RU191391U1

RU191391U1 - Submersible linear motor

Info

Publication number: RU191391U1
Application number: RU2019112510U
Authority: RU
Inventors: Эдуард Юрьевич Вдовин; Лев Иосифович Локшин; Эдуард Олегович Тимашев
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2019-08-05

Abstract

Полезная модель относится к конструкциям погружных линейных магнитоэлектрических двигателей, используемых, преимущественно, в бесштанговых глубинных насосно-скважинных установках возвратно-поступательного действия. Сущность: линейный электродвигатель (ЛЭД) (1) включает цилиндрический корпус (2), внутри которого размещен статор (3) с периодически установленными на тонкостенных втулках (4) из нержавеющей стали модулями (5), состоящими из стальных сердечников (С) (6) и соединенных между собой индукционных катушек (ИК) (7), образующих группы обмоток, при этом каждый модуль ограничен торцевыми крышками (8). Между модулями 5 установлены опорные направляющие в виде подшипников-центраторов (9). ЛЭД образует внутри статора (3) полость, в которой размещены С (6), ИК (7), подшипники-центраторы (9) и головка возвратно-поступательного действия - слайдер (21), состоящая из цельнометаллического вала (В) (10), с установленными на нем постоянными магнитами (11) и магнитопроводящими сердечниками (МС) (12). В (10) выполнен соединенным напрямую со штоком плунжера погружного насоса, с возможностью свободного выбега связки слайдер-плунжер погружного насоса при ходе вверх-вниз через сквозной канал (14) головки токоввода. Каждые три последовательно расположенные ИК фаз А, В, С (7) с прилегающими С (6) образуют полюсные деления статора (22), каждый постоянный магнит (11) на В (10) с двумя прилегающими МС (12) образуют полюсные деления слайдера (23). В нижней части корпуса (2) через патрубок-удлинитель (16) установлен компенсатор давления (17), полость которого гидравлически соединена с полостью статора (3). Повышается надежность работы электродвигателя и увеличивается напор. 1 з.п. ф-лы; 2 ил.The invention relates to the design of submersible linear magnetoelectric motors used mainly in rodless deep-well pumping installations with reciprocating action. SUBSTANCE: linear electric motor (LED) (1) includes a cylindrical body (2), inside which a stator (3) is placed with modules (5) consisting of steel cores (C) (6) periodically mounted on thin-walled stainless steel bushings (4) (6) ) and interconnected induction coils (IR) (7), forming groups of windings, with each module is limited to end caps (8). Between modules 5, support rails are installed in the form of centralizer bearings (9). LED forms a cavity inside the stator (3), in which C (6), IR (7), centralizing bearings (9) and the reciprocating action head are located - a slider (21), consisting of an all-metal shaft (B) (10) , with permanent magnets (11) installed on it and magnetically conducting cores (MS) (12). In (10), it was made connected directly to the plunger rod of a submersible pump, with the possibility of a free run-out of a bunch of slider-plunger of a submersible pump during an up-down stroke through the through channel (14) of the current lead head. Each three successive IR phases A, B, C (7) with adjacent C (6) form pole divisions of the stator (22), each permanent magnet (11) on B (10) with two adjacent MCs (12) form the pole divisions of the slider (23). In the lower part of the housing (2), a pressure compensator (17) is installed through an extension pipe (16), the cavity of which is hydraulically connected to the stator cavity (3). The reliability of the electric motor increases and the pressure increases. 1 s.p. f-ly; 2 ill.

Description

Полезная модель относится к конструкциям погружных линейных магнитоэлектрических двигателей, используемых, преимущественно, в бесштанговых глубинных насосно-скважинных установках возвратно-поступательного действия, предназначенных для добычи пластовых жидкостей в нефтедобыче, в частности, в малодебитных глубоких скважинах глубиной до 3000 м. Предлагаемый погружной линейный электродвигатель предназначен для размещения в указанной установке под погружным плунжерным насосом.The invention relates to the design of submersible linear magnetoelectric motors used mainly in rodless deep well pumping units designed for the production of formation fluids in oil production, in particular, in low-yield deep wells with a depth of up to 3000 m. The proposed submersible linear electric motor It is intended for placement in the specified installation under the submersible plunger pump.

