CN101910552B - 具有带机械锁定的定子叠片的电机的电潜泵(esp) - Google Patents

Abstract

用于井下的潜水泵系统，其中该系统包括泵和用于驱动该泵的泵电机。该泵电机包括电机壳体，相应的定子叠片堆和转子叠片堆设置在该电机壳体内。泵电机还包括用于将定子叠片堆轴向地固定在电机电机壳体内的锚定系统。

Description

具有带机械锁定的定子叠片的电机的电潜泵(ESP)

技术领域

本发明涉及浸入在井孔流体中的井下泵送系统。更特别地，本发明涉及轴向固定的具有机械锚定特征的潜水泵定子。

背景技术

潜水泵送系统通常用于碳氢化合物生产井中，用于泵送在井孔内的流体到表面。这些流体通常是液体，包括生成的液体碳氢化合物和水。用于该应用中的一类系统采用电潜泵(ESP)。ESP典型地设置在生产管的长度端部，并具有电力驱动的电机。通常，电力可以经由电力电缆供应到泵电机。典型地，泵送单元设置在井孔中，正好位于打进在碳氢化合物生成区的穿孔的上面。从而该设置允许生产的流体流过泵送电机的外表面并提供冷却作用。

图1的侧视图提供了用于井孔流体的生产的电潜泵(ESP)系统，该井孔流体产自碳氢化合物钻孔。这里，ESP系统20表示为设置在井孔5中，其中该井孔5衬有壳体11。该井孔5穿过地层7并横断碳氢化合物生成区而形成。穿孔9形成为穿过壳体11并进入到周围地层7，从而允许夹带在地层7中的碳氢化合物进入到井孔5中。生产的碳氢化合物如箭头A所示从穿孔9中排出并进入到井孔5中。该ESP系统20包括在其最下端部分的泵电机22。邻近该泵电机22的是密封部分24。该密封部分24响应于周围压力并将周围压力传送到泵系统的内部，从而基本上使泵系统内部压力与周围的相等，以使横跨泵系统密封的压差最小。流体入口26提供在气体分离器28上，并构建用于接收其中的井孔生产流体，以传送到泵29。从泵29出来的该受压井孔流体流入到生产管30中以传送到表面，然后从表面传送用于精炼。从分离器中移除的气体典型地从泵送系统排出并返回到井孔中，在那里流到井头。

用于电潜泵系统的电机典型地通过在泵电机壳体内堆叠一连串定子叠片而形成。在定子叠片堆的顶部终端和底部终端处，在壳体内形成有凹槽。所述凹槽构建用于接收卡环，其中卡环内径从壳体内径延伸进入到泵电机中。电机的形成典型地包括插入位于壳体底部的卡环，然后在壳体内添加定子叠片堆。然后用压机或一些其他机械设备压缩叠片；在叠片还处于压力下时，插入停止卡环。在定子叠片堆上的压力释放之后，定子叠片堆将轻微回弹，并施加轴向力于顶部和底部卡环上，其中相对的力在相反的方向上。在卡环上的该力将在其长度上轻微地延伸壳体。在定子叠片堆和卡环上的残余力将叠片锁定在位，从而防止电机运行过程中叠片自转。

ESP泵电机还包括附接到泵电机轴上的转子。该转子也由相应的转子叠片组成。定子叠片堆和转子叠片堆包括沿着电机长度轴向地行进的开口，其中所述开口含有电线或其他导电元件，它们在每个转子和定子叠片堆中形成相应的绕组线圈。典型地，在定子叠片堆中的绕组线圈激发以形成电场，其通过磁场力在转子堆中产生旋转，这样相应地旋转泵电机轴。

发明内容

本发明包括一种电机，其包括：电机壳体；同轴地设置在电机壳体中的定子叠片堆；形成在该定子叠片堆的外径上的轴向延伸的凹槽；沿着该凹槽延伸且与所述定子叠片堆的叠片联接的条带；和固定到该电机壳体上并与该条带联接接合的锁定联接件。所述锁定联接件可以包括环，该环同轴地设置在电机壳体中且具有垂直于该环的轴线延伸从而与所述凹槽锁定接合的凸片部。所述环可以可选地固定到该电机壳体上。所述锁定联接件可以包括分别设置在该定子叠片堆的上端和下端上的相应的锁定环组件以及从所述锁定环组件延伸从而与所述凹槽锁定接合的凸片部，其中所述条带在所述凸片部的相应末端之间延伸。

