專利名稱：螺桿泵用空心立軸式永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種螺桿泵用空心立軸式永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置，屬于油田機(jī)械式采
油地面驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
目前油田螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備有三種方式，一、采用臥式水平軸三項(xiàng)異步電機(jī)， 電機(jī)輸出軸的皮帶輪與錐齒輪減速機(jī)換向減速，其公認(rèn)的缺陷是傳動(dòng)效率低，漏油、能 耗高，機(jī)械磨損大和檢修頻繁。二、發(fā)明專利螺桿泵用直驅(qū)式永磁同步電動(dòng)機(jī)(專利號(hào) 200610155454)，存在下列缺陷1、推力調(diào)心滾子軸承置于電機(jī)外的支撐座里，電機(jī)與支撐座 構(gòu)成一體，加大了傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度和電機(jī)的安裝難度，2、需要磁敏式位移傳感器安裝在電機(jī) 內(nèi)，檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，將檢測(cè)信號(hào)反饋給變頻器，才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的控制，這樣做，制造成本 和安裝難度增大，3、不能添加、更換潤(rùn)滑油，在野外長(zhǎng)期不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承潤(rùn)滑油得不到及 時(shí)更新，使用壽命大打折扣。三、永磁同步無齒輪驅(qū)動(dòng)螺桿泵式采油機(jī)(ZL2007200310802) 需要安裝電磁制動(dòng)器、抱閘臂和光電旋轉(zhuǎn)編碼器，增大了加工難度和增多了故障點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有三種驅(qū)動(dòng)技術(shù)所存在的缺陷，提供一種節(jié)能環(huán)保、 傳遞效率高、控制、操作簡(jiǎn)便和使用壽命長(zhǎng)的油田螺桿泵用空心立軸式永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置， 啟動(dòng)、調(diào)速、增減速、停車等功能不受任何影響，由于采用了大扭矩、低轉(zhuǎn)速、恒轉(zhuǎn)矩的永磁 同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，舍棄了電機(jī)和減速機(jī)間的皮帶輪及傳動(dòng)帶，同時(shí)也舍棄了錐齒輪減速 機(jī)，提高了傳動(dòng)效率，采用開環(huán)控制，舍棄了磁敏式位移傳感器，變頻器直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)了在運(yùn)行過程中無級(jí)調(diào)速，使控制和操作簡(jiǎn)單方便，舍棄了電磁制動(dòng)器、舍棄 了抱閘臂和光電旋轉(zhuǎn)編碼器，同樣使控制功能智能化，實(shí)現(xiàn)了出現(xiàn)井下意外事故，如斷桿， 會(huì)瞬間自動(dòng)斷電、井下傳遞扭矩的光桿積聚的反向旋轉(zhuǎn)扭矩處于自由釋放狀態(tài)，此時(shí)永磁 同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為永磁同步發(fā)電機(jī)，在額定的轉(zhuǎn)速下，逐漸釋放能量，不會(huì)像異步電機(jī)那 樣，出現(xiàn)反轉(zhuǎn)失控，因此也不需要安裝機(jī)械式限制反轉(zhuǎn)的離合器。 本實(shí)用新型的具體技術(shù)內(nèi)容是一種螺桿泵用空心立軸式永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置，包 括永磁同步電動(dòng)機(jī)部件，還包括油田用螺桿泵部分部件，其特征在于永磁同步電機(jī)傳動(dòng)軸 其軸心為空腔結(jié)構(gòu)、其外觀為階梯結(jié)構(gòu)，空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸在直徑較大的一端裝有承受 軸向力的軸承、直徑較小的一端裝有承受徑向力的軸承，電機(jī)殼與軸承之間設(shè)有油槽、外露 的油孔用封堵蓋封堵將灰塵隔離，及時(shí)更換、清洗和添加軸承油脂，承載軸向力的軸承可外 置于機(jī)殼下端蓋內(nèi)，機(jī)殼下端蓋與油井井口三通法蘭直接聯(lián)結(jié)，承載徑向力的軸承可外置 于機(jī)殼的上端蓋內(nèi)，光桿與空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸通過卡瓦和聯(lián)軸器固定在一起，另一種為 內(nèi)置式其結(jié)構(gòu)是，裝有承受軸向力的軸承和裝有承受徑向力的軸承置于機(jī)殼內(nèi)，所述的 永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置為永磁同步電機(jī)、無刷直流電機(jī)或開關(guān)磁阻電機(jī)，所述的承載軸向力軸 承可以是推力球軸承、調(diào)心滾子軸承，承載徑向力軸承可以是雙封深溝球軸承、圓錐磙子軸承、角接觸球軸承。 本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下積極效果。 1、根據(jù)不同點(diǎn)的受力情況，階梯狀主軸上的直徑大小，配備了相應(yīng)功能和孔徑不 等的軸承，發(fā)揮材料的最佳功能。