CN200943574Y - 大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵 - Google Patents

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Abstract

本实用新型是一种大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵,它具有节省能源和效率高的特点。它采用大功率直线永磁步进电机作为动力系统,配上双作用柱塞抽油泵及电机保护器构成,潜油直线永磁步进电机的上方和下方分别装有双作用柱塞泵。在双作用柱塞泵和直线永磁步进电机之间装有保护器。潜油直线永磁步进电机为圆柱形结构,内部有装有绕组的定子及作往复运动的空心永磁动子,永磁动子是由稀土永磁体及极靴构成,步进电动机每个磁极表面通常开有和定子齿距τt相同若干齿槽,动子上的三个铁心柱之间的距离称为动子的极距Pt,它和定子齿距τt之间的关系必须满足下列关系式Pt=(M+1/3)τt,式中M——任意整数。本实用新型节能效果显著,并能提高抽油效率。

Description

大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵
技术领域:
本实用新型涉及石油机械技术领域,确切地说它是一种大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵。
背景技术:
目前,在石油工业系统,采油装置主要有潜油电泵、螺杆泵及柱塞泵等,使用这些泵采油各有其优其缺点,潜油泵排量大,操作管理简单,但初期投资高,耗能也高;螺杆泵初期投入少,适应性广泛,但泵的寿命短,故障率高。目前,采用柱塞泵的普通游梁式抽油机采油仍占主导地位,技术成熟、装置耐用、故障率低,但结构复杂,需要地面上的抽油机和上千米长的抽油杆,系统效率低,特别是耗能较高。
随着井深和产量的增加,同时随着油井开采条件的复杂化(如高粘、多砂、多气、水淹和强腐蚀性等),有杆抽油设备的缺点愈来愈明显,抽油机的重量增大,抽油杆的事故增加,而抽油泵的排量下降。
为了减轻抽油机的重量,减少抽油杆的事故和免除抽油泵排量下降的特点,必须彻底改变有杆抽油设备的工作方式,发展无杆抽油设备。无杆抽油设备的特点是:取消抽油杆,把电动机移到井下,直接带动泵抽油。这样,就较好地解决抽油杆的偏磨现象,降低抽油设备的故障率,提高采油效率。中国专利号200320129410.3公开了一种名称为“圆筒形稀土永磁直线电动机驱动的节能潜油电泵采油装置”的实用新型专利,它由柱塞泵和直线电动机两部分组成,柱塞泵置于直线电机下端,直线电机是圆筒形同步稀土永磁直线电机。中国专利号200420040122.5公开了一种名称为“一种电磁驱动装置”的实用新型装置,它将电磁驱动直线电机壳体采用注塑密封,以保证在高温高压地下溶液中不腐蚀、不渗漏,机体上部连接出油管,其直线电机轴杆采用空心圆管,作为抽油通道,在机体底部和轴杆上下两端,装有单向向上的进、出油阀门。中国专利号200410023948.5公开了一种名称为“潜式永磁直线往复泵”,它的具体结构同上述实用新型的结构基本相同。即采用一个柱塞泵安装在电机的下方。
实用新型内容:
本实用新型的目的是提供一种大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵,它是一种无杆抽油设备,具有更高的效率,并且结构简单,特别是具有显著的节能效果。
本实用新型是这样实现的,采用大功率直线永磁步进电机作为动力系统,配上双作用柱塞抽油泵及电机保护器构成。它包括柱塞泵和大功率潜油直线步进电机,其特征在于:在潜油直线永磁步进电机3的上方和下方分别装有双作用柱塞泵1(上泵)和4(下泵),在双作用柱塞泵1和直线永磁步进电机3之间装有保护器2。
潜油直线永磁步进电动机3为圆柱形结构,内部有装有绕组的定子及作往复运动的空心永磁动子(永磁动子是由稀土永磁体及极靴构成),直线永磁步进电机产生纵向步进磁通,利用金属屏蔽密封。使其定子与永磁动子间隔离;纵向步进磁通作用永磁动子,使其产生往复运动,带动双作用柱塞泵,实现抽油,同时由两个泵(上、下泵)的依次工作来保证井下机组的无冲击工作,同时增加了该系统的采油效果,节省了大量的能源。被抽取的液体通过空心的导杆排出,经采油树传送到地面。
附图说明:
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为三相永磁式直线步进电机的原理结构示意图。
图3为三相永磁式直线步进电机的三相绕组的连接示意图。
图4为τt、和P之间的关系示意图。
τt为定子齿距,P为动子的极距。
具体实施方式:
本实用新型首次采用大功率直线永磁步进电机作为动力系统,配上双作用柱塞抽油泵及电机保护器构成。由于大功率直线永磁步进电机驱动力很大,发热量小,系统效率高,由其构成的大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵系统,见附图1。直线步进电动机简称LPM,是一种将输入的电脉冲信号转换成微步直线运动的驱动装置。当这种电机外加一个电脉冲时,就会直线地运动一步并准确地锁定在所希望的位置上。因为其运动形式是直线步进的,因而称为直线步进电动机。直线步进电动机可广泛地应用于各种精密设备,如自动绘图仪、计算机设备、智能仪器仪表、机器人、电子设备及各种自动化检测、控制等领域当中。
开环的直线步进电机可以提供位置控制最经济的解决方案。输入直线的电流脉冲信号,可由数字控制器或微软处理机来提供.直线步进电机在不需要闭环控制系统的条件下,能够提供一定精度且可靠的位置和速度控制,这是一般直线电机所不能做到的。直线步进电动机结构简单,可动部分重量轻、惯性小、元漂移、无累积定位误差、驱动力大,且在开环控制条件下,就能够做到高速、高定位精度。在一些高要求的控制系统中,这是一种理想的直线驱动装置。
永磁式直线步进电动机内部的磁场力,仅由通过各相绕组的脉冲电流产生。这种步进电动机至少有三组绕组。当某一相或两相绕组有脉冲电流通过时,这些相绕组磁势产生的磁通,总是往磁阻最小的路径跑。根据磁力线具有力图缩短磁通路径以减少磁组增大磁导的本性,电机定、动子间将存在着一种使磁通通路磁阻尽量变小倾向的磁力,拉着电机动子到达该磁通对应的磁路磁阻最小的位置,因而使电机动子产生步进运动。附图2是三相永磁式直线步进电动机的原理结构图。定子部分通常是一圆型片叠片铁心,上下两边开有很多均匀分布绕组的平行槽。动子是一对N、S交替布局的磁钢组成,均匀地安装在圆管动子支撑架上。三相绕组的连接如附图3所示,被绕组包围的铁心部分称为电机动子的磁极,每个磁极表面通常开有和定子齿距τt相同若干齿槽,动子上的三个铁心柱之间的距离称为动子的极距Pt,它和定子齿距τt之间的关系如附图4所示,必须满足下列关系式
                 Pt=(M+1/3)τt
式中M——任意整数。
当A相绕组通入脉冲电流,而其他相绕组电流为零时,A相铁心柱中的磁通最大,所受的磁力最大,因此电机动子的位置主要由A相的磁极齿对齐定子齿的位置来决定。因为此时A相磁通对应的磁路磁阻最小。如果三相绕组按A→B→C→A顺序轮流流通电励时,则动子就以τt/3的步距作步进移动。所谓步距,就是每通一次电脉冲,动子就移动一步,俗称运行一拍。如果运行m1拍后,动子正好移动一个齿距,则该步进电动机的步距分辨率便为R=τt/m1。当三相步进电动机以三相三拍运行时,我们就说它获得τt/3分辨率。若采用A→(A+B)→B→(B+C)→C→(C+A)→A的方式顺序通电,此时该电动机就可以获得τt/6的分辨率。
大功率直线永磁步进电机可以定做或外购,柱塞泵外购或自行生产,柱塞泵和电机的连接方式与现有技术相同,可通过连接杆与步进电机配合连接,但应在步进电机的上、下都装有柱塞泵,泵的上方安装有出油阀、出油管和压力表及出油开关等常用的附件,当空心轴杆往复运动时,原油在上、下柱塞泵作用下源源不断地进入油管被抽出,被抽取的液体通过空心的导杆排出,经采油树传送到地面。

