CN201312144Y - 潜油直线电机 - Google Patents

Abstract

一种潜油直线电机，一种潜油直线电机包括定子(1)及在该定子(1)内作直线运动的动子(2)，所述定子(1)包括定子内管(11)、套设在所述定子内管(11)外的定子外管(9)以及设置于所述定子外管(9)和所述定子内管(11)之间并沿其轴向排布的复数节硅钢环(15)和线圈(14)，其特征在于，所述定子外管(9)和所述定子内管(11)之间填充有固体绝缘材料。采用本实用新型的潜油直线电机，能够实现对定子内部部件很好的密封性和高绝缘性，确保潜油电机在油井下正常作业。

Description

潜油直线电机

技术领域

本实用新型涉及一种潜油直线电机，具体涉及一种用于油井下工作的潜油直线电机。

背景技术

公知的抽油设备主要是梁式抽油机-抽油泵装置，整套设备分为地面、井下和联系地面和井下的中间部分，但其都是机械采油。由于油井开采条件复杂多变，随着井深和产量的不断增加，这种抽油机重量大、事故多的缺点变得非常明显，其缺点具体如下：

1、高耗能：传统机械采油由于机械结构很复杂，电机功率因数很低，一般要20％-50％之间；又由于要有长的抽油杆，抽油杆每1000米上下抽动时约有0.6-1.2米的弹性形变，严重影响到系统效率。

2、容易产生偏磨：由于大多油田的井深都在千米以上，抽油杆被磨断时的发生，严重影响了系统的可靠性。

3、不环保，噪声大；在海上采油时由于原油外泄，会造成原油对海洋的污染。

4、系统复杂：系统主要模块各自分开，系统协调性很差，并且不便一起控制。

由于潜油直线电机能够将电能直接转化为直线往复运动而不需要中间传动结构，无论是在井上还是井下对抽油机进行改造，均有利于减少传动机构空间尺寸，提高机采效率，其优点具体如下：

1、节少能源：潜油直线电机主要是动子在定子内作直线运动，其结构很简单，系统效率相对传统系统高，因此节能；由于没有长的抽油杆、齿轮减速和游梁等，系统效率大大增强；平均节能达50％，节省了大量能源。

2、无偏磨：由于没有长的抽油杆，也就没有了偏磨问题了，系统的可靠性大大增强。

3、由于电机在地下，所以噪声小；在海上采油时由于没有外漏，不会造成原油对海洋的污染。

4、系统简单，系统主要模块潜油潜油直线电机与潜油泵装成一体，系统协调性很好，便于实现智能控制。

但利用潜油直线电机来开采石油，对潜油直线电机的定子存在许多要求：首先是需要采取密封措施，例如在油井下工作的潜油潜油直线电机，其定子内部不能渗入水、油等杂物，否则定子内通电的线圈部件无法正常工作乃至使电机损坏。因此对于潜油直线电机来说，优化其定子的密封性能尤其重要。

实用新型内容

本实用新型的主要目的就是提供一种密封性能好、避免采油时存在外漏的可能性、工作效率高的潜油直线电机。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种潜油直线电机，包括定子及在该定子内作直线运动的动子，所述定子包括定子内管、套设在所述定子内管外的定子外管以及设置于所述定子外管和所述定子内管之间并沿其轴向排布的复数节硅钢环和线圈，其特征在于，所述定子外管和所述定子内管之间填充有固体绝缘材料。

优选地：

所述绝缘材料为环氧树脂。

所述线圈具有绝缘外壳。

还包括设置于所述定子外管和定子内管端部的至少一接头，所述接头与所述定子外管和定子内管紧配合以在三者之间形成密封腔。

在所述接头分别与定子外管与定子内管的接合处均设有密封圈。

在所述接头分别与所述定子内管及定子外管相接的周面的至少一者上开设有环形槽，所述密封圈位于该环形槽内。

所述定子外管的端面开设有第一螺孔，所述接头的侧部开设有沉槽，所述沉槽内开设有与所述第一螺孔对应、并连通所述沉槽的第一通孔。

所述定子外管与接头间设有胶类的垫片。

所述接头与定子外管的外周面的相接部位以及所述接头与定子内管的内周面的相接部位至少一者焊接成无缝状态。

优选地，还包括设置于所述定子外管和定子内管之间的第一限位环，所述第一限位环紧固安装在所述定子内管上，用于对所述硅钢环和线圈进行限位。

本实用新型有益的技术效果是：

本实用新型的潜油直线电机在油井下工作，并与抽油泵连接，由于本实用新型的潜油直线电机在定子外管和定子内管之间填充有固体绝缘材料，从而确保了定子内部线圈部件的高绝缘性和密封效果，阻隔了外部油、水等的进入，更加保证了位于定子内部的动子在无妨碍的条件上作上下直线运动，保证潜油直线电机的正常稳定工作。

