專利名稱：螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機，用于地面驅(qū)動的螺桿泵用驅(qū)動裝置，屬機械式采油用設備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)實地面驅(qū)動的螺桿泵采油設備，通常有兩種驅(qū)動方式一、采用臥式異步電動機驅(qū)動的傳統(tǒng)式螺桿泵抽油機，它通過90°錐齒輪換向減速、皮帶傳動來提高轉(zhuǎn)矩。這種結(jié)構(gòu)存著的缺陷有1、傳動效率低、能耗高，這是由于螺桿泵一般都屬于滿負荷啟動、輕載運行狀態(tài)。人們?yōu)榭朔鲃踊螨X輪傳動中的機械損耗，保證啟動時有足夠大的轉(zhuǎn)矩，通常采用增大電機容量的辦法，因而造成大馬拉小車的資源浪費現(xiàn)象。2、因無法防止泵桿斷裂會引起機械事故的發(fā)生，這是由于所配電機一般為異步恒頻恒壓控制，無法調(diào)整轉(zhuǎn)矩，當井下發(fā)生異常或地面出口管線阻塞時，極易造成泵桿的斷裂和減速箱齒輪的斷裂等故障發(fā)生。3、盤根滲漏油現(xiàn)象嚴重，由于采用中、高速異步電機和皮帶傳動，機械振動大，加上減速箱為單側(cè)不對稱驅(qū)動方式，致使驅(qū)動系統(tǒng)的機械擺頭幅值大，其結(jié)果是螺桿泵的盤根受過大的機械擺動力會產(chǎn)生較為嚴重的滲漏油問題。4、采用減速箱和皮帶傳動，使維護頻繁，采油時間減少。二、采用立式電動機驅(qū)動的螺桿泵抽油機，它的轉(zhuǎn)子軸一般為空心結(jié)構(gòu)，動力光桿穿過該轉(zhuǎn)子軸，呈同軸驅(qū)動方式，這雖然能夠克服前述臥式驅(qū)動方式的某些缺陷，但這種結(jié)構(gòu)仍存在一定的缺陷，如由于井下螺桿泵和泵桿的重量和全部作用在立式電機軸下部的軸承上，而螺桿泵抽油機又是24小時連續(xù)工作，其結(jié)果必然是造成軸承的過早損壞失效，如果損壞失效后的軸承不能被及時發(fā)現(xiàn)，就會造成嚴重的機械和安全事故；且頻繁地停機檢查和檢修，影響到采油量。
經(jīng)檢索中國專利，有關稀土永磁電動機方面的專利，其結(jié)構(gòu)雖然包括了現(xiàn)有電動機的基本部件，如外殼、定子、轉(zhuǎn)子等，但與本發(fā)明涉及到的結(jié)構(gòu)和磁鋼布置方式不相同，且不能被運用在油田采油抽油用設備——螺桿泵中，例如專利號200420091822.7。經(jīng)檢索中國專利，有關螺桿泵方面技術(shù)有的如勝利油田申請的專利號為1、99221423.8；2、200510042122.8；3、200420039912.1；其中所涉及的螺桿泵與電動機配合的結(jié)構(gòu)均與本發(fā)明不同。這些專利技術(shù)同樣無法克服前述提及到的現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的兩種驅(qū)動方式所存在的缺陷，提供一種地面采油的專用驅(qū)動設備——螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機，它的軸下端選用能承受較大軸向負荷的推力調(diào)心滾子軸承，從而提高滿負荷工作時螺桿泵的可靠性、免維護和增加作業(yè)時間并降低采油成本的優(yōu)點。驅(qū)動裝置采用先進永磁同步電動機代替普通電動機，并匹配有與螺桿泵相吻合的連接裝置，省去了皮帶傳動和齒輪減速箱，可提供短時過載轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，有利于螺桿泵的滿載啟動、高效節(jié)能節(jié)電，有效地解決了泵桿斷裂等事故，防止了盤根的滲漏油。
