本實用新型涉及充油式水下電機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大功率充油式深淺水下電機。

背景技術(shù)：

目前，隨著陸上油氣資源的日益減少，全球加大了海洋油氣資源的開發(fā)力度，我國《十二五國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》也明確把海洋工程制造提升到國家戰(zhàn)略高度。

我國海岸線長度、大陸架和200海里專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)面積均在世界前10位，管轄海域總面積近300萬km²。在13517萬km²的大陸架上查明含油氣盆地面積近70萬km²，已圈定大中型新生代油氣盆地16個。這些盆地石油資源量為150-200億t，天然氣資源量約6、264萬億m³。經(jīng)初步估計，整個南海的石油地質(zhì)儲量大致在230-300億t之間，約占中國總資源量的三分之一，屬于世界四大海洋油氣聚集區(qū)之一，有“第二個波斯灣”之稱，僅在曾母盆地、沙巴盆地、萬安盆地的石油總儲量就將近200億t，是世界上尚待開發(fā)的大型油藏之一，其中有一半以上的儲量分布在中國海域。在我國南海已勘探的16萬km²海域中，發(fā)現(xiàn)石油儲量有55、2億t，天然氣儲量有12萬億m³。南海油氣資源在未來20年2內(nèi)只要開發(fā)30%，每年可為中國GDP增長貢獻(xiàn)1-2個百分點。但目前，我國海洋油氣的勘探開發(fā)程度較低，主要集中在渤海、東海和南海近海水域，開發(fā)規(guī)模小，工作水深主要在330m以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

南海油氣資源的開發(fā)是未來我國海洋油氣資源開發(fā)的重要方向，而南海的水深在200-3000m，大部分水域平均水深在1500m左右，在這樣深度的海域進(jìn)行油氣開發(fā)需要專門的深水海洋油氣資源開發(fā)技術(shù)和裝備。

水下生產(chǎn)系統(tǒng)是中深水海洋油氣資源開發(fā)的主要模式，而水下混輸增壓系統(tǒng)是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵裝備之一。大功率沖油式水下電機與大功率沖油式水下電機壓力補償器B、熱交換裝置配套使用，為整個水下混輸增壓系統(tǒng)提供可靠的動力，是整個水下混輸增壓系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。

目前，國外水下混輸系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用已比較成熟，而國內(nèi)該領(lǐng)域裝備的研制處于空白狀態(tài)，已開發(fā)的淺水油田采用的水下混輸增壓系統(tǒng)均采購國外產(chǎn)品。因此，開展水下混輸增壓系統(tǒng)裝備研制，實現(xiàn)水下混輸增壓系統(tǒng)設(shè)備的國產(chǎn)化，降低對國外產(chǎn)品的依賴度，打破國外技術(shù)壁壘，對我國海洋石油工業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。

而作為水下混輸增壓系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，為水下混輸增壓系統(tǒng)提供動力的大功率沖油式水下電機，在國內(nèi)尚無成熟的產(chǎn)品、應(yīng)用案例和相關(guān)專利，在該領(lǐng)域的研究處于空白狀態(tài)。雖然有大功率的充水（沖油式）水下電機，但是其結(jié)構(gòu)原理決定了其工作的水深一般為幾十米，最深不超過350m，多用于礦井排險，不能用于深海油氣開采。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實用新型提出了一種大功率充油式深淺水下電機。

本實用新型提出的一種大功率充油式深淺水下電機，包括電機頂蓋、機械密封、扶正軸承、護(hù)軸管、聯(lián)通管、甩砂環(huán)、電機外殼、聯(lián)接段、電機軸、轉(zhuǎn)子總成、定子總成、電纜接口、電纜插頭、止推軸承、止推軸承座、增壓葉輪、濾網(wǎng)、底座、O型圈和管路接口和注油閥，其特征在于：所述機械密封、電機頂蓋、電機外殼、聯(lián)接段、定子總成和底座之間的O型圈通過靜密封將電機內(nèi)部與外部環(huán)境分隔開，所述電機外殼的內(nèi)部填充有礦物質(zhì)油，兩套所述機械密封安裝于電機軸的上端部，其中一套所述機械密封位于電機頂蓋上，另一套所述機械密封位于定子總成上部的聯(lián)接段上，兩套所述機械密封安裝方向相反。

