用于多级电动马达的冷却系统技术方案

一种多级电动马达，包括：串联的多个马达级，每个马达级都包括定子和转子；多个冷却流体路径，每个冷却流体路径都形成与其它冷却流体路径独立的再循环环路，每个冷却流体路径都与所述马达级中的一个的定子连通；和流过每个冷却流体路径的冷却流体，所述冷却流体从每个马达级的定子去除热量。还描述了包括所述多级电动马达的潜水泵和冷却所述多级电动马达的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例总体上涉及用于潜水泵系统的冷却系统，并且更具体地，本专利技术涉及包括带独立冷却系统的潜水多级马达的潜水泵系统。
技术介绍
潜水泵典型地被潜水马达驱动。通常，潜水泵可在其中泵和马达二者完全潜没在井中的各种应用中操作。用于潜水泵系统的潜水马达具有定子，所述定子驱动转子转动，从而在操作期间产生热量。所产生的热量必须从马达去除，以防止损坏马达绕组，并且延长马达的使用寿命。潜水马达可以用马达冷却流体填充，所述马达冷却流体将来自马达内的热量传递到马达外部的井流体(well fluid)。马达可以包括冷却系统，所述冷却系统使马达冷却流体再循环并且对其冷却，从而维持马达冷却流体和马达的期望的冷却温度。 深井潜水(DWS)泵送系统(也称为电动潜水泵(ESP))在从深井地质建造提取诸如油、气和水的有价值资源中是特别有用的。在ー个特定操作中，诸如热水的地热资源可以使用DWS泵从显著的深度取回。在传统的构造中，离心泵和对该泵供应动カ的马达在井中轴向地对准并且竖直地取向。因为DWS泵送系统是较难以接近的(经常完全潜入到地表下面达到或超过I英里的距离处)，这些DWS泵送系统必须能够在不需维护的情况下延长时间运行。传统的潜水马达通常不能经受住与DWS环境有关联的高操作温度和压カ。某些应用要求泵在超过100°c或者更高温度的周围液体中操作。例如，在涉及地热井的情况下，从地下提取的水会达到160°c或者更高的温度。另外，潜水泵系统经常使用较大的马达，所述较大的马达需要较高的功率。这些马达典型地具有串联构成的多个定子，从而产生多级马达，以便减小井直径。这些传统的多级马达的共同问题在于，这些多级马达仅使用ー个冷却回路来冷却所有定子。然而，单个冷却回路通常不足以维持整个多级马达的冷却温度。结果，在整个多级马达上，沿着轴向方向形成热梯度。温度从ー个定子到下一个定子逐渐升高，在多级马达的顶部定子处产生最高温度。这可能会导致马达绕组改变并且可能会导致早期绕组故障。因而，冷却系统的效能确定可以从特定尺寸的马达获得的最大功率以及马达的使用寿命，尤其是马达绕组的使用寿命。冷却系统越好，可以从同一马达尺寸得到的功率越大，并且可以期望的使用寿命越长。相反地，借助于改进的冷却系统，马达可以在较低的内部温度下以相同的功率操作，这将显著地提高潜水马达的使用寿命和稳固性。因此，对于马达的使用寿命来说，有益的是保持热梯度较低，以便避免马达的过热点和绕组绝缘的损坏。因而，需要一种将维持整个多级马达的可接受温度的冷却系统。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了用于多级马达的冷却系统，尤其用在潜水泵系统中的多级马达的冷却系统。所述冷却系统可以根据期望在较高的温度环境下操作。多级马达包括多个马达，每个马达都有自身的冷却系统，以便使整个多级马达的热梯度保持最小。因为每个定子都将其产生的热量传递到在其自身的独立冷却流体路径中的冷却流体，所以定子保持充分冷却。结果，定子中的温度分布、以及观测到的最高温度、最低温度和平均温度在整个多级马达上是较恒定的。这保护绕组免于损坏，并且延长了马达的使用寿命。根据ー个实施例，多级电动马达包括串联的多个马达级，每个马达级都包括定子和转子；多个冷却流体路径，每个冷却流体路径都形成与其它冷却流体路径独立的再循环环路，每个冷却流体路径都与所述马达级中的ー个的定子连通；和流过每个冷却流体路径的冷却流体，所述冷却流体从每个马达级的定子去除热量。