一种圆筒形直线电机驱动的抽油机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于石油、天然气、煤层气抽取设备领域，具体为使用单级和多级可伸缩弹簧储能器的圆筒形直线电机驱动的抽油机。
【背景技术】
[0002]抽油机是石油、天然气、煤层气开采的重要设备，要求其能在各种环境和气候条件下长期高效稳定运行。目前常用的抽油机有两种类型，可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。游梁式抽油机是当前应用的主力机型，但其存在速度不均匀程度大、启动转矩大、平衡效果差、冲程和冲次难以调节、中间环节多、系统效率低下等问题。针对这些问题，围绕高效节能的主题，出现了诸如链条式抽油机、立式滚筒抽油机、皮带抽油机、直线电机抽油机等无游梁抽油机机型，虽在一定程度上得以应用，但并未从根本上解决问题，效果欠佳；其中现有的直线电机抽油机，其动子仍然由钢丝绳绕过滑轮即天轮驱动抽油杆，且采用天平配重平衡的方式，结构复杂，整机寿命短于游梁式抽油机、效率较低及安全性较差，未能根本上发挥直线电机驱动的潜力。申请号为201410229797.2的实用新型专利公开了一种直线电机直驱抽油机，主要以平板型直线电机为驱动源，储能弹簧位于直线电机动子的外部，储能弹簧和动子的配置关系有待改进。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服上述现有技术中不足提供一种通过设置单级或多级可伸缩式机械或气体弹簧储能器来降低抽油机重量和高度且提供抽油效率的圆筒形直线电机驱动的抽油机。
[0004]本实用新型的技术方案是这样实现的:一种圆筒形直线电机驱动的抽油机，包括机架以及设置在机架上的圆筒形直线电机驱动装置和动子定位导向装置，所述的圆筒形直线电机驱动装置包括圆筒形直线电机定子及圆筒形直线电机动子，所述圆筒形直线电机动子内部同轴设置分级弹簧储能器和抽油杆连接器，圆筒形直线电机动子与分级弹簧储能器和抽油杆连接器为相互嵌套配置。
[0005]所述圆筒形直线电机定子沿机架竖直固定，所述圆筒形直线电机动子同轴嵌套在圆筒形直线电机定子内部，圆筒形直线电机定子与圆筒形直线电机动子表面平行，并由动子定位导向装置保持固定气隙，使圆筒形直线电机动子与圆筒形直线电机定子之间能够无接触的相对运动；
[0006]所述圆筒型直线电机动子为中空的圆环柱状体，所述分级弹簧储能器在圆环的内空间沿轴向同轴放置，在分级弹簧储能器的内空间，沿轴向同轴设置抽油杆连接器；圆筒形直线电机动子与一动子基座固定，分级弹簧储能器和抽油杆连接器设置在动子基座上。
[0007]所述的动子定位导向装置包括直线导槽和导轮，所述导轮沿直线导槽运动，保证直线电机动子与直线电机定子之间的运动气隙。
[0008]所述的动子定位导向装置包括滑块和直线导轨，所述滑块沿直线导轨运动，保证圆筒形直线电机动子与圆筒形直线电机定子之间的运动气隙。
[0009]所述机架与直线电机动子之间设置制动装置。
[0010]所述制动装置，为机架的顶端设置一个水平放置的可伸缩的挡杆制动器，所述机架的最上端设置限位开关，所述挡杆制动器包括电磁铁、弹簧及挡杆，所述挡杆与圆筒形直线电机动子上端安装的制动挡杆配合，挡杆可在电磁铁和弹簧的作用下伸出和缩进，拦阻制动挡杆通过。
[0011]所述圆筒形直线电机动子与分级弹簧储能器连接，分级弹簧储能器的底部安装在机架基座上，分级弹簧储能器的顶部与动子基座球铰连接。
[0012]所述分级弹簧储能器为分级螺旋分级弹簧储能器或者分级气压分级弹簧储能器。
[0013]本实用新型的技术方案产生的积极效果如下:该抽油机采用直线电机直接驱动，配合分级弹簧储能器，取消了传统抽油机的中间传动和机械换向环节、弹/桡性件及配重，提高了悬点精度，减小了整机重量，整机结构简单，可靠性、寿命和整机效率大幅提升；同时，通过增加直线电机和多级伸缩弹簧储能器的级数，当单级弹簧的长度达到一定量值后，受到弹簧材料限制，弹簧稳定性变差，表现为弹簧向四周偏斜，在实际应用中，考虑将单级长弹簧及套筒分为若干段，各段弹簧分别与各段套筒配合，形成若干个短弹簧，这些短弹簧设计成外径不同可以相互嵌套的结构形式，将这若干短弹簧按照嵌套关系依次串联连接，就构成了多级伸缩弹簧。多级伸缩弹簧的级数没有限制，根据实际工程设计需要选用合适的级数。方便实现更大的冲程和提升力；冲程、冲次调节方便，移植性好，便于实现整机模块化设计、制造、安装、调试等。此外，可通过对多级伸缩弹簧储能器的预紧，增加弹簧储存的能量，减小无配重工况下直线电机的功率。与传统带配重抽油机和无配重直线电机抽油机相比，本实用新型的带多级可伸缩弹簧储能器的带有弹簧储能器的圆筒形直驱抽油机还有一个显著优点:无钢丝绳皮带断裂、动子意外坠落带来的严重冲击和危险，安全性显著提高，能量转化利用率更高。储能弹簧、抽油杆与动子内空间嵌套配置，合理利用了圆筒电机中心空间，使得弹簧配置更灵活，整机结构更为紧凑，机架高度大为减低，节省成本。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型实施例一中长动子、短定子的轴向剖面结构示意图。
