專利名稱：具有帶機械鎖定的定子疊片的電機的電潛泵(esp)的制作方法
技術領域：
本發明涉及浸入在井孔流體中的井下泵送系統。更特別地，本發明涉及軸向固定 的具有機械錨定特征的潛水泵定子。
背景技術：
潛水泵送系統通常用于碳氫化合物生產井中，用于泵送在井孔內的流體到表面。 這些流體通常是液體，包括生成的液體碳氫化合物和水。用于該應用中的一類系統采用電 潛泵(ESP)。ESP典型地設置在生產管的長度端部，并具有電力驅動的電機。通常，電力可 以經由電力電纜供應到泵電機。典型地，泵送單元設置在井孔中，正好位于打進在碳氫化合 物生成區的穿孔的上面。從而該設置允許生產的流體流過泵送電機的外表面并提供冷卻作 用。圖1的側視圖提供了用于井孔流體的生產的電潛泵(ESP)系統，該井孔流體產自 碳氫化合物鉆孔。這里，ESP系統20表示為設置在井孔5中，其中該井孔5襯有殼體11。 該井孔5穿過地層7并橫斷碳氫化合物生成區而形成。穿孔9形成為穿過殼體11并進入 到周圍地層7，從而允許夾帶在地層7中的碳氫化合物進入到井孔5中。生產的碳氫化合物 如箭頭A所示從穿孔9中排出并進入到井孔5中。該ESP系統20包括在其最下端部分的 泵電機22。鄰近該泵電機22的是密封部分24。該密封部分24響應于周圍壓力并將周圍 壓力傳送到泵系統的內部，從而基本上使泵系統內部壓力與周圍的相等，以使橫跨泵系統 密封的壓差最小。流體入口 26提供在氣體分離器28上，并構建用于接收其中的井孔生產 流體，以傳送到泵29。從泵29出來的該受壓井孔流體流入到生產管30中以傳送到表面，然 后從表面傳送用于精煉。從分離器中移除的氣體典型地從泵送系統排出并返回到井孔中， 在那里流到井頭。用于電潛泵系統的電機典型地通過在泵電機殼體內堆疊一連串定子疊片而形成。 在定子疊片堆的頂部終端和底部終端處，在殼體內形成有凹槽。所述凹槽構建用于接收卡 環，其中卡環內徑從殼體內徑延伸進入到泵電機中。電機的形成典型地包括插入位于殼體 底部的卡環，然后在殼體內添加定子疊片堆。然后用壓機或一些其他機械設備壓縮疊片；在 疊片還處于壓力下時，插入停止卡環。在定子疊片堆上的壓力釋放之后，定子疊片堆將輕微 回彈，并施加軸向力于頂部和底部卡環上，其中相對的力在相反的方向上。在卡環上的該力 將在其長度上輕微地延伸殼體。在定子疊片堆和卡環上的殘余力將疊片鎖定在位，從而防 止電機運行過程中疊片自轉。ESP泵電機還包括附接到泵電機軸上的轉子。該轉子也由相應的轉子疊片組成。 定子疊片堆和轉子疊片堆包括沿著電機長度軸向地行進的開口，其中所述開口含有電線或 其他導電元件，它們在每個轉子和定子疊片堆中形成相應的繞組線圈。典型地，在定子疊片 堆中的繞組線圈激發以形成電場，其通過磁場力在轉子堆中產生旋轉，這樣相應地旋轉泵 電機軸。

發明內容
本發明包括一種電機，其包括電機殼體；同軸地設置在電機殼體中的定子疊片 堆；形成在該定子疊片堆的外徑上的軸向延伸的凹槽；沿著該凹槽延伸且與所述定子疊片 堆的疊片聯接的條帶；和固定到該電機殼體上并與該條帶聯接接合的鎖定聯接件。所述鎖 定聯接件可以包括環，該環同軸地設置在電機殼體中且具有垂直于該環的軸線延伸從而與 所述凹槽鎖定接合的凸片部。所述環可以可選地固定到該電機殼體上。所述鎖定聯接件可 以包括分別設置在該定子疊片堆的上端和下端上的相應的鎖定環組件以及從所述鎖定環 組件延伸從而與所述凹槽鎖定接合的凸片部，其中所述條帶在所述凸片部的相應末端之間 延伸。這里還公開了一種用于潛水泵系統的電機的構造方法，包括提供具有孔的圓柱 形的殼體；將防止旋轉的鎖定裝置固定在該殼體的所述孔內；和將定子疊片堆放置于該殼 體內且與該鎖定裝置鎖定接合，其中該定子疊片堆與該鎖定裝置的接合將該定子疊片軸向 地鎖定在該殼體內。本發明還包括一種用于潛水泵系統的電機，包括具有孔的圓柱形殼體；設置在 所述殼體內的定子疊片堆，該定子疊片堆包括多個定子疊片；形成在該定子疊片堆中的縱 向延伸的凹槽；能夠通過該凹槽插入到該孔中的條帶；和錨定在該殼體的所述孔中而不能 旋轉的鎖定環，每個鎖定環具有接合該凹槽的凸片部；其中該條帶在所述凸片部之間延伸。