Известен целый ряд погружных бесштанговых насосных установок, содержащих линейный электродвигатель с возвратно-поступательно движущимся рабочим органом (слайдером). Примером является цилиндрический линейный асинхронный двигатель для привода погружных плунжерных насосов, содержащий цилиндрический индуктор с многофазной обмоткой, выполненный с возможностью осевого перемещения и смонтированный внутри стального вторичного элемента, стальной вторичный элемент представляет собой корпус электродвигателя, внутренняя поверхность которого имеет высокопроводящее в виде слоя меди покрытие, причем цилиндрический индуктор выполнен из нескольких модулей, набранных из катушек фаз и соединенных между собой гибкой связью, число модулей цилиндрического индуктора кратно числу фаз обмотки, а при переходе от одного модуля к другому катушки фаз уложены с поочередной сменой местоположения отдельных фаз (Патент РФ №2266607). Однако его недостатком является невозможность достижения напора, необходимого для привода плунжерного насоса именно в глубокой скважине.Known for a number of submersible rodless pumping units containing a linear electric motor with a reciprocating moving working body (slider). An example is a cylindrical linear induction motor for driving submersible plunger pumps, comprising a cylindrical inductor with a multiphase winding, made with axial movement and mounted inside a steel secondary element, the steel secondary element is an electric motor housing, the inner surface of which has a highly conductive copper layer coating, moreover, the cylindrical inductor is made of several modules recruited from phase coils and interconnected a flexible coupling, the number of modules of a cylindrical inductor winding multiple of the number of phases, and the transition from one module to the other phase coil are stacked alternately with the change of the location of the individual phases (Russian Patent №2266607). However, its disadvantage is the inability to achieve the pressure necessary to drive the plunger pump in a deep well.

Также известен погружной линейный электродвигатель, содержащий цилиндрический корпус с концевой пробкой, внутри корпуса размещены статор и головка возвратно-поступательного действия. Головка содержит вал с установленными на нем постоянными магнитами и магнитопроводящими сердечниками, причем полости, образованные внутри корпуса и разделенные между собой статором и головкой возвратно-поступательного действия, заполнены пластовой жидкостью в рабочем положении электродвигателя (Патент РФ №2489600). В этом известном электродвигателе вал головки возвратно-поступательного действия выполнен полым с радиальными отверстиями, через радиальные отверстия вал сообщает между собой полости, образованные внутри корпуса, при этом, по крайней мере, одна из полостей сообщена с затрубным пространством через фильтрующий элемент.A submersible linear electric motor is also known, comprising a cylindrical body with an end plug, a stator and a reciprocating head are placed inside the body. The head contains a shaft with permanent magnets and magnetically conducting cores installed on it, and the cavities formed inside the housing and separated by a stator and a reciprocating head are filled with reservoir fluid in the working position of the electric motor (RF Patent No. 2489600). In this known electric motor, the shaft of the reciprocating head is hollow with radial holes, through the radial holes the shaft communicates with each other the cavities formed inside the housing, and at least one of the cavities communicates with the annulus through the filter element.

Основными недостатками данной конструкции являются ограничение силы тяги, вследствие пустотелости вала слайдера и высокой вероятности его насыщения при повышении рабочего тока статора.The main disadvantages of this design are the limitation of the traction force due to the hollowness of the slider shaft and the high probability of its saturation with an increase in the working current of the stator.

Также известна конструкция погружного линейного магнитоэлектрического двигателя, используемого в бесштанговых глубинных установках возвратно-поступательного движения для добычи пластовых жидкостей в нефтедобыче (Патент РФ №2549381). Электродвигатель в этой известной установке содержит герметичный статор с установленными в нем сердечниками с катушками, токовводом и головкой для соединения с насосом. В статоре расположен подвижный шток, включающий соединительную штангу с резьбой для соединения штока с плунжером насоса и активный герметичный слайдер, соединенный со штоком резьбовым соединением, выполненным в соединительной муфте. Слайдер содержит последовательно установленные на трубе аксиально намагниченные магниты и полюсы из конструкционной стали. Магниты и полюсы разделены на технологические пакеты, которые соединены между собой муфтами. Шток расположен во внутренней трубе, выполненной из нержавеющей стали с хонингованной поверхностью, между которой и поверхностью штока образован зазор. Головка соединена с корпусом статора резьбовым соединением через герметичные проставки, имеющие каналы.Also known is the design of a submersible linear magnetoelectric motor used in rodless deep-well reciprocating installations for producing formation fluids in oil production (RF Patent No. 2549381). The electric motor in this known installation contains a sealed stator with cores installed in it with coils, current lead and head for connection to the pump. A movable rod is located in the stator, including a connecting rod with a thread for connecting the rod to the pump plunger and an active tight slider connected to the rod by a threaded connection made in the connecting sleeve. The slider contains axially magnetized magnets and poles made of structural steel sequentially mounted on the pipe. Magnets and poles are divided into technological packages, which are interconnected by couplings. The stem is located in an inner tube made of stainless steel with a honed surface, between which a clearance is formed between the surface of the stem. The head is connected to the stator housing by a threaded connection through sealed spacers having channels.