優(yōu)選地，兩套所述機械密封之間的腔體通過聯(lián)接段分割成上腔體和下腔體，所述甩砂環(huán)和扶正軸承分別安裝于上腔體內(nèi)、機械密封下的電機軸上，所述護(hù)軸管安裝于扶正軸承和聯(lián)接段之間的電機軸外部，所述上腔體和下腔體之間通過聯(lián)通管聯(lián)通，所述聯(lián)通管上端口位于上腔體上部，且聯(lián)通管下端口位于下腔體頂部。

優(yōu)選地，所述下腔體與定子總成內(nèi)腔之間通過聯(lián)接段分隔，所述上腔體和下腔體之間不直接聯(lián)通。

優(yōu)選地，所述上腔體與定子總成內(nèi)腔通過聯(lián)通管聯(lián)通，所述聯(lián)通管上端口位于上腔體上部，且聯(lián)通管下端口位于定子總成內(nèi)腔頂部。

優(yōu)選地，所述定子總成下部與聯(lián)接段相聯(lián)接，且聯(lián)接段下端位于止推軸承的內(nèi)腔中，所述聯(lián)接段上設(shè)有通孔，所述定子總成內(nèi)腔與止推軸承內(nèi)腔之間通過聯(lián)接段聯(lián)通，所述止推軸承座安裝與止推軸承腔內(nèi)的電機軸上，所述增壓葉輪安裝與止推軸承座內(nèi)。

優(yōu)選地，所述增壓葉輪吸入口位于止推軸承座與底座之間的腔體頂部，且增壓葉輪吸入口外部安裝有濾網(wǎng)。

優(yōu)選地，兩個所述管路接口分別安裝于定子總成內(nèi)腔上部和止推軸承座與底座之間的腔體底部。

本實用新型中，該電機與大功率沖油式水下電機壓力補償器B、熱交換裝置配套使用，可實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)外的壓力平衡、工作溫度較低，保證大功率充油式水下電機長期穩(wěn)定可靠的工作，為整個水下混輸增壓系統(tǒng)提供可靠的動力，能夠?qū)崿F(xiàn)水下混輸增壓系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化，降低對國外產(chǎn)品的依賴度，打破國外技術(shù)壁壘，降低深海油氣開采成本，對我國海洋石油工業(yè)的發(fā)展具有重大的意義，同時能夠避免關(guān)鍵技術(shù)資源在國外公司的瓶頸制約，填補了國內(nèi)空白。

附圖說明

圖1為本實用新型提出的一種大功率充油式深淺水下電機的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為水下混輸增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1電機頂蓋、2機械密封、3扶正軸承、4護(hù)軸管、5連通管、6甩砂環(huán)、7電機外殼、8聯(lián)接段、9電機軸、10轉(zhuǎn)子總成、11定子總成、12電纜接口、13電纜插頭、14止推軸承、15止推軸承座、16增壓葉輪、17濾網(wǎng)、18底座、19 O型圈、20管路接口、21注油閥。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步解說。

圖1為本實施例的結(jié)構(gòu)圖，包括頭部1、機械密封2、扶正軸承3、護(hù)軸管4、聯(lián)通管5、甩砂環(huán)6、殼體7、聯(lián)接段8、電機軸9、轉(zhuǎn)子總成10、定子總成11、電纜接口12、電纜插頭13、止推軸承14、止推軸承座15、增壓葉輪16、濾網(wǎng)17、底座18、O型圈19、管路接口20、注油閥21；其特征在于：通過機械密封2以及頭部1、殼體7、聯(lián)接段8、定子總成11和底座18等零部件之間的O型圈19靜密封將電機內(nèi)部與外部環(huán)境隔離開，內(nèi)部充滿礦物質(zhì)油。

