專利名稱：直流步進(jìn)永磁直線電機驅(qū)動式潛油采油泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油田石油開采的井下裝置，屬采油機械設(shè)備類。
背景技術(shù)：
長期以來，油田現(xiàn)場采用的石油開采設(shè)備均以游梁式或鏈條式抽油機和 井下抽油泵為主。此種采油裝置技術(shù)成熟，故障率較低，經(jīng)久耐用，但需要 在地面上設(shè)置龐大的抽油機，并需要使用上千米的抽油桿，且系統(tǒng)效率低， 能耗高，特別是對于井身有一定斜度的井還會發(fā)生抽油桿偏磨，造成抽油桿 損壞斷脫等事故，井下作業(yè)工作量較大。目前，部分油區(qū)采用的電動潛油泵 主要由電纜、潛油電機和多級葉輪構(gòu)成的離心泵組成，此種電泵揚程低，只 適合淺井和產(chǎn)量較大的油井使用，同時還存在電機效率低、電泵壽命短、故 障率高等缺點。此外，現(xiàn)有電潛泵開采技術(shù)中雖然出現(xiàn)過多種類型的井下直 線電機，但是多為交流感應(yīng)同步電機，使用時必須降低電源頻率，且功率較 低，推力小，不適合深井采油的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能耗和故障率較低、效率較高、使用壽命長 且適用于深井采油的直流步進(jìn)永磁直線電機驅(qū)動式潛油采油泵。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下。此種電潛泵由電纜、電機筒、電機動子、變徑護(hù) 套、泵筒、柱塞、球閥組組成，電纜上下端分別與地面控制柜和電機筒中的 線圈相連接，電機筒上下端分別以螺紋與油管和電機護(hù)套相連接，變徑護(hù)套 下端以螺紋與泵筒相連接，電機筒、泵筒內(nèi)分別設(shè)有電機動子和柱塞、球閥 組，電機動子下端與柱塞上端相連接。工作時，地面控制柜電源供給的電流 由電纜傳輸給井下直線電機，線圈通電后，電流流經(jīng)線圈在由碳鋼制作的電 機動子內(nèi)產(chǎn)生磁場，與定子磁鐵產(chǎn)生的永磁場形成吸力與推力的相互作用， 使動子前進(jìn)或后退；在電機動子的帶動下連接在電機下方的柱塞泵作上下往 復(fù)運動，原油在柱塞泵的作用和球閥組的開關(guān)動作下吸入泵筒，并通過筒形 直線電機內(nèi)腔和其上方的油管采出到地面。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，摒棄了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的地面抽油機和上千米的
抽油桿，并可避免抽油桿偏磨，降低作業(yè)費用；與現(xiàn)有離心式電潛泵相比， 則由于直流電機采用脈沖直流驅(qū)動，具有能耗和故障率低、使用壽命長和可 用于深井等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明電潛泵在工作狀態(tài)下的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為直流步進(jìn)永磁直線電機的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖2中的A—A剖面圖。 圖4為圖3的B—B剖面立體示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明由電纜l、電機筒2、電機動子3、變徑護(hù)套4、泵筒 5、柱塞6、球閥組7組成，其結(jié)構(gòu)組裝關(guān)系如下電纜1上、下端分別與地 面控制柜8和電機筒2中的線圈相連接，電機筒2上、下端分別以螺紋與油 管9和變徑護(hù)套4相連接，變徑護(hù)套4下端以螺紋與泵筒5相連接，電機筒2、 泵筒5內(nèi)分別設(shè)有電機動子3和柱塞6、球閥組7，電機動子3下端與柱塞6 上端相連接。