[0015]图2为本实用新型实施例一中图1的俯视截面图。
[0016]图3为本实用新型实施例一的导轮和直线导槽构成的导向定位装置示意图。
[0017]图4为本实用新型实施例一的滑块和直线导轨构成的导向定位装置示意图。
[0018]图5为本实用新型实施例一的凹型导轮和T型导轨构成的导向定位装置示意图。
[0019]图6为本实用新型实施例二的短动子、长定子的轴向剖面结构示意图。
[0020]图7为本实用新型实施例三的短动子、长定子的轴向剖面结构示意图。
[0021]图8为本实用新型实施例三中图5的截面结构示意图。
[0022]图9为本实用新型实施例三中图5的截面结构示意图。
[0023]图10为本实用新型实施例四的轴向剖面结构示意图。
[0024]图11为本实用新型实施例一的多级弹簧储能器结构示意图。
[0025]图12为图11的剖视图。
[0026]图13为本实用新型所述挡杆制动器示意图。
[0027]图中标注为:1.机架基座，2.机架，3.动子基座，4.分级伸缩弹簧储能器，4a.固定套筒，4b.分级可伸缩套筒，4c.弹簧，5.直线电机动子，6.直线电机定子，7.直线导轨，8.滑块，9.挡杆制动器，9a.电磁铁，9b.弹簧，9c.挡杆，10.制动挡杆，11.限位开关，12.抽油杆连接器，13.抽油杆；44.上延长套管，45.下延长套管，65.定子槽，导轮66，77.直线导槽，771.T型导轨，772.凹型导轮。
【具体实施方式】
[0028]实施例一
[0029]一种圆筒形直线电机驱动的抽油机，如图1、2、3、4、5、6、7、11、12所示，主要包括机架基座1、机架2、动子基座3、分级弹簧储能器4、圆筒形直线电机驱动装置、定位导向装置、制动装置、抽油杆连接器12及抽油杆13。
[0030]对于大家公知的直线电机，一般定义:有电枢绕组的一侧称为直线电机初级，有磁体或者感应板的一侧称为直线电机次级，还定义:运动部分为直线电机动子，固定部分为直线电机定子。根据动子、定子的长度不同，可分为长动子、短定子和短动子、长定子两大类。直线电机的工作原理为:直线电机初级绕组中通入电流，产生一个可以相对磁体或者感应板运动的行波磁场，该行波磁场与次级同步运动，进而带动直线电机动子做直线运动。另夕卜，圆筒形直线电机可由平板型直线电机沿横向弯曲成圆柱变换而来，无横向端部漏磁场，密封和定位方便。
[0031]如图1、13中，机架基座I固定在地面上，机架2沿竖直方向安装在机架基座I上，机架2为圆筒型钢管或者为圆形桁架结构，机架2上安装直线电机驱动装置的直线电机定子6和直线导槽77。分级弹簧储能器4的底部安装在机架基座I上，分级弹簧储能器4的顶部与动子基座3相连。机架2的最上部设置限位开关11，用于限位，防止过冲。机架2的顶端设置一个水平放置的可伸缩的挡杆制动器9，如图9中，制动挡杆10的末端为直角弯头结构，挡杆制动器9包括电磁铁9a、弹簧9b及挡杆9c组成，挡杆制动器9的挡杆9c与直线电机动子5上端安装的制动挡杆10配合，实现制动功能。挡杆9c的端部为下斜面结构，挡杆9c可在电磁铁9a和弹簧9b的作用下伸出和缩进，拦阻制动挡杆10通过。制动原理:当直线电机动子5上行到挡杆制动器9的位置时，挡杆制动器9上的电磁铁9a动作，带动挡杆9c内缩，直线电机动子5上的制动挡杆10越过挡杆9c，然后电磁铁9a断电，挡杆9c在弹簧9b的作用下回复到原来伸长状态，使得制动挡杆10的直角弯头正好挂住挡杆9c，防止直线电机动子5掉落，达到制动目的。当挡杆制动器9上的电磁铁9a故障失效时，可利用挡杆9c端部设置的下斜面，实现制动:当直线电机动子5上行到挡杆制动器9的位置时，直线电机动子5上的制动挡杆10压缩挡杆制动器9的挡杆9c的下斜面，使得挡杆9c被迫缩进，直线电机动子5继续上行时，制动挡杆10的直角弯头超过挡杆9c时，挡杆9c在内部弹簧9b的作用下，回复原来的伸长状态，使得制动挡杆10的直角弯头正好挂住挡杆9c，防止直线电机动子5掉落，从而实现制动功能。
[0032]所述的直线电机驱动装置，包括直线电机定子6、直线电机动子5及安装在直线电机动子上的滑块8。直线电机定子6由电枢绕组构成，产生行波磁场，驱动由