专利名称：井下直线电机抽油泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抽油泵，尤其涉及一种井下直线电才几抽油泵。主要适用 于油田的石油开采应用领i或。 背景4支术
目前使用的直线电机抽油泵有如下缺陷直线电动机气隙没有保护措 施，使原油、泥沙进入气隙中易卡死动子、腐蚀动子上的7lc久》兹铁；电机工 作后密封的电枢内的变压器油由于温度升高而膨胀，因无泄压装置使电枢变 形，造成动子扫膛，损坏内套，原油进入绕组，绝缘被破坏电机不能工作； 焊接连接而成的多个单节电枢无法保证多节电枢内径的同轴度和直线度，而 造成动子扫膛；动子切向结构的磁路磁极，因轴径过小而强度不够，产生有 害挠度，也造成动子扫膛。现有直线电机抽油泵的油路采用油田使用的柱塞 泵的结构，但这些部件原受拉力却变成受压力。因受力的改变，具有油路作 用的空心柱塞和柱塞推杆强度显然不够，产生的挠度磨擦泵筒，降低了使用 寿命，增加损耗。这样泵的使用寿命短，无法推广。
发明内容
本发明为了解决现有直线电机抽油泵结构不合理，而造成动子卡死、扫 膛、磁铁腐蚀、使用寿命短等不足，而提供了一种井下直线电机抽油泵，它 主要由抽油泵1和直线电动4/L 2两大部分组成；所述直线电动才几2的电枢由 多个单节电枢121串联而成，在泵筒上设有专用阀；每两单节电枢121之间
通过螺紋连接节连接，即带止口螺纟丈对丝122与内螺紋压盖123旋紧连接， 并通过止口定位和止口端面密封；多个单节电枢121 ^L多个直线电动机的串 联，各节绕组之间釆用换相连接；在直线电动机2的两端设有上密封套107 和下密封套101对气隙111密封，在紧靠上密封套107处设有孔用ST形密 封圈106并与密封活塞114配合；在下密封套101内的游动密封活塞102上 设有轴用ST形密封圏108;在电枢内套125中的动子112的i兹极为径向,兹3各 磁极，用永久磁铁133励磁，并带有启动绕组132;在所述直线电动机2的 外壳内还设有空气膨胀器；所述抽油泵筒210上端的专用阀214，通过泵筒 接头209与泵筒210连接；在泵筒210中的柱塞211和推杆213为实芯；在 泵筒210外面设有泵壳212上分布有进油孔215;与J求阀206位置相应处设 有进油口 216;进油孔215和进油口 216均与泵壳212内的油腔连通。
本发明的特点及有益效果结构合理，节约能源、不污染环境、适合定 向井使用，可实现根据不同井液的变化随时进行参数调整。具体表现为
直线电动机中单节电枢之间通过带止口螺紋对丝连接，采用止口定位和 端面密封，其结构与焊接结构相比，无焊接变形，能保证电枢内套的内径同 心，密封效果好，而且工艺方法简单，拆装方便。
对直线电动机气隙密封采用小间隙密封结构，起到液压补偿和防止外物 进入电机气隙的作用。
动子的磁极制成径向磁路磁极，永久磁铁放置在密封的壳内，径向磁路 磁极上设有启动绕组。此结构与切向石兹路相比，径向石兹;洛漏》兹小，电机性能 好，并可取得大直径的动子轴，保证运行时不产生有害的挠度。启动绕组又 使该电机成为异步启动直线同步电动机的效果，提高了启动性能。
单节电枢绕组之间换相接线，多个单节电枢视多个直线电动机的串联， 用各节绕组之间换相连接消除不对称电流，可以提高效率减少噪音。
直线电动机外壳内的空气膨胀器的作用，当密封的电枢内的空气受热膨 胀后，通过电枢与膨胀器间的导管，排入膨胀胶管内，可起到泄压的作用， 进而保证了密封电枢不受膨胀力的挤压。
