渤海石油裝備中成機械制造公司

潛油電泵結構及工作原理2009年5月渤海石油裝備中成機械制造公司潛油電泵結構及工作1目錄第一章、潛油電泵發展概況第二章、潛油電泵系統組成第三章、機組各部件的作用第四章、潛油電泵各部件工作原理目錄第一章、潛油電泵發展概況第二章、潛油電泵系統組成第2第一章、潛油電泵發展概況

潛油電泵全稱電動潛油離心泵,簡稱電泵。1923年俄羅人AS艾魯托諾夫在世界上首先提出潛油電泵的新概念，并在洛杉機制造出美國第一臺潛油電泵。1940年蘇聯國家石油機械設計院深水電機局石油工業組研制了蘇聯第一臺潛油電泵。開始廣泛應用于油田。1953年中國石油部曾在玉門油田對潛油電泵進行研究和試驗。1989年中成機械公司正式引進美國CT公司的潛油電泵制造技術，有力地促進了中國電潛泵制造技術和生產的發展。第一章、潛油電泵發展概況潛油電泵全稱電動潛油離心泵,3潛油電泵制造水平

目前世界的潛油電泵制造商主要集中在美國、中國和俄羅斯三國。世界上其它產油國特別是第三世界產油國的潛油電泵均來源于上述三國。綜合評價潛油電泵技術含量、水平、制造工藝水平、產品適用性、產品可靠性等指標，美國的2~3家廠商無論是過去還是現在一直居于首位，由于蘇聯是世界第一原有輸出大國，潛油電泵舉升井液是原油開采的主要設備，因此其制造生產電泵機組，主要用于本國，因此外界對其產品了解不夠。

潛油電泵制造水平目前世界的潛油電泵制造商4第二章、潛油電泵系統組成

潛油電泵主要由兩大部分組成井上部分和井下部分。

（一）井上部分

（二）井下部分

1）井口

1）潛油電泵7）

井下傳感器

2）接線盒

2）分離器

3）控制柜

3）保護器

4）變頻器4）潛油電機5）變壓器

5）

引接電纜6）

潛油電纜第二章、潛油電泵系統組成潛油電泵主要由兩大部分組51.套管11.接線盒2.導向器12.控制柜3.電機13.變壓器4.引線電纜14.井口5.保護器15.泄流閥6.分離器16.單向閥7.泵17.動力電纜8.電纜卡子9.泵頭10.油管1.套管11.接線6潛油離心泵1.上泵頭裝配2.葉輪3.導殼4.泵殼5.泵軸6.下泵頭裝配潛油離心泵1.上泵頭裝配7分離器1.上接頭2.油氣分離頭3.分離輪4.殼體5.軸6.吸入口7.下接頭分離器1.上接頭8保護器(沉降式)1.保護器頭2.放氣閥3.機殼4.機械密封5.軸保護器(沉降式)1.保護器頭9保護器(膠囊式)

1.保護器頭2.密封圈3.外殼4.膠囊5.機械密封6.軸7.止推軸承8.底座保護器(膠囊式)1.保護器頭10保護器(組合式)

