[发明专利]井下圆筒形直线电机分力式动子

说明书

技术领域

本发明涉及油田采油技术领域，特别涉及一种井下直线电机柱塞泵，是一种井下直线电机柱塞泵的分力式动子。

背景技术

圆筒形直线电机用于井下泵开采的动力，是近几年应用于油田开采的一项新技术。由于这种直线电机推力大，能耗少，结构简单，比较适合油井开采使用，因而在圆筒形永磁直线电机研究方面投入资金和研究人员相对较多。但是圆筒形直线电机在油田应用时间较短，因此，目前现场应用的井下圆筒形直线电机还存在较多的问题。由于油井本身的特殊条件，对井下圆筒形直线电机也提出了相应的要求。首先是井筒的直径限制了圆筒形直线电机的直径，因而增加直线电机的推力只能靠增加直线电机的长度来实现，导致井下圆筒形直线电机定子的长度增加，相应地，直线电机动子的长度也增加。对于大推力、长动子的直线电机，目前采用的动子结构是：在一根不锈钢中心杆上，按照顺序将磁轭、磁钢外套、磁钢内套、磁钢套装上去，在不锈钢中心杆的两端分别用下紧固螺帽和上紧固螺帽固定，然后，将动子外套套在动子外面，动子外套的两端与两端的磁轭用氩弧焊焊接。这种结构的动子主要存在以下问题：当动子向上运动时，各级的电磁推力最终会集中在最下一级磁钢上，导致最下一级磁钢所受的压力过大而破碎；二是由于动子过长，通常接近10m，过大的推力会导致动子中心杆的下端弯曲变形；三是作用力集中在中心杆下端部的螺纹上，导致中心杆下端部的螺纹疲劳损伤失效。

发明内容

本发明的目的是：提供一种井下圆筒形直线电机分力式动子，使圆筒形直线电机动子的结构更加合理，最大限度将动子上的集中力分散开来，改善动子下部磁钢的受力状态，消除由于集中应力产生的动子下部弯曲变形，避免动子端部限位螺纹的疲劳损伤失效问题。

本发明采用的技术方案是：井下圆筒形直线电机分力式动子，主要由中心杆、下限位螺母、动子磁轭、磁钢外套、磁钢、磁钢内套、动子外套和动子上限位螺母组成，其特征在于：中心杆采用不锈钢材料制成，中心杆的直径在17～19mm之间，长度在4000～10000mm之间；在的中心杆上每隔33～35mm的距离加工一个环形槽，环形槽的深度为0.8～1.2mm，环形槽的宽度为6～8mm；动子磁轭为圆环形，动子磁轭的内径与中心杆外径相同，动子磁轭套在中心杆外壁上；在中心杆的每个环形槽内嵌有一个磁钢内套，所述的磁钢内套为半圆环形体，两个半圆环形体相对成为一个磁钢内套，磁钢内套内径与中心杆环形槽的内径相同，磁钢内套的厚度在6～8mm之间，磁钢内套的高度与中心杆的环形槽的宽度相同；在磁钢内套的外壁上套有圆环形的磁钢，磁钢的高度与磁钢内套的高度相同；圆环形的磁钢外壁上套有圆环形的磁钢外套，磁钢外套的外径与动子磁轭的外径相同；所述动子磁轭数量为90～200个之间，动子磁轭在磁钢内套的两侧；在中心杆的两端分别固定有限位螺母；在动子磁轭和磁钢外套的外壁上套有动子外套，动子外套的两端部分别焊接在上下两端的动子磁轭外壁上。所述的动子外套为圆筒形，动子外套的壁厚为0.45～0.55mm之间。

所述的动子外套两端部焊接在上下两端动子磁轭外壁上，是采用氩弧焊的方法焊接。

简述井下圆筒形直线电机分力式动子的组装过程，有助于理解本发明。参阅图1。首先，将一个动子磁轭3套在中心杆2上。然后，将两个半圆环体组成的磁钢内套6扣在中心杆1上端的一个环形槽内；将环形磁钢5套在磁钢内套6外壁上，磁钢内套6不能分开；再将磁钢外套4套在磁钢5的外壁上，这样地将一个动子磁轭3套在中心杆1上，载完成磁钢内套6、磁钢5和磁钢外套4的套装。按照设计要求组装完毕后，将动子外套7套在动子磁轭3和磁钢外套4整个外壁上。动子外套7的两端分别与两端的动子磁轭3用氩弧焊焊接，然后将两端的限位螺母2分别螺纹固定在中心杆1的两端。组装好的动子具有分力功能，即动子在直线电机定子中上下往复运动时，所有处于定子内的动子均受到定子磁力的作用，动子上的每一个磁钢5都将受到的磁力传递给其下部的动子磁轭3，动子磁轭3将磁力作用在磁钢内套6上，通过磁钢内套6将磁力作用在中心杆1的环形槽上，达到分力的目的。

动子磁轭3采用导磁率比较高的材料制成，如A3钢以及软磁合金。磁钢5采用的是钕铁硼材料。本领域的技术人员熟知磁钢5和动子磁轭3的材料，不详细叙述。

本发明的有益效果：本发明井下圆筒形直线电机分力式动子，在动子中心杆上加工有环形槽，环形槽就是卸载槽，能将每个磁钢所受的电磁力作用在中心杆的环形槽的台阶上，不让电磁力作用在最下一级磁钢上，能有效的防止在整个动子的下部产生磁力的集中。将磁钢内套分成两块，可以方便的安装在中心杆上的环形槽内。