由于本实用新型的潜油直线电机通过在其定子的定位内管、定位外管端部设置有接头，该接头通过密封圈与定子内管、定子外管紧配合并与定子内、外管共同形成一密闭腔室，进一步确保了对设置于定子内管、定子外管之间的元件的密封性能。定子通过硅钢环和线圈产生初级行波磁场，与动子相互作用产生电磁推力，动子在定子内作上下直线运动，进而作用在抽油泵上，可将地下原油通过抽油泵被源源不断抽到抽油管内，并从抽油管输送到地面装置内；本潜油直线电机的定子在完全密封的情况下，阻隔了外部油、水等的进入，从而保证了位于定子内部的动子在无妨碍的条件下作上下运动，由于无需传统的长的抽油杆，大大提高了系统工作效率。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的潜油直线电机的结构示意图；

图2为本实用新型具体实施方式的潜油直线电机的定子的结构示意图；

图3为图2中接头部分的立体示图；

图4为图2中接头与定子内、外管装配的局部放大示图；

图5为图2中定子引出电机线的一端的局部放大示图；

图6为图2中第一限位环的立体示图；

图7为第一限位环的第一箍弧的立体示图；

图8为第一限位环的第二箍弧的立体示图；

图9为本实用新型具体实施方式的动子的结构示意图；

图10为图9中的轴承的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式并结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1、2所示，本实用新型主要涉及一种用于油井下工作的潜油直线电机，可将位于地面下的原油泵到地面，本直线电机包括定子1(一般为初级)和在该定子1内作上下直线运动的动子2(一般为次级)。

所述定子1包括定子外管9、定子内管11、阵列排布的多个硅钢环15及多个线圈14、以及两个环形接头10，其中，定子外管9和定子内管11可采用钢管，所述线圈14为环形。

阵列排布的多节硅钢环15和多个线圈14轴向套设在定子外管9和定子内管11管体之间，并环套在定子内管11上，且各硅钢环15和线圈14沿轴向以相互交错的形式排布。阵列排布的线圈14按三相排列成星形或三角形连接线圈。

如图2-4所示，每一接头10设置于定子外管9、定子内管11的一个端部，所述接头10与定子外管9、定子内管11紧配合，在接头10与定子内管11相接的内周面以及接头10与定子外管9相接的外周面上均开设有环形槽103，槽103内装配有密封圈12，本实施例中，该密封圈12为O型环。由于在接头10分别与定子外管9及定子内管11之间均设有密封圈12，从而所述接头10与所述定子外管9和定子内管11紧配合以在三者之间形成密封腔，以阻隔外部油、水等杂质的进入，保证了腔体内的硅钢环15和环形线圈14工作环境。

如图4所示，在进一步优选的实施例中，在定子外管9和接头10之间还装有例如胶类的环形垫片17，该环形垫片17可由第三螺丝(图未示)穿过并被夹紧在定子外管9和接头10之间，进一步确保密封腔的密封效果。

如图1所示，优选的实施例中，将接头10与定子外管9的外周面的相接部位22，以及接头10与定子内管11的外周面的相接部位23进行焊接，使其成为无缝状态，其可采用焊接性极佳的激光焊或氩弧焊，也可以采用其它焊接方式，也保证了定子1在密封的环境。

如图1-5所示，优选的实施例中，接头10包括外径不同的两段，形成台阶，该台阶的顶部10a，即外径小的部分插入定子内管11和定子外管9的相应端之间，该台阶的底部10b即外径大的部分顶抵定子外管9的相应端。优选在定子外管9受接头10顶抵的端面开设有第一螺孔91，接头10的侧部开设有沉槽101，接头10的台阶的底部10b对应该第一螺孔91开设有连通该沉槽101的第一通孔105，第一螺丝(图未示)穿过该第一通孔105并锁紧该第一螺孔91上，通过螺丝锁紧力使定子外管9和接头10间紧密接合，确保了腔室的密封性能。

如图2所示，为增强绝缘性能与强度，线圈14用高绝缘胶类或塑料类固化，形成高强度与高绝缘性能的外壳。在定子外管9和定子内管11之间填灌如高绝缘胶或塑料等固体绝缘材料29，该绝缘材料29为环氧树脂，其成形后覆盖住线圈14和硅钢环15。图中对绝缘材料29的标示仅为在一个位置的示意性标示，实际上绝缘材料填充于定子外管9和定子内管11之间各处。

由于本实用新型的潜油直线电机在定子外管9和定子内管11之间填充有固体绝缘材料29，图2中只是简单示意了绝缘材料29的示意图，其实绝缘材料是填充在定子外管9和定子内管11之间，不仅仅只是图2示意的一部分，从而确保了定子内部线圈部件的高绝缘性和密封效果，进一步阻隔了外部油、水等的进入，更加保证了位于定子内部的动子在无妨碍的条件上作上下直线运动，保证潜油直线电机的正常稳定工作。