1.保護器頭2.膠囊3.軸4.機械密封(碳化硅)5.外殼保護器(組合式)11潛油電機

1.電機頭2.轉子鐵芯3.定子鐵芯4.轉子軸承5.電機殼6.軸7.底座潛油電機1.電機頭12第三章、機組各部件的作用一、潛油泵潛油泵是潛油電泵機組中的工作機，井下液體是被潛油泵抽送到地面的。原理與地面使用的普通離心泵一樣。潛油泵由多級葉輪、導殼組成，葉輪、導殼的結構形式決定潛油泵的排量，葉輪、導殼的級數決定潛油泵的揚程和匹配潛油電機功率。二、分離器對于含氣井而言，井液在進入潛油泵之前，要先通過油氣分離器進行氣、液分離，以減少氣體對潛油泵工作性能的影響。目前，分離器的基本結構形式油兩種，一種是旋轉式分離器，另一種是沉降式分離器。潛油電泵機組在工作中，氣、液混合液進入分離器并被分離后，氣體進入套管與油管的環形空間。液體引入潛油泵中。第三章、機組各部件的作用一、潛油泵13三、保護器保護器主要是保護潛油電機的，最終目的是阻止井液進入潛油電機，避免燒毀潛油電機。保護器在潛油點泵機組中主要有以下四個作用：（1）密封潛油電機軸的動力輸出端，防止井液進入潛油電機。（2）保護器的充油腔體與油井相連通，從而平衡潛油電機和保護器中各密封部位兩端的壓差。當潛油電機因溫度升高而使潤滑油體積膨脹時，潤滑油可通過保護器溢出;當潛油電機因停機溫度下降時，保護器可向潛油電機補充潤滑油。（3）內設一個推力軸承，承擔作用在泵軸、分離器軸和保護器軸傳遞下來的軸向力。（4）連接潛油電機軸與泵軸（或分離器軸），連接潛油電機殼體與潛油泵殼體（或分離器殼體）。四、潛油電機在潛油電泵機組中使用的電機為二級三相鼠籠式異步電動機。是潛油電泵機組的動力源。根據油井產量、揚程、溫度、井液粘度及不同規格的套管，可選用不同功率、直徑的潛油電機。潛油電機工作電壓一般為400~2500V，電流為30~120A。電機功率與電機長度成正比，單節電機長度最長不大于10m。電機可以串聯使用，串聯方式采用內插式結構，軸聯接采用花鍵聯接。三、保護器14五、控制柜潛油電泵的啟動和停機，以及運行中的一系列控制，需要專門的控制設備來完成。潛油電泵專用控制柜分為手動、自動兩種控制方式。控制柜具有短路保護、單相保護、三相過流保護和欠載停機、延時自動啟動功能。通過儀表可隨時測量電機運行電壓、電流參數，并自動記錄電機運行電流，從而使電泵管理人員及時掌握和判斷潛油電機的運行情況。六、變壓器變壓器是利用電磁感應原理進行工作的。變壓器原邊、副邊電壓之比決定于原、副線圈匝數之比，只要改變原、副線圈的匝數，便可達到改變電壓的目的。把一種電壓的交流電能轉變為頻率相同的另一種電壓的交流電能。潛油電泵機組中的變壓器就是將電網電壓轉變為潛油電機所需要的電壓。五、控制柜15七、接線盒接線盒的作用是連接控制柜到井口之間的潛油電泵動力電纜，防止油井中易燃氣體通過電纜進入控制柜，發生火災或爆炸。接線盒距井口的距離不小于3m，高度不低于0.5m。接線盒到控制柜的電纜應埋于地下0.2m以下。八、井口潛油電泵井口是一個偏心并帶有電纜密封裝置的特殊油管柱，既可以密封動力電纜出口，又可以承受全井管柱及電泵機組的重力。九、電纜潛油電泵動力電纜是一種特殊絕緣材料密封、外加鋼帶鎧裝的潛油動力電纜，其主要功能是將地面電能輸送給井下的潛油電機。七、接線盒16十、電纜頭電纜頭由于受井徑尺寸的限制,因而必須特制。它應具有很高的介電強度和良好的密封性能。十一、其他輔助設施(1)電纜滾筒支架：用作潛油動力電纜的支撐及起下電泵時收放電纜。(2)變徑短節：為適應泵出口接頭與各種油管螺紋的連接，配有各種不同規格的變徑短節。(3)單流閥：用于防止停泵時，油管內的液體回流，引起機組反轉，同時減輕電泵的啟動負荷，以防啟動時損壞機組。(4)泄油閥（或測壓閥）：在作業中將機組從油井中起出時，由于単流閥的作用，油管中的液體排不出去，需要把泄油閥芯砸斷，使油管同套管的環形空間相通，使液體流入套管內，以便施工作業。泄油閥還可以測井中的流壓與靜壓。十、電纜頭17渤海石油裝備中成機械制造公司