Claims (3)

1、大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵,它包括柱塞泵和大功率潜油直线步进电机,其特征在于:采用大功率直线永磁步进电机作为动力系统,配上双作用柱塞抽油泵及电机保护器构成,潜油直线永磁步进电机(3)的上方和下方分别装有双作用柱塞泵(1)和(4)。
2、根据权利要求1所述的大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵,其特征在于:在双作用柱塞泵(1)和直线永磁步进电机(3)之间装有保护器(2)。
3、根据权利要求1所述的大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵,其特征在于:潜油直线永磁步进电机(3)为圆柱形结构,内部有装有绕组的定子及作往复运动的空心永磁动子,永磁动子是由稀土永磁体及极靴构成,直线永磁步进电机产生纵向步进磁通,利用金属屏蔽密封,使其定子与永磁动子间隔离;纵向步进磁通作用永磁动子,使其产生往复运动,带动双作用柱塞泵,实现抽油,步进电动机至少有三组绕组,定子部分通常是一圆型片叠片铁心,上下两边开有很多均匀分布绕组的平行槽,动子是一对N、S交替布局的磁钢组成,均匀地安装在圆管动子支撑架上,被绕组包围的铁心部分称为电机动子的磁极,每个磁极表面通常开有和定子齿距τt相同若干齿槽,动子上的三个铁心柱之间的距离称为动子的极距Pt,它和定子齿距τt之间的关系必须满足下列关系式
Pt=(M+1/3)τt
式中M——任意整数
如果三相绕组按A→B→C→A顺序轮流流通电励时,则动子就以τt/3的步距作步进移动,若采用A→(A+B)→B→(B+C)→C→(C+A)→A的方式顺序通电,此时该电动机就可以获得τt/6的分辨率。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107923386A (zh) * 2016-07-29 2018-04-17 垂直极限有限责任公司 油井钻井泵装置
CN111255673A (zh) * 2020-02-26 2020-06-09 江苏华扬液碳有限责任公司 一种往复式变频深潜泵及其控制方法
CN113062705A (zh) * 2021-03-30 2021-07-02 沈阳新城石油机械制造有限公司 一种潜油电动柱塞泵深抽井对接电机举升结构

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