CN102510145B - 井下圆筒形直线电机分力式动子 - Google Patents
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Abstract
井下圆筒形直线电机分力式动子，应用于油田井下采油直线电机柱塞泵。在中心杆上加工有环形槽；动子磁轭套在中心杆外壁上；在中心杆的每个环形槽内嵌有一个磁钢内套，所述的磁钢内套为半圆环形体，两个半圆环形体相对成为一个磁钢内套；在磁钢内套的外壁上套有圆环形的磁钢；圆环形的磁钢外壁上套有圆环形的磁钢外套；在中心杆的两端分别固定有限位螺母；在动子磁轭和磁钢外套的外壁上套有动子外套。效果是：能将每个磁钢所受的电磁力作用在中心杆的环形槽的台阶上，不让电磁力作用在最下一级磁钢上，能有效的防止在整个动子的下部产生磁力的集中。将磁钢内套分成两块，可以方便的安装在中心杆上的环形槽内。
Description
技术领域
本发明涉及油田采油技术领域，特别涉及一种井下直线电机柱塞泵，是一种井下直线电机柱塞泵的分力式动子。
背景技术
圆筒形直线电机用于井下泵开采的动力，是近几年应用于油田开采的一项新技术。由于这种直线电机推力大，能耗少，结构简单，比较适合油井开采使用，因而在圆筒形永磁直线电机研究方面投入资金和研究人员相对较多。但是圆筒形直线电机在油田应用时间较短，因此，目前现场应用的井下圆筒形直线电机还存在较多的问题。由于油井本身的特殊条件，对井下圆筒形直线电机也提出了相应的要求。首先是井筒的直径限制了圆筒形直线电机的直径，因而增加直线电机的推力只能靠增加直线电机的长度来实现，导致井下圆筒形直线电机定子的长度增加，相应地，直线电机动子的长度也增加。对于大推力、长动子的直线电机，目前采用的动子结构是：在一根不锈钢中心杆上，按照顺序将磁轭、磁钢外套、磁钢内套、磁钢套装上去，在不锈钢中心杆的两端分别用下紧固螺帽和上紧固螺帽固定，然后，将动子外套套在动子外面，动子外套的两端与两端的磁轭用氩弧焊焊接。这种结构的动子主要存在以下问题：当动子向上运动时，各级的电磁推力最终会集中在最下一级磁钢上，导致最下一级磁钢所受的压力过大而破碎；二是由于动子过长，通常接近10m，过大的推力会导致动子中心杆的下端弯曲变形；三是作用力集中在中心杆下端部的螺纹上，导致中心杆下端部的螺纹疲劳损伤失效。
发明内容
本发明的目的是：提供一种井下圆筒形直线电机分力式动子，使圆筒形直线电机动子的结构更加合理，最大限度将动子上的集中力分散开来，改善动子下部磁钢的受力状态，消除由于集中应力产生的动子下部弯曲变形，避免动子端部限位螺纹的疲劳损伤失效问题。
本发明采用的技术方案是：井下圆筒形直线电机分力式动子，主要由中心杆、下限位螺母、动子磁轭、磁钢外套、磁钢、磁钢内套、动子外套和动子上限位螺母组成，其特征在于：中心杆采用不锈钢材料制成，中心杆的直径在17～19mm之间，长度在4000～10000mm之间；在的中心杆上每隔33～35mm的距离加工一个环形槽，环形槽的深度为0.8～1.2mm，环形槽的宽度为6～8mm；动子磁轭为圆环形，动子磁轭的内径与中心杆外径相同，动子磁轭套在中心杆外壁上；在中心杆的每个环形槽内嵌有一个磁钢内套，所述的磁钢内套为半圆环形体，两个半圆环形体相对成为一个磁钢内套，磁钢内套内径与中心杆环形槽的内径相同，磁钢内套的厚度在6～8mm之间，磁钢内套的高度与中心杆的环形槽的宽度相同；在磁钢内套的外壁上套有圆环形的磁钢，磁钢的高度与磁钢内套的高度相同；圆环形的磁钢外壁上套有圆环形的磁钢外套，磁钢外套的外径与动子磁轭的外径相同；所述动子磁轭数量为90～200个之间，动子磁轭在磁钢内套的两侧；在中心杆的两端分别固定有限位螺母；在动子磁轭和磁钢外套的外壁上套有动子外套，动子外套的两端部分别焊接在上下两端的动子磁轭外壁上。