这里还公开了一种用于潜水泵系统的电机的构造方法，包括：提供具有孔的圆柱形的壳体；将防止旋转的锁定装置固定在该壳体的所述孔内；和将定子叠片堆放置于该壳体内且与该锁定装置锁定接合，其中该定子叠片堆与该锁定装置的接合将该定子叠片轴向地锁定在该壳体内。

本发明还包括一种用于潜水泵系统的电机，包括：具有孔的圆柱形壳体；设置在所述壳体内的定子叠片堆，该定子叠片堆包括多个定子叠片；形成在该定子叠片堆中的纵向延伸的凹槽；能够通过该凹槽插入到该孔中的条带；和锚定在该壳体的所述孔中而不能旋转的锁定环，每个锁定环具有接合该凹槽的凸片部；其中该条带在所述凸片部之间延伸。

附图说明

本发明的一些特征和优点已经陈述，其他的将通过结合附图的描述而变得显而易见，其中：

图1是根据本发明的井下潜水系统的侧视图；

图2以侧面剖视图提供电潜泵电机的一部分；

图3是具有锁定环的实施方式的电潜泵电机的一部分的侧面剖视图；

图4是定子叠片的例子的顶视图；

图5是具有定子锁定环的电潜泵电机的实施方式的一部分的分解图。

具体实施方式

尽管本发明将结合优选的实施方式进行描述，可以理解的是，其不旨在将本发明限定在该实施方式中。相反，本发明旨在覆盖所有的替代、改变和等价物，如同可以包含在通过后面的实施方式所限定的本发明的精神和范围内。

下面将结合示出了本发明实施方式的附图更加全面地描述本发明。然而本发明可以以许多不同形式实现，而不解释为限制于这里所述的示出的实施方式；而且，这些实施方式提供用于使得本发明更加详尽和完整，并将向本领域技术人员完全地表达本发明的范围。全文中，类似的附图标记表示类似的元件。

图2是根据本发明的泵电机的一部分的侧面剖视图。该泵电机22包括大致圆柱形的壳体32，其中一堆定子叠片34沿着壳体32的内径的一部分堆叠。该定子叠片堆34是大致环形的元件，其外径与壳体32的内径接触。转子堆36和泵轴38的组合位于定子叠片堆34的内径内。该泵轴38延伸通过泵电机32并沿着壳体32的轴线Ax大致对齐。在所示的实施方式中，壳体32的内径基本上是光滑的，其上没有凹槽或凸起部。转子叠片堆36附接到轴38上，从而转子堆36的旋转必然地产生轴38相应的旋转。具有大致环形本体的轴承40具有与定子叠片堆34的内径接触的外径和与轴38的外径联接的内径。轴承40减少了轴38的摩擦旋转并使该轴38在壳体32内对准。相应的绕组线圈形成在定子叠片堆34内，并且当被激励时，引起轴38旋转，以驱动相应的泵。

图中还示出有用于在壳体32内锚定定子叠片堆34的锁定环组件42。在所示的实施方式中，锁定环组件42在定子叠片堆34的顶部和底部均有设置。然而，本发明的范围包括具有单个锁定环组件的泵送系统。锁定环组件42与组成定子叠片堆34的一个或多个叠片44机械地联接。该机械的联接防止那些专门的叠片相对于锁定环组件42绕轴旋转。还是如图3所示，条带58位于定子叠片堆34的外边缘，沿着定子叠片堆34的长度延伸。在本实施方式中，条带58是薄带，其安放于由各叠片44的边缘上的预定径向位置处的各凹口所形成的凹槽内。该锁定环组件42附接到壳体32上，防止其在壳体内绕轴旋转，从而防止定子叠片堆34的密封旋转。

