CN101525987B - 外转子电机抽油机 - Google Patents

Abstract

外转子电机抽油机用于油田的原油开采，由动力系统、导轮装置、曳引系统、控制系统、定位系统、刹车系统及机架构成。机架是作为载体，外转子电机安装在机架的顶部上平台上作为动力用。导轮总成是安装在机架的前侧上部，起导向和撑开作用，防止悬绳器与机架靠得太近而发生干涉。用柔性索带连接外转子电机、导轮、悬绳器、平衡重，使其成为曳引系统，将电机的旋转运动变为抽油杆的往复直线运动，从而达到对地下原油的抽吸。在机架的顶部和底部设置上下止点并安装位置开关，为安全起见，再在上下止点的外侧安装极限开关。用导线将控制系统、电机、刹车电机、位置开关有序连接，用以控制外转子电机的正反转，速度调节和制动。

Description

外转子电机抽油机

所属技术领域

本发明涉及油田石油开采的抽油机，尤其是无游梁抽油机。

技术背景

目前公知的抽油机有两类，一类是老式的常规游梁式抽油机，另一类是无游梁式抽油机，游梁式抽油机以其结构简单，可靠耐用，操作简便，维护费用低等优点，一直占据着有杆泵采油地面设备的主导地位，但由于其结构上的不合理性，使得常规游梁式抽油机表现出“大马拉小车”，耗能高，整体重量大，体积大，占地面积大，调参笨拙困难，价格成本高的缺点。后者无游梁式抽油机近年来出现了许多机型，多数在节能问题上下了很大功夫，提出了各种各样的解决方案，但由于对抽油机现场的工作特点要求了解得不全面，指导思想不正确，技术路线有偏差，运行条件要求高，薄弱点增加，可靠性变差，整体寿命短，不安全因素增多，制造成本增加，修井作业不方便，出现采油工抱怨等一系列问题。

发明内容

为了克服现有抽油机存在的上述缺陷，本发明提供一种外转子电机抽油机，该抽油机不仅能解决节能的问题，安全可靠问题，而且能解决调参方便问题，制造成本高等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该外转子电机抽油机是由动力系统，传动系统，曳引系统，控制系统，定位系统，刹车系统等构成。所述动力系统，是设计一种外转子电机作为抽油机的动力，该外转子电机由外转子、内定子、电机轴、牵引轮、机座等构成。外转子是在一个圆筒形的外壳内壁均匀粘贴若干块稀土永磁磁钢，根据转速确定磁钢的数量，磁钢的周边形状为平行四边形，两侧面为互为平行的古瓦形。内定子是在电机轴上固定铁芯，再在铁芯上镶嵌若干匝互为绝缘的线圈。电机轴是电机的中轴，其轴心为中空状，便于导线的穿引。牵引轮，既是外转子电机的轴承座，又作对外输出扭矩的轮子，将其制成倒“凸”字形，大端与外转子端面用螺栓连接，在小端内孔与电机轴之间安装轴承。如用皮带作为牵引，则可将牵引轮制成皮带轮。上述零件的位置关系为：内定子固定在电机轴上，外转子配套在内定子的外缘，两端法兰与牵引轮大端法兰对接，牵引轮的内孔与电机轴之间安装轴承，轴承的外侧用压盖封闭，该总成固定在电机机座上。所述传动系统，是由电机的外转子兼作传动皮带盘，直接利用电机的外转子作为动力输出，使动力机械和传动机械二机合一。该传动系统线速度传动比可根据工作要求进行选择，传动比有等于1的，即电机外转子直接作为传动盘(如图2)，有大于1的(如图3)，有小于1的(如图4)，虽然传动比不同，但机械传动路径均为零，机械效率接近100％。所述曳引系统，它是由电机的牵引轮、导轮、柔性索带(皮带、钢丝绳、链条)，光杆悬绳装置，平衡块构成。曳引系统是将电机的动力传递给抽油泵进行抽油。曳引系统的连接方式为：以皮带为例，将皮带绕过外转子电机的牵引轮上，前端在导轮上绕过，与光杆悬绳器相连结，后端与平衡块连接，由此便构成了曳引系统，只要外转子电机一转动，皮带便带动悬绳装置和平衡块作上下往复运动。所述导轮是设置在抽油机机架的上部前侧，起导向和撑开作用，它是由导轮、导轮轴、导轮机座构成，导轮根据柔性索带的种类确定，若是皮带则设计皮带轮，在若是钢丝绳则设计钢丝绳轮，若是链条即设计链轮，轮子的内孔与导轮轴之间安装轴承，在两端安装端盖，导轮总成固定在机座上。所述变频调速控制系统是由变频器、空气开关、延时开关、交流接触器、时间继电器、位置传感器、速度传感器等有序构成，它的功能是利用变频原理调节电机转速，利用位置传感器和时间继电器交流接触器可以使电机正反转。所述定位系统，是在机架的顶部设置上止点位置开关，在机架的下部设置下止点位置开关，平衡块只能在上下止点有效冲程内往复运行，若超出上下止点而继续运行，则极易发生严重的安全事故。为防止失灵，在上下止点的外侧增设一道安全传感器，一旦第一套传感器失灵时，外侧安全传感器便起作用，使外转子电机能够及时断电停止运转，刹车同时将外转子电机刹住。所述刹车系统：由刹车电机、液压缸、离心式旋转体、锥形盘、推杆、刹车杆等构成。其工作原理如下，开车时，刹车电机得电旋转，带动离心式旋转体旋转，由于斜面原理，旋转体一边旋转，一边带动推杆将刹车杆推开，使刹车片与外转子电机得到间隙，从而使外转子电机工作。停车时，刹车电机断电，电机停止旋转，旋转体减速直至停止动作，推杆便在拉力弹簧作用下退回，刹车片便将外转子电机抱紧，使外转子电机即时制动。