潛油電機1、潛油電機結構組成

1.1定子系統:主要由定子鐵芯、定子繞組及殼體組成。

a.定子鐵芯：由優質性能的硅鋼片沖成定子沖片疊壓而成。其主要作用是導磁和嵌入繞組。

b.定子繞組：由F46薄膜繞包銅線制成的三相繞組在定子空間為120°分布。其作用是通過三相交流電流產生旋轉磁場，耐溫達180℃以上。

c.殼體：由優質碳素結構鋼制成，有足夠的強度起結構支撐和連接作用。第四章、潛油電泵各部件工作原理渤海石油裝備中成機械制造公司潛油電機1、潛油電機結構組18渤海石油裝備中成機械制造公司1.2轉子系統：主要由轉子、軸、扶正軸承等組成。

a.轉子：由優質性能的硅鋼片沖成轉子沖片疊壓而成。轉子槽中穿有銅導條，轉子兩端用銅端環與導條鉚壓或焊牢。其作用是導磁并產生電磁轉矩輸出機械功率帶動電泵旋轉。

b.電機軸：轉子轉軸式一根細長的空心軸，其作用是用來連接和固定各轉子節、扶正軸承。在轉軸上，按一定距離間隔地開有許多徑向油孔，其作用是通過中心孔、油孔來潤滑扶正軸承內外套并潤滑油的流道。

c.扶正軸承：防止細長轉子運轉與定子相擦起扶正作用。主要由轉子銅套和軸承構成滑動軸承，每兩個相鄰的轉子之間安放一個。轉子之間有均勻的氣隙，提高潛油電機運行的可靠性。1.3接頭電機定子的兩端安裝各種接頭，如電機頭、上接頭、下接頭等。它們的作用一般是容安裝止推軸承、扶正電機軸、引出和保護電機引線、密封電機以及上下節連接等作用。渤海石油裝備中成機械制造公司1.2轉子系統：主要由轉子、19渤海石油裝備中成機械制造公司2.潛油電機結構特點:

⑴外形尺寸細長，電機外徑與其長度比(細長比)最大可達1:100左右。外部直徑及適應井徑

⑵定轉子鐵芯分段組成:每相鄰兩個轉子間放置一套扶正軸承。

⑶潛油電機的保護器。

⑷采用具有特殊的內腔油循環系統。3.潛油電機工作原理:

潛油電機屬三相交流鼠籠異步電機，其工作原理為:當定子三相繞組接通三相交流電源時，在電機定子內部產生一個轉速為60f/P的旋轉磁場，其轉向取決于電流相序。由于此旋轉磁場切割轉子導條，根據電磁感應定律，在閉合的轉子回路中將產生感應電流；又由于電動機法則此感應電流在旋轉磁場中又將受到力的作用，從而產生了電磁轉矩使轉子沿著旋轉磁場的方向帶動負載做異步轉動。渤海石油裝備中成機械制造公司2.潛油電機結構特點:3.潛油20渤海石油裝備中成機械制造公司保護器按結構分為沉降式保護器組合式保護器串接的復合型保護器膠囊式保護器渤海石油裝備中成機械制造公司保護器按結構分為沉降式保護器組21渤海石油裝備中成機械制造公司1.沉降式保護器1.1結構組成：

沉降式保護器由保護器頭、軸、機械密封、密封座、殼體、止推軸承、底座、護軸管、沉降管和呼吸管等主要部件組成。它設有兩道機械密封,兩個沉降室使電機內腔與井液完全隔離,有較高的可靠性。

1.2工作原理：

保護器安裝在分離器和電機之間。保護器通過沉降管與井液連通,由于每個沉降室的上方均有一道機械密封，所以保證進入到沉降室的井液能處在沉降室的下方。不能通過沉降室上方的連通孔流入下級沉降室和電機中，保證了電機內部電機油的清潔度和絕緣性能，同時提供了電機油受熱膨脹的路徑和容腔，既保證了密封又使機組內外壓力平衡。設置在下沉降室上方的止推軸承裝置用來承受泵及保護器的軸向力。渤海石油裝備中成機械制造公司1.沉降式保護器22渤海石油裝備中成機械制造公司2.膠囊式保護器的結構特征及工作原理：