本發明的一些特征和優點已經陳述，其他的將通過結合附圖的描述而變得顯而易 見，其中圖1是根據本發明的井下潛水系統的側視圖；圖2以側面剖視圖提供電潛泵電機的一部分；圖3是具有鎖定環的實施方式的電潛泵電機的一部分的側面剖視圖；圖4是定子疊片的例子的頂視圖；圖5是具有定子鎖定環的電潛泵電機的實施方式的一部分的分解圖。
具體實施例方式盡管本發明將結合優選的實施方式進行描述，可以理解的是，其不旨在將本發明 限定在該實施方式中。相反，本發明旨在覆蓋所有的替代、改變和等價物，如同可以包含在 通過后面的實施方式所限定的本發明的精神和范圍內。下面將結合示出了本發明實施方式的附圖更加全面地描述本發明。然而本發明 可以以許多不同形式實現，而不解釋為限制于這里所述的示出的實施方式；而且，這些實施 方式提供用于使得本發明更加詳盡和完整，并將向本領域技術人員完全地表達本發明的范 圍。全文中，類似的附圖標記表示類似的元件。圖2是根據本發明的泵電機的一部分的側面剖視圖。該泵電機22包括大致圓柱 形的殼體32，其中一堆定子疊片34沿著殼體32的內徑的一部分堆疊。該定子疊片堆34是 大致環形的元件，其外徑與殼體32的內徑接觸。轉子堆36和泵軸38的組合位于定子疊片 堆34的內徑內。該泵軸38延伸通過泵電機32并沿著殼體32的軸線Ax大致對齊。在所示的實施方式中，殼體32的內徑基本上是光滑的，其上沒有凹槽或凸起部。轉子疊片堆36 附接到軸38上，從而轉子堆36的旋轉必然地產生軸38相應的旋轉。具有大致環形本體的 軸承40具有與定子疊片堆34的內徑接觸的外徑和與軸38的外徑聯接的內徑。軸承40減 少了軸38的摩擦旋轉并使該軸38在殼體32內對準。相應的繞組線圈形成在定子疊片堆 34內，并且當被激勵時，引起軸38旋轉，以驅動相應的泵。圖中還示出有用于在殼體32內錨定定子疊片堆34的鎖定環組件42。在所示的實 施方式中，鎖定環組件42在定子疊片堆34的頂部和底部均有設置。然而，本發明的范圍包 括具有單個鎖定環組件的泵送系統。鎖定環組件42與組成定子疊片堆34的一個或多個疊 片44機械地聯接。該機械的聯接防止那些專門的疊片相對于鎖定環組件42繞軸旋轉。還 是如圖3所示，條帶58位于定子疊片堆34的外邊緣，沿著定子疊片堆34的長度延伸。在 本實施方式中，條帶58是薄帶，其安放于由各疊片44的邊緣上的預定徑向位置處的各凹口 所形成的凹槽內。該鎖定環組件42附接到殼體32上，防止其在殼體內繞軸旋轉，從而防止 定子疊片堆34的密封旋轉。圖3是長的環組件42的豎直剖視圖。該鎖定環組件42包括鎖定環46，其為環狀 結構，其外邊緣與殼體32的內徑接觸。卡環52被圖示出為安放在形成于殼體32的內徑和 鎖定環46的外徑內的相應的通道48、50內。通道48、50與位于其內的卡環52的組合將鎖 定環46相對于殼體32錨定在設定的縱向位置?，F在參考圖4，其中示出了單獨的疊片44的頂視圖，其具有沿著其外周形成在預 定部分處的凹口 60。該鎖定環46包括凸片部54，凸片部54形成為從鎖定環46的主體沿 著殼體32的內徑延伸，從而與插入部60形成鎖定和聯接的附接。如上所述，鎖定環組件42 可穩固到殼體32上。在圖3的實施方式中，經由在鎖定環46和殼體32之間的焊接56而 提供附接。然而，也可以使用其他附接方式來將鎖定環組件42固定在泵裝置的殼體32內。圖4中還示出了軸向地穿過每個疊片34的本體而形成的槽62。