Недостатком этого линейного электродвигателя (далее - ЛЭД) является малая надежность, обусловленная наличием в двигателе компенсатора с упругой диафрагмой, которая выполнена в виде пузыря, сложность конструкции и повышение трудоемкости технического обслуживания.The disadvantage of this linear electric motor (hereinafter - LED) is the low reliability due to the presence of a compensator with an elastic diaphragm in the engine, which is made in the form of a bubble, the complexity of the design and the increase in the complexity of maintenance.

Из уровня техники известен погружной линейный двигатель для погружного насосного устройства возвратно-поступательного действия с числовым программным управлением, устанавливаемый под указанным насосным устройством (Патент ЕАПО №009268). Указанный известный погружной линейный электродвигатель состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого размещен статор с периодически установленными на тонкостенных втулках из нержавеющей стали стальными сердечниками и соединенными между собой индукционными катушками, образующими группы обмоток. Между обмотками установлены опорные направляющие и головка возвратно-поступательного действия - слайдер, состоящий из цельнометаллического вала, выполненного с возможностью соединения с плунжером насоса и с установленными на нем постоянными магнитами и магнитопроводящими сердечниками, при этом вывод обмоток статора соединен с находящимся на поверхности блоком цифрового программного управления.The prior art knows a linear submersible motor for a numerically controlled submersible reciprocating pump device installed under the specified pump device (EAPO Patent No. 009268). The specified well-known submersible linear electric motor consists of a cylindrical body, inside which a stator is placed with steel cores periodically mounted on thin-walled stainless steel bushings and interconnected by induction coils forming a group of windings. Supporting guides and a reciprocating head are installed between the windings - a slider consisting of an all-metal shaft made with the possibility of connection with the pump plunger and with permanent magnets and magnetically conducting cores mounted on it, while the output of the stator windings is connected to the digital software unit located on the surface management.

Недостатком данного технического решения является недостаточная надежность, обусловленная следующим:The disadvantage of this technical solution is the lack of reliability due to the following:

во-первых - напор недостаточный для эксплуатации глубоких скважин,firstly, the pressure is insufficient for the operation of deep wells,

во-вторых - из-за наличия ударных контактов при работе выступающих опорных направляющих статора с выступающими стальными сердечниками головки возвратно-поступательного действия;secondly, due to the presence of shock contacts during operation of the protruding stator support guides with protruding steel cores of the reciprocating head;

в-третьих тем, что узел токоввода требует сращивания токопроводящих жил питающего кабеля и выводов обмотки линейного двигателя непосредственно на скважине,thirdly, the fact that the current lead assembly requires splicing of the conductive conductors of the supply cable and the windings of the linear motor directly at the well,

Существенным недостатком указанной известной конструкции электродвигателя также является отсутствие ремонтопригодности, т.к. многие элементы в нем соединены сваркой, а полости статора залиты компаундом.A significant disadvantage of this known design of the electric motor is also the lack of maintainability, because many elements in it are connected by welding, and the stator cavities are filled with a compound.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является линейный электродвигатель для погружного насосного устройства возвратно-поступательного действия (Патент РФ №185350), который устанавливается под погружным насосом. Известный линейный электродвигатель включает удлиненный цилиндрический корпус, внутри которого размещен статор с периодически установленными на тонкостенных втулках из нержавеющей стали стальными сердечниками и соединенными между собой индукционными катушками, между которыми установлены опорные направляющие, и головку возвратно-поступательного действия - слайдер, состоящий из цельнометаллического вала, который содержит удлинитель, посредством которого вал соединен со штоком плунжера погружного насоса. ЛЭД также включает головку токоввода со сквозным каналом и герметичным разъемом соединения концов фазных обмоток с муфтой кабельного ввода питающего кабеля. Между статором и головкой токоввода установлен патрубок-удлинитель, выполненный из двух коаксиально расположенных втулок с образованием центрального канала длиной и диаметром, обеспечивающими при работе свободный выбег слайдера при ходе вверх, и образованием кабельного канала для проводки кабеля. В промысловых условиях ЛЭД соединяется с погружным насосом. В нижней части корпус ЛЭД выполнен удлиненным. Нижняя часть корпуса снабжена наружной резьбой и сквозными отверстиями, а также подвижной глухой торцевой пробкой с внутренней резьбой, выполненной с возможностью навинчивания на нижнюю часть корпуса. Внутри нижней части корпуса размещена демпфирующая пружина.Closest to the proposed utility model is a linear electric motor for a submersible pumping device of reciprocating action (RF Patent No. 185350), which is installed under the submersible pump. The well-known linear electric motor includes an elongated cylindrical housing, inside which a stator is placed with steel cores periodically mounted on thin-walled stainless steel bushings and interconnected by induction coils, between which support rails are installed, and a reciprocating action head - a slider consisting of an all-metal shaft, which contains an extension by means of which the shaft is connected to the plunger rod of the submersible pump. LED also includes a current lead with a through channel and a sealed connector for connecting the ends of the phase windings with the cable entry coupling of the supply cable. An extension pipe is installed between the stator and the current lead head, made of two coaxially located bushings with the formation of a central channel of length and diameter, which ensure free slider run-up during operation upward and the formation of a cable channel for cable wiring. In field conditions, the LED is connected to a submersible pump. In the lower part, the LED housing is elongated. The lower part of the casing is provided with an external thread and through holes, as well as a movable blind end cap with an internal thread, made with the possibility of screwing onto the lower part of the casing. A damping spring is located inside the lower part of the housing.