推力調(diào)心滾子軸承解決了徑向受力問題，深溝滾子軸承解 決了徑向受力問題。 2、省去了皮帶傳動(dòng)和齒輪減速機(jī)，永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，沒有齒輪嚙合，避免了 盤根的滲漏油，提高了功率因數(shù)。 3、采用開環(huán)控制，取掉了磁敏式位置傳感器布置在定子的端面作適時(shí)檢測(cè)，同樣 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制精度。 4、機(jī)殼和軸承中間設(shè)有油槽、油孔及封堵蓋，可方便更換、清洗、添加油脂，延長(zhǎng)了 軸承的使用壽命。 5、當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)(如井下斷桿時(shí))，載荷發(fā)生變化，會(huì)立即控制斷電，井下光桿出 現(xiàn)反向扭矩，此時(shí)同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橥桨l(fā)電機(jī)做功，消耗反向能量，不會(huì)出現(xiàn)反向失控現(xiàn)象。

圖1為本實(shí)用新型軸承外置式結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型軸承內(nèi)置式結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本實(shí)用新型安裝結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施方式圖中標(biāo)示100、空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸，210、推力調(diào)心滾子軸承(承載軸向力軸 承)，220、雙密封深溝軸承(承載徑向力軸承)，300、電機(jī)殼，310、電機(jī)下端蓋，320、電機(jī)上 端蓋，410、411、油槽，420、421油孔，430、431、封堵蓋，500、旋轉(zhuǎn)光桿，510、卡瓦，520、聯(lián)軸 器，600 、下支撐座，610 、井口三通法蘭，620 、螺桿泵
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本實(shí)用新型詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容和實(shí)施方式。 本實(shí)用新型的螺桿泵用空心立軸式永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置，包括永磁同步電動(dòng)機(jī)部 件，如電動(dòng)機(jī)機(jī)殼、定子、轉(zhuǎn)子、軸、軸承、支撐座組成，還包括油田用螺桿泵部分部件，旋轉(zhuǎn) 光桿510 —端連接井下的螺桿泵620另一端穿過空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸100，通過卡瓦510和 聯(lián)軸器520將旋轉(zhuǎn)光桿500和空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸100固定在一起，將電磁扭矩通過旋轉(zhuǎn) 光桿510傳遞給井下螺桿泵620，轉(zhuǎn)換為機(jī)械扭矩，其特征在于永磁同步電機(jī)傳動(dòng)軸100 其軸心腔為空心結(jié)構(gòu)、其外觀為階梯結(jié)構(gòu)，空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸100直徑較大的一端裝有 承受軸向力軸承210、直徑較小的一端裝有承受徑向力軸承220。電機(jī)殼300與軸承210之 間設(shè)有油槽410、油孔420、封堵蓋430，用于軸承更換油脂，承受軸向力軸承210可外置于機(jī) 殼下端蓋310內(nèi)，機(jī)殼下端蓋310與油井井口三通法蘭直接聯(lián)結(jié)，承受徑向力軸承220可外 置于機(jī)殼的上端蓋320內(nèi)，旋轉(zhuǎn)光桿500與空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸100通過卡瓦510和聯(lián)軸 器520固定在一起，另一種為內(nèi)置式其結(jié)構(gòu)是，裝有承受軸向力軸承210和裝有承受徑向 力軸承220置于機(jī)殼300內(nèi)，所述的永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置為永磁同步電機(jī)、無刷直流電機(jī)或開 關(guān)磁阻電機(jī)，所述的承受軸向力軸承210可以是推力球軸承、調(diào)心滾子軸承，承受徑向力軸
4承220可以是雙封深溝球軸承、圓錐磙子軸承、角接觸球軸承。 如圖1、3所示，為軸承外置式結(jié)構(gòu)，永磁同步電機(jī)的磁鋼、硅鋼片、漆包線構(gòu)成的 定子、轉(zhuǎn)子放在電機(jī)殼300內(nèi)，裝有推力球軸承210放在電機(jī)下端蓋310內(nèi)，直接承受軸向 力，電機(jī)下端蓋310與井口三通法蘭610連接，裝有雙封深溝球軸承220放在電機(jī)上端蓋 320內(nèi)，承受徑向力，空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸100直徑大的放在下端，旋轉(zhuǎn)光桿500 —端連接井 下的螺桿泵620另一端穿過地面上本裝置的空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸100的軸心空腔，由卡瓦 510和聯(lián)軸器520將旋轉(zhuǎn)光桿500和空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸100固定在一起，電機(jī)下端蓋310 與軸承210之間設(shè)有油槽410、油孔420、封堵蓋430，電機(jī)上端蓋320與軸承220之間設(shè)有 油槽411、油孔421、封堵蓋431，用于軸承清洗更換油脂。 