2.1結構特征：

膠囊式保護器：由保護器頭、軸、座、密封座、殼體、膠囊支架環、膠囊、溢流閥、護軸管、止推軸承和聯接座等組成，它為預注油式結構，膠囊使電機內腔與井液完全隔離，可靠性高，適用于斜井、水平井。2.2工作原理：

膠囊式保護器安裝于分離器與電機之間，保護器的止推軸承可以承受泵的軸向壓力，保護器的膠囊在電機油和井液之間形成了有彈性的隔離層。由于它的調節作用,使得電機在運行和停機時，電機油的熱脹冷縮不會導致井液進入電機內腔，保護了電機絕緣。

渤海石油裝備中成機械制造公司2.膠囊式保護器的結構特征及工23渤海石油裝備中成機械制造公司

3.復合式保護器的結構特征及工作原理：

3.1結構特征：這種新型保護器是集國內外各家之所長，采用了最佳保護結構，即：將膠囊式保護器和沉降式保護器分別設計成標準節的形式，便于互換及組合，整體結構為“積木式”。

3.2工作原理：因復合式保護器是由沉降式標準元及膠囊式標準單元組合為一體，所以沉降式標準單元與沉降式保護器相同，膠囊式標準單元與膠囊式保護器相同。當第一個單元保護器失效第二個單元繼續工作。為此可靠性高，適應性廣。渤海石油裝備中成機械制造公司24渤海石油裝備中成機械制造公司4.保護器的密封：旋轉軸的密封采用機械密封,機械密封的結構、原理、材料及精密度聯接螺紋的密封采用“O”形橡膠密封圈，密封圈的材料、壓縮量、及配合面的精度。螺塞及閥體的密封利用鉛的延展性及填充性采用鉛墊密封。渤海石油裝備中成機械制造公司25渤海石油裝備中成機械制造公司油氣分離器1、分離器的分類

按氣體從混合液分離的方式及結構的不同，可把分離器分為三種類型：沉降式氣液分離器、旋轉式氣液分離器、渦流式氣液分離器。按分離能力可把分離器分為：單級分離器、雙級分離器.

1.1沉降式分離器結構潛油電泵用沉降式分離器主要由上接頭、外殼、扶正器、傳動軸、流體導向片、內腔進液孔、葉輪、隔離套、花鍵套、下接頭等組成。渤海石油裝備中成機械制造公司油氣分離器1、分離器的分類26渤海石油裝備中成機械制造公司1.2旋轉式分離器結構電泵用沉降式分離器主要由上接頭、交叉導輪組成、分離轉子、軸、導流輪、葉輪、外殼、誘導輪、花鍵套、下接頭等組成。

旋轉式分離器的結構比沉降式分離器的結構復雜，他利用氣液兩相的密度不同，通過使氣、液兩相高速旋轉產生不同的離心力而使氣液兩相分離。2.工作原理

無論是沉降式氣液分離器，還是旋轉式及渦流式氣液分離器，它們都是利用氣體和液體密度不同使氣液兩相產生的重力大小不同的原理，增加氣泡的軸向向上速度，降低氣泡徑向向心速度來進行氣液分離的。輕的氣體沿軸向向上進入油套環形空間，重的液體則通過重力的作用沿流道進入多級離心泵的入口渤海石油裝備中成機械制造公司1.2旋轉式分離器結構27渤海石油裝備中成機械制造公司潛油離心泵

1.潛油離心泵組成

潛油離心泵主要由兩大部分組成，即轉動部分和固定部分。其主要潛油泵的主要零部件：葉輪、導殼、泵軸、泵殼、上泵頭、下泵頭、軸承支座組成。按不同結構分為：全浮式、半浮式、全壓式三種。