Недостатком указанного погружного ЛЭД является недостаточный напор для эксплуатации глубоких скважин и недостаточная надежность.The disadvantage of this submersible LED is the lack of pressure for the operation of deep wells and insufficient reliability.

Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью заключается в повышении надежности работы электродвигателя и в увеличении напора.The technical result achieved by the claimed utility model is to increase the reliability of the electric motor and to increase the pressure.

Указанный технический результат достигается предлагаемым погружным линейным электродвигателем, включающим цилиндрический корпус, внутри которого размещен статор, выполненный с периодически установленными на тонкостенных втулках из нержавеющей стали равных по длине частей - модулей, состоящих из стальных сердечников и соединенных между собой индукционных катушек, образующих группы обмоток, при этом каждый модуль ограничен торцевыми крышками, а между модулями установлены опорные направляющие в виде подшипников-центраторов, и соосно установленную внутри статора с образованием полости головку возвратно-поступательного действия - слайдер, состоящий из цельнометаллического вала, с установленными на нем постоянными магнитами и магнитопроводящими сердечниками, а также включающий в верхней части корпуса головку токоввода со сквозным каналом, выполненным с возможностью возвратно-поступательного движения в нем штока плунжера погружного насоса, при этом новым является то, что слайдер выполнен с возможностью жесткого соединения напрямую со штоком плунжера погружного насоса, при этом канал головки токоввода выполнен с диаметром, обеспечивающим свободное возвратно-поступательное движение связки слайдер-шток плунжера погружного насоса, расстояния между торцевыми крышками смежных модулей статора, занимаемыми подшипниками-центраторами, выполнены по всей длине статора равными между собой и строго кратными длине полюсного деления статора, длины полюсных делений статора, измеряемых шириной трех индукционных катушек с тремя прилегающими стальными сердечниками, выполнены строго равными длинам полюсных делений слайдера, измеряемых шириной постоянного магнита с двумя прилегающими магнитопроводящими стальными сердечниками, при этом нижняя часть корпуса линейного электродвигателя выполнена с возможностью сочленения с маслозаполненным компенсатором давления, полость которого гидравлически соединена с полостью статора.The specified technical result is achieved by the proposed submersible linear electric motor, including a cylindrical housing, inside which a stator is placed, made with periodically installed parts of equal length in the thin-walled stainless steel bushings - modules consisting of steel cores and interconnected induction coils forming groups of windings, in addition, each module is limited by end caps, and between the modules there are support rails in the form of centralizer bearings, and coaxially a reciprocating head installed inside the stator with the formation of a cavity - a slider consisting of an all-metal shaft with permanent magnets and magnetically conducting cores installed on it, and also including a current lead head in the upper part of the housing with a through channel made with the possibility of reciprocating motion in the piston rod of the submersible pump plunger, while the new one is that the slider is made with the possibility of rigid connection directly with the rod of the plunger of the submersible pump a wasp, while the channel of the current lead head is made with a diameter that provides free reciprocating movement of the slider-rod bundle of the plunger of the submersible pump, the distances between the end caps of adjacent stator modules occupied by centralizer bearings are made equal to each other and strictly multiple to the length of the stator the stator pole division, the stator pole lengths, measured by the width of three induction coils with three adjacent steel cores, are made strictly equal to the pole lengths eny slider measured width of the permanent magnet with the two adjacent magnetically permeable steel core, the lower part of the housing of the linear motor is arranged to the junction with the oil-flooded compensator pressure chamber which is hydraulically connected with the cavity of the stator.

Нижняя часть корпуса линейного электродвигателя выполнена с возможностью сочленения с маслозаполненным компенсатором давления через патрубок-удлинитель, а полость компенсатора гидравлически соединена с полостью статора посредством трубок, проложенных по поверхности патрубка-удлинителя.The lower part of the linear motor case is made with the possibility of articulation with an oil-filled pressure compensator through an extension pipe, and the cavity of the compensator is hydraulically connected to the stator cavity by means of tubes laid on the surface of the extension pipe.