图3是长的环组件42的竖直剖视图。该锁定环组件42包括锁定环46，其为环状结构，其外边缘与壳体32的内径接触。卡环52被图示出为安放在形成于壳体32的内径和锁定环46的外径内的相应的通道48、50内。通道48、50与位于其内的卡环52的组合将锁定环46相对于壳体32锚定在设定的纵向位置。

现在参考图4，其中示出了单独的叠片44的顶视图，其具有沿着其外周形成在预定部分处的凹口60。该锁定环46包括凸片部54，凸片部54形成为从锁定环46的主体沿着壳体32的内径延伸，从而与插入部60形成锁定和联接的附接。如上所述，锁定环组件42可稳固到壳体32上。在图3的实施方式中，经由在锁定环46和壳体32之间的焊接56而提供附接。然而，也可以使用其他附接方式来将锁定环组件42固定在泵装置的壳体32内。

图4中还示出了轴向地穿过每个叠片34的本体而形成的槽62。电导体例如电线64延伸通过该定子叠片堆34并通过对准的槽62。电线64形成定子叠片堆34内的绕组线圈。

图5是用于根据本发明的ESP的泵电机的部分的分解的透视图。在该实施方式中，泵电机的组件示出为基本上相对于壳体轴线Ax同轴地对齐。在该透视图中，示出了包括各单独的转子叠片37的转子堆36，其同轴地对齐以插入定子叠片堆34中。所述转子叠片36包括代替绕组线圈的、设置在各个槽39中的导电杆(未示出)。

锁定环46的一个实施方式中是其各个凸片部54垂直于锁定环46的平面延伸，并基本上平行于壳体轴线Ax。凸片部54的长度可以从0.25英寸到超过1英寸，在一个实施方式中，该长度是大约0.5英寸。在锁定环46上的凸片部54可以彼此交错，并且按尺寸排布。交错的凸片部54的长度可以确保至少一个凸片部54与相应的定子叠片44完全接合。

条带58被示出为延伸通过细长的槽，该槽由构成定子叠片堆34的叠片的外周上的各个凹口60形成。优选地，条带58沿着定子叠片堆34的整个长度延伸，并终止在上、下锁定环组件42、43。然而，也存在其他的实施方式，例如条带58只沿着定子叠片堆34的一部分延伸。该条带58可以由设置在定子叠片堆34的外周上的槽内的单个或多个元件组成。并且尽管示出为具有大致矩形的横截面，但条带58可以具有其他横截面形状，例如正方形、圆形或其他已知的构造。

可选地，定子叠片堆34的上部和下部的叠片中可以包括端部叠片68，其中所述端部叠片68通过增加横截面质量和面积，或者通过经由材料选择的材料强度而增强。增强的端部叠片68的一个优点在压缩定子叠片堆的过程中实现，其中端部叠片的挠曲由于形成定子叠片堆的压缩力而减小。可选地，可以在定子叠片堆的最外部分上附接端盖66，用以为可能暴露于定子叠片堆的相应外端上的绕组线圈的元件提供保护遮挡。端盖66最好由弹性体材料形成，该弹性体材料可以容易地固定或移除。

在形成根据本发明的泵电机组件的一个例子中，锁定环46通过卡环52联接到壳体32的下端。在将锁定环46插入壳体32之前，将卡环52放置和压入到形成在锁定环46的外周上的通道50中。然后锁定环46同轴地滑入到壳体32中，直至各个通道48、50对齐，从而允许卡环52扩张到形成在壳体32中的通道48内。卡环52的尺寸允许其同时延伸到通道48、50内，从而将锁定环46轴向地固定在壳体32内。然后该定子叠片堆34插入到壳体32的上端，且凹口60与从锁定环46向上延伸的凸片部54对齐和接合。在定子叠片堆34放入到壳体32之前或之后，条带58可以插入到槽内。该条带58可以包括沿着定子叠片堆34延伸的单个元件，或者是串列地放置在凹槽中的多个较短的条带。可选地，在将定子叠片堆34置入壳体32之前，条带58胶接到凹槽内。