大功率沖油式水下電機以下簡稱電機采用沖油式，是因為沖入的礦物質(zhì)油以下簡稱電機油具有良好絕緣性和潤滑性，可以保證電機內(nèi)部的絕緣的可靠，同時能夠潤滑電機內(nèi)部各個零部件，保證機械密封2和扶正軸承3能夠長期可靠的工作。在與大功率沖油式水下電機壓力補償器B以下簡稱補償器B、熱交換裝置以下簡稱散熱器C配套使用時，電機油作為熱交換的介質(zhì)，將電機工作時產(chǎn)生的熱量帶到散熱器C，與外界進(jìn)行熱交換，從而降低電機的工作溫度，保證電機在符合耐溫等級的溫度下長期可靠的工作。

電機上部安裝有兩套集裝式機械密封2，安裝方向相反，能夠保證當(dāng)電機內(nèi)外壓力波動較大時，即使超過機械密封2的工作繼續(xù)壓力，也只能造成一個方向的機械密封2失效，另一方向的機械密封2能夠繼續(xù)起作用。這樣就極大的保證了電機軸動密封的可靠性。

由機械密封2的原理可知，滲漏是無法避免的，隨著電機運行時間的增加，滲漏量也會增加，如果滲漏進(jìn)電機的外部環(huán)境的液體一般為海水，以下以海水作為本例的介質(zhì)達(dá)到一定的量，就會破壞電機的內(nèi)部絕緣，造成電機故障，嚴(yán)重時會燒毀電機。

為了解決這個問題，實用新型者采用兩種方法：利用補償器B使電機內(nèi)部壓力略高于外部環(huán)境壓力，保證在正常情況下，機械密封2滲漏時的方向由電機內(nèi)部向外部滲漏；將兩套機械密封2之間的腔體設(shè)計成兩個沉降腔位于上部的簡稱為上腔，下部的簡稱為下腔。當(dāng)外部海水從上部的機械密封2滲入電機內(nèi)部時，被安裝在電機軸9上的甩砂環(huán)6甩到上腔的外部位置即上腔殼體7內(nèi)壁。因為有護(hù)軸管4，所以使得上腔內(nèi)的電機油處于靜止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于電機軸9周圍隨電機軸9旋轉(zhuǎn)的電機油而言，由于海水的密度大于電機油，在重力的作用下，海水逐漸沉降到上腔底部。隨著電機運行時間的增加，滲入進(jìn)海水量也增加，當(dāng)進(jìn)入的海水液面達(dá)到聯(lián)通上腔和下腔的聯(lián)通管5上部端口時，再滲入的海水會通過聯(lián)通管5進(jìn)入下腔，并在密度差和重力的作用下，逐漸沉降到下腔的底部。由于下腔底部裝有機械密封2，可以防止海水進(jìn)入電機定子總成11內(nèi)，雖然也會有微小的滲漏，但當(dāng)微小的滲漏量累積到能夠破壞電機絕緣的時候，也需要相當(dāng)長得時間。隨著電機運行時間的增加，當(dāng)下腔內(nèi)充滿海水后，再滲漏進(jìn)上腔的海水會使得上腔海水的液面逐漸升高，當(dāng)液面達(dá)到聯(lián)通上腔與定子總成11的聯(lián)通管5上部端口時，滲入的海水會通過聯(lián)通管5進(jìn)入定子總成11內(nèi)，這時沉降腔失效，機械密封不再起作用。雖然本方案最終還是會失去作用，但是，由于機械密封2正常工作時滲漏量非常少，相對于電機沉降腔的體積而言非常微小，因此沉降腔失效的需要的時間非常長，完全可以滿足一般海工裝備的壽命要求。