Сущность физики явлений, обуславливающих работу предлагаемого погруженного линейного электродвигателя, могут быть объяснены следующим.The essence of the physics of the phenomena that determine the operation of the proposed submerged linear electric motor can be explained as follows.

Электромагнитные силы, возникающие в линейном электродвигателе, обусловлены тем, что при прохождении электрического тока по катушкам статора на проводники с током (витки индукционных катушек) действует магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами слайдера и, при этом, создается силовое воздействие по закону Ампера. Так как катушки в статоре закреплены неподвижно, то под действием возникающих сил перемещается подвижный рабочий орган - слайдер.The electromagnetic forces arising in a linear electric motor are due to the fact that when electric current passes through the stator coils, current conductors (turns of induction coils) are affected by a magnetic field created by the permanent magnets of the slider and, at the same time, a force effect is created according to Ampere's law. Since the coils in the stator are fixed motionless, then under the action of the arising forces a movable working body - a slider moves.

При прямом чередовании фаз тока, задаваемом станцией управления, система: слайдер-шток плунжера, перемещаются в одну сторону, при обратном чередовании фаз - перемещаются в другую сторону, обеспечивая стационарную работу насосной установки, в которой установлен предлагаемый линейный электродвигатель.With a direct alternation of the current phases set by the control station, the system: the slider-rod of the plunger move in one direction, with the reverse phase rotation - move in the other direction, providing stationary operation of the pump installation in which the proposed linear electric motor is installed.

Благодаря тому, что слайдер выполнен с возможностью жесткого соединения напрямую со штоком плунжера погружного насоса, а диаметр слайдера выполнен равным диаметру штока плунжерного насоса и, при этом, канал головки токоввода выполнен с диаметром, обеспечивающим свободное возвратно-поступательное движение связки слайдер-шток плунжерного насоса, исключается дополнительный промежуточный шток между слайдером линейного двигателя и штоком плунжерного насоса, как в прототипе, что упрощает конструкцию, повышает ее надежность, и обеспечивает уменьшение габаритов линейного двигателя.Due to the fact that the slider is rigidly connected directly to the plunger rod of the submersible pump, and the slider diameter is made equal to the diameter of the plunger pump rod and, at the same time, the current lead head channel is made with a diameter providing free reciprocating movement of the slider-rod plunger pump bundle eliminates the additional intermediate rod between the slider of the linear motor and the stem of the plunger pump, as in the prototype, which simplifies the design, increases its reliability, and provides size reduction of the linear motor.

Благодаря тому, что интервалы (расстояния) между любыми двумя смежными модулями статора, занимаемыми подшипниками-центраторами, выполнены равными между собой и строго кратными по длине полюсным делениям статора, а длины полюсных делений статора, измеряемых шириной трех индукционных катушек с тремя прилегающими стальными сердечниками, выполнены строго равными длинам полюсных делений слайдера, измеряемых шириной постоянного магнита с двумя прилегающими магнитопроводящими стальными сердечниками, улучшается угловая характеристика линейного двигателя, при этом оптимизируются зависимость силы тяги линейного двигателя от угла между осями полюсов статора и слайдера, реализуется возможность повышения силы тяги линейного двигателя и исключается опасность вибрации слайдера при отклонении от номинальных нагрузок. При этом под модулями статора понимаются части статора разделяемые торцевыми крышками и смежными подшипниками-центраторами.Due to the fact that the intervals (distances) between any two adjacent stator modules occupied by centralizer bearings are made equal to each other and strictly multiple in length to the pole divisions of the stator, and the lengths of the pole divisions of the stator, measured by the width of three induction coils with three adjacent steel cores, made strictly equal to the lengths of the pole divisions of the slider, measured by the width of the permanent magnet with two adjacent magnetically conducting steel cores, the angular characteristic of the line is improved ynogo engine, the optimized linear dependence of the force thrust on the angle between the axes of the stator pole and the slider is realized the possibility of increasing the thrust force of the linear motor and the slider is no risk of vibration at a deviation from the nominal load. In this case, stator modules are understood to mean parts of the stator separated by end caps and adjacent centralizer bearings.

В линейных двигателях с постоянными магнитами в слайдере сила тяги зависит от угла между осями полюсов статора и слайдера в соответствии с так называемой угловой характеристикой по формуле:In linear motors with permanent magnets in the slider, the traction force depends on the angle between the axes of the poles of the stator and slider in accordance with the so-called angular characteristic according to the formula:

F=F_max х sin Q F = F _max x sin Q

где Q - угол между осями полюсов статора и слайдера.where Q is the angle between the axes of the poles of the stator and slider.