本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容是一種螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機，包括永磁同步電動機部件，其中的轉(zhuǎn)子軸內(nèi)腔為空心結(jié)構(gòu)以供光桿穿過，還包括電動機與井下螺桿泵的配套部件，其特征在于永磁同步電動機的上部通過分體式卡箍鍵套夾固輸入扭矩光桿并實現(xiàn)與螺桿泵的連接；在電動機的下部通過支撐座直接豎直固定在井口三通上，形成一與空心轉(zhuǎn)子軸、螺桿泵光桿的同軸驅(qū)動；軸承為推力調(diào)心滾子軸承并外置于電機殼的外部并內(nèi)置于支撐座內(nèi)，保證轉(zhuǎn)子軸與輸入扭矩光桿、螺桿泵為同軸直驅(qū)動，通過配套一變頻器隨機測得轉(zhuǎn)速，對電動機輸入與之匹配的三相交流頻率，從而達到轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制的目的；磁敏式位置傳感器布置在定子的端面作適時檢測；在轉(zhuǎn)子的外表面面貼有稀土永磁的磁鋼本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點和積極效果。
1、由于設置了外置的推力調(diào)心滾子軸承，能夠承受足夠大的軸向負荷，從而提高滿負荷工作時螺桿泵的可靠性，并具有免維護、增加采油時間、降低采油成本特點。
2、驅(qū)動裝置采用技術(shù)先進的永磁同步電動機，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制，從而達到a)可直接利用三相交流電，通過改變頻率，為電動機輸入三相正弦波；較之于依賴方波輸入的驅(qū)動裝置具有更高的電能利用效率。
b)省去了皮帶傳動和齒輪減速箱，可提供短時達4倍的過載轉(zhuǎn)矩，有利于螺桿泵的滿載啟動，在額定轉(zhuǎn)矩下電動機可低速運轉(zhuǎn)，COSΦ可達0.98；在這種情況的保證下，驅(qū)動裝置可以直接驅(qū)動螺桿泵，實現(xiàn)與所述空心結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子軸、螺桿泵光桿同軸驅(qū)動的方式。
c)高效節(jié)能、平均綜合節(jié)電提高25％，有效地解決了泵桿斷裂等事故，防止了盤根滲漏油問題，設備更具有體積小、重量輕。
3、永磁同步電動機的上、下部，通過設計靈活可行的配套裝置，實現(xiàn)了與螺桿泵連接一體的理想采油裝置。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖面圖；圖3為本發(fā)明安裝的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3中分體式卡箍鍵套10的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
附圖1、2為本發(fā)明的最佳實施方式，圖3為本發(fā)明安裝后的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為圖3中分體式卡箍鍵套10的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標示1、電機機殼，2、轉(zhuǎn)子軸，3、支撐座，4、推力調(diào)心滾子軸承，5、定子，6、磁敏式位置傳感器，7、轉(zhuǎn)子，8、磁鋼，9、光桿，10、分體式卡箍鍵套，11、電動機，12、井口三通，13、螺桿泵。
下面結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明詳細技術(shù)內(nèi)容和實施方式。
