專利名稱：大功率潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)柱塞泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，確切地說它是一種大功率潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)柱塞泵。
背景技術(shù)：
目前，在石油工業(yè)系統(tǒng)，采油裝置主要有潛油電泵、螺桿泵及柱塞泵等，使用這些泵采油各有其優(yōu)其缺點(diǎn)，潛油泵排量大，操作管理簡單，但初期投資高，耗能也高；螺桿泵初期投入少，適應(yīng)性廣泛，但泵的壽命短，故障率高。目前，采用柱塞泵的普通游梁式抽油機(jī)采油仍占主導(dǎo)地位，技術(shù)成熟、裝置耐用、故障率低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要地面上的抽油機(jī)和上千米長的抽油桿，系統(tǒng)效率低，特別是耗能較高。
隨著井深和產(chǎn)量的增加，同時隨著油井開采條件的復(fù)雜化(如高粘、多砂、多氣、水淹和強(qiáng)腐蝕性等)，有桿抽油設(shè)備的缺點(diǎn)愈來愈明顯，抽油機(jī)的重量增大，抽油桿的事故增加，而抽油泵的排量下降。
為了減輕抽油機(jī)的重量，減少抽油桿的事故和免除抽油泵排量下降的特點(diǎn)，必須徹底改變有桿抽油設(shè)備的工作方式，發(fā)展無桿抽油設(shè)備。無桿抽油設(shè)備的特點(diǎn)是取消抽油桿，把電動機(jī)移到井下，直接帶動泵抽油。這樣，就較好地解決抽油桿的偏磨現(xiàn)象，降低抽油設(shè)備的故障率，提高采油效率。中國專利號200320129410.3公開了一種名稱為“圓筒形稀土永磁直線電動機(jī)驅(qū)動的節(jié)能潛油電泵采油裝置”的實(shí)用新型專利，它由柱塞泵和直線電動機(jī)兩部分組成，柱塞泵置于直線電機(jī)下端，直線電機(jī)是圓筒形同步稀土永磁直線電機(jī)。中國專利號200420040122.5公開了一種名稱為“一種電磁驅(qū)動裝置”的實(shí)用新型裝置，它將電磁驅(qū)動直線電機(jī)殼體采用注塑密封，以保證在高溫高壓地下溶液中不腐蝕、不滲漏，機(jī)體上部連接出油管，其直線電機(jī)軸桿采用空心圓管，作為抽油通道，在機(jī)體底部和軸桿上下兩端，裝有單向向上的進(jìn)、出油閥門。中國專利號200410023948.5公開了一種名稱為“潛式永磁直線往復(fù)泵”，它的具體結(jié)構(gòu)同上述實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)基本相同。即采用一個柱塞泵安裝在電機(jī)的下方。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大功率潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)柱塞泵，它是一種無桿抽油設(shè)備，具有更高的效率，并且結(jié)構(gòu)簡單，特別是具有顯著的節(jié)能效果。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，采用大功率直線永磁步進(jìn)電機(jī)作為動力系統(tǒng)，配上雙作用柱塞抽油泵及電機(jī)保護(hù)器構(gòu)成。它包括柱塞泵和大功率潛油直線步進(jìn)電機(jī)，其特征在于在潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)3的上方和下方分別裝有雙作用柱塞泵1(上泵)和4(下泵)，在雙作用柱塞泵1和直線永磁步進(jìn)電機(jī)3之間裝有保護(hù)器2。
潛油直線永磁步進(jìn)電動機(jī)3為圓柱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有裝有繞組的定子及作往復(fù)運(yùn)動的空心永磁動子(永磁動子是由稀土永磁體及極靴構(gòu)成)，直線永磁步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生縱向步進(jìn)磁通，利用金屬屏蔽密封。使其定子與永磁動子間隔離；縱向步進(jìn)磁通作用永磁動子，使其產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動，帶動雙作用柱塞泵，實(shí)現(xiàn)抽油，同時由兩個泵(上、下泵)的依次工作來保證井下機(jī)組的無沖擊工作，同時增加了該系統(tǒng)的采油效果，節(jié)省了大量的能源。被抽取的液體通過空心的導(dǎo)桿排出，經(jīng)采油樹傳送到地面。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為三相永磁式直線步進(jìn)電機(jī)的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為三相永磁式直線步進(jìn)電機(jī)的三相繞組的連接示意圖。