对现有管式柱塞泵进行改进，设计了专用阀，改变了传统的油路，在泵 筒中的柱塞和推杆制成实芯，增加了强度，消除了空心柱塞和推杆挠度大的 问题。
采油时可根据工况，在地面用控制拒根据井液的变化随时调节"井下直 线电机抽油泵，，的参数，避免出现因液量不足出现空抽现象，可节省能源， 不易损坏油泵。
图1本发明的整体结构式意图
图2是图1中直线电动机结构示意图
图3是图2中电枢单节连接示意图
图4是图2中动子径向磁路磁极示意图
图5是图2中空气膨胀器结构示意图
图6是图2中电枢的三相绕组换相连接的接线示意图
图7-1和图7-2是图1中抽油泵结构示意图
图8是本发明使用状态结构示意图
图9现有直线电机抽油泵结构示意图
图IO是图9中电枢单节连接示意图
图11是图9中动子切向磁路磁极示意图
具体实施例方式
参看图1至图8，井下直线电机抽油泵，它主要由抽油泵1和直线电动 机2两大部分组成；所述直线电动机2的电枢由多个单节电枢121串联而 成，在泵筒上设有专用阀；每两单节电枢121之间通过螺紋连接节连接，即 带止口螺紋对丝122与内螺紋压盖123旋紧连接，并通过止口定位和止口端 面密封；多个单节电枢121视多个直线电动机的串联，各节绕组之间采用换 相连接；在直线电动机2的两端设有上密封套107和下密封套101对气隙 111密封，在紧靠上密封套107处设有孔用ST形密封圏106并与密封活塞 114配合；在下密封套101内的游动密封活塞102上:&有轴用ST形密封圈 108;在电枢内套125中的动子112的》兹极为径向；兹路》兹极，用永久i兹铁133 励磁，并带有启动绕组132;在所述直线电动机2的外壳内还设有空气膨胀 器；所述抽油泵筒210上端的专用阀214，通过泵筒接头209与泵筒210连 接；在泵筒210中的柱塞211和推杆213为实芯；在泵筒210外面设有泵壳 212上分布有进油孔215;与球阀206位置相应处i殳有进油口 216;进油孔 215和进油口 216均与泵壳212内的油腔连通。
所述各节绕组之间换相连接的接线方法为
第一节151的Al相的尾XI接第二节152的B2相首，第二节152的B2 相的尾Y2接第三节153的C3相首，C3相的尾为Z3;
第一节151的Bl相的尾Yl接第二节152的C2相首，第二节152的C2 相的尾Z2接第三节153的A3相首，A3相的尾为X3;
第一节151的Cl相的尾Zl接第二节152的A2相首，第二节152的A2
相的尾X2接第三节153的B3相首，B3相的尾为Y3。
所述动子112径向磁路磁极中的动子轴137为导磁扼，极靴134为环型 钢套以及启动绕组铜密封盖132、轴套131、密封圈136与永久石兹铁133密 封配合；在所述极靴134边缘焊有非导》兹金属135,并与启动绕组铜密封盖 132焊接密封，启动绕组铜密封盖132与轴套通过螺紋紧固，并在其上涂厌 氧胶。
所述空气膨胀器由膨胀胶管143、膨胀胶管支架146和膨胀器外罩141 组成，其膨胀胶管143与位于电枢和膨胀器间的导管144连通。
所述膨胀胶管支架146由不锈钢管和螺旋隔板142组成。
所述抽油泵专用阀214的结构中，固定阀202 :&在固定阀座203上，其 一端设有固定阀罩201;与固定阀202相应，在阀座204上设有球阀206, 球阀206通过弹簧座207上的弹簧205及阀座压紧螺栓208定位。
工作原理
本发明把现有游梁式抽油机在地面上通过抽油杆向上拉柱塞泵的柱塞， 改为用直线电动机在井下向上推柱塞泵的柱塞采油，直线电机抽油泵把地面 上拖动的电动机和地下的泵进行机电一体化结合，即直线电动机通过推杆拉 柱塞向下运动时固定阀关闭，进油的球阀打开，油进入油泵的上腔，直线电 动机通过推杆推柱塞向上运动时进油的球阀关闭，固定阀打开，实现采油。
