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

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τ_t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P_t，它和定子齿距τ_t之间的关系必须满足下列关系式P_t＝(M+1/3)τ_t，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τ_t、和P之间的关系示意图。

τ_t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τ_t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P_t，它和定子齿距τ_t之间的关系如附图4所示，必须满足下列关系式

                 P_t＝(M+1/3)τ_t

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τ_t/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＝τ_t/m₁。当三相步进电动机以三相三拍运行时，我们就说它获得τ_t/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τ_t/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τ_t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P_t，它和定子齿距τ_t之间的关系必须满足下列关系式

P_t＝(M+1/3)τ_t

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τ_t/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τ_t/6的分辨率。

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