CN1996719A - 螺杆泵用直驱式永磁同步电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺杆泵用直驱式永磁同步电动机，属地面驱动机械式采油设备。本发明采用永磁同步电动机，还包括与螺杆泵相配套的装置，其特征是：它的轴下端用推力调心滚子轴承，驱动装置用永磁同步电动机，并匹配有与螺杆泵相吻合的连接装置。省去皮带传动和齿轮减速箱，可提供短时过载达4倍的转矩倍数，有利于螺杆泵的满载启动、高效节能节电25％，有效地解决了泵杆断裂等事故，防止了盘根的渗漏油，从而提高满负荷工作时螺杆泵的可靠性、免维护和增加作业时间并降低采油成本的优点，设备更具有体积小、重量轻。
Description
技术领域
本发明涉及一种螺杆泵用直驱式永磁同步电动机，用于地面驱动的螺杆泵用驱动装置，属机械式采油用设备。
背景技术
现实地面驱动的螺杆泵采油设备，通常有两种驱动方式：一、采用卧式异步电动机驱动的传统式螺杆泵抽油机，它通过90°锥齿轮换向减速、皮带传动来提高转矩。这种结构存着的缺陷有：1、传动效率低、能耗高，这是由于螺杆泵一般都属于满负荷启动、轻载运行状态。人们为克服皮带传动或齿轮传动中的机械损耗，保证启动时有足够大的转矩，通常采用增大电机容量的办法，因而造成大马拉小车的资源浪费现象。2、因无法防止泵杆断裂会引起机械事故的发生，这是由于所配电机一般为异步恒频恒压控制，无法调整转矩，当井下发生异常或地面出口管线阻塞时，极易造成泵杆的断裂和减速箱齿轮的断裂等故障发生。3、盘根渗漏油现象严重，由于采用中、高速异步电机和皮带传动，机械振动大，加上减速箱为单侧不对称驱动方式，致使驱动系统的机械摆头幅值大，其结果是螺杆泵的盘根受过大的机械摆动力会产生较为严重的渗漏油问题。4、采用减速箱和皮带传动，使维护频繁，采油时间减少。二、采用立式电动机驱动的螺杆泵抽油机，它的转子轴一般为空心结构，动力光杆穿过该转子轴，呈同轴驱动方式，这虽然能够克服前述卧式驱动方式的某些缺陷，但这种结构仍存在一定的缺陷，如：由于井下螺杆泵和泵杆的重量和全部作用在立式电机轴下部的轴承上，而螺杆泵抽油机又是24小时连续工作，其结果必然是造成轴承的过早损坏失效，如果损坏失效后的轴承不能被及时发现，就会造成严重的机械和安全事故；且频繁地停机检查和检修，影响到采油量。
经检索中国专利，有关稀土永磁电动机方面的专利，其结构虽然包括了现有电动机的基本部件，如外壳、定子、转子等，但与本发明涉及到的结构和磁钢布置方式不相同，且不能被运用在油田采油抽油用设备——螺杆泵中，例如专利号：200420091822.7。经检索中国专利，有关螺杆泵方面技术有的如：胜利油田申请的专利号为：1、99221423.8；2、200510042122.8；3、200420039912.1；其中所涉及的螺杆泵与电动机配合的结构均与本发明不同。这些专利技术同样无法克服前述提及到的现有技术所存在的缺陷。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的两种驱动方式所存在的缺陷，提供一种地面采油的专用驱动设备——螺杆泵用直驱式永磁同步电动机，它的轴下端选用能承受较大轴向负荷的推力调心滚子轴承，从而提高满负荷工作时螺杆泵的可靠性、免维护和增加作业时间并降低采油成本的优点。驱动装置采用先进永磁同步电动机代替普通电动机，并匹配有与螺杆泵相吻合的连接装置，省去了皮带传动和齿轮减速箱，可提供短时过载转矩倍数，有利于螺杆泵的满载启动、高效节能节电，有效地解决了泵杆断裂等事故，防止了盘根的渗漏油。