实施例
参看图9、图10和图11，目前使用的直线电机抽油泵有如下缺陷直 线电动机气隙305没有保护措施，原油进入气隙305,夹杂在原油中的泥沙 沉积在气隙中，把估文直线运动的动子301卡死；原油中的化学成分腐蚀动子
301上的永久磁铁，使磁铁308失去磁性而使电机停止工作。被腐蚀的磁铁 308膨胀后，由于动子301在气隙305中被卡住，又使直线电动机停止工 作；由于用电机外壳302和电枢内套304把绕组303密封起来，电枢307里 面充满变压器油，电机正常工作后，温度升高变压器油膨胀，因无泄压装置 使电枢变形，造成动子扫堂，损坏内套，原油进入绕组，绝缘被破坏电机不 能工作；由于电枢由多个单节通过焊接连接而成(参看图10)，因此无法保 证多节电枢内径的同轴度和直线度，而造成动子扫膛；参看图11，动子磁极 釆用切向结构磁路，动子轴309从磁铁308的中间穿过，为了得到大的磁极 面积，造成动子的轴径过小，而强度不够，受到工作压力后产生的挠度扫 膛，会导致电机工作电流加大，电枢内套304易被磨漏，破坏了绕组绝缘。 泵的结构不合理，游梁式抽油机使用的柱塞泵的柱塞是受拉力的，不产生挠 度，改用直线电动才几推柱塞后的油路是推杆进油孔311、柱塞推杆312的内 孔、柱塞313的内孔、游动阀314、固定阀315与普通泵一样没有改变，但 这些部件原受拉力却变成受压力。因受力的改变，具有油路作用的空心柱塞 313和柱塞推杆312强度显然不够，产生的挠度磨擦泵筒，降低了使用寿 命，增加损耗，这是原封不动移植造成的。这些结构问题使现有直线电机抽 油泵的使用寿命最长在三个月左右，最短甚至几天，无法推广。针对这些问 题提出本发明。
参看图1至图8，井下直线电机抽油泵，它主要由抽油泵1和直线电动 机2两大部分组成。直线电动机由三相变频器供电，电枢绕组为120°电角 度的三相绕组，动子用永久磁铁励磁。直线电动机动子的运动方式为间歇往 复式直线运动，这正符合管式柱塞泵的工作方式。直线电动机2的电枢由多 个单节电枢121串耳关而成，每两单节电枢121之间通过螺紋连接节连接，即 带止口螺紋对丝122与内螺紋压盖123柠紧，采用止口定位和端面密封，带 止口螺纟丈对丝122的内径装有直线轴承110或滑动轴承，其结构与焊接结构 相比，无焊接变形，能保证电枢内套125的内径同心，而且工艺方法简单， 拆装方便。
对直线电动机气隙密封采用小间隙密封，在直线电动机2的两端设有上 密封套107和下密封套101对气隙密封。在紧靠上密封套107处设有孔用ST 形密封圈106并与密封活塞114配合；在下密封套101内的游动密封活塞 102上设有轴用ST形密封圏108。当动子112向下运动时，游动密封活塞 102随之向下，当动子112向上运动时，游动密封活塞102随之向上，起到 液压补偿和防止外物进入电机气隙的作用。
动子磁极和永久i兹铁的密封，在电枢内套125中的动子112的》兹极制成 径向磁路》兹极，动子轴137为导》兹辄，极靴134为环型钢套并用它和启动绕 组铜密封盖132、轴套131、密封圈136将永久磁铁133密封起来。在极孰 134边缘焊有非导i兹金属135,并与启动绕组铜密封盖132焊接密封，启动 绕组铜密封盖132与轴套通过螺紋紧固，并在其上涂厌氧胶，保证密封可 靠，防止井液腐蚀磁铁。此结构与切向磁路相比，径向磁路漏磁小，电机性 能好，并可取得大直径的动子轴，保证运行时不产生有害的挠度。启动挠组 又使该电机成为异步启动直线同步电动机的效果，提高了启动性能。