然后将具有相应的卡环53的上锁定环47插入到壳体32的上端。然后压紧该定子叠片堆34，直至卡环53接合形成于壳体32上部上的通道49，该卡环53轴向地将上锁定环47固定到壳体32上。在卡环53接合后，释放压紧力，从而允许定子叠片堆34轻微地膨胀，从而通过其与卡环(52、53)的轴向连接而拉伸壳体32。不过卡环52、53并不防止锁定环46、47的旋转，锁定环46、47可以通过将锁定环(46、47)固定到壳体32上的焊接点56、57轴向地锚定。可以采用其他方式轴向地锚定锁定环，例如螺栓连接到壳体32上的向外延伸的凸片部(未示出)。这样，通过焊接到壳体上的锁定环组件和向内延伸的、与形成在叠片上的凹口相配的凸片部的组合，防止了定子叠片堆的绕轴旋转。

用于本发明的叠片堆的长度可以从大约5英尺到大约35英尺。这样的叠片堆的直径可以从约3.00英寸到约9.00英寸。本发明可以用于泵电机，其功率范围从大约150马力到大约4000马力，该泵电机的功率范围还可以为从约200马力到约3000马力。

需要理解的是，本发明不限于所示和所述的结构、运行、实际材料或实施方式的实际细节，变形和等价物对于本领域技术人员来说是显而易见的。在附图和说明书中，公开了本发明的示例的实施方式，尽管采用了专门的术语，它们只用作一般的和描述的意义，而不作为限定。例如，凹口的位置不限于定子叠片外周，而是可以形成为通过定子叠片的本体。相应地，本发明因此只限定于后面权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种电机，包括：

电机壳体；

同轴地、且完全地设置在电机壳体中的定子叠片堆；

形成在该定子叠片堆的外径上的轴向延伸的凹槽；

沿着该凹槽延伸且与所述定子叠片堆的叠片联接的条带，所述条带被完全包围在所述壳体内且位于所述定子叠片堆的外径和壳体的内侧壁之间；和

固定到该电机壳体内并与该条带联接接合以将定子叠片堆锚定在所述壳体内的锁定联接件。

2.根据权利要求1所述的电机，其中所述锁定联接件包括环，该环同轴地设置在电机壳体中且具有垂直于该环的轴线延伸从而与所述凹槽锁定接合的凸片部。

3.根据权利要求2所述的电机，其中所述环固定到该电机壳体上。

4.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机的内径是基本光滑的。

5.根据权利要求1所述的电机，其中所述条带基本上沿着所述定子叠片堆的整个长度延伸。

6.根据权利要求1所述的电机，其中所述锁定联接件包括分别设置在该定子叠片堆的上端和下端上的相应的锁定环组件以及从所述锁定环组件延伸从而与所述凹槽锁定接合的凸片部，其中所述条带在所述凸片部的相应末端之间延伸。

7.根据权利要求1所述的电机，还包括分别与顶部叠片和底部叠片密封配合的端盖。

8.根据权利要求1所述的电机，还包括固定到轴上的转子，其中所述轴和转子同轴地设置在定子内。

9.一种用于潜水泵系统的电机，包括：

具有孔的圆柱形壳体；

设置在所述壳体内的定子叠片堆，该定子叠片堆包括多个定子叠片；

形成在该定子叠片堆中的纵向延伸的凹槽；

能够通过该凹槽插入到该孔中的条带，所述条带被完全包围在所述壳体内且位于所述定子叠片堆的外径和壳体的内侧壁之间；和

不能旋转地锚定在该壳体的所述孔中以将定子叠片堆锚定在所述壳体内的锁定环，每个锁定环具有接合该凹槽的凸片部；其中该条带在所述凸片部之间延伸。

10.根据权利要求9所述的用于潜水泵系统的电机，还包括在所述定子叠片堆的端部上的密封盖。

11.根据权利要求9所述的用于潜水泵系统的电机，其中所述条带相对于所述壳体能够滑动。

12.根据权利要求9所述的用于潜水泵系统的电机，其中所述壳体的所述孔是基本光滑的。