充油式潛水油電機的電磁設(shè)計比較成熟，不是本實用新型的創(chuàng)新點，在此不作詳細(xì)說明。定子繞組采用的電磁線由銅芯和纏繞其上的聚酰亞胺薄組成，聚酰亞胺薄膜纏繞層數(shù)為2—3層。電磁線一端為纏繞星點，另一端接電機引線，電機引線另一端焊有母插頭，位于定子總成11側(cè)面上部的電纜接口12見圖2內(nèi)。電纜與電機引線的聯(lián)接方式有插接式和繞包式兩種，本例采用繞包式，即電纜插頭13上的公插頭與電纜接口12內(nèi)的母插頭插接后，外面纏繞上2-3層肽氟隆帶，纏繞方式為1/2搭接。纏繞完畢后，將電纜插頭13插到電纜接口12上，用螺栓聯(lián)接起來即可。電纜插頭13與電纜接口12之間采用O型圈19密封。

電機軸9采用分體式，上部由于軸頭露在外面，可能與海水接觸，因此采用耐腐蝕的Monel k-500材質(zhì)；下部從電磁性能方面考慮，采用40Cr材質(zhì)。兩部分電機軸之間采用剛性聯(lián)接。

轉(zhuǎn)子總成10采用鼠籠式，主要從簡單、可靠角度考慮。

定子總成11內(nèi)有專門設(shè)計的供電機油流動的通道，能夠降低電機油流動的摩擦阻力，提高電機油流量，從而提高散熱效果。

止推軸承14和止推軸承座15位于定子總成11下部的腔體內(nèi)。止推軸承14采用的是可傾瓦式滑動止推軸承，潤滑介質(zhì)為電機油。采用此種軸承主要是因為可傾瓦在電機運轉(zhuǎn)時有利于動塊、靜塊之間快速建立油膜，油膜建立后理論上可以長期運轉(zhuǎn)而無磨損，從而保證電機長期可靠的運轉(zhuǎn)。

增壓葉輪16位于止推軸承座15內(nèi)，主要作用是為電機油的循環(huán)提供動力。增壓葉輪16吸入口位于止推軸承座15與底座18之間的腔體頂部，吸入口外部安裝有濾網(wǎng)14，用于過濾電機油循環(huán)過程中可能攜帶的雜質(zhì)。

2個管路接口20分別位于定子總成11內(nèi)腔上部和止推軸承座15與底座18之間的腔體底部，用于聯(lián)接補償器B和散熱器C，也是電機油循環(huán)通道。

電機內(nèi)部各個腔體之間由聯(lián)接段8分隔，聯(lián)接段8上安裝有滑動式扶正軸承3，其潤滑介質(zhì)為電機油。采用滑動式是因為理論上建立油膜后，滑動式扶正軸承3可以長期運轉(zhuǎn)而無磨損，從而保證電機長期可靠的運轉(zhuǎn)。

上腔和下腔側(cè)面的上部和下部，定子總成11側(cè)面的上部，底座18下部分別裝有注油閥21，即每個腔體的底部和頂部都裝有注油閥21，主要作用是注油和排氣。

頭部1、殼體7、聯(lián)接段8、定子總成11和底座18等所有與海水接觸的零部件材質(zhì)為2205雙相不銹鋼，外表面進(jìn)行防腐噴涂處理，可以保證在深海環(huán)境下耐腐蝕。

將電機主要零部件按圖1所示結(jié)構(gòu)關(guān)系，按照裝配工藝要求，組裝在一起。裝配完畢后打開底座18上注油閥21的絲堵，向電機內(nèi)緩慢充氮氣至0.25MPa，然后將整個電機完全浸沒在水中，無氣泡從水中冒出表明電機密封合格。

