专利名称：用于电潜泵的密封段的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及电潜井泵，尤其涉及一种位于泵用电机与用于使密封段。
背景技术：
电潜泵经常用于从井中泵送油和水的混合物。通常泵组件具有电 动机和离心式或其它类型的回转泵。电机充有电介质润滑剂，并且电 机与泵之间的密封段用于使内部润滑剂的压力与泵组件外部的流体静 压力相平衡。通常还被称为均压器的密封段具有管状壳体，驱动轴延伸穿过所 述管状壳体以将电机的旋转传递到泵。推力轴承组件经常位于密封段 上以吸收由泵产生的下推力。泵内的润滑剂还润滑推力轴承。利用多种装置使润滑剂压力与井产流体相平衡。管状弹性嚢可以 安装在密封段上，嚢的内部与电机内的润滑剂流体连通。井产流体通 道使井产流体可以进入嚢外部的密封段。也单独使用曲折管或在与所 述嚢相隔开的腔中使用曲折管。井产流体中的水通常比油更浓。通常， 所安装的曲折管具有上入口和下出口，使得向下流过管的水不能以移 动到电机内的方式经过出口向上回流。密封段还具有适应当电机变得更热时所发生的电机内润滑剂膨胀 的特征。可以采用止回阀在不使井产流体进入的情况下排出多余的润滑剂。大多密封段具有多个腔，通常为2-4个，用于封装嚢和曲折管。 通常，每个腔是在其上端和下端通过螺紋固定在接头和轴支承元件上 的圆柱形套筒。附加带螺紋的套筒增加了密封段的成本。发明内容本发明的密封段具有多个所需特征。曲折管位于嚢内以在充注过 程中排出空气。曲折管具有与单独充有油的腔相连的下端。密封段具有用于将密封段固定在泵与电机之间的上接头和下接 头。壳体是连接在上和下接头之间的单一圆柱形套筒。推力轴承组件 位于下接头上方的壳体内。下径向轴承支承件和中心径向轴承支承件 装配在壳体内以径向支承轴。隔离管封装轴并连接在下径向轴承支承 件和中心径向轴承支承件以及中心径向轴承支承件和上接头之间。下径向轴承支承件和中心径向轴承支承件、隔离管以及嚢可以组装成一 体并插入壳体的一端内。
图1A和1B包括根据本发明的用于电潜井泵组件的密封段的竖向 剖视图。图2是图1所示密封段的上部的放大剖视图。图3是根据本发明的电潜井泵组件的示意性剖视图。
具体实施方式
参照图3，所示的电潜泵组件ll ("ESP")安装在井中的外壳13 内。ESP 11悬挂在管道15组成的管柱上，并且在本实施方式中其使 井产流体向上排出管道15。 ESP 11具有通常为三相AC电机的电机 17。电机17与密封段19相连，该密封段19又与泵21相连。电机17 装有润滑剂，并且密封段19使润滑剂压力与外部的井产流体的流体静 压力相平衡。泵21是回转泵，例如具有许多级的离心泵，每一级都具 有叶轮和扩散管。泵21在其下端具有吸入井产流体的进口 23。参照图1A和1B,密封段19具有用于固定在电机17 (图3)上 的下接头25。下接头25通常具有容纳螺栓的凸缘27，所述螺栓接合 在电机17的配合凸缘上。上接头29 (图1A)将密封段19连接在泵 21 (图3 )上。上接头29具有用于容纳来自泵21的下接头的螺紋孔 31。密封段19具有壳体33,其包括优选通过螺紋固定在上接头和下 接头25、 29上的圆柱形套筒。壳体33优选是单个整体元件。轴35延伸穿过密封段19以将回转运动从电机17 (图3 )传递到 泵21。轴35具有上花键末端37，其可选择地具有插销元件39。插销 元件39锁扣在泵21 (图3)的轴(未示出)上以传递拉力。轴35具 有接合电机17的轴(未示出)的下花键末端41。常规推力轴承42位于密封段19内，如图1B所示。推力轴承42 包括固定在轴35上的回转推力元件或转轮43。转轮43与安装在下接 头25上侧的固定下推元件或底座45旋转接合。转轮43还接合固定上 推元件47并同时处于上推状态。上推元件47通过可以为卡环的保持 器环48支承在壳体33内防止产生向上运动。下径向轴承支承件49通过保持器环48支承在壳体33内防止产生 向下运动。下径向轴承支承件49具有衬套51，该衬套51由轴35滑 动接合。衬套51不会在轴35上形成密封并且可以具有穿过轴的通路 或通道以使电机润滑剂自由通过。