本发明的有益效果是：外转子电机由于采用了稀土永磁磁钢作为磁场，故节电效果明显，又由于利用外转子的外壳直接作为牵引轮，删除了传动减速箱，机械传动路径为零，故机械效率接近100％，又由于外转子直径相对于普通电机直径较大，故转动惯量较大，转速较低，故输出力矩也较大。本机结构简单，节约能耗，节约钢材，减排噪音和污染，安全可靠，维护方便。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明外转子电机结构原理图

图2是线速度传动比等于1的结构原理图

图3是线速度传动比＜1的结构原理图

图4是线速度传动比＞1的结构原理图

图5是外转子电机抽油机实施例结构简图

图6是导轮结构原理图

图7是刹车系统原理图

图中：1、外转子，2、永磁磁钢，3、定子线圈，4、柔性索带，5、牵引轮，6、轴承，7、电机轴，8、轴承压盖，9、电机座，10、悬绳器，11、导轮总成，12、抽油机机架，13、平衡块，14、导轮，15、轴承，16、轴承盖，17、导轮轴，18、导轮机座，19、外转子电机，20、刹车电机，21、锥度盘，22、离心转子，23、推杆，24、拉力弹簧，25、刹车立柱，26、刹车卡瓦。

具体实施方式

在图1中外转子1是一个圆筒状的壳体，用工业胶水将永磁磁钢2粘在壳体内壁上，电机轴7固定在电机座上，铁芯固定在电机轴7上，线圈4镶嵌在铁芯硅钢片槽内。外转子与定子之间留有1-3mm的气隙，在外转子1的两端连接牵引轮5，在牵引轮5和电机轴7之间安装轴承6，在轴承的外侧安装轴承压盖8。

在图5实施例中，19是外转子电机，5是电机两侧的牵引轮，4是柔性索带，它的前端经过导轮总成11再与悬绳器10连结，它的后端与平衡块13连结，若外转子电机顺时针转动时，则柔性索带4带动悬绳器10向上止点运行，悬绳器带动光杆和抽油泵将地下原油抽吸到地面，后端的平衡块13依靠自身的重力，协助电机把前端悬点负荷从下止点提升到上止点。若电机逆时针转动时，则柔性索带驱动光杆密封器及前端泵、杆、液柱向下止点运行，并将平衡块13一并提升到上止点，储备位能，以便在下一个冲程中再协助电机把前端负荷提升到上止点，如此周而复始，抽油机便把地下原油源源不断地吸到地面。

