專利名稱：用于潛油螺桿泵的鏈式稀土永磁同步電動機驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于油田采油機械設備技術領域，特別涉及一種用于潛油螺桿泵的鏈式稀土永磁同步電動機驅動裝置。
背景技術：
目前國際上普遍采用的潛油螺桿泵中的電動機一般為細長結構的兩極三相鼠籠式異步電動機。這種細長結構的兩極三相鼠籠式異步電動機的定子采用電工鋼組成的長度為320-450mm的分級式定子鐵心，各級之間是由非磁性物隔開，壓裝在無縫鋼管外殼中；兩極定子繞組，采用人工穿線的辦法通長下線；轉子也由多級組成，每一級的長度與定子鐵心長度一致，每級轉子形成一個閉合電路，并且不與裝在主軸上的其它各級轉子電路相連；各級轉子之間裝有中間滾動軸承，它支靠在定子的非磁性物上，以防止定子和轉子接觸。長期的生產實踐表明，傳統潛油泵的異步電動機存在如下問題(1)各級轉子功率分配不均問題，異步電動機存在轉差率，各級轉子的轉差率會由于制造上的偏差而不同。當共同驅動同軸負載時，不可避免地存在各級電動機由于轉差率的不同，而負載分配不均勻。因此，可能會造成電動機局部過熱，縮短電機壽命。(2)轉差功率損耗及其散熱問題，由于整個電動機工作在地下幾千米的深層處，電動機的散熱是一個非常重要的問題。異步電動機轉子的轉差功率損耗是其最主要的損耗，其散發主要通過在密閉的電機氣隙空間中的輻射和對流，散熱條件及其不利，嚴重影響著電機使用壽命。(3)異步電動機定子繞組下線問題，異步電動機的定子是非磁性物隔開的多級磁性鐵心組成，兩級定子繞組，采用沿軸向通長下線的工藝制造。由于此類電機的細長結構，電機下線只能采用人工穿線的方法下線，制造工藝相當復雜，不便于規模化生產，并且在維修時比較困難。由于異步電動機驅動方式存在的上述主要問題，人們一直在尋求解決方案。專利號為98239542.6的“低速雙向潛油螺桿泵”，發明了一種低速雙向潛油螺桿泵，該項發明由于采用了井下潛油電機直接驅動螺桿泵，取消了現有技術中作為傳動軸的抽油桿柱，因此避免了抽油桿斷脫造成的生產事故，并且下井深度不受限制，能在斜井和定向井中使用，但是該項發明屬于有齒輪減速的潛油泵。無論是低速雙向潛油螺桿泵還是異步電動機都需要有減速器，效率和功率因數都比較低，耗電量較大，導致油田電費開支龐大。隨著油田系統采油成本的降低，潛油泵采油已成為油田穩產的重要手段之一。潛油泵的數量和能耗均較為可觀。潛油泵的安裝作業比較復雜，每次作業的費用也十分昂貴。改善潛油泵驅動電機的性能指標，提高潛油泵驅動電動機的使用壽命和運行效率，從而更好地實現節能增效，改善電網的供電狀況，對潛油泵行業的發展起著舉足輕重的作用。潛油電機的運轉壽命的長短，對采油成本和工作量影響相當嚴重，在石油價格國際化的今天，給石油企業的利潤帶來巨大的影響。
發明內容
本發明為解決上述存在的問題，提供一種用于潛油螺桿泵的鏈式稀土永磁同步電動機驅動裝置，它是采用鏈式結構，通過變頻器控制調速，以驅動潛油螺桿泵來完成抽油做功。
本發明是由多個稀土永磁同步電動機組成潛油螺桿泵的驅動裝置。整個裝置包括有多級功率單元，各級功率單元為相對獨立的稀土永磁同步電動機功率單元，各個單元采用鏈式結構連接，置于殼體中，即各功率單元定子下完線后依次壓裝于無縫鋼管殼體中，各相鄰功率單元之間安裝有支撐盤，其支撐盤為非磁性、非導電性物質，可為塑料或尼龍材質，在各個定子上沿外圓側開有凹槽或半圓孔，各相鄰單元的定子繞組在電路上并聯連接，各單元電源線通過凹槽或半圓孔引入，各單元定子繞組的電源線接頭置于支撐盤上，各相鄰功率單元的轉子軸通過中間滾動軸承連接在各相鄰定子之間的支撐盤上，用于各功率單元轉子的分段支撐。各轉子軸兩端分別為相配合的十字形槽和楔結構，各個單元轉子軸通過端部的槽和楔相互嵌套構成一個整體。
本發明的電氣控制是通過微電子-電力電子變頻器-引線電纜為鏈式稀土永磁同步電動機供電。外部控制信號通過微電子處理，將信號輸入給變頻器，變頻器通過引線為電動機提供需要的電壓和電流。