下径向轴承支承件49在其外部具有 密封接合壳体33的内径的密封件。下隔离管53密封延伸到衬套51 上端的下径向轴承支承件49上的沉孔内。下隔离管53具有比轴35 的外径更大的内径，从而形成电机润滑剂流动的环形通道。电机润滑 剂在环绕推力轴承42的区域与下隔离管53内的环形间隙之间自动流 动。下隔离管53的上端延伸到与中心径向轴承支承件55的沉孔密封 接合。中心径向轴承支承件55在其外部具有密封压靠在壳体33内径 上的密封件。中心径向轴承支承件还具有滑动接合所述轴35但不会密 封阻碍润滑剂流动的衬套57。通过径向轴承支承件49、 55与环绕的 下隔离管53之间的环形空间限定下腔59。通道61从其下端至上端延伸穿过中心径向轴承支承件55。参照图1A和1B，上隔离管63具有密封接合在衬套57上方中心 径向轴承支承件55上的沉孔内的下端。上隔离管63的上端延伸到上 接头29,从而在壳体33内限定了环形上腔64。管状弹性嚢65位于上 腔64内。嚢65具有绕中心径向轴承支承件55的上颈部密封配合的下 端67。嚢65在其上端具有密封固定在囊保持器71上的颈部69，如图 2所示。嚢保持器71是通过螺紋固定在上隔离管63的上端的管状元 件。嚢保持器71具有密封接合在上接头29下端上形成的沉孔70的上 部。再次参照图1A和1B， 口 72位于上隔离管63上端附近的侧壁上。 口 72使上隔离管63内的环形间隙与嚢65的内部连通。另外，曲折管 73的上端固定在位于口 72附近的口 75上。口 75^皮示出位于口 72下 方，但其可以处于与口 72等高或者甚至是在其上方。隔离管73是在 上隔离管63侧面从口 75向下密封延伸到中心径向轴承支承件55上的 通道61上端(图1B)内的小直径管。因此下腔59内的润滑剂通过曲 折管73与隔离管53、 63内绕轴35的环形间隙中的润滑剂连通。参照图2，螺紋插座77位于上接头29上。插座77在操作过程中 通常容纳插头(未示出)，但插头在润滑剂充注工序中被取出。径向延 伸的通道79接合插座77的内端并向内延伸至轴向通道81，轴35延 伸穿过所述通道81。衬套83位于通道81内以滑动接合并径向支承轴 35。衬套83不提供对润滑剂流动的密封。 一个或多个止回阀85位于 上接头29上的排出口 87内。排出口 87从上接头29的下端向上延伸 到与从插座77向内的径向通道79相交。止回阀85允许流体按图2 中的箭头所示向下流入上腔64，但不允许向上流动。井产流体口 89 从上接头29的下端延伸到在上接头29的上端形成的空腔91。空腔91 通过泵21的进口 23 (图3)与密封段19外部的井产流体流体连通。 井产流体口 89备选地可以延伸穿过上接头29的外部侧壁。机械密封组件92位于轴35的上端以密封防止井产流体从空腔91 侵入电机17 (图3)内。在该实施方式中，机械密封组件92包括与轴35 —起旋转并由螺旋弹簧95偏压靠在固定密封底座97上的回转密封 元件93。辅助的轴密封件99可选择地布置在密封底座97下面。润滑 剂密封件99被示出是常规轴油封。优选地润滑剂位于油封99与密封 组件92之间，并且该润滑剂不同于电机润滑剂。为了组装油密封件19,套筒或壳体33的内部部件从一端预先安 装并压入壳体33内。例如，使用者可以首先将下接头25、推力轴承 42和轴35安装在壳体33内。使用者随后将上和下隔离管63、 53与 径向轴承支承件49、 55以及嚢65预先安装在一起。使用者之后将这 一子组件压靠在轴35上并压入壳体33内。使用者而后将上接头29 固定在壳体33上。沉孔70滑动密封在嚢保持器71上以形成接合，同 时上接头29上的螺紋与壳体33内的螺紋接合。在操作之前，向电机17和密封段19充注电机润滑剂，并且可以 采用多种方法。在一种工艺中，最初在制造或维修厂向电机17充注润 滑剂。在井位处，密封段19固定在电机17的上端，并且从电机17 上端的充注口 (未示出)泵入润滑剂。在将润滑剂泵入电机17(图3) 内之前取出用于插座77 (图2)的插头。操作者可以将润滑剂从充注 口向上泵入密封段19,直至润滑剂开始流出插座77。密封段19中的 空气在那一过程中会从口 77排出。