圖4為τt、和P之間的關(guān)系示意圖。
τt為定子齒距，P為動子的極距。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明首次采用大功率直線永磁步進(jìn)電機(jī)作為動力系統(tǒng)，配上雙作用柱塞抽油泵及電機(jī)保護(hù)器構(gòu)成。由于大功率直線永磁步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動力很大，發(fā)熱量小，系統(tǒng)效率高，由其構(gòu)成的大功率潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)柱塞泵系統(tǒng)，見附圖1。直線步進(jìn)電動機(jī)簡稱LPM，是一種將輸入的電脈沖信號轉(zhuǎn)換成微步直線運(yùn)動的驅(qū)動裝置。當(dāng)這種電機(jī)外加一個電脈沖時，就會直線地運(yùn)動一步并準(zhǔn)確地鎖定在所希望的位置上。因?yàn)槠溥\(yùn)動形式是直線步進(jìn)的，因而稱為直線步進(jìn)電動機(jī)。直線步進(jìn)電動機(jī)可廣泛地應(yīng)用于各種精密設(shè)備，如自動繪圖儀、計(jì)算機(jī)設(shè)備、智能儀器儀表、機(jī)器人、電子設(shè)備及各種自動化檢測、控制等領(lǐng)域當(dāng)中。
開環(huán)的直線步進(jìn)電機(jī)可以提供位置控制最經(jīng)濟(jì)的解決方案。輸入直線的電流脈沖信號，可由數(shù)字控制器或微軟處理機(jī)來提供。直線步進(jìn)電機(jī)在不需要閉環(huán)控制系統(tǒng)的條件下，能夠提供一定精度且可靠的位置和速度控制，這是一般直線電機(jī)所不能做到的。直線步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可動部分重量輕、慣性小、無漂移、無累積定位誤差、驅(qū)動力大，且在開環(huán)控制條件下，就能夠做到高速、高定位精度。在一些高要求的控制系統(tǒng)中，這是一種理想的直線驅(qū)動裝置。
永磁式直線步進(jìn)電動機(jī)內(nèi)部的磁場力，僅由通過各相繞組的脈沖電流產(chǎn)生。這種步進(jìn)電動機(jī)至少有三組繞組。當(dāng)某一相或兩相繞組有脈沖電流通過時，這些相繞組磁勢產(chǎn)生的磁通，總是往磁阻最小的路徑跑。根據(jù)磁力線具有力圖縮短磁通路徑以減少磁組增大磁導(dǎo)的本性，電機(jī)定、動子間將存在著一種使磁通通路磁阻盡量變小傾向的磁力，拉著電機(jī)動子到達(dá)該磁通對應(yīng)的磁路磁阻最小的位置，因而使電機(jī)動子產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動。附圖2是三相永磁式直線步進(jìn)電動機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖。定子部分通常是一圓型片疊片鐵心，上下兩邊開有很多均勻分布繞組的平行槽。動子是一對N、S交替布局的磁鋼組成，均勻地安裝在圓管動子支撐架上。三相繞組的連接如附圖3所示，被繞組包圍的鐵心部分稱為電機(jī)動子的磁極，每個磁極表面通常開有和定子齒距τt相同若干齒槽，動子上的三個鐵心柱之間的距離稱為動子的極距Pt，它和定子齒距τt之間的關(guān)系如附圖4所示，必須滿足下列關(guān)系式
Pt＝(M+1/3)τt式中M——任意整數(shù)。
當(dāng)A相繞組通入脈沖電流，而其他相繞組電流為零時，A相鐵心柱中的磁通最大，所受的磁力最大，因此電機(jī)動子的位置主要由A相的磁極齒對齊定子齒的位置來決定。因?yàn)榇藭rA相磁通對應(yīng)的磁路磁阻最小。如果三相繞組按A→B→C→A順序輪流流通電勵時，則動子就以τt/3的步距作步進(jìn)移動。所謂步距，就是每通一次電脈沖，動子就移動一步，俗稱運(yùn)行一拍。如果運(yùn)行m1拍后，動子正好移動一個齒距，則該步進(jìn)電動機(jī)的步距分辨率便為R＝τt/m1。當(dāng)三相步進(jìn)電動機(jī)以三相三拍運(yùn)行時，我們就說它獲得τt/3分辨率。若采用A→(A+B)→B→(B+C)→C→(C+A)→A的方式順序通電，此時該電動機(jī)就可以獲得τt/6的分辨率。