電導體例如電線 64延伸通過該定子疊片堆34并通過對準的槽62。電線64形成定子疊片堆34內的繞組線 圈。圖5是用于根據本發明的ESP的泵電機的部分的分解的透視圖。在該實施方式中， 泵電機的組件示出為基本上相對于殼體軸線Ax同軸地對齊。在該透視圖中，示出了包括各 單獨的轉子疊片37的轉子堆36，其同軸地對齊以插入定子疊片堆34中。所述轉子疊片36 包括代替繞組線圈的、設置在各個槽39中的導電桿(未示出)。鎖定環46的一個實施方式中是其各個凸片部54垂直于鎖定環46的平面延伸，并 基本上平行于殼體軸線Αχ。凸片部54的長度可以從0. 25英寸到超過1英寸，在一個實施 方式中，該長度是大約0. 5英寸。在鎖定環46上的凸片部54可以彼此交錯，并且按尺寸排 布。交錯的凸片部54的長度可以確保至少一個凸片部54與相應的定子疊片44完全接合。條帶58被示出為延伸通過細長的槽，該槽由構成定子疊片堆34的疊片的外周上 的各個凹口 60形成。優選地，條帶58沿著定子疊片堆34的整個長度延伸，并終止在上、下 鎖定環組件42、43。然而，也存在其他的實施方式，例如條帶58只沿著定子疊片堆34的一 部分延伸。該條帶58可以由設置在定子疊片堆34的外周上的槽內的單個或多個元件組 成。并且盡管示出為具有大致矩形的橫截面，但條帶58可以具有其他橫截面形狀，例如正 方形、圓形或其他已知的構造。
可選地，定子疊片堆34的上部和下部的疊片中可以包括端部疊片68，其中所述端 部疊片68通過增加橫截面質量和面積，或者通過經由材料選擇的材料強度而增強。增強的 端部疊片68的一個優點在壓縮定子疊片堆的過程中實現，其中端部疊片的撓曲由于形成 定子疊片堆的壓縮力而減小?？蛇x地，可以在定子疊片堆的最外部分上附接端蓋66，用以為 可能暴露于定子疊片堆的相應外端上的繞組線圈的元件提供保護遮擋。端蓋66最好由彈 性體材料形成，該彈性體材料可以容易地固定或移除。在形成根據本發明的泵電機組件的一個例子中，鎖定環46通過卡環52聯接到殼 體32的下端。在將鎖定環46插入殼體32之前，將卡環52放置和壓入到形成在鎖定環46 的外周上的通道50中。然后鎖定環46同軸地滑入到殼體32中，直至各個通道48、50對齊， 從而允許卡環52擴張到形成在殼體32中的通道48內。卡環52的尺寸允許其同時延伸到 通道48、50內，從而將鎖定環46軸向地固定在殼體32內。然后該定子疊片堆34插入到殼 體32的上端，且凹口 60與從鎖定環46向上延伸的凸片部54對齊和接合。在定子疊片堆 34放入到殼體32之前或之后，條帶58可以插入到槽內。該條帶58可以包括沿著定子疊片 堆34延伸的單個元件，或者是串列地放置在凹槽中的多個較短的條帶?？蛇x地，在將定子 疊片堆34置入殼體32之前，條帶58膠接到凹槽內。然后將具有相應的卡環53的上鎖定環47插入到殼體32的上端。然后壓緊該定 子疊片堆34，直至卡環53接合形成于殼體32上部上的通道49，該卡環53軸向地將上鎖定 環47固定到殼體32上。在卡環53接合后，釋放壓緊力，從而允許定子疊片堆34輕微地膨 脹，從而通過其與卡環(52、53)的軸向連接而拉伸殼體32。不過卡環52、53并不防止鎖定 環46、47的旋轉，鎖定環46、47可以通過將鎖定環(46、47)固定到殼體32上的焊接點56、 57軸向地錨定。可以采用其他方式軸向地錨定鎖定環，例如螺栓連接到殼體32上的向外延 伸的凸片部(未示出)。這樣，通過焊接到殼體上的鎖定環組件和向內延伸的、與形成在疊 片上的凹口相配的凸片部的組合，防止了定子疊片堆的繞軸旋轉。用于本發明的疊片堆的長度可以從大約5英尺到大約35英尺。這樣的疊片堆的 直徑可以從約3. 00英寸到約9. 00英寸。本發明可以用于泵電機，其功率范圍從大約150 馬力到大約4000馬力，該泵電機的功率范圍還可以為從約200馬力到約3000馬力。需要理解的是，本發明不限于所示和所述的結構、運行、實際材料或實施方式的實 際細節，變形和等價物對于本領域技術人員來說是顯而易見的。在附圖和說明書中，公開了 本發明的示例的實施方式，盡管采用了專門的術語，它們只用作一般的和描述的意義，而不 作為限定。例如，凹口的位置不限于定子疊片外周，而是可以形成為通過定子疊片的本體。 相應地，本發明因此只限定于后面權利要求的范圍內。