在充注过程中，润滑剂穿过绕推力轴承42 (图1B)的空间以及 在下隔离管5 3内的绕轴3 5的环形间隙向上流动。润滑剂穿过上隔离 管63内的环形间隙向上流动并通过口 72 (图1A)向下流入嚢65。润 滑剂还通过曲折管73和通道61流入下腔59。 一旦下腔59和嚢65的 内部得到充注，则润滑剂将向上流入上接头29内绕轴35的空间内， 如果采用油封99的话，则至少达到油封99。充注后，将插头安装在插座77上并且ESPll(图3)下降到井内。 当ESP 11下降到井内时，井产流体通过空腔91和通道89进入上腔 64。井产流体的流体静压力通过嚢65施加在嚢65和电机17内的润滑 剂上。当处于所需深度时，操作者向电机17供电，促使泵21通过进 口 23吸入井产流体并通过管道15将井产流体排到地表。电机17开始变热，促使润滑剂膨胀。由于这种膨胀，过量的润滑 剂会通过口 79、 87和止回阀85排入上腔64内。润滑剂通常比常常包 含大部分盐水的井产流体更稀，因此上腔64中的所述排出的润滑剂通 常将通过通道89向上沉降并进入空腔91内，在那里其通过泵21 (图 3)净皮泵送到地表。一定时间后，井产流体会经过机械密封组件92和油封99发生一 些泄漏。如果这样，所述井产流体将通过村套83向下沉降并进入环绕 上隔离管63的环形间隙。 一些井产流体会从口 72流入嚢65内。 一些 井产流体会沿曲折管73流入下腔59内。进入囊65内的任何井产流体 都将集中在下端并且不能重新进入位于嚢65上端附近的口 72。同样， 集中在下腔59内的任何井产流体都不能向上流入口 72或75。本发明具有突出的优点。壳体的单一圆柱形套筒与多个套筒壳体 相比降低了成本。由于下径向轴承支承件和中心径向轴承支承件滑入 壳体内，因此密封段与具有相同总长的现有技术的密封段相比具有更 大的容积而允许油膨胀。曲折管允许收集的空气排出并在泄漏的情况 下对井产流体提供额外的阻挡。油封用作备用密封件以降低井产流体 进入与润滑剂接触。更容易完成充注和维修。尽管已经仅通过一种形式示出了本发明，但对本领域技术任意显 而易见的是本发明并不受到限制，而是可以在不脱离本发明范围的前 提下做出多种改变。
权利要求
1. 一种用于可潜井泵组件的密封段，包括用于连接在可潜井泵组件的泵与电机之间的壳体；延伸穿过壳体以从电机向泵传递旋转运动的旋转轴；旋转支承所述轴并在壳体中限定上腔和下腔的中心径向轴承支承件；从壳体的外部通向上腔的井产流体通路；分别在上腔和下腔内绕轴延伸的上隔离管和下隔离管，每个隔离管的内径比轴更大，从而限定了与容纳在电机内的润滑剂流体连通的环形通道；环绕上腔中的上隔离管的囊，其用于使囊内的润滑剂与囊外部上腔内的井产流体分开；以及在囊内的曲折管，该曲折管的上端与经上端附近的上隔离管通向环形通道的曲折口流体连通，该曲折管的下端与下腔流体连通。
2. 如权利要求l所述的密封段，其特征在于，还包括用于分别与泵和电机相连的上接头和下接头； 在下腔下方并在下接头上方安装在壳体内的推力轴承组件；以及 所述壳体包括从下接头延伸到上接头的单一圆柱形套筒。
3. 如权利要求1所述的密封段，还包括在嚢内的上隔离管的侧壁上的嚢连通口，其用于使环形通道中的 润滑剂与嚢内部连通。
4. 如权利要求l所述的密封段，还包括固定在壳体上端用于与泵相连的上接头，所述上接头具有使轴延 伸穿过的轴通道；固定安装在上接头的轴通道中的密封底座；与轴相连并与密封底座可旋转、滑动接合的弹簧偏压回转密封元 件；以及油封，其安装在密封底座下方的轴与上接头之间以防通过密封底座泄漏的任何井产流体向下流入上隔离管中的环形通道内。
5. 如权利要求l所述的密封段，还包括固定在壳体上端用于与泵相连的上接头，所述上接头具有使轴延 伸穿过的轴通道；在嚢的上端与上隔离管之间用于将嚢的上端密封固定在上隔离管 的上端上的嚢保持器；并且嚢保持器密封插入上接头中的轴通道的下端内。