本发明的具体技术内容是：一种螺杆泵用直驱式永磁同步电动机，包括永磁同步电动机部件，其中的转子轴内腔为空心结构以供光杆穿过，还包括电动机与井下螺杆泵的配套部件，其特征在于：永磁同步电动机的上部通过分体式卡箍键套夹固输入扭矩光杆并实现与螺杆泵的连接；在电动机的下部通过支撑座直接竖直固定在井口三通上，形成一与空心转子轴、螺杆泵光杆的同轴驱动；轴承为推力调心滚子轴承并外置于电机壳的外部并内置于支撑座内，保证转子轴与输入扭矩光杆、螺杆泵为同轴直驱动，通过配套一变频器随机测得转速，对电动机输入与之匹配的三相交流频率，从而达到转速和转矩控制的目的；磁敏式位置传感器布置在定子的端面作适时检测；在转子的外表面面贴有稀土永磁的磁钢
本发明相比现有技术具有以下优点和积极效果。
1、由于设置了外置的推力调心滚子轴承，能够承受足够大的轴向负荷，
从而提高满负荷工作时螺杆泵的可靠性，并具有免维护、增加采油时间、降低采油成本特点。
2、驱动装置采用技术先进的永磁同步电动机，实现了转速和转矩控制，从而达到：
a)可直接利用三相交流电，通过改变频率，为电动机输入三相正弦波；较之于依赖方波输入的驱动装置具有更高的电能利用效率。
b)省去了皮带传动和齿轮减速箱，可提供短时达4倍的过载转矩，有利于螺杆泵的满载启动，在额定转矩下电动机可低速运转，COSΦ可达0.98；在这种情况的保证下，驱动装置可以直接驱动螺杆泵，实现与所述空心结构转子轴、螺杆泵光杆同轴驱动的方式。
c)高效节能、平均综合节电提高25％，有效地解决了泵杆断裂等事故，防止了盘根渗漏油问题，设备更具有体积小、重量轻。
3、永磁同步电动机的上、下部，通过设计灵活可行的配套装置，实现了与螺杆泵连接一体的理想采油装置。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为本发明安装的结构示意图；
图4为图3中分体式卡箍键套10的结构示意图。
具体实施方式
附图1、2为本发明的最佳实施方式，图3为本发明安装后的结构示意图，图4为图3中分体式卡箍键套10的结构示意图。图中标示：1、电机机壳，2、转子轴，3、支撑座，4、推力调心滚子轴承，5、定子，6、磁敏式位置传感器，7、转子，8、磁钢，9、光杆，10、分体式卡箍键套，11、电动机，12、井口三通，13、螺杆泵。
下面结合附图进一步描述本发明详细技术内容和实施方式。
本发明的螺杆泵用直驱式永磁同步电动机，包括永磁同步电动机部件，如：电动机机壳、定子、转子、转子轴、支撑座、推力调心滚子轴承组成，其中的转子轴内腔为空心结构，用于螺杆泵13的驱动用光杆9的穿过，还包括电动机与井下螺杆泵13的配套装置，其特征在于：永磁同步电动机11的上部通过分体式卡箍键套10夹固输入扭矩光杆9，实现与螺杆泵13的连接，在电动机11的下部通过支撑座3竖直固定在井口三通12上；轴承采用推力调心滚子轴承4并外置于电机壳1的外部并内置于支撑座3内，保证转子轴2与输入扭矩光杆9、螺杆泵13为同轴直驱动；磁敏式位置传感器6布置在定子5的端面作适时检测；在转子7的外圆柱表面上贴有稀土永磁的磁钢8。当电机转动时，磁敏式位置传感器6利用磁钢8的边缘效应检测转子7的转速，并将检测信号反馈输入到变频器中，从而实现了转速和转矩的控制。
上述的螺杆泵用直驱式永磁同步电动机，其中：螺杆泵的输入扭矩光杆9向上穿过转子轴2的内腔，通过分体卡箍键套10与转子轴2的顶端凹槽悬挂固定，以传递螺杆泵的输入转矩。
所述的螺杆泵输入扭矩光杆9的下部穿过转子轴2的内腔后，经支撑座3与直接固定在井口上的配套井口三通12固定后向下穿入井内与井下螺杆泵13相连，以通过推力调心滚子轴承4的结构特点将轴向载荷传递到支撑座3；也就是说：支撑座3的底部与已有的螺杆泵配套用三通12联结，直接固定在井口；井下螺杆泵光杆9穿过三通12、支撑座3和转子轴2的内腔，采用键与凹槽固定方式悬挂在转子轴2的顶端，以此输入扭矩并将井下螺杆泵及泵杆的重量传递到推力调心滚子轴承4，形成转子轴2、螺杆泵光杆9和泵体13同轴驱动方式。