如圖2、3所示，為軸承內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，除永磁同步電機(jī)的磁鋼、硅鋼片、漆包線構(gòu)成 的定子、轉(zhuǎn)子放在電機(jī)殼300內(nèi)，裝有推力球軸承210和裝有雙封深溝球軸承220也放在電 機(jī)殼300內(nèi)，永磁同步電機(jī)坐在下支撐座600上，與井口三通法蘭610連接，旋轉(zhuǎn)光桿500 地面最上端從空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸100的軸心空腔穿過，經(jīng)聯(lián)軸器和卡瓦使其連接一起， 傳遞轉(zhuǎn)矩給井下螺桿泵，因驅(qū)動(dòng)螺桿泵旋轉(zhuǎn)，不要求毫米級(jí)精度，本實(shí)用新型不需要磁敏式 位置傳感器，也不需要光電旋轉(zhuǎn)編碼器，來檢測(cè)信號(hào)再輸入到變頻器中來實(shí)現(xiàn)控制，而是采 用永磁同步電機(jī)的開環(huán)控制，直接通過頻率的調(diào)整來調(diào)節(jié)輸出電流大小，控制轉(zhuǎn)速和輸出 扭矩。并設(shè)有載荷的突然變化，控制器自動(dòng)切斷電源功能，在斷電情況下，井下反向力矩將 機(jī)械能傳遞給本裝置，在額定轉(zhuǎn)速下，本裝置轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)，逐漸消耗反向能量，因此，不需 要安裝機(jī)械式離合器來限制反轉(zhuǎn)速度。
權(quán)利要求一種空心立軸式油田螺桿泵用永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置，包括永磁同步電動(dòng)機(jī)部件，其特征在于永磁同步電機(jī)的傳動(dòng)軸其軸心腔為空心、其外觀為階梯結(jié)構(gòu)，空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸(100)直徑較大的一端裝有承受軸向力軸承(210)直徑較小的一端裝有承受徑向力軸承(220)，軸承(210、220)與電機(jī)殼(300)之間設(shè)有油槽(410、411)，電機(jī)殼(300)設(shè)有加油孔(420、421)，加油孔設(shè)有封堵蓋。
2. 據(jù)權(quán)利要求1所述的空心立軸式油田螺桿泵用永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于裝 有承載軸向力軸承(210)可外置于電機(jī)機(jī)殼(300)的機(jī)殼下端蓋(310)內(nèi)，機(jī)殼下端蓋 (310)與油井井口三通法蘭(610)直接聯(lián)結(jié)，裝有承受徑向力軸承(220)可外置于電機(jī)機(jī)殼 (300)的上端蓋(320)內(nèi)。光桿(500)與空心階梯結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸(100)通過卡瓦(510)和聯(lián) 軸器(520)固定在一起。
3. 據(jù)權(quán)利要求1所述的空心立軸式油田螺桿泵用永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于裝 有承載軸向力軸承(210)和裝有承載徑向力軸承(220)可內(nèi)置于電機(jī)機(jī)殼(300)內(nèi)。
4. 據(jù)權(quán)利要求1所述的空心立軸式油田螺桿泵用永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所 述的永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置為永磁同步電機(jī)、無刷直流電機(jī)或開關(guān)磁阻電機(jī)。
5. 據(jù)權(quán)利要求1所述的空心立軸式油田螺桿泵用永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所 述的承載軸向力軸承(210)可以是推力球軸承、調(diào)心滾子軸承，承載徑向力軸承(220)可以 是雙封深溝球軸承、圓錐磙子軸承、角接觸球軸承。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種螺桿泵用空心立軸式永磁同步驅(qū)動(dòng)裝置，屬于油田機(jī)械式采油地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備。其特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直接驅(qū)動(dòng)式同步電機(jī)，電機(jī)軸為立式空心結(jié)構(gòu)，光桿從中穿過并與軸通過卡瓦和聯(lián)軸器連接固定，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，同步帶動(dòng)光桿旋轉(zhuǎn)，最終帶動(dòng)井下的螺桿泵旋轉(zhuǎn)，將油提升上來，省去了皮帶傳動(dòng)和減速機(jī)，采用開環(huán)控制，取掉了磁敏式位置傳感器，在電機(jī)內(nèi)的軸承與機(jī)殼間開設(shè)油槽孔，可及時(shí)更換、清洗、添加油脂，延長(zhǎng)了軸承長(zhǎng)期處于不間斷工作狀態(tài)的使用壽命。
文檔編號(hào)H02K7/08GK201496240SQ20082022828
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者崔鋼都, 徐建寧, 陸健 申請(qǐng)人:崔鋼都;徐建寧;陸健