專利名稱：井下圓筒形直線電機分力式動子的制作方法
技術領域：
本發明涉及油田采油技術領域，特別涉及一種井下直線電機柱塞泵，是一種井下直線電機柱塞泵的分力式動子。
背景技術：
圓筒形直線電機用于井下泵開采的動力，是近幾年應用于油田開采的一項新技術。由于這種直線電機推力大，能耗少，結構簡單，比較適合油井開采使用，因而在圓筒形永磁直線電機研究方面投入資金和研究人員相對較多。但是圓筒形直線電機在油田應用時間較短，因此，目前現場應用的井下圓筒形直線電機還存在較多的問題。由于油井本身的特殊條件，對井下圓筒形直線電機也提出了相應的要求。首先是井筒的直徑限制了圓筒形直線電機的直徑，因而增加直線電機的推力只能靠增加直線電機的長度來實現，導致井下圓筒形直線電機定子的長度增加，相應地，直線電機動子的長度也增加。對于大推力、長動子的直線電機，目前采用的動子結構是在一根不銹鋼中心桿上，按照順序將磁軛、磁鋼外套、 磁鋼內套、磁鋼套裝上去，在不銹鋼中心桿的兩端分別用下緊固螺帽和上緊固螺帽固定，然后，將動子外套套在動子外面，動子外套的兩端與兩端的磁軛用氬弧焊焊接。這種結構的動子主要存在以下問題當動子向上運動時，各級的電磁推力最終會集中在最下一級磁鋼上， 導致最下一級磁鋼所受的壓力過大而破碎；二是由于動子過長，通常接近10m，過大的推力會導致動子中心桿的下端彎曲變形；三是作用力集中在中心桿下端部的螺紋上，導致中心桿下端部的螺紋疲勞損傷失效。

發明內容
本發明的目的是提供一種井下圓筒形直線電機分力式動子，使圓筒形直線電機動子的結構更加合理，最大限度將動子上的集中力分散開來，改善動子下部磁鋼的受力狀態，消除由于集中應力產生的動子下部彎曲變形，避免動子端部限位螺紋的疲勞損傷失效問題。本發明采用的技術方案是井下圓筒形直線電機分力式動子，主要由中心桿、下限位螺母、動子磁軛、磁鋼外套、磁鋼、磁鋼內套、動子外套和動子上限位螺母組成，其特征在于中心桿采用不銹鋼材料制成，中心桿的直徑在17 19mm之間，長度在4000 IOOOOmm 之間；在的中心桿上每隔33 35mm的距離加工一個環形槽，環形槽的深度為0. 8 1. 2mm， 環形槽的寬度為6 8mm ；動子磁軛為圓環形，動子磁軛的內徑與中心桿外徑相同，動子磁軛套在中心桿外壁上；在中心桿的每個環形槽內嵌有一個磁鋼內套，所述的磁鋼內套為半圓環形體，兩個半圓環形體相對成為一個磁鋼內套，磁鋼內套內徑與中心桿環形槽的內徑相同，磁鋼內套的厚度在6 8mm之間，磁鋼內套的高度與中心桿的環形槽的寬度相同；在磁鋼內套的外壁上套有圓環形的磁鋼，磁鋼的高度與磁鋼內套的高度相同；圓環形的磁鋼外壁上套有圓環形的磁鋼外套，磁鋼外套的外徑與動子磁軛的外徑相同；所述動子磁軛數量為90 200個之間，動子磁軛在磁鋼內套的兩側；在中心桿的兩端分別固定有限位螺母；在動子磁軛和磁鋼外套的外壁上套有動子外套，動子外套的兩端部分別焊接在上下兩端的動子磁軛外壁上。所述的動子外套為圓筒形，動子外套的壁厚為0. 45 0. 55mm之間。所述的動子外套兩端部焊接在上下兩端動子磁軛外壁上，是采用氬弧焊的方法焊接。