本發明是由變頻調速控制稀土永磁同步電動機，組成低速大轉矩傳動系統，取消潛油螺桿泵的所有減速機構，來實現抽油系統的無齒輪傳動。本發明可以從根本上克服傳統潛油螺桿泵異步電動機傳動效率低、運行功率因數低、負載分布不均勻、維護工作量大等不利因素；使潛油螺桿泵的傳動效率大于90％，降低了驅動電動機的功率，系統的功率因數保持在0.95以上；轉速不隨負載而變化，運行穩定性高。在運行過程中，只要電源頻率一定，稀土永磁同步電動機的轉速不隨負載的大小而改變，因而其過載能力比相應的異步電動機大。稀土永磁同步電動機的體積和重量比同容量、同極數的異步電動機小。
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明中轉子軸端面結構示意圖，圖3為本發明中定子截面結構示意圖；圖中1.殼體，2.功率單元，3.轉子軸，4.支撐盤，5.槽或楔，6.轉子，7.定子，8.凹槽。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作詳細描述實施例本發明的機械結構，如圖1所示，整個裝置包括有多級功率單元，各級功率單元2為相對獨立的稀土永磁同步電動機，功率單元2的額定功率可以在5kW～15kW，串接的功率單元2級數依負載的要求而定，各功率單元2之間采用鏈式結構，安裝于殼體1中，殼體1為鋼管，即各功率單元2的定子7下完線后依次壓裝于無縫鋼管殼體1中，各相鄰功率單元2之間安裝有支撐盤4，其支撐盤4為非磁性、非導電性物質，本例中采用塑料材質，在各個定子7上沿外圓側開有凹槽8，各相鄰功率單元2的定子7的繞組在電路上并聯連接，各單元電源線通過凹槽或半圓孔引入，各單元定子繞組的電源線接頭置于支撐盤上；各相鄰功率單元2的轉子軸3通過中間滾動軸承連接在各相鄰定子7之間的支撐盤4上，其轉子軸3兩端分別為相配合的十字形槽和楔結構，各個功率單元2通過轉子軸3端部的槽和楔相互嵌套構成一個整體。
本發明的這種鏈式連接結構，使得各功率單元2的轉子軸3固定連接在一起，在工作過程中，各功率單元2同步運轉。電氣控制是通過微電子信號處理器、變頻器為本發明的裝置提供需要的電壓和電流。微電子信號處理器接收外部的指令信號和傳感信號，經處理后控制變頻器輸出電壓的頻率，以滿足負荷的工作要求。外部指令信號是操作者的運行、停止以及調速等指令信號。傳感信號是本項發明裝置的運行工況反饋信號，包括電流、溫度、轉速，以及來自油井的其它系統的相關信號。
權利要求
1.一種用于潛油螺桿泵的鏈式稀土永磁同步電動機驅動裝置，其特征在于包括有多級功率單元，各級功率單元為相對獨立的稀土永磁同步電動機功率單元，各個功率單元采用鏈式結構連接，置于殼體中，各相鄰功率單元之間安裝有支撐盤，各相鄰功率單元的定子繞組在電路上并聯連接，各相鄰功率單元的轉子軸通過中間滾動軸承連接在各相鄰定子之間的支撐盤上。
2.根據權利要求1所述的用于潛油螺桿泵的鏈式稀土永磁同步電動機驅動裝置，其特征在于所述的各轉子軸兩端分別為相配合的十字形槽和楔結構；在各個定子上沿外圓側開有凹槽或半圓孔，各功率單元電源線通過凹槽或半圓孔引入，各功率單元定子繞組的電源線接頭置于支撐盤上。
3.根據權利要求1所述的用于潛油螺桿泵的鏈式稀土永磁同步電動機驅動裝置，其特征在于所述的各相鄰的定子之間置有的支撐盤為非磁性、非導電性物質。
全文摘要
一種用于潛油螺桿泵的鏈式稀土永磁同步電動機驅動裝置，屬于油田采油機械設備技術領域。其結構包括有多級功率單元，各級功率單元為相對獨立的稀土永磁同步電動機功率單元，各個功率單元采用鏈式結構連接，置于殼體中，各相鄰功率單元之間安裝有支撐盤，各相鄰功率單元的定子繞組在電路上并聯連接，各相鄰功率單元的轉子軸通過中間滾動軸承連接在各相鄰定子之間的支撐盤上。本發明可以使潛油螺桿泵的傳動效率大于90％，降低了驅動電動機的功率，系統的功率因數保持在0.95以上；轉速不隨負載而變化，運行穩定性高。在運行過程中，只要電源頻率一定，稀土永磁同步電動機的轉速不隨負載的大小而改變，因而各功率單元負載分配均勻，且本裝置整體的體積比相應的異步電動機小5％以上。
文檔編號H02K5/22GK1858972SQ20061004667
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月25日 優先權日2006年5月25日
發明者張炳義, 宮兆海, 馮桂宏 申請人:沈陽工大新新科技開發有限公司