渤海石油裝備中成機械制造公司潛油離心泵1.潛油離28

2.潛油離心泵的軸向力殼體軸P1=P0+ΔP導殼流道P0減磨墊葉輪潛油離心泵在舉升井液的同時會產生一個向下的軸向力,潛油離心泵剩余軸向力的卸荷方式主要有以下幾種類型：半浮式泵葉輪水力不平衡力通過各級導殼卸荷；全浮式泵剩余軸向力將通過泵軸、分離器軸、上保護器軸傳遞到保護器止推軸承上卸荷；半浮式泵剩余軸向力通過40%導殼卸荷；全固定式泵，其軸向力（包括葉輪水力不平衡力）全部通過保護器止推軸承卸荷。2.潛油離心泵的軸向力殼體軸P1=P0+Δ29多級離心泵的基本工作理論離心泵實際輸出的功率（單位：KW）為：

Q——離心泵的實際平均流量，m3/s，可以實際測量；

H——離心泵的實際輸出壓頭，或有效壓頭，m液柱，可以實際測量；

ρ——被輸送液體的密度，Kg/m3多級離心泵的基本工作理論離心泵實際輸出的功率（單位：K30渤海石油裝備中成機械制造公司3.潛油離心泵主要性能參數

3.1流量：泵的流量是指泵在單位時間內所抽送的液體的體積，用Q表示，其單位為m3/d。

3.2揚程(H)：泵的揚程是指單位重量的液體流過泵后其能量的增值，用H表示，其單位為m。

3.3轉速：泵的轉速是指單位時間內泵葉輪的回轉數，用n表示，其單位為r/min。

3.4功率：泵的功率是指泵的輸入功率，即電機傳遞給泵的功率,以Ne表示，其單位為kW。

3.5效率：泵的效率是輸出功率與輸入功率之比，以η表示。渤海石油裝備中成機械制造公司3.潛油離心泵主要性能參數31

潛油離心泵特性曲線最佳工作范圍潛油離心泵特性曲線最佳工作范圍32潛油離心泵特性曲線潛油離心泵特性曲線33小扁電纜

電纜接頭是制作在引接電纜上與潛油電機相連的一種專用密封接頭，它的耐腐蝕性優越，很適合小扁電纜惡劣的野外工作條件。它主要由殼體、密封壓套、絕緣墊塊、三相插頭、縱向密封膠帶和尾部澆注密封段等構成。

常見的小扁電纜接頭結構型式有兩種，即纏繞式和插接式。插接式連接比較方便，但其可靠性不如纏繞式。插接式一般用于高寒地區和較困難環境的地區作業。

小扁電纜34潛油電泵變壓器

1.原理及功能：

根據電磁感應原理，將三相交流電源變成適合于電泵需要的電壓。

2.結構及特點：

2.1結構：變壓器主要由線圈、鐵心、副邊分接開關及結構件組成。變壓器種類按冷卻方式分有油浸式和干式；按電壓分有升壓變壓器和降壓變壓器。干式變壓器體積小，適用于海上采油平臺。

2.2

特點：

a.副邊采用7檔無載分接開關，可以提供7個不同電壓，一般間隔為50V，以適應電源電壓的變化和電泵不同下井深度的需要；

b.為適應帶有井下壓力和溫度檢測裝置的要求，一般變壓器中性點不接地；潛油電泵變壓器1.原理及功能：2.結構及特35

3.變壓器性能指標（1）

變壓比：K=U1/U2=I2/I1，允許偏差±5%；（2）

直流電阻不平衡率：（最大-最小）/平均＜2%（線電壓）（3）繞組對地絕緣電阻≥1000MΩ(高壓測量采用2500V級兆歐表)

4.變壓器容量計算

P=√3UI/1000kVA

3.變壓器性能指標36潛油電泵控制柜

1、功能：

潛油電泵控制柜是用來控制潛油電泵的啟動和停機，并對電泵的過載、欠載、短路等故障綜合保護，以及進行欠載延時自啟動和運行參數顯示及自動記錄的專用設備。

2、組成及工作原理：

2.1組成：控制柜外殼由鋼板焊接而成，高低壓分離以保證人身安全。控制柜具有手動和自動兩種啟動方式，內部由主回路和控制回路組成。主回路由隔離開關、熔斷器、接觸器構成；控制回路由控制變壓器、電壓互感器、電流互感器、電流記錄儀及綜合保護器組成。潛油電泵控制柜1、功能：2、組成及工作原理：372.2工作原理

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