權利要求
一種電機，包括電機殼體；同軸地設置在電機殼體中的定子疊片堆；形成在該定子疊片堆的外徑上的軸向延伸的凹槽；沿著該凹槽延伸且與所述定子疊片堆的疊片聯接的條帶；和固定到該電機殼體上并與該條帶聯接接合的鎖定聯接件。
2.根據權利要求1所述的電機，其中所述鎖定聯接件包括環，該環同軸地設置在電機 殼體中且具有垂直于該環的軸線延伸從而與所述凹槽鎖定接合的凸片部。
3.根據權利要求2所述的電機，其中所述環固定到該電機殼體上。
4.根據權利要求1所述的電機，其中所述電機的內徑是基本光滑的。
5.根據權利要求1所述的電機，其中所述條帶基本上沿著所述定子疊片堆的整個長度 延伸。
6.根據權利要求1所述的電機，其中所述鎖定聯接件包括分別設置在該定子疊片堆的 上端和下端上的相應的鎖定環組件以及從所述鎖定環組件延伸從而與所述凹槽鎖定接合 的凸片部，其中所述條帶在所述凸片部的相應末端之間延伸。
7.根據權利要求1所述的電機，還包括分別與頂部疊片和底部疊片密封配合的端蓋。
8.根據權利要求1所述的電機，還包括固定到軸上的轉子，其中所述軸和轉子同軸地 設置在定子內。
9.一種用于潛水泵系統的電機的構造方法，包括提供具有孔的圓柱形的殼體；將防止旋轉的鎖定裝置固定在該殼體的所述孔內；和將定子疊片堆放置于該殼體內且與該鎖定裝置鎖定接合，其中該定子疊片堆與該鎖定 裝置的接合將該定子疊片軸向地鎖定在該殼體內。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述鎖定裝置包括凸片部，該凸片部從固定在該 殼體的所述孔內的環形元件縱向地延伸并構造成與該定子疊片堆接合。
11.根據權利要求9所述的方法，還包括在所述殼體內固定上部鎖定裝置和下部鎖定 裝置，每個鎖定裝置均構造成鎖定地接合定子疊片堆的端部上的定子疊片。
12.根據權利要求9所述的方法，還包括形成縱向延伸的凹槽，其中所述定子疊片堆和 所述鎖定裝置包括環，該環具有能與所述凹槽接合的縱向延伸的凸片部。
13.根據權利要求9所述的方法，還包括在定子疊片堆的端部上添加端蓋。
14.一種用于潛水泵系統的電機，包括具有孔的圓柱形殼體；設置在所述殼體內的定子疊片堆，該定子疊片堆包括多個定子疊片；形成在該定子疊片堆中的縱向延伸的凹槽；能夠通過該凹槽插入到該孔中的條帶；和錨定在該殼體的所述孔中而不能旋轉的鎖定環，每個鎖定環具有接合該凹槽的凸片 部；其中該條帶在所述凸片部之間延伸。
15.根據權利要求14所述的泵送系統，還包括在所述定子疊片堆的端部上的密封蓋。
16.根據權利要求14所述的泵送系統，其中所述條帶相對于所述殼體能夠滑動。
17.根據權利要求14所述的泵送系統，其中所述殼體的所述孔是基本光滑的。
全文摘要
用于井下的潛水泵系統，其中該系統包括泵和用于驅動該泵的泵電機。該泵電機包括電機殼體，相應的定子疊片堆和轉子疊片堆設置在該電機殼體內。泵電機還包括用于將定子疊片堆軸向地固定在電機電機殼體內的錨定系統。
文檔編號E21B43/01GK101910552SQ200980101975
公開日2010年12月8日 申請日期2009年1月9日 優先權日2008年1月10日
發明者L·J·帕米特 申請人:貝克休斯公司