在图6实施例中，14是导轮，15是轴承，16是轴承端盖，17是导轮轴，18是导轮机座。导轮总成11是安装在抽油机机架12上部前侧，它的功能是导向并将悬点负荷和平衡块之间的距离撑开，以免与机架发生干涉。

在图7实施例中：19是外转子电机，20是刹车电机，21是锥度盘，22是离心转子，23是推杆，24是拉力弹簧，25是刹车立柱，26是刹车卡瓦。工作时，刹车电机20得电旋转，带动锥度盘21和离心转子22旋转，由于离心力的作用，离心转子张开，转子便与锥度盘锥度接触沿母线向右移动，从而推动推杆23向右移动，使刹车卡瓦26与外转子电机19脱离，形成间隙，与此同时，外转子电机19同时得电，便开始工作。停电时，刹车电机20与外转子电机19同时失电停止旋转，刹车立柱25在拉力弹簧24作用下对外转子电机19抱紧，达到同步刹车，避免外转子电机两侧的负荷在不平衡的情况下向负荷重的一边旋转，超出上下止点，造成前端悬绳器10与井口相撞或后边的平衡块13超出上止点与机架上平台碰撞事故。

Claims (4)

1.一种外转子电机抽油机是由动力系统、导轮装置、传动系统、曳引系统、控制系统、定位系统、刹车系统及机架构成；所述机架是作为载体，外转子电机安装在机架的顶部，导轮装置安装在机架的前侧上部，柔性索带连接外转子电机、导轮、悬绳器、平衡块，使其成为曳引系统，将电机的旋转运动变为抽油杆的往复直线运动；在机架的顶部和底部设置上下止点并安装位置开关，在上下止点的外侧安装极限开关，用导线将控制系统、外转子电机、刹车电机、位置开关有序连接，用以控制外转子电机的正反转，调节速度和制动；所述刹车系统由刹车电机、液压缸、离心式旋转体、锥形盘、推杆、刹车杆构成，其特征是：开车时，刹车电机得电旋转，带动离心式旋转体旋转，由于斜面原理，旋转体带动推杆将刹车杆推开，使刹车片与外转子电机之间形成间隙，从而使外转子电机工作，停车时，刹车电机断电，电机停止旋转，旋转体减速直至停止动作，推杆便在拉力弹簧作用下退回，刹车片将外转子电机抱紧，使外转子电机即时制动。

2.根据权利要求1所述的外转子电机抽油机，其特征是：曳引系统的连接方式为：柔性索带绕过外转子电机的两侧牵引轮，前端从导轮上绕过，与光杆悬绳器相连结，后端与平衡块连接，由此便构成了曳引系统，只要外转子电机一转动，柔性索带便带动悬绳装置和平衡块作上下往复运动。

3.根据权利要求1所述的外转子电机抽油机，其特征是：柔性索带是皮带，钢丝绳，或链条。

4.根据权利要求1所述的外转子电机抽油机，其特征是：动力系统是设计一种外转子电机作为抽油机的动力，该外转子电机由外转子、内定子、电机轴、牵引轮、电机机座构成，外转子是在一个圆筒形的外壳内壁均匀粘上若干块稀土永磁磁钢，根据转速确定磁钢的数量，磁钢的周边形状为平行四边形，两侧面为互为平行的古瓦形，内定子是在电机轴上固定铁芯，再在铁芯上镶嵌若干匝互为绝缘的线圈，电机轴的轴心为中空状，便于导线的穿引，电机轴固定在电机机座上，牵引轮既是外转子电机的轴承座，又作对外输出扭矩的轮子，将其制成倒“凸”字形，大端与外转子法兰端面用螺栓连接，在小端内孔与电机轴之间安装轴承，轴承外面用轴承压盖密封。

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