本發(fā)明的螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機，包括永磁同步電動機部件，如電動機機殼、定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸、支撐座、推力調(diào)心滾子軸承組成，其中的轉(zhuǎn)子軸內(nèi)腔為空心結(jié)構(gòu)，用于螺桿泵13的驅(qū)動用光桿9的穿過，還包括電動機與井下螺桿泵13的配套裝置，其特征在于永磁同步電動機11的上部通過分體式卡箍鍵套10夾固輸入扭矩光桿9，實現(xiàn)與螺桿泵13的連接，在電動機11的下部通過支撐座3豎直固定在井口三通12上；軸承采用推力調(diào)心滾子軸承4并外置于電機殼1的外部并內(nèi)置于支撐座3內(nèi)，保證轉(zhuǎn)子軸2與輸入扭矩光桿9、螺桿泵13為同軸直驅(qū)動；磁敏式位置傳感器6布置在定子5的端面作適時檢測；在轉(zhuǎn)子7的外圓柱表面上貼有稀土永磁的磁鋼8。當電機轉(zhuǎn)動時，磁敏式位置傳感器6利用磁鋼8的邊緣效應檢測轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn)速，并將檢測信號反饋輸入到變頻器中，從而實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制。
上述的螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機，其中螺桿泵的輸入扭矩光桿9向上穿過轉(zhuǎn)子軸2的內(nèi)腔，通過分體卡箍鍵套10與轉(zhuǎn)子軸2的頂端凹槽懸掛固定，以傳遞螺桿泵的輸入轉(zhuǎn)矩。
所述的螺桿泵輸入扭矩光桿9的下部穿過轉(zhuǎn)子軸2的內(nèi)腔后，經(jīng)支撐座3與直接固定在井口上的配套井口三通12固定后向下穿入井內(nèi)與井下螺桿泵13相連，以通過推力調(diào)心滾子軸承4的結(jié)構(gòu)特點將軸向載荷傳遞到支撐座3；也就是說支撐座3的底部與已有的螺桿泵配套用三通12聯(lián)結(jié)，直接固定在井口；井下螺桿泵光桿9穿過三通12、支撐座3和轉(zhuǎn)子軸2的內(nèi)腔，采用鍵與凹槽固定方式懸掛在轉(zhuǎn)子軸2的頂端，以此輸入扭矩并將井下螺桿泵及泵桿的重量傳遞到推力調(diào)心滾子軸承4，形成轉(zhuǎn)子軸2、螺桿泵光桿9和泵體13同軸驅(qū)動方式。
所述的螺桿泵的輸入扭矩光桿9向上穿過轉(zhuǎn)子軸2的內(nèi)腔，通過分體卡箍鍵套10與轉(zhuǎn)子軸2的頂端凹槽懸掛固定，以傳遞螺桿泵的輸入轉(zhuǎn)矩。
所述的螺桿泵輸入扭矩光桿9的下部穿過轉(zhuǎn)子軸2的內(nèi)腔后，經(jīng)支撐座3與直接固定在井口上的配套井口三通12后，向下穿入井內(nèi)與螺桿泵13相連，通過推力調(diào)心滾子軸承4將軸向載荷傳遞到支撐座3上。
所述的支撐座3固定在機殼1的下端，與轉(zhuǎn)子軸2的下部軸伸共同構(gòu)成推力調(diào)心滾子軸承4的內(nèi)、外支撐，支撐座3的底部與已有的螺桿泵配套用三通12聯(lián)結(jié)，直接固定在井口。井下螺桿泵光桿穿過三通、支撐座3和轉(zhuǎn)子軸2的內(nèi)腔，采用鍵與凹槽固定方式懸掛在轉(zhuǎn)子軸2的頂端，以此輸入扭矩并將井下螺桿泵及泵桿的重量傳遞到推力調(diào)心滾子軸承4。形成轉(zhuǎn)子軸2、螺桿泵光桿和泵體同軸驅(qū)動方式。
如圖1、2、3所示，支撐座3固定在機殼1的下端，與轉(zhuǎn)子軸2的下部軸伸共同構(gòu)成推力調(diào)心滾子軸承4的內(nèi)、外支撐，支撐座3的底部與已有螺桿泵配套的井口三通12聯(lián)結(jié)，直接固定在井口。井下螺桿泵13上的輸入扭矩光桿9穿過井口三通12、支撐座3和轉(zhuǎn)子軸2的內(nèi)腔，采用分體卡箍鍵套10的鍵聯(lián)結(jié)方式固定在轉(zhuǎn)子軸2的上端凹槽內(nèi)，以此輸入扭矩并將井下螺桿泵13及輸入扭矩光桿9的重量傳遞到推力調(diào)心滾子軸承4。
永磁同步電動機11內(nèi)的定子5端部裝有磁敏式位置傳感器6，在轉(zhuǎn)子7的外園柱面貼有磁鋼8；當電機轉(zhuǎn)動時，磁敏式位置傳感器6利用磁鋼8的邊緣效應檢測轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn)速，并將檢測信號反饋輸入到變頻器中，從而實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制。