其中，電機筒2 (見圖2)由變徑接頭IO、電機絲堵11和26、 電纜12、密封件13和25、位置采集控制器15、位置采集傳感器16、電機支 架17、定子鐵芯18、定子線圈19、磁鐵20、滑動軸承套21組成，電機筒2 上端設(shè)有變徑接頭IO，腔內(nèi)設(shè)有多個彼此咬合的電機支架17，每個電機支架 17由端板和多個支柱組成，端板上留有電纜穿線槽和螺絲孔，端板中心鑲有 滑動軸承套21，端板兩側(cè)分別由螺栓固定有兩組定子鐵芯18，定子鐵芯18 由多片內(nèi)徑不同的鐵芯疊加而成，斷面呈槽形，相鄰的兩組定子鐵芯18中間 夾有定子線圈19,定子鐵芯18外緣齒形槽中夾有多組條形鐵芯27，定子鐵 芯18的外部吸附有多條弧形磁鐵20;電機動子3由厚壁低碳鋼管制作，其外 套裝有相互間隔的鐵環(huán)22和滑動軸環(huán)23，滑動軸環(huán)23和滑動軸承套21由特 種高強度耐磨的陶瓷或合金制作，電機動子3上下兩端用動子絲堵14和24 鎖定，電機動子3外側(cè)間隔設(shè)有多組鐵環(huán)22和滑動軸環(huán)23，滑動軸環(huán)組與電 機筒2上的多個滑動軸承套21之間形成特種直線軸承組合。定子線圈19分 為A、 B兩組，交替間隔安裝，相鄰線圈A、 B的定子鐵芯18產(chǎn)生的磁極相 反，永磁鐵20為軸向充磁，形成多組永磁磁路。A、 B兩組線圈各接電纜的 兩條線，共用一根零線，采用直流電源分組供電，通過對不同線圈供電的脈
沖變化控制電機動子3的上升或下降動作。當(dāng)電機A組線圈加正向直流電時， 線圈兩側(cè)電機動子3上鐵環(huán)22的磁場與靠近的定子鐵芯18凸極磁場異性吸 引對齊，使電機動子3產(chǎn)生運動；而B組線圈的電流在波形時序上滯后90度， 所產(chǎn)生的鐵環(huán)22磁場，只能與定子鐵芯18凸極對上其長度的一半，這樣， 線圈兩側(cè)的鐵環(huán)22—面是推力，另一面是拉力，均朝一個方向；當(dāng)A組線圈 變換電流方向時，B組線圈兩側(cè)對應(yīng)的鐵環(huán)22向著定子鐵芯1 8凸極對齊的 方向運動，當(dāng)A組線圈換完電流方向后，A組線圈兩側(cè)對應(yīng)的動子的磁極方 向與原來相反，此時，動子向著原對齊方向外運動，使得A、 B兩組線圈產(chǎn)生 的磁力同時并同向作用于動子，使動子產(chǎn)生比原來一組線圈多一倍的動力。 此時，B組線圈在動子上的鐵環(huán)22與定子鐵芯18異性凸極對齊，而A組線 圈兩側(cè)在動子上鐵環(huán)22與定子鐵芯1 8凸極對上一半，準(zhǔn)備在B組線圈換向 時，向定子鐵芯18異性凸極的方向?qū)R。如此，A、 B兩組線圈周而復(fù)始地 依次逐一改變電流方向，使動子產(chǎn)生一個方向的連續(xù)運動。直到電機動子的 前進(jìn)行程達(dá)到柱塞泵的一個沖程。此時，在地面控制柜8的控制下，電機開 始加載反序列的電流，使電機動子反向運動，電機動子上的鐵環(huán)組22用以與 定子鐵芯18凸極相吸引或排斥，使動子運動。位置采集傳感器16由相互反 串的差動線圈組成，它套裝在電機動子3的鐵環(huán)22上，鐵環(huán)22在線圈中穿 行運動時，位置采集傳感器16產(chǎn)生脈沖信號，通過累計脈沖信號獲得電機動 子3的位置參數(shù)；位置采集控制器15是一個具有信號放大和電力載波功能的 單片機，將位置采集傳感器16采集的位置信號，通過電纜l傳到地面控制柜 8，實現(xiàn)電機動作的閉環(huán)控制。
本發(fā)明提供的直流步進(jìn)永磁直線電機驅(qū)動式潛油采油泵泵筒(5)以上的 直線電機部分，也可以獨立地與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的油井柱塞泵相連接，通過電機動 子上下往復(fù)運動驅(qū)動柱塞泵工作。
權(quán)利要求
1、一種直流步進(jìn)永磁直線電機驅(qū)動式潛油采油泵，由電纜(1)、電機筒(2)、電機動子(3)、變徑護(hù)套(4)、泵筒(5)、柱塞(6)、球閥組(7)組成，其特征在于電纜(1)上、下端分別與地面控制柜(8)和電機筒(2)中的線圈相連接，電機筒(2)上、下端分別以螺紋與油管(9)和變徑護(hù)套(4)相連接，變徑護(hù)套(4)下端以螺紋與泵筒(5)相連接，電機筒(2)、泵筒(5)內(nèi)分別設(shè)有電機動子(3)和柱塞(6)、球閥組(7)，電機動子(3)下端與柱塞(6)上端相連接。
