头
电机定子的两端安装各种接头，如电机头、上接头、下接头等。它们的作用 一般是容安装止推轴承、扶正电机轴、引出和保护电机引线、密封电机以及上 下节连接等作用。
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2.潜油电机结构特点:
⑴外形尺寸细长，电机外径与其长度比(细长比) 最大可达1:100左右。 外部直径及适应井径 ⑵定转子铁芯分段组成:每相邻两个转子间放置一套扶正轴承。 ⑶潜油电机的保护器。 ⑷采用具有特殊的内腔油循环系统。
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三、保护器 保护器主要是保护潜油电机的，最终目的是阻止井液进入潜油电机，避免烧 毁潜油电机。保护器在潜油点泵机组中主要有以下四个作用： （1）密封潜油电机轴的动力输出端，防止井液进入潜油电机。 （2）保护器的充油腔体与油井相连通，从而平衡潜油电机和保护器中各密封部位两 端的压差。当潜油电机因温度升高而使润滑油体积膨胀时，润滑油可通过保护器 溢出;当潜油电机因停机温度下降时，保护器可向潜油电机补充润滑油。 （3）内设一个推力轴承，承担作用在泵轴、分离器轴和保护器轴传递下来的轴向力。 （4）连接潜油电机轴与泵轴（或分离器轴），连接潜油电机壳体与潜油泵壳体（或 分离器壳体）。 四、潜油电机 在潜油电泵机组中使用的电机为二级三相鼠笼式异步电动机。是潜油电泵机 组的动力源。根据油井产量、扬程、温度、井液粘度及不同规格的套管，可选用 不同功率、直径的潜油电机。潜油电机工作电压一般为400~2500V，电流为 30~120A。电机功率与电机长度成正比，单节电机长度最长不大于10m。电机可 以串联使用，串联方式采用内插式结构，轴联接采用花键联接。
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1.2工作原理：
保护器安装在分离器和电机之间。 保护器通过沉降管与井液连通,由于每个沉 降室的上方均有一道机械密封，所以保证进 入到沉降室的井液能处在沉降室的下方。不 能通过沉降室上方的连通孔流入下级沉降室 和电机中，保证了电机内部电机油的清洁度 和绝缘性能，同时提供了电机油受热膨胀的 路径和容腔，既保证了密封又使机组内外压 力平衡。设置在下沉降室上方的止推轴承装 置用来承受泵及保护器的轴向力 。
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4.保护器的密封：
旋转轴的密封 采用机械密封,机械密封的结构、原理、材料及精 密度联接 螺纹的密封 采用“O”形橡胶密封圈，密封圈的材料、压缩量、 及配合面的精度。 螺塞及阀体的密封 利用铅的延展性及填充性采用铅垫密封。
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分离器
1.上接头 2.油气分离头 3.分离轮 4.壳体 5.轴 6.吸入口 7.下接头
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保护器 (沉降式)
1.保护器头 2.放气阀 3.机壳 4.机械密封 5.轴
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保护器 (胶囊式)
1.保护器头 2.密封圈 3.外壳 4.胶囊 5.机械密封 6.轴 7.止推轴承 8.底座
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第四章、潜油电泵各部件工作原理
潜油电机
1、潜油电机结构组成
1.1定子系统: 主要由定子铁芯、定子绕组及壳体组成。 a.定子铁芯：由优质性能的硅钢片冲成定子冲片叠压而成。其主要作用 是导磁和嵌入绕组。 b.定子绕组：由F46薄膜绕包铜线制成的三相绕组在定子空间为120°分 布。其作用是通过三相交流电流产生旋转磁场，耐温达180℃以上。 c.壳体：由优质碳素结构钢制成，有足够的强度起结构支撑和连接作用。
油气分离器
1、分离器的分类
按气体从混合液分离的方式及结构的不同，可把分离 器分为三种类型：沉降式气液分离器、旋转式气液分离 器、涡流式气液分离器。 按分离能力可把分离器分为：单级分离器、双级分离 器.