所述的动子外套为圆筒形，动子外套的壁厚为0.45～0.55mm之间。
所述的动子外套两端部焊接在上下两端动子磁轭外壁上，是采用氩弧焊的方法焊接。
简述井下圆筒形直线电机分力式动子的组装过程，有助于理解本发明。参阅图1。首先，将一个动子磁轭3套在中心杆2上。然后，将两个半圆环体组成的磁钢内套6扣在中心杆1上端的一个环形槽内；将环形磁钢5套在磁钢内套6外壁上，磁钢内套6不能分开；再将磁钢外套4套在磁钢5的外壁上，这样地将一个动子磁轭3套在中心杆1上，载完成磁钢内套6、磁钢5和磁钢外套4的套装。按照设计要求组装完毕后，将动子外套7套在动子磁轭3和磁钢外套4整个外壁上。动子外套7的两端分别与两端的动子磁轭3用氩弧焊焊接，然后将两端的限位螺母2分别螺纹固定在中心杆1的两端。组装好的动子具有分力功能，即动子在直线电机定子中上下往复运动时，所有处于定子内的动子均受到定子磁力的作用，动子上的每一个磁钢5都将受到的磁力传递给其下部的动子磁轭3，动子磁轭3将磁力作用在磁钢内套6上，通过磁钢内套6将磁力作用在中心杆1的环形槽上，达到分力的目的。
动子磁轭3采用导磁率比较高的材料制成，如A3钢以及软磁合金。磁钢5采用的是钕铁硼材料。本领域的技术人员熟知磁钢5和动子磁轭3的材料，不详细叙述。
本发明的有益效果：本发明井下圆筒形直线电机分力式动子，在动子中心杆上加工有环形槽，环形槽就是卸载槽，能将每个磁钢所受的电磁力作用在中心杆的环形槽的台阶上，不让电磁力作用在最下一级磁钢上，能有效的防止在整个动子的下部产生磁力的集中。将磁钢内套分成两块，可以方便的安装在中心杆上的环形槽内。
改变了井下圆筒形直线电机动子的结构，消除了直线电机动子中存在的磁力集中的问题和动子磁钢在集中力作用下的损坏问题；改善了电磁力在中心杆上的分布，避免了中心杆下部受力弯曲和动子端部限位螺母的失效问题。
附图说明
图1是本发明井下圆筒形直线电机分力式动子结构剖面示意图。
图中，1-中心杆，2-限位螺母，3-动子磁轭，4-磁钢外套，5-磁钢，6-磁钢内套，7-动子外套。
具体实施方式
实施例1：以一个井下圆筒形直线电机分力式动子，在套管内径为124mm油井中使用的直线电机动子为例，对本发明作进一步详细说明。
参阅图1。本发明井下圆筒形直线电机分力式动子，主要由中心杆1、下限位螺母2、动子磁轭3、磁钢外套4、磁钢5、磁钢内套6、动子外套7和动子上限位螺母8组成，其特征在于：中心杆1采用不锈钢材料制成，中心杆1的直径为18mm，长度4000mm；在的中心杆1上每隔27mm的距离加工一个环形槽，环形槽的深度为1mm(环形槽的直径为16mm)，环形槽的宽度7mm；动子磁轭3为圆环形，动子磁轭3的外径56mm，内径18mm，动子磁轭3的厚度为25mm。动子磁轭3的内径与中心杆1外径相同，动子磁轭3套在中心杆1外壁上。