大功率直線永磁步進(jìn)電機(jī)可以定做或外購，柱塞泵外購或自行生產(chǎn)，柱塞泵和電機(jī)的連接方式與現(xiàn)有技術(shù)相同，可通過連接桿與步進(jìn)電機(jī)配合連接，但應(yīng)在步進(jìn)電機(jī)的上、下都裝有柱塞泵，泵的上方安裝有出油閥、出油管和壓力表及出油開關(guān)等常用的附件，當(dāng)空心軸桿往復(fù)運(yùn)動時，原油在上、下柱塞泵作用下源源不斷地進(jìn)入油管被抽出。
權(quán)利要求
1.大功率潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)柱塞泵，它包括柱塞泵和大功率潛油直線步進(jìn)電機(jī)，其特征在于采用大功率直線永磁步進(jìn)電機(jī)作為動力系統(tǒng)，配上雙作用柱塞抽油泵及電機(jī)保護(hù)器構(gòu)成，潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)(3)的上方和下方分別裝有雙作用柱塞泵(1)和(4)。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的大功率潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)柱塞泵，其特征在于在雙作用柱塞泵(1)和直線永磁步進(jìn)電機(jī)(3)之間裝有保護(hù)器(2)。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的大功率潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)柱塞泵，其特征在于潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)(3)為圓柱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有裝有繞組的定子及作往復(fù)運(yùn)動的空心永磁動子，永磁動子是由稀土永磁體及極靴構(gòu)成，直線永磁步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生縱向步進(jìn)磁通，利用金屬屏蔽密封。使其定子與永磁動子間隔離；縱向步進(jìn)磁通作用永磁動子，使其產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動，帶動雙作用柱塞泵，實(shí)現(xiàn)抽油，步進(jìn)電動機(jī)至少有三組繞組，定子部分通常是一圓型片疊片鐵心，上下兩邊開有很多均勻分布繞組的平行槽，動子是一對N、S交替布局的磁鋼組成，均勻地安裝在圓管動子支撐架上，被繞組包圍的鐵心部分稱為電機(jī)動子的磁極，每個磁極表面通常開有和定子齒距τt相同若干齒槽，動子上的三個鐵心柱之間的距離稱為動子的極距Pt，它和定子齒距τt之間的關(guān)系必須滿足下列關(guān)系式Pt＝(M+1/3)τt式中M——任意整數(shù)如果三相繞組按A→B→C→A順序輪流流通電勵時，則動子就以τt/3的步距作步進(jìn)移動，若采用A→(A+B)→B→(B+C)→C→(C+A)→A的方式順序通電，此時該電動機(jī)就可以獲得τt/6的分辨率。
全文摘要
本發(fā)明是一種大功率潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)柱塞泵，它具有節(jié)省能源和效率高的特點(diǎn)。它采用大功率直線永磁步進(jìn)電機(jī)作為動力系統(tǒng)，配上雙作用柱塞抽油泵及電機(jī)保護(hù)器構(gòu)成，潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)的上方和下方分別裝有雙作用柱塞泵。在雙作用柱塞泵和直線永磁步進(jìn)電機(jī)之間裝有保護(hù)器。潛油直線永磁步進(jìn)電機(jī)為圓柱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有裝有繞組的定子及作往復(fù)運(yùn)動的空心永磁動子，永磁動子是由稀土永磁體及極靴構(gòu)成，步進(jìn)電動機(jī)每個磁極表面通常開有和定子齒距τ
文檔編號E21B43/00GK101050765SQ20061004742
公開日2007年10月10日 申請日期2006年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月10日
發(fā)明者紀(jì)雪冬, 郭仁祥 申請人:紀(jì)雪冬