圖4表示的是圖3中分體式卡箍鍵套10的結(jié)構(gòu)示意圖，可為二個半圓的、呈階梯式的凸井臺形狀，能與螺桿泵輸入扭矩光桿9呈夾持固定配合。能更形象地說明本發(fā)明與輸入扭矩光桿的結(jié)合，即通過一對分體卡箍鍵套來夾固輸入扭矩光桿實現(xiàn)的。分體式卡箍鍵套10是本發(fā)明人在研究與螺桿泵13配套時發(fā)明的一種形狀簡單、配套適合、裝卸方便靈活的實施方案，組合后的整體形狀有如一井臺，脫卸后便于存放。
本發(fā)明的電動機與采油用螺桿泵的配套裝置，并不局限于本實施方式所提供的形狀和裝置，本發(fā)明根據(jù)采油螺桿泵的形式可靈活改變。
權(quán)利要求
1.一種螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機，包括永磁同步電動機部件，其中的轉(zhuǎn)子軸內(nèi)腔為空心結(jié)構(gòu)提供螺桿泵驅(qū)動光桿(9)穿過，還包括電動機與井下螺桿泵(13)配套用部件，其特征在于永磁同步電動機(11)的上部通過分體式卡箍鍵套(10)夾固輸入扭矩光桿(9)實現(xiàn)與螺桿泵(13)的連接，在電動機(11)的下部通過支撐座(3)豎直固定在井口三通(12)上；軸承為推力調(diào)心滾子軸承(4)并外置于電機殼(1)的外部并內(nèi)置于支撐座(3)內(nèi)，保證轉(zhuǎn)子軸(2)與輸入扭矩光桿(9)、螺桿泵(13)為同軸直驅(qū)動；磁敏式位置傳感器(6)布置在定子(5)的端面作適時檢測；在轉(zhuǎn)子(7)的外表面面貼有稀土永磁的磁鋼(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機，其特征在于螺桿泵的輸入扭矩光桿(9)向上穿過轉(zhuǎn)子軸(2)的內(nèi)腔，通過分體卡箍鍵套(10)與轉(zhuǎn)子軸(2)的頂端凹槽懸掛固定，以傳遞螺桿泵的輸入轉(zhuǎn)矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機，其特征在于所述的螺桿泵輸入扭矩光桿(9)的下部穿過轉(zhuǎn)子軸(2)的內(nèi)腔后，經(jīng)支撐座(3)與直接固定在井口上的配套井口三通(12)，然后向下穿入井內(nèi)與井下螺桿泵(13)相連，通過推力調(diào)心滾子軸承(4)將軸向載荷傳遞到支撐座(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子(7)的外圓柱面上貼有磁鋼(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機，其特征在于所述的分體卡箍鍵套(10)為二個半圓的、呈階梯式的凸井臺形狀，與螺桿泵輸入扭矩光桿(9)呈夾持固定配合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動機，屬地面驅(qū)動機械式采油設備。本發(fā)明采用永磁同步電動機，還包括與螺桿泵相配套的裝置，其特征是它的軸下端用推力調(diào)心滾子軸承，驅(qū)動裝置用永磁同步電動機，并匹配有與螺桿泵相吻合的連接裝置。省去皮帶傳動和齒輪減速箱，可提供短時過載達4倍的轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，有利于螺桿泵的滿載啟動、高效節(jié)能節(jié)電25％，有效地解決了泵桿斷裂等事故，防止了盤根的滲漏油，從而提高滿負荷工作時螺桿泵的可靠性、免維護和增加作業(yè)時間并降低采油成本的優(yōu)點，設備更具有體積小、重量輕。
文檔編號F04B35/00GK1996719SQ20061015545
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月26日
發(fā)明者魯力, 李創(chuàng)平 申請人:杭州富沃德電子電器有限公司