Для обеспечения синхронности взаимодействия полюсов статора и слайдера и повышения силы тяги необходимо равенство полюсных делений статора и слайдера, а также кратность интервалов между модулями полюсным делениям, что и заявлено в предлагаемой полезной модели.To ensure synchronization of the interaction between the poles of the stator and slider and increase traction, it is necessary to equal the pole divisions of the stator and slider, as well as the multiplicity of the intervals between the modules to the pole divisions, which is stated in the proposed utility model.

Благодаря тому, что нижняя часть корпуса предлагаемого линейного электродвигателя выполнена с возможностью жесткого соединения, в преимущественном варианте через патрубок-удлинитель, с маслозаполненным компенсатором давления, полость которого гидравлически соединена с полостью статора, например, посредством трубок, проложенных по поверхности патрубка-удлинителя, обеспечивается надежная герметизация обмоток статора от внешней среды, улучшение теплоотвода и оптимизация конструкции линейного двигателя.Due to the fact that the lower part of the housing of the proposed linear electric motor is made with the possibility of rigid connection, mainly through an extension pipe, with an oil-filled pressure compensator, the cavity of which is hydraulically connected to the stator cavity, for example, by means of tubes laid along the surface of the extension pipe, reliable sealing of the stator windings from the external environment, improving heat dissipation and optimizing the design of the linear motor.

Предлагаемый ЛЭД устанавливается в промысловых условиях при компоновке конструкции погружной бесштанговой насосной установки всегда ниже погружного насоса.The proposed LED is installed in the field when the design of the submersible rodless pump installation is always lower than the submersible pump.

Сущность полезной модели поясняется чертежами: Фиг. 1 - Линейный электродвигатель в разрезе; Фиг. 2 - Фрагмент сечения линейного электродвигателя.The essence of the utility model is illustrated by drawings: FIG. 1 - Sectional linear motor; FIG. 2 - Fragment of a cross section of a linear electric motor.

Заявляемый погружной линейный электродвигатель (1) включает цилиндрический корпус (2), внутри которого размещен статор (3) с периодически установленными на тонкостенных втулках (4) из нержавеющей стали модулями (5), состоящими из стальных сердечников (6) и соединенных между собой индукционных катушек (7), образующих группы обмоток, при этом каждый модуль ограничен торцевыми крышками (8). Между модулями 5 установлены опорные направляющие в виде подшипников-центраторов (9). Иными словами индукционные катушки (7) и магнитопроводящие стальные сердечники (6), распределенные по длине статора на равные группы и ограниченные торцевыми крышками (8), образуют модули (5), которые жестко соединены между собой по всей длине статора. При этом расстояния между торцевыми крышками (8) смежных модулей статора, занимаемыми подшипниками-центраторами (9), выполнены по всей длине статора равными между собой и строго кратными длине полюсного деления статора (22). Длины полюсных делений статора, равные ширине трех индукционных катушек (7) с тремя прилегающими стальными сердечниками (6), выполнены строго равными длинам полюсных делений (23) слайдера, измеряемых шириной постоянного магнита (11) с двумя прилегающими магнитопроводящими стальными сердечниками (12).The inventive submersible linear electric motor (1) includes a cylindrical housing (2), inside which a stator (3) is placed with modules (5) periodically mounted on thin-walled stainless steel bushings (4), consisting of steel cores (6) and interconnected induction coils (7) forming groups of windings, with each module is limited by end caps (8). Between modules 5, support rails are installed in the form of centralizer bearings (9). In other words, induction coils (7) and magnetically conducting steel cores (6), distributed along equal length of the stator into equal groups and limited by end caps (8), form modules (5), which are rigidly interconnected along the entire length of the stator. In this case, the distances between the end caps (8) of adjacent stator modules occupied by centralizer bearings (9) are made along the entire length of the stator equal to each other and strictly multiples of the length of the pole division of the stator (22). The lengths of the pole divisions of the stator, equal to the width of three induction coils (7) with three adjacent steel cores (6), are made strictly equal to the lengths of the pole divisions (23) of the slider, measured by the width of the permanent magnet (11) with two adjacent magnetically conducting steel cores (12).

Также линейный двигатель образует внутри статора (3) полость, в которой размещены сердечники (6), катушки (7), подшипники-центраторы (9) и головка возвратно-поступательного действия - слайдер (21), состоящая из цельнометаллического вала (10), с установленными на нем постоянными магнитами (11) и магнитопроводящими сердечниками (12) (Фиг. 2). Указанный цельнометаллический вал (10) слайдера выполнен жестко соединенным напрямую со штоком плунжера погружного насоса (на чертеже не показан), с возможностью свободного выбега связки слайдер-плунжер погружного насоса при ходе вверх-вниз через сквозной канал (14) головки токоввода.The linear motor also forms a cavity inside the stator (3), in which the cores (6), coils (7), centralizer bearings (9) and the reciprocating action head are located - a slider (21), consisting of an all-metal shaft (10), with permanent magnets (11) mounted on it and magnetically conducting cores (12) (Fig. 2). The specified all-metal shaft (10) of the slider is rigidly connected directly to the plunger rod of the submersible pump (not shown in the drawing), with the possibility of free run-out of the slider-plunger of the submersible pump during the up-down movement through the through channel (14) of the current lead head.