為保證電機長期穩(wěn)定可靠的工作，為整個水下生產(chǎn)系統(tǒng)提供可靠的動力，電機A需要與補償器B和散熱器C配套使用以下簡稱水下電機系統(tǒng)。補償器B可以平衡電機系統(tǒng)內(nèi)部與外界環(huán)境的壓力，使得電機系統(tǒng)內(nèi)外壓差維持在一個很小的數(shù)值上一般不超過0.035MPa，從而保證水下電機系統(tǒng)密封的可靠性。補償器B內(nèi)有一個較大的儲油空間，里面裝滿了電機油，用于補償電機系統(tǒng)內(nèi)電機油的損失，保證水下電機系統(tǒng)內(nèi)各個零部件的處分潤滑。散熱器C的作用是使電機油與外界環(huán)境進(jìn)行熱交換，從而降低水下電機系統(tǒng)的溫度，保證水下電機系統(tǒng)的長期可靠的工作。

將電機、補償器B和散熱器C安裝在一個平臺上，用管路分別聯(lián)接起來，聯(lián)接完畢后，向系統(tǒng)內(nèi)緩慢充氮氣至0.25MPa，然后將整個壓力補償器B完全浸沒在水中，無氣泡從水中冒出為系統(tǒng)密封合格。

打開補償器B上蓋和系統(tǒng)上所有的注油閥21，然后從底座18上注油閥21處向系統(tǒng)內(nèi)緩慢注入電機油。注油時注注停停，當(dāng)有注油閥21或放氣閥有電機油流出時，將該處的注油閥21或放氣閥關(guān)閉，直到系統(tǒng)位置最高處的注油閥21或放氣閥處有電機油流出且無無氣泡時，表明系統(tǒng)內(nèi)以注滿電機油。為保證系統(tǒng)內(nèi)空氣全部排凈，靜置一段時間，再向系統(tǒng)內(nèi)補充一點電機油，然后擰緊最高處的注油閥21或放氣閥，上緊壓力補償器B上蓋，完成水下電機系統(tǒng)的注油工作。

將注完油的水下電機系統(tǒng)沉入試驗水池中水池中的水為模擬海水，且試驗水池容積足夠大，接通電源，用配套變頻器啟動電機。電機啟動后，位于電機底部的增壓葉輪16隨電機軸一起轉(zhuǎn)動，將底部的電機油壓向電機上部。電機油向上流動的過程中，將電機產(chǎn)生的熱量攜帶，溫度升高。高溫電機油經(jīng)位于定子總成11上部的管路接口20和管路進(jìn)入散熱器C，在散熱器C內(nèi)與外界的低溫海水進(jìn)行熱交換從而降低溫度。低溫電機油通過散熱器C底部的管路進(jìn)入補償器B，再經(jīng)過補償器B另一側(cè)的管道進(jìn)入電機底部的增壓葉輪16吸入口，完成電機油在水下電機系統(tǒng)內(nèi)部的一次循環(huán)。

實施例

參照圖2，當(dāng)電機A啟動開始工作時，系統(tǒng)內(nèi)部的電機油溫度逐漸升高，電機油受熱體積逐漸膨脹，系統(tǒng)內(nèi)部壓力高于外圍環(huán)境海水壓力，在內(nèi)壓的作用下推動補償器B的膠囊體積變大，待系統(tǒng)內(nèi)電機油壓力與外圍環(huán)境海水壓力平衡后，補償器B內(nèi)的膠囊停止動作，系統(tǒng)處于內(nèi)外壓差平衡狀態(tài)；當(dāng)電機A發(fā)熱量減少或停機時，系統(tǒng)內(nèi)部的電機油溫度逐漸降低，電機油體積逐漸收縮，外圍環(huán)境海水壓力高于系統(tǒng)內(nèi)部電機油壓力，在外壓的作用下推動補償器B內(nèi)的膠囊體積收縮，待外圍環(huán)境海水壓力與系統(tǒng)內(nèi)電機油壓力平衡后，補償器B內(nèi)的膠囊停止動作，系統(tǒng)重新回到內(nèi)外壓差平衡狀態(tài)。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。