各节电枢绕组之间换相连接，因直线电动机的电枢铁芯不是闭合磁路， 所以绕组中产生不对称电流。多个单节电枢121视多个直线电动机的串联， 用各节绕组之间换相连接消除不对称电流，可以提高效率减少噪音。
其接线方法为
第一节151的Al相的尾XI接第二节152的B2相首，第二节152的B2 相的尾Y2接第三节153的C3相首，C3相的相尾为Z3;
第一节151的Bl相的尾Yl接第二节152的C2相首，第二节152的C2 相的尾Z2接第三节153的A3相首，A3相的相尾为X3;
第一节151的Cl相的尾Zl接第二节152的A2相首，第二节152的A2 相的尾X2接第三节153的B3相首，B3相的相尾为Y3。
三相绕组的绝^^为H级。
在直线电动机2的外壳内还设有空气膨胀器，该膨胀器由膨胀胶管 143、膨胀胶管支架146和膨胀器外罩141組成，其膨胀胶管143与位于电 枢和膨胀器间的导管144连通。当密封的电枢121内的空气受热膨胀后，通 过导管144排入膨胀胶管143内，起到泄压的作用保证了密封电枢不受膨胀 力。膨胀胶管支架146由不锈钢管和螺旋隔板142组成，膨胀胶管143盘在 膨胀胶管支架146上，外面用膨胀器外罩141进行保护。
在抽油泵筒210上端的专用阀214，通过泵筒4^头209与泵筒210连 接；该专用阀214中的固定阀202设在固定阀座203上，其一端设有固定岡 罩201;与固定岡202相应，在阀座204上设有球阀206，球阀206通过弹 簧座207上的弹簧205及阀座压紧螺栓208定位。其油路是泵壳212的进油 孔215、阀座压紧螺栓208、球阀206、阀座204、泵筒上接头209进入泵筒 的上腔。在泵筒210外面设有泵壳212上分布有进油孔215;与球阀206位 置相应处设有进油口 216;进油孔215和进油口 216均与泵壳212内的油腔 连通。在泵筒210中的柱塞211和推杆213制成实芯，增加了强度，消除了
空心柱塞和推杆挠度大的问题，改造后的柱塞泵把抽油机的柱塞改成适合直 线电动机推柱塞采油的一种新抽油泵1。
直线电动机2的密封活塞114与泵的推'杆213连接，直线电动才几2的外 壳通过筛管217与抽油泵1连接在一起组成本发明。
安装时，用电缆6将变频器5 (控制拒)和直线电动机2连接，在地面 空载运行后，把抽油泵1通过密封活塞114、推杆213及筛管217装配到直 线电动机2上，井下直线电机抽油泵通过接箍4安装在油管8上，油管8装 在井口 7上。
工作时，直线电动机2通过推杆213拉柱塞211向下运动时，固定阀 202关闭，进油的i^阀206打开，通过专用阀214油进入抽油泵筒210的上 腔。直线电动机2通过推杆213推柱塞211向上运动时，进油的球阀206关 闭，固定阀202打开，实现采油。采油时可才艮据工况，在地面用控制拒调节 "井下直线电4几抽油泵"的参数。
权利要求
1、井下直线电机抽油泵，它主要由抽油泵(1)和直线电动机(2)两大部分组成；所述直线电动机(2)的电枢由多个单节电枢(121)串联而成，在泵筒上设有专用阀；其特征在于每两单节电枢(121)之间通过螺纹连接节连接，即带止口螺纹对丝(122)与内螺纹压盖(123)旋紧连接，并通过止口定位和止口端面密封；多个单节电枢(121)视多个直线电动机的串联，各节绕组之间采用换相连接；在直线电动机(2)的两端设有上密封套(107)和下密封套(101)密封气隙(111)，在紧靠上密封套(107