在中心杆1的每个环形槽内嵌有一个磁钢内套6，所述的磁钢内套6为半圆环形体，两个半圆环形体相对成为一个磁钢内套6，磁钢内套6的外径22mm，内径16mm，高度7mm。磁钢内套6内径与中心杆1环形槽的内径相同，磁钢内套6的高度与中心杆1的环形槽的宽度相同。在磁钢内套6的外壁上套有圆环形的磁钢5，磁钢5的外径52mm，内径22mm，磁钢5的高度为7mm。圆环形的磁钢5外壁上套有圆环形的磁钢外套4，磁钢外套4的外径与动子磁轭3的外径相同；所述动子磁轭3数量为90个，动子磁轭3在磁钢内套6的两侧。在中心杆1的两端分别固定有M18的限位螺母2；在动子磁轭3和磁钢外套4的外壁上套有动子外套7，动子外套7的两端部分别采用氩弧焊的方法焊接在上下两端的动子磁轭3外壁上。所述的动子外套7为圆筒形，磁钢外套7的外径57mm，内径56mm，长度4000mm。
Claims (1)
1.一种井下圆筒形直线电机分力式动子，主要由中心杆(1)、下限位螺母(2)、动子磁轭(3)、磁钢外套(4)、磁钢(5)、磁钢内套(6)、动子外套(7)和动子上限位螺母(8)组成，其特征在于：中心杆(1)采用不锈钢材料制成，中心杆(1)的直径在17～19mm之间，长度在4000～10000mm之间；在中心杆(1)上每隔33～35mm的距离加工一个环形槽，环形槽的深度为0.8～1.2mm，环形槽的宽度为6～8mm；动子磁轭(3)为圆环形，动子磁轭(3)的内径与中心杆(1)外径相同，动子磁轭(3)套在中心杆(1)外壁上；在中心杆(1)的每个环形槽内嵌有一个磁钢内套(6)，所述的磁钢内套(6)为半圆环形体，两个半圆环形体相对成为一个磁钢内套(6)，磁钢内套(6)内径与中心杆(1)环形槽的内径相同，磁钢内套(6)的厚度为6～8mm，磁钢内套(6)的高度与中心杆(1)的环形槽的宽度相同；在磁钢内套(6)的外壁上套有圆环形的磁钢(5)，磁钢(5)的高度与磁钢内套(6)的高度相同；圆环形的磁钢(5)外壁上套有圆环形的磁钢外套(4)，磁钢外套(4)的外径与动子磁轭(3)的外径相同；所述动子磁轭(3)数量为在90～200个之间，动子磁轭(3)在磁钢内套(6)的两侧；在中心杆(1)的两端分别固定有限位螺母(2)；在动子磁轭(3)和磁钢外套(4)的外壁上套有动子外套(7)，动子外套(7)的两端部分别焊接在上下两端的动子磁轭(3)外壁上；所述的动子外套(7)为圆筒形，动子外套(7)的壁厚为0.45～0.55mm之间；
所述的井下圆筒形直线电机分力式动子，采用氩弧焊的方法将动子外套(7)两端部焊接在上下两端动子磁轭(3)外壁上；
井下圆筒形直线电机分力式动子的组装过程，首先，将一个动子磁轭(3)套在中心杆(2)上；然后，将两个半圆环体组成的磁钢内套(6)扣在中心杆(1)上端的一个环形槽内；将环形磁钢(5)套在磁钢内套(6)外壁上，磁钢内套(6)不能分开；再将磁钢外套(4)套在磁钢(5)的外壁上，这样地将一个动子磁轭(3)套在中心杆(1)上，载完成磁钢内套(6)、磁钢(5)和磁钢外套(4)的套装；组装完毕后，将动子外套(7)套在动子磁轭(3)和磁钢外套(4)整个外壁上；动子外套(7)的两端分别与两端的动子磁轭(3)用氩弧焊焊接，最后将两端的限位螺母(2)分别螺纹固定在中心杆(1)的两端。
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