簡述井下圓筒形直線電機分力式動子的組裝過程，有助于理解本發明。參閱圖1。 首先，將一個動子磁軛3套在中心桿2上。然后，將兩個半圓環體組成的磁鋼內套6扣在中心桿1上端的一個環形槽內；將環形磁鋼5套在磁鋼內套6外壁上，磁鋼內套6不能分開； 再將磁鋼外套4套在磁鋼5的外壁上，這樣地將一個動子磁軛3套在中心桿1上，載完成磁鋼內套6、磁鋼5和磁鋼外套4的套裝。按照設計要求組裝完畢后，將動子外套7套在動子磁軛3和磁鋼外套4整個外壁上。動子外套7的兩端分別與兩端的動子磁軛3用氬弧焊焊接，然后將兩端的限位螺母2分別螺紋固定在中心桿1的兩端。組裝好的動子具有分力功能，即動子在直線電機定子中上下往復運動時，所有處于定子內的動子均受到定子磁力的作用，動子上的每一個磁鋼5都將受到的磁力傳遞給其下部的動子磁軛3，動子磁軛3將磁力作用在磁鋼內套6上，通過磁鋼內套6將磁力作用在中心桿1的環形槽上，達到分力的目的。動子磁軛3采用導磁率比較高的材料制成，如A3鋼以及軟磁合金。磁鋼5采用的是釹鐵硼材料。本領域的技術人員熟知磁鋼5和動子磁軛3的材料，不詳細敘述。本發明的有益效果本發明井下圓筒形直線電機分力式動子，在動子中心桿上加工有環形槽，環形槽就是卸載槽，能將每個磁鋼所受的電磁力作用在中心桿的環形槽的臺階上，不讓電磁力作用在最下一級磁鋼上，能有效的防止在整個動子的下部產生磁力的集中。將磁鋼內套分成兩塊，可以方便的安裝在中心桿上的環形槽內。改變了井下圓筒形直線電機動子的結構，消除了直線電機動子中存在的磁力集中的問題和動子磁鋼在集中力作用下的損壞問題；改善了電磁力在中心桿上的分布，避免了中心桿下部受力彎曲和動子端部限位螺母的失效問題。


圖1是本發明井下圓筒形直線電機分力式動子結構剖面示意圖。圖中，1-中心桿，2-限位螺母，3-動子磁軛，4-磁鋼外套，5-磁鋼，6-磁鋼內套， 7_動子外套。
具體實施例方式實施例1 以一個井下圓筒形直線電機分力式動子，在套管內徑為124mm油井中使用的直線電機動子為例，對本發明作進一步詳細說明。參閱圖1。本發明井下圓筒形直線電機分力式動子，主要由中心桿1、下限位螺母 2、動子磁軛3、磁鋼外套4、磁鋼5、磁鋼內套6、動子外套7和動子上限位螺母8組成，其特征在于中心桿1采用不銹鋼材料制成，中心桿1的直徑為18mm，長度4000mm ；在的中心桿 1上每隔27mm的距離加工一個環形槽，環形槽的深度為Imm(環形槽的直徑為16mm)，環形槽的寬度7mm ；動子磁軛3為圓環形，動子磁軛3的外徑56mm，內徑18mm，動子磁軛3的厚度為25mm。動子磁軛3的內徑與中心桿1外徑相同，動子磁軛3套在中心桿1外壁上。
在中心桿1的每個環形槽內嵌有一個磁鋼內套6，所述的磁鋼內套6為半圓環形體，兩個半圓環形體相對成為一個磁鋼內套6，磁鋼內套6的外徑22mm，內徑16mm，高度 7mm。磁鋼內套6內徑與中心桿1環形槽的內徑相同，磁鋼內套6的高度與中心桿1的環形槽的寬度相同。在磁鋼內套6的外壁上套有圓環形的磁鋼5，磁鋼5的外徑52mm，內徑22mm， 磁鋼5的高度為7mm。圓環形的磁鋼5外壁上套有圓環形的磁鋼外套4，磁鋼外套4的外徑與動子磁軛3的外徑相同；所述動子磁軛3數量為90個，動子磁軛3在磁鋼內套6的兩側。 在中心桿1的兩端分別固定有M18的限位螺母2 ；在動子磁軛3和磁鋼外套4的外壁上套有動子外套7，動子外套7的兩端部分別采用氬弧焊的方法焊接在上下兩端的動子磁軛3外壁上。所述的動子外套7為圓筒形，磁鋼外套7的外徑57mm，內徑56mm，長度4000mm。