如图2所示，为了使外部的控制系统(图未示)能通过本潜油直线电机的引出电缆线20控制电机运动，在一个接头10中开有出线孔106，电机卷线引出线18从该出线孔106引出。所述出线孔106可沿轴向开设。电机卷线引出线18与电机引出电缆线20的连接端21设置在出线孔106内，优选在出线孔106内将该连接端用螺丝或胶固化，从而确保接线强度与连接处的密封性。如图2所示，电机引出电缆线20的接头部201连接控制系统。也可在一个接头10中开有出线槽，电机卷线引出线18从该出线槽引出。

如图2所示，在环形接头10内设置的内螺纹102，其上锁付螺丝13，这样可以增强电机本体强度。

如图1所示，优选的实施例中，前述的密闭腔室内除了具有硅钢环15和线圈14之外，还包括紧固安装在定子内管11上的多个第一限位环16，第一限位环16对硅钢环15和线圈14在定子内管11轴向上的排列起定位作用，保证定子励磁元件的布置要求，同时可确保每段槽距，也即定子1的硅钢环15的间距。第一限位环16可采用钢环，此种情况下，第一限位环16也参与定子的磁路。优选地，每隔规定距离均设置第一限位环16，并在靠近两接头10的位置也各设置第一限位环16，各第一限位环16侧部紧接硅钢环15或线圈14以限制其活动。

如图6-8所示，进一步地，第一限位环16为由第一箍弧16a和第二箍弧16b组成的压箍，第一箍弧16a和第二箍弧16b的弧度之和略小于整圆的弧度。优选第一箍弧16a和第二箍弧16b大体上均呈半圆环状。其中，所述第一箍弧16a上设有连通其外侧部和端部的第二通孔162，第二箍弧16b的相应端部开设有第二螺孔163，第二螺丝穿过第二通孔162并锁紧在第二螺孔163上，以固定连接第一箍弧16a和第二箍弧16b。这样，即通过螺丝锁紧力将第一箍弧16a、第二箍弧16b紧箍在定子内管11上。

在另外的实施例中，第一限位环16也可以是其他结构，如由位于定子内管11上的圈状凸起构成。

为确保机械强度，定子内管11采用薄壁式钢管。另外，定子内管11既可以是一体化的长管，也可以是由多根短管分段相接构成。

如图9所示，所述动子2，包括轴25、永磁环4、导磁环5、第二限位环7。所述永磁环4和导磁环5阵列排列在轴25上。所述第二限位环7固定在轴25上，用于对轴25上的永磁环4和导磁环5进行轴向限位。所述第二限位环7可以使永磁环4和导磁环5保持在初始设计位置上，避免永磁环4和导磁环5发生挪动造成的极矩变化，从而保证动子的正常工作。进而避免对动子的维修、检测，节约费用。所述轴25可为钢管，所述导磁环5可为钢环，所述第二限位环7的材料也可为钢。所述永磁环4和导磁环5的数目根据轴25的长度、永磁环4和导磁环5的宽度决定，一般都有多个。

如图9、10所示，在一个实施例中，所述动子2还包括轴承6，所述轴承6套在轴25上。所述轴承6的外径比永磁环4、导磁环5、第二限位环7的外径大，起到保护永磁环4、导磁环5、第二限位环7的作用。如图2所示，所述轴承6包括塑胶轴承61和导磁轴承62，所述塑胶轴承61套在导磁轴承62外圈。所述塑胶轴承61由高分子耐磨材料制成，以减小磨擦系数。所述导磁轴承62可为钢轴承。

所述第二限位环7(第二限位环7的结构与第一限位环16的结构相同，可参考图6-8)包括由第三箍弧71、第四箍弧72组成的压箍，所述第三箍弧71和第四箍弧72的弧度和略小于整圆弧度，所述第三箍弧71和第四箍弧72固定接合以紧箍在所述轴25上。在一个实施例中，所述第三箍弧71、第四箍弧72大体上均呈半圆环状。所述第三箍弧71上设有连通外侧部和端部的第四通孔73，所述第四箍弧72的相应端部设有第四螺孔74，第四螺丝(图未示)穿过所述第四通孔73并锁紧在所述第四螺孔73上以将所述第三箍弧71和第四箍弧72固定接合。

当然，根据需要，用户可以设计出三个或更多箍弧组成一个完整的限位环。只要这些箍弧的弧度和略小于整圆弧度即可。

在另外的实施例中，所述第二限位环7也可以是其它结构，如由位于动轴上的圈状凸起构成。

如图9所示，在一个实施例中，所述导磁环5、第二限位环7中至少一者的外径比永磁环4的外径略大。这样，在轴承6磨损后，导磁环5和第二限位环7中至少一者就可为永磁环4提供保护