根据另ー个实施例，潜水泵包括泵和操作地连接到该泵的多级电动马达，所述多级电动马达包括串联的多个马达级，每个马达级都包括定子和转子；多个冷却流体路径，每个冷却流体路径都形成与其它冷却流体路径独立的再循环环路，每个冷却流体路径都与所述马达级中的一个的定子连通；和流过每个冷却流体路径的冷却流体，所述冷却流体从每个马达级的定子去除热量。 本专利技术的另一方面是ー种冷却多级电动马达的方法，所述方法包括提供多级电动马达，所述多级电动马达包括串联的多个马达级，每个马达级都包括定子和转子；多个冷却流体路径，每个冷却流体路径都形成与其它冷却流体路径独立的再循环环路，每个冷却流体路径与所述马达级中的一个的定子连通；和流过每个冷却流体路径的冷却流体；使冷却流体在冷却流体路径中循环；以及，降低与任何其它马达级独立的每个马达级的定子的温度，所述温度通过冷却流体降低。附图说明通过參照以下附图，可以更好地理解下文中的对特定实施例的详细说明，其中，相同的结构用相同的附图标记指示，并且其中图IA是根据本专利技术的一个实施例的多级电动马达的示意图；图IB是示出图IA中的多级电动马达中所累积的热量的曲线图；图2是用于一个定子的冷却方案的一个实施例的示意图；图3是推力轴承(底部定子)的冷却方案的示意图；图4是定子的一个实施例的示意图；图5是沿着图4的线A-A得到的定子的剖视图；以及图6是使用根据本专利技术的一个实施例的多级电动马达的潜水泵的示意图。具体实施例方式附图中所示出的实施例本质上是说明性的，并且将不用于限制权利要求书所限定的实施例。此外，附图和实施例的各个方面将通过以下详细说明而更加显而易见和更容易理解。 应注意到，在本文所使用的诸如“通常”、“普通”和“典型地”的术语将不用于限制所要求保护的实施例的范围，或者暗示某些特征对于所要求保护的实施例的结构或功能而言是关键的、主要的或者甚至重要的。相反，这些术语仅仅表示实施例的特定方面或者强调特定实施例中可以使用或不可以使用的可替代的或额外的特征。为了在此说明和限定本专利技术，应当注意到，术语“基本”、“显著地”和“大约”在此用于表示可以归因于任何定量比较、值、測量、或其它表示法的固有的不确定程度。术语“基本”、“显著地”和“大约”在此也用于表示，数量表示可以从规定參考值变化而不会使所讨论的主题的基本功能发生变化的程度。多级电动马达具有多个马达级，每个马达级都具有独立的冷却流体路径。这允许一个定子中产生的热量在该定子中消散，从而防止绕组和轴承的过度热累积以及由此引起的绕组和轴承的损坏。另外，每个定子中的最低温度、最高温度和平均温度将是大约相同的。此外，每个马达级的温度分布将是大约相同的。例如，两级马达将具有马达流体进ロ温度，该温度从约120°C沿着定子的长度升高到约130°C。第二定子也具有进ロ温度，该温度从约120°C也将升高到约130°C。两级的进ロ温度和出ロ温度之间的温差将是10°C。先前的两级马达的冷却设计沿着马达的整个长度仅具有ー个冷却路径。例如，第 一定子处的进ロ温度将是约120°C，并且将沿着该定子的长度升高到约130°C。第二定子中的进ロ温度将继而是约130°C，并且将升高到约140°C。两个马达级的进口和出口之间的温差将是约20°C。如果定子的数量増加，则该温度升高将继续。图IA示出了根据本专利技术的多级电动马达10的一个实施例。该多级电动马达10包括串联的三个定子15、20和25。虽然图IA中示出了三个定子，但是可以需要多少定子就有多少定子，以提供用于特定应用的足够功率，最少两个定子。定子15通过联接器30与定子20分离，并且定子20通过联接器35与定子25分离。这些联接器将定子分离成使得可以提供独立的流体路径，如以下将更加详细地说明的那样。多级马达10在第一定子15之前包括补偿器40本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·G·施伦霍夫，A·H·坦克朗格瑙，C·J·鲍维斯，T·阿尔伯斯，
申请(专利权)人：福斯管理公司，
类型：
国别省市：