2 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流步進(jìn)永磁直線電機驅(qū)動式潛油采油泵，其 特征在于，電機筒(2)由變徑接頭(10)、電機絲堵(11)和(26)、電 纜(12)、密封件(13)和(25)、位置采集控制器(15)、位置采集傳感 器(16)、電機支架(17)、定子鐵芯(18)、定子線圈(19)、磁鐵(20)、 滑動軸承套(21)組成；電機筒(2)上端設(shè)有變徑接頭(10)，腔內(nèi)設(shè)有 多個彼此咬合的電機支架(17)，每個電機支架(17)由端板和多個支柱 組成，端板上留有電纜穿線槽和螺絲孔，端板中心鑲有滑動軸承套(21)， 端板兩側(cè)分別由螺栓固定有兩組定子鐵芯(18)，定子鐵芯(18)由多片 內(nèi)徑不同的鐵芯疊加而成，斷面呈槽形，相鄰兩組定子鐵芯(18)中間夾 有定子線圈(19),定子鐵芯(18)外緣齒形槽中夾有多組條形鐵芯(27)， 定子鐵芯(18)的外部吸附有多條弧形磁鐵(20);定子線圈(19)分為 A、 B兩組，交替間隔安裝，相鄰線圈A、 B的定子鐵芯(18)產(chǎn)生的磁 極相反，永磁鐵(20)為軸向充磁，形成多組永磁磁路。
3 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流步進(jìn)永磁直線電機驅(qū)動式潛油采油泵，其 特征在于，電機動子(3)由厚壁低碳鋼管制作，其外套裝有相互間隔的 鐵環(huán)(22)和滑動軸環(huán)(23)，滑動軸環(huán)(23)和滑動軸承套(21)由特 種高強度耐磨陶瓷或合金制作，電機動子3上下兩端用動子絲堵(14)和(24)鎖定，電機動子(3)外側(cè)間隔設(shè)有多組鐵環(huán)(22)和滑動軸環(huán)(23)， 滑動軸環(huán)(23)與電機筒(2 )上的多個滑動軸承套(21)之間形成特種 直線軸承組合。
4 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流步進(jìn)永磁直線電機驅(qū)動式潛油采油泵，其 特征在于，泵筒(5)以上的直線電機部分，也可以獨立地與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的 油井柱塞泵相連接，通過電機動子(3)上下往復(fù)運動驅(qū)動柱塞泵工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流步進(jìn)永磁直線電機驅(qū)動式潛油采油泵，由電纜(1)、電機筒(2)、電機動子(3)、變徑護(hù)套(4)、泵筒(5)、柱塞(6)、球閥組(7)組成，電纜(1)上、下端分別與地面控制柜(8)和電機筒(2)中的線圈相連接，電機筒(2)上、下端分別以螺紋與油管(9)和變徑護(hù)套(4)相連接，變徑護(hù)套(4)下端以螺紋與泵筒(5)相連接，電機筒(2)、泵筒(5)內(nèi)分別設(shè)有電機動子(3)和柱塞(6)、球閥組(7)，電機動子下端與柱塞(6)上端相連接。此種采油泵結(jié)構(gòu)新穎，摒棄了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的地面抽油機和上千米的抽油桿，并可避免抽油桿偏磨，降低作業(yè)費用；與現(xiàn)有離心式電潛泵相比，具有能耗和故障率低、使用壽命長和可用于深井等優(yōu)點。
文檔編號H02K41/03GK101377195SQ20081016089
公開日2009年3月4日 申請日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者夏德權(quán), 越 張, 張洪新 申請人:張洪新;夏德權(quán);張 越