所述的螺杆泵的输入扭矩光杆9向上穿过转子轴2的内腔，通过分体卡箍键套10与转子轴2的顶端凹槽悬挂固定，以传递螺杆泵的输入转矩。
所述的螺杆泵输入扭矩光杆9的下部穿过转子轴2的内腔后，经支撑座3与直接固定在井口上的配套井口三通12后，向下穿入井内与螺杆泵13相连，通过推力调心滚子轴承4将轴向载荷传递到支撑座3上。
所述的支撑座3固定在机壳1的下端，与转子轴2的下部轴伸共同构成推力调心滚子轴承4的内、外支撑，支撑座3的底部与已有的螺杆泵配套用三通12联结，直接固定在井口。井下螺杆泵光杆穿过三通、支撑座3和转子轴2的内腔，采用键与凹槽固定方式悬挂在转子轴2的顶端，以此输入扭矩并将井下螺杆泵及泵杆的重量传递到推力调心滚子轴承4。形成转子轴2、螺杆泵光杆和泵体同轴驱动方式。
如图1、2、3所示，支撑座3固定在机壳1的下端，与转子轴2的下部轴伸共同构成推力调心滚子轴承4的内、外支撑，支撑座3的底部与已有螺杆泵配套的井口三通12联结，直接固定在井口。井下螺杆泵13上的输入扭矩光杆9穿过井口三通12、支撑座3和转子轴2的内腔，采用分体卡箍键套10的键联结方式固定在转子轴2的上端凹槽内，以此输入扭矩并将井下螺杆泵13及输入扭矩光杆9的重量传递到推力调心滚子轴承4。
永磁同步电动机11内的定子5端部装有磁敏式位置传感器6，在转子7的外园柱面贴有磁钢8；当电机转动时，磁敏式位置传感器6利用磁钢8的边缘效应检测转子7的转速，并将检测信号反馈输入到变频器中，从而实现了转速和转矩的控制。
图4表示的是图3中分体式卡箍键套10的结构示意图，可为二个半圆的、呈阶梯式的凸井台形状，能与螺杆泵输入扭矩光杆9呈夹持固定配合。能更形象地说明本发明与输入扭矩光杆的结合，即：通过一对分体卡箍键套来夹固输入扭矩光杆实现的。分体式卡箍键套10是本发明人在研究与螺杆泵13配套时发明的一种形状简单、配套适合、装卸方便灵活的实施方案，组合后的整体形状有如一井台，脱卸后便于存放。
本发明的电动机与采油用螺杆泵的配套装置，并不局限于本实施方式所提供的形状和装置，本发明根据采油螺杆泵的形式可灵活改变。
Claims (5)
1、一种螺杆泵用直驱式永磁同步电动机，包括永磁同步电动机部件，其中的转子轴内腔为空心结构提供螺杆泵驱动光杆(9)穿过，还包括电动机与井下螺杆泵(13)配套用部件，其特征在于：永磁同步电动机(11)的上部通过分体式卡箍键套(10)夹固输入扭矩光杆(9)实现与螺杆泵(13)的连接，在电动机(11)的下部通过支撑座(3)竖直固定在井口三通(12)上；轴承为推力调心滚子轴承(4)并外置于电机壳(1)的外部并内置于支撑座(3)内，保证转子轴(2)与输入扭矩光杆(9)、螺杆泵(13)为同轴直驱动；磁敏式位置传感器(6)布置在定子(5)的端面作适时检测；在转子(7)的外表面面贴有稀土永磁的磁钢(8)。
2、根据权利要求1所述的螺杆泵用直驱式永磁同步电动机，其特征在于：螺杆泵的输入扭矩光杆(9)向上穿过转子轴(2)的内腔，通过分体卡箍键套(10)与转子轴(2)的顶端凹槽悬挂固定，以传递螺杆泵的输入转矩。
3、根据权利要求1或2所述的螺杆泵用直驱式永磁同步电动机，其特征在于：所述的螺杆泵输入扭矩光杆(9)的下部穿过转子轴(2)的内腔后，经支撑座(3)与直接固定在井口上的配套井口三通(12)，然后向下穿入井内与井下螺杆泵(13)相连，通过推力调心滚子轴承(4)将轴向载荷传递到支撑座(3)。
4、根据权利要求1所述的螺杆泵用直驱式永磁同步电动机，其特征在于：所述的转子(7)的外圆柱面上贴有磁钢(8)。
5、根据权利要求1所述的螺杆泵用直驱式永磁同步电动机，其特征在于：所述的分体卡箍键套(10)为二个半圆的、呈阶梯式的凸井台形状，与螺杆泵输入扭矩光杆(9)呈夹持固定配合。
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