Головка токоввода (13) содержит герметичный разъем (15) соединения концов фазных обмоток линейного электродвигателя с муфтой кабельного ввода питающего кабеля (не показан). Каждые три последовательно расположенные индукционные катушки фаз А, В, С (7) с прилегающими стальными сердечниками (6) образуют полюсные деления статора (22), каждый постоянный магнит (11) на цельнометаллическом валу (10) с двумя прилегающими магнитопроводящими сердечниками (12) образуют полюсные деления слайдера (23). Последовательно соединенные полюса статора, ограниченные торцевыми крышками и подшипниками-центраторами (9) образуют модули (5). В модуль включают удобное для сборки количество полюсов, например, двенадцать. В этом случае в модуль входят 36 индукционных катушек. Статор линейного двигателя собирается из модулей, которые соединяются последовательно. Статор линейного двигателя, собранный, например, из 14 модулей будет включать в выбранном примере 168 полюсов и, соответственно 504 индукционных катушки.The current lead head (13) contains a sealed connector (15) for connecting the ends of the phase windings of the linear electric motor with a cable entry coupling of a power cable (not shown). Each three sequentially located induction coils of phases A, B, C (7) with adjacent steel cores (6) form pole divisions of the stator (22), each permanent magnet (11) on an all-metal shaft (10) with two adjacent magnetically conductive cores (12) form the pole divisions of the slider (23). Serially connected stator poles bounded by end caps and centralizer bearings (9) form modules (5). The module includes an easy to assemble number of poles, for example, twelve. In this case, the module includes 36 induction coils. The stator of a linear motor is assembled from modules that are connected in series. A stator of a linear motor assembled, for example, from 14 modules will include 168 poles and, accordingly, 504 induction coils in the selected example.

В нижней части корпуса (2) электродвигателя через патрубок-удлинитель (16) установлен компенсатор давления (17), преимущественно, диафрагменный, маслозаполненная полость которого гидравлически соединена с полостью статора (3), например, посредством трубок (19), которые могут быть проложены по поверхности патрубка-удлинителя (16).A pressure compensator (17) is installed in the lower part of the motor housing (2) through the extension pipe (16), mainly a diaphragm one, the oil-filled cavity of which is hydraulically connected to the stator cavity (3), for example, by means of tubes (19) that can be laid on the surface of the extension pipe (16).

В промысловых условиях установленный в скважине погружной электродвигатель (1) устанавливается под погружным плунжерным насосом возвратно-поступательного действия. При этом отсутствие сквозного канала для прохождения добываемой жидкости обеспечивает возможность увеличения сечения активных материалов статора и слайдера и увеличения тягового усилия погружного линейного электродвигателя.In field conditions, a submersible electric motor (1) installed in the well is installed under a submersible reciprocating plunger pump. In this case, the absence of a through channel for the passage of the produced fluid makes it possible to increase the cross section of the active materials of the stator and slider and to increase the traction force of a submersible linear electric motor.

Предлагаемый погружной линейный электродвигатель работает следующим образом. В линейном электродвигателе (1) при питании обмоток индукционных катушек (7) статора (3) переменным трехфазным током слайдер под действием электромагнитных сил совершает возвратно-поступательные движения, которые передаются слайдером (21) плунжеру насоса через жестко связанный с валом (10) шток (20) плунжера насоса, который включен в погружную установку. При этом добываемая жидкость через перфорации цилиндра насоса, всасывающий и нагнетательный клапаны, нагнетается в насосно-компрессорные трубы и далее в системы сбора на поверхности (на чертеже не показаны).The proposed submersible linear motor operates as follows. In a linear electric motor (1), when the windings of the induction coils (7) of the stator (3) are powered by an alternating three-phase current, the slider under the influence of electromagnetic forces reciprocates, which are transmitted by the slider (21) to the pump plunger through a rod rigidly connected to the shaft (10) ( 20) the plunger of the pump, which is included in the submersible installation. In this case, the produced fluid through the perforations of the pump cylinder, the suction and discharge valves, is pumped into the tubing and then into the collection system on the surface (not shown).