6. —种用于可潜井泵组件的密封段，包括 分别与可潜井泵组件的泵和电机相连的上接头和下接头； 从下接头向上接头延伸的单一连续套筒；延伸穿过上接头和下接头以及套筒以从电机向泵传递旋转运动的 旋转轴；安装在下接头上方的套筒中以吸收轴上的下推力的推力轴承组件；在推力轴承上方用于旋转支承所述轴的下径向轴承支承件，该下轴承支承件的外径上具有密封在套筒内径上的密封件；在下径向轴承支承件上方用于旋转支承所述轴的中心径向轴承支承件，该中心径向轴承支承件的外径上具有密封在套筒内径上的密封 件，从而在套筒中限定了上腔和下腔；从套筒的外部通向上腔的井产流体通路；以及分别绕上腔和下腔内的轴延伸的上隔离管和下隔离管，每个隔离 管的内径大于轴，从而限定了用于与容纳在电机内的润滑剂流体连通 的环形通道，上隔离管连接在中心径向轴承支承件与上接头之间，下 隔离管连接在中心径向轴承支承件与下径向轴承支承件之间。
7. 如权利要求6所述的密封段，还包括位于上腔内的嚢，所述嚢具有与上接头相连的上端以及与中心径向轴承支承件相连的下端；以及曲折管，其具有与嚢内的上隔离管上的口相连的上端以及通过中心径向轴承支承件内的连通通道与下腔连通的下端。
8. 如权利要求6所述的密封段，还包括 固定地安装在上接头的轴通道中的密封底座； 与轴相连并与密封底座可旋转、滑动接合的弹簧偏压回转密封件；以及油封，其安装在轴通道内的轴与上接头之间并在密封底座下方以 防通过密封底座泄漏的任何井产流体向下流入上隔离管中的环形通道 内。
9. 如权利要求6所述的密封段，其特征在于，下径向轴承支承件、 中心径向轴承支承件以及上隔离管和下隔离管可以一体插入套筒内。
10. —种用于可潜井泵组件的密封段，包括用于连接在可潜井泵组件的泵与电机之间的壳体； 延伸穿过壳体以从电机向泵传递旋转运动的旋转轴； 在壳体内旋转支承轴并在壳体内限定上腔和下腔的中心径向轴承 支承件；分别绕上腔和下腔内的轴延伸的上隔离管和下隔离管，每个隔离 管的内径大于轴，从而限定了用于与容纳在电机内的润滑剂流体连通的环形通道；环绕上腔中的上隔离管的嚢；在嚢内的上隔离管的侧壁上用于使环形通道中的润滑剂与嚢的内 部流通的嚢连通口；以及在嚢内的曲折管，该曲折管的上端与在上隔离管上的曲折口流体 连通，该曲折管的下端与下腔流体连通。
11. 如权利要求10所述的密封段，其特征在于，壳体包括单一套筒。
12. 如权利要求10所述的密封段，其特征在于，中心径向轴承支 承件完全位于壳体内并在其外径上具有与壳体内径密封接合的密封 件。
13. 如权利要求10所述的密封段，其特征在于，中心径向轴承支 承件具有在上和下腔之间延伸的曲折管通道，并且曲折管的下端密封延伸到曲折管通道的上端。
14. 如权利要求10所述的密封段，还包括在壳体内的下径向轴承支承件，下径向轴承支承件和中心径向轴 承支承件各自具有使轴延伸穿过的轴通道；下隔离管，其具有与下径向轴承支承件和中心径向轴承支承件上 的轴通道密封接合的下端和上端；并且下中心径向轴承支承件和中心径向轴承支承件、下隔离管和上隔 离管以及嚢限定了可以 一体插入壳体内的子组件。
15. 如权利要求IO所述的密封段，还包括 固定在壳体的上端以使壳体与泵相连的上接头，上接头具有使轴延伸穿过的轴通道；将嚢的上端密封固定在上隔离管的上端的嚢保持器；并且 嚢保持器密封插入上接头中的轴通道下端内。
16. 如权利要求IO所述的密封段，还包括 固定在壳体的上端以使壳体与泵相连的上接头，上接头具有使轴延伸穿过的轴通道；固定安装在上接头的轴通道中的密封底座； 与轴相连并与密封底座可旋转、滑动接合的弹簧偏压回转密封件；以及油封，其安装在轴通道内的轴与上接头之间并在密封底座下方以 防通过密封底座泄漏的任何井产流体向下流入上隔离管中的环形通道 内。
全文摘要
一种用于电潜泵的密封段，包括用于连接在泵与电机之间的壳体。中心径向轴承支承件旋转支承驱动轴并在壳体中限定上腔和下腔。井产流体通路从壳体的外部通向上腔。上隔离管和下隔离管在上腔和下腔内绕轴延伸，从而限定了与容纳在电机内的润滑剂流体连通的环形通道。囊环绕上隔离管，从而使润滑剂与上腔内的井产流体分开。在囊内的曲折管的上端与引导通过上隔离管的曲折口流体连通，该曲折管的下端与下腔流体连通。
文档编号F04D29/08GK101216047SQ20071010880
公开日2008年7月9日 申请日期2007年5月31日 优先权日2006年5月31日
发明者B·D·利米, C·F·霍尔, L·J·帕米特 申请人:贝克休斯公司