權利要求
1.一種井下圓筒形直線電機分力式動子，主要由中心桿(1)、下限位螺母(2)、動子磁軛(3)、磁鋼外套(4)、磁鋼(5)、磁鋼內套(6)、動子外套(7)和動子上限位螺母(8)組成， 其特征在于中心桿⑴采用不銹鋼材料制成，中心桿⑴的直徑在17 19mm之間，長度在4000 IOOOOmm之間；在中心桿(1)上每隔33 35mm的距離加工一個環形槽，環形槽的深度為0. 8 1. 2mm，環形槽的寬度為6 8mm ；動子磁軛(3)為圓環形，動子磁軛(3)的內徑與中心桿(1)外徑相同，動子磁軛(3)套在中心桿(1)外壁上；在中心桿(1)的每個環形槽內嵌有一個磁鋼內套(6)，所述的磁鋼內套(6)為半圓環形體，兩個半圓環形體相對成為一個磁鋼內套(6)，磁鋼內套(6)內徑與中心桿(1)環形槽的內徑相同，磁鋼內套(6)的厚度為6 8mm，磁鋼內套(6)的高度與中心桿(1)的環形槽的寬度相同；在磁鋼內套(6) 的外壁上套有圓環形的磁鋼(5)，磁鋼(5)的高度與磁鋼內套(6)的高度相同；圓環形的磁鋼(5)外壁上套有圓環形的磁鋼外套(4)，磁鋼外套(4)的外徑與動子磁軛(3)的外徑相同；所述動子磁軛⑶數量為在90 200個之間，動子磁軛(3)在磁鋼內套(6)的兩側；在中心桿(1)的兩端分別固定有限位螺母(2)；在動子磁軛(3)和磁鋼外套(4)的外壁上套有動子外套(7)，動子外套(7)的兩端部分別焊接在上下兩端的動子磁軛(3)外壁上；所述的動子外套(7)為圓筒形，動子外套(7)的壁厚為0. 45 0. 55mm之間。
2.根據權利要求1所述的井下圓筒形直線電機分力式動子，其特征是采用氬弧焊的方法將動子外套(7)兩端部焊接在上下兩端動子磁軛(3)外壁上。
全文摘要
井下圓筒形直線電機分力式動子，應用于油田井下采油直線電機柱塞泵。在中心桿上加工有環形槽；動子磁軛套在中心桿外壁上；在中心桿的每個環形槽內嵌有一個磁鋼內套，所述的磁鋼內套為半圓環形體，兩個半圓環形體相對成為一個磁鋼內套；在磁鋼內套的外壁上套有圓環形的磁鋼；圓環形的磁鋼外壁上套有圓環形的磁鋼外套；在中心桿的兩端分別固定有限位螺母；在動子磁軛和磁鋼外套的外壁上套有動子外套。效果是能將每個磁鋼所受的電磁力作用在中心桿的環形槽的臺階上，不讓電磁力作用在最下一級磁鋼上，能有效的防止在整個動子的下部產生磁力的集中。將磁鋼內套分成兩塊，可以方便的安裝在中心桿上的環形槽內。
文檔編號H02K1/27GK102510145SQ20111034256
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者崔金榜, 李善維, 段寶玉, 鄭玉芳, 郝麗 申請人:中國石油天然氣股份有限公司