Конструкция заявляемого погружного линейного электродвигателя выполнена из разборно связанных между собой, а также между насосом, которым будет оснащен указанный двигатель при работе в скважине, конструктивных единиц: кабель - ниппель головки токоввода (13), головка токоввода (13) - корпус (2) линейного двигателя (1); корпус (2) линейного двигателя (1) - корпус плунжерного насоса (на чертеже не показан); слайдер (21) линейного двигателя (1) - плунжер плунжерного насоса. При сборке на муфте (18) линейного двигателя устанавливается плунжерный насос. Благодаря такому соединению, обеспечивается ремонтопригодность электродвигателя.The design of the inventive submersible linear electric motor is made of collapsible interconnected, as well as between the pump, which will be equipped with the specified engine when working in the well, structural units: cable - nipple of the current lead head (13), current lead head (13) - linear housing (2) engine (1); linear motor housing (2) (1) - plunger pump housing (not shown in the drawing); the slider (21) of the linear motor (1) is the plunger of the plunger pump. During assembly, a plunger pump is installed on the coupling (18) of the linear motor. Thanks to this connection, maintainability of the electric motor is ensured.

Опытно-промысловые и цеховые испытания предлагаемого линейного электродвигателя в составе погружных бесштанговых насосных установок были проведены на конкретных нефтяных месторождениях. При этом для экспериментальных целей были изготовлены погружные ЛЭД со следующими параметрами активной части: параметры статора: количество модулей - 14, длина модуля - 372 мм, количество полюсов в модуле - 12, длина полюса (полюсное деление статора) - 31 мм, количество катушек в полюсе - 3, общее число катушек 504, длина межмодульных интервалов - 31 мм; параметры слайдера: количество полюсов - 224, количество постоянных магнитов - 224, длина полюса (полюсное деление слайдера) - 31 мм, выбег слайдера - 1302 мм. В результате проведенных опытно-промысловых и цеховых испытаний подтверждено повышение тягового усилия предлагаемого ЛЭД примерно на 50% из расчета на единицу длины линейного двигателя по сравнению с аналогами; повышение надежности электродвигателя по сравнению с аналогами, вследствие упрощения конструкции, оптимизации теплового режима линейного двигателя, уменьшения трения и снижения вибраций при движении слайдера; обеспечение ремонтопригодности.Field trials and workshop tests of the proposed linear electric motor as part of submersible rodless pumping units were carried out at specific oil fields. Moreover, for experimental purposes, submersible LEDs were made with the following parameters of the active part: stator parameters: number of modules - 14, module length - 372 mm, number of poles in the module - 12, pole length (pole division of the stator) - 31 mm, number of coils in pole - 3, the total number of coils 504, the length of the intermodular intervals - 31 mm; slider parameters: number of poles - 224, number of permanent magnets - 224, pole length (pole division of the slider) - 31 mm, slider run-out - 1302 mm. As a result of pilot and workshop tests, an increase in the traction force of the proposed LED by about 50% based on the unit length of the linear motor in comparison with analogues was confirmed; increasing the reliability of the electric motor compared to analogues, due to simplification of the design, optimization of the thermal regime of the linear motor, reducing friction and vibration when the slider moves; maintainability.

Claims

1. Submersible linear electric motor, including a cylindrical housing, inside which a stator is placed, made with periodically mounted parts of equal length in the thin-walled stainless steel bushings — modules consisting of steel cores and interconnected induction coils forming groups of windings, each the module is limited by end caps, and between the modules there are support rails in the form of centralizer bearings, and coaxially mounted inside the stator with the formation of a head cavity reciprocating action - a slider consisting of an all-metal shaft with permanent magnets and magnetically conducting cores installed on it, and also including a current lead head in the upper part of the body with a through channel made with the possibility of reciprocating movement of the plunger rod of the submersible pump plunger in it, characterized in that the slider is made with the possibility of hard connection directly with the plunger rod of the submersible pump, while the channel of the current lead head is made with a diameter, providing the free reciprocating movement of the slider-rod bundle of the plunger of the submersible pump, the distances between the end caps of the adjacent stator modules occupied by the centralizer bearings are made along the entire length of the stator equal to each other and strictly multiples of the length of the pole section of the stator, the length of the pole sections of the stator, measured by the width three induction coils with three adjacent steel cores, made exactly equal to the lengths of the pole divisions of the slider, measured by the width of the permanent magnet with two adj gayuschimi magnetically permeable steel core, the lower part of the housing of the linear motor is arranged to the junction with the oil-flooded compensator pressure chamber which is hydraulically connected with the cavity of the stator.

2. The linear electric motor according to claim 1, characterized in that the lower part of the linear electric motor housing is capable of articulating with an oil-filled pressure compensator through an extension pipe, and the compensator cavity is hydraulically connected to the stator cavity by means of tubes laid along the surface of the extension pipe.