如图9所示，在某个实施例中，所述动子2还包括压紧螺母8，所述动轴端部设有螺纹3，所述压紧螺母锁紧在所述螺纹3上。压紧螺母能保证轴25上的永磁环4、导磁环5、第二限位环7和轴承6的锁紧力。

如图9所示，如果永磁环4和导磁环5的数目很多，那么所述第二限位环7可设置多个，各个第二限位环7均匀分离地固定在轴25上。即在所述轴25上，每隔规定距离就设置一个第二限位环7，并在靠近压紧螺母8处也设置第一限位环16进一步增强对永磁环4和导磁环5的轴向限位。

如图9所示，所述动轴为中空式，从而起到增强强度、潜油呼吸的作用或直接作为油路的一部分。

所述螺纹3还可用于连结抽油泵的柱塞总成。所述接头10上的内螺纹102还可用于连结抽油泵的泵筒总成。

如图1所示，上述潜油直线电机的工作原理如下：

由于本实用新型的潜油直线电机在油井下工作，并与抽油泵连接。本实用新型通过在其定子的定位内管、定位外管端部设置有接头，该接头均通过密封圈与定子内管、定子外管紧配合并与定子内、外管共同形成一密闭腔室，确保了对设置于定子内管、定子外管之间的硅钢环和线圈的密封性能。当定子1的线圈14线圈14通三相电后，线圈14、与其配合布置的硅钢圆环15将产生定子行波磁场，与动子2相互作用将电磁能转换成机械能，产生推力使动子2在定子1内上下运动。从而带动抽油泵上下运动，可将地下原油通过抽油泵被源源不断抽到抽油管内，并从抽油管输送到地面装置内。本实用新型的潜油直线电机可使定子保持完全密封，阻隔了外部油、水等的进入，从而保证了位于定子内部的动子在无妨碍的条件下作上下运动，由于无需传统的长的抽油杆，大大提高了系统工作效率。

本实用新型的潜油直线电机在定子外管和定子内管之间填充有固体绝缘材料，从而确保了定子内部线圈部件的高绝缘性，保证潜油直线电机的正常稳定工作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。例如，本实用新型的定子不但可以作为潜油直线电机的定子，还可以是其它任何需要对定子中的线圈部分进行密封的直线电机的填充有绝缘材料定子。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种潜油直线电机，包括定子(1)及在该定子(1)内作直线运动的动子(2)，所述定子(1)包括定子内管(11)、套设在所述定子内管(11)外的定子外管(9)以及设置于所述定子外管(9)和所述定子内管(11)之间并沿其轴向排布的复数节硅钢环(15)和线圈(14)，其特征在于，所述定子外管(9)和所述定子内管(11)之间填充有固体绝缘材料。

2.如权利要求1所述的潜油直线电机，其特征在于，所述绝缘材料为环氧树脂。

3.如权利要求1所述的潜油直线电机，其特征在于，所述线圈(14)具有绝缘外壳。

4.如权利要求1所述的潜油直线电机，其特征在于，还包括设置于所述定子外管(9)和定子内管(11)端部的至少一接头(10)，所述接头(10)与所述定子外管(9)和定子内管(11)紧配合以在三者之间形成密封腔。

5.如权利要求4所述的潜油直线电机，其特征在于，在所述接头(10)分别与定子外管(9)与定子内管(11)的接合处均设有密封圈(12)。

6.如权利要求5所述的潜油直线电机，其特征在于，在所述接头(10)分别与所述定子内管(11)及定子外管(9)相接的周面的至少一者上开设有环形槽(103)，所述密封圈(12)位于该环形槽(103)内。

7.如权利要求4所述的潜油直线电机，其特征在于，所述定子外管的端面开设有第一螺孔(91)，所述接头(10)的侧部开设有沉槽(101)，所述沉槽内开设有与所述第一螺孔(91)对应、并连通所述沉槽(101)的第一通孔(105)。

8.如权利要求4所述的潜油直线电机，其特征在于，所述定子外管(9)与接头间设有胶类的垫片(17)。

9.如权利要求4所述的潜油直线电机，其特征在于，所述接头(10)与定子外管(9)的外周面的相接部位(22)以及所述接头(10)与定子内管(11)的内周面的相接部位(23)至少一者焊接成无缝状态。

10.根据权利要求1所述的潜油直线电机，其特征在于：还包括设置于所述定子外管(9)和定子内管(11)之间的第一限位环(16)，所述第一限位环(16)紧固安装在所述定子内管(11)上，用于对所述硅钢环(15)和线圈(14)进行限位。

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