)处设有孔用ST形密封圈(106)并与密封活塞(114)配合；在下密封套(101)内的游动密封活塞(102)上设有轴用ST形密封圈(108)；在电枢内套(125)中的动子(112)的磁极为径向磁路磁极，用永久磁铁(133)励磁，并带有启动绕组(132)；在所述直线电动机(2)的外壳内还设有空气膨胀器；所述抽油泵筒(210)上端的专用阀(214)，通过泵筒接头(209)与泵筒(210)连接；在泵筒(210)中的柱塞(211)和推杆(213)为实芯；在泵筒(210)外面的泵壳(212)上分布有进油孔(215)；与球阀(206)位置相应处设有进油口(216)；进油孔(215)和进油口(216)均与泵壳(212)内的油腔连通。
2、 根据权利要求1所述的井下直线电机抽油泵，其特征在于所述各 节绕组之间换相连接的接线方法为第一节(151) Al相的尾XI接第二节(152) B2相首，第二节(152) B2相的尾Y2接第三节(153)C3相首,C3相的尾为Z3; 第一节(151) Bl相的尾Yl接第二节(152) C2相首，第二节(152) C2相的尾Z2接第三节(153) A3相首，A3相的尾为X3;第一节(151) Cl相的尾Zl接第二节(152) A2相首，第二节(152) A2相的尾X2接第三节(153)B3相首,B3相的尾为Y3。
3、 根据权利要求1所述的井下直线电机抽油泵，其特征在于所述动 子(112)径向i兹路i兹极中的动子轴(137)为导^兹扼，极執(134)为环型 钢套以及启动绕组铜密封盖(132)、轴套(131)、密封圈(136)与永久,兹 铁(133)密封配合；在所述极靴(134)边缘焊有非导》兹金属(135),并与 启动绕组铜密封盖(132)焊接密封，启动绕组铜密封盖(132)与轴套通过 螺紋紧固，并在其上涂厌氧胶。
4、 根据权利要求1所述的井下直线电机抽油泵，其特征在于所述空 气膨胀器由膨胀胶管(143)、膨胀胶管支架(146)和膨胀器外罩(141)组 成，其膨胀胶管(143)与位于电枢和膨胀器间的导管(144)连通。
5、 根据权利要求4所述的井下直线电机抽油泵，其特征在于所述膨 胀胶管支架(146)由不锈钢管和螺旋隔板(142)组成。
6、 根据权利要求1所述的井下直线电机抽油泵，其特征在于所述抽 油泵专用阀(214)结构中，固定阀(202 )设在固定阀座(203 )上，其一 端设有固定阀罩(201);与固定阀(202 )相应，在阀座(204 )上设有球阀(206 )，球阀(206 )通过弹簧座(207 )上的弹簧(205 )及阀座压紧螺栓 (208 )定位。
全文摘要
井下直线电机抽油泵，为了解决现有直线抽油泵结构不合理，而造成动子卡死、扫膛、磁铁腐蚀、使用寿命短等技术问题而设计的它主要由抽油泵和直线电动机两大部分组成。其中直线电动机的单节电枢间通过带止口螺纹对丝连接，并通过止口定位和端面密封；各节绕组之间采用换相接线；直线电动机气隙采用小间隙密封；动子的磁极为径向磁路磁极；在直线电动机的外壳内还设有空气膨胀器。直线电动机通过筛管与抽油泵连接，在泵筒的上端设计了专用阀，改变了传统的油路，在泵筒中的柱塞和推杆采用实芯。本发明的特点及有益效果结构合理，节约能源、不污染环境、适合定向井使用，可实现根据不同井液的变化随时进行参数调整。
文档编号H02K3/28GK101363437SQ20081001355
公开日2009年2月11日 申请日期2008年10月8日 优先权日2008年10月8日
发明者蒋世杰, 蒋洪涛 申请人:蒋洪涛