1.1沉降式分离器结构
潜油电泵用沉降式分离器主要由上接头、外壳、 扶正器、传动轴、流体导向片、内腔进液孔、叶轮、 隔离套、花键套、下接头等组成。
3.潜油电机工作原理:
潜油电机属三相交流鼠笼异步电机，其工作原理为:当定子三相绕组 接通三相交流电源时，在电机定子内部产生一个转速为60f/P的旋转磁场， 其转向取决于电流相序。由于此旋转磁场切割转子导条，根据电磁感应定 律，在闭合的转子回路中将产生感应电流；又由于电动机法则此感应电流 在旋转磁场中又将受到力的作用，从而产生了电磁转矩使转子沿着旋转磁 场的方向带动负载做异步转动。
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七、接线盒 接线盒的作用是连接控制柜到井口之间的潜油电泵动力电缆， 防止油井中易燃气体通过电缆进入控制柜，发生火灾或爆炸。接 线盒距井口的距离不小于3m，高度不低于0.5m。接线盒到控制 柜的电缆应埋于地下0.2m以下。 八、井口 潜油电泵井口是一个偏心并带有电缆密封装置的特殊油管柱， 既可以密封动力电缆出口，又可以承受全井管柱及电泵机组的重 力。 九、电缆 潜油电泵动力电缆是一种特殊绝缘材料密封、外加钢带铠装 的潜油动力电缆，其主要功能是将地面电能输送给井下的潜油电 机。
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五、控制柜 潜油电泵的启动和停机，以及运行中的一系列控制，需要专门的 控 制设备来完成。潜油电泵专用控制柜分为手动、自动两种控制方式。控 制柜具有短路保护、单相保护、三相过流保护和欠载停机、延时自动启 动功能。通过仪表可随时测量电机运行电压、电流参数，并自动记录电 机运行电流，从而使电泵管理人员及时掌握和判断潜油电机的运行情况。 六、变压器 变压器是利用电磁感应原理进行工作的。变压器原边、副边电压之 比决定于原、副线圈匝数之比，只要改变原、副线圈的匝数，便可达到 改变电压的目的。把一种电压的交流电能转变为频率相同的另一种电压 的交流电能。潜油电泵机组中的变压器就是将电网电压转变为潜油电机 所需要的电压。
3.1结构特征： 这种新型保护器是集国内外各家之所长，采用了最佳保护结构，即： 将胶囊式保护器和沉降式保护器分别设计成标准节的形式，便于互换及 组合，整体结构为“积木式” 。 3.2工作原理： 因复合式保护器是由沉降式标准元及胶囊式标准单元组合为一体， 所以沉降式标准单元与沉降式保护器相同，胶囊式标准单元与胶囊式保 护器相同。当第一个单元保护器失效第二个单元继续工作。为此可靠性 高，适应性广。
2.2 工作原理：
胶囊式保护器安装于分离器与电机 之间，保护器的止推轴承可以承受泵的轴向压 力，保护器的胶囊在电机油和井液之间形成了 有弹性的隔离层。由于它的调节作用,使得电机 在运行和停机时，电机油的热胀冷缩不会导致 井液进入电机内腔，保护了电机绝缘。
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3.复合式保护器的结构特征及工作原理：
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2.胶囊式保护器的结构特征及工 作原理：
2.1 结构特征： 胶囊式保护器：由保护器头、轴、 座、密封座、壳体、胶囊支架环、胶囊、 溢流阀、护轴管、止推轴承和联接座等 组成，它为预注油式结构，胶囊使电机 内腔与井液完全隔离，可靠性高，适用 于斜井、水平井。
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保护器
按结构分为
沉降式保护器 胶囊式保护器 组合式保护器 串接的复合型保护器
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1.沉降式保护器
1.1结构组成： 沉降式保护器由保护器头、轴、机械密 封、密封座、壳体、止推轴承、底座、护轴 管、沉降管和呼吸管等主要部件组成。它设 有两道机械密封,两个沉降室使电机内腔与 井液完全隔离, 有较高的可靠性。
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潜油电泵制造水平
目前世界的潜油电泵制造商主要集中在美国、中国 和俄罗斯三国。世界上其它产油国特别是第三世界产油 国的潜油电泵均来源于上述三国。综合评价潜油电泵技 术含量、水平、制造工艺水平、产品适用性、产品可靠 性等指标，美国的2~3家厂商无论是过去还是现在一直 居于首位，由于苏联是世界第一原有输出大国，潜油电 泵举升井液是原油开采的主要设备，因此其制造生产电 泵机组，主要用于本国，因此外界对其产品了解不够。