цилиндрический линейный асинхронный двигатель для привода погружных плунжерных насосов

Формула изобретения

Цилиндрический линейный асинхронный двигатель для погружных плунжерных насосов, содержащий систему индуктор-вторичный элемент, герметичный цилиндрический корпус, заполненный охлаждающим маслом, тяговый шток, жестко соединенный с подвижным элементом, при этом индуктор с обмоткой смонтирован внутри вторичного элемента, выполненного в виде стальной трубы с медным покрытием на ее внутренней поверхности, отличающийся тем, что он снабжен компенсационным штоком, герметично смонтированным с возможностью осевого перемещения в цилиндрическом корпусе со стороны, противоположной тяговому штоку, один конец компенсационного штока находится внутри, а другой с внешней стороны цилиндрического корпуса, а его объем равен объему деталей, движущихся в полости между цилиндрическим корпусом и вторичным элементом, при этом подвижным выполнен вторичный элемент, который расположен в пространстве между цилиндрическим корпусом и индуктором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приводам плунжерных насосов и может быть использовано в том числе в составе насосных установок для добычи нефти.

Известны технические решения с использованием цилиндрических линейных двигателей для привода плунжерных насосов, например, конструкция ЦЛАД, смонтированная в насосной компрессорной трубе (Ижеля Г.И. и др. «Линейные асинхронные двигатели», Киев, Техника, 1971 г., стр.135) [1].

Известный двигатель имеет корпус, помещенный в него неподвижный индуктор и подвижный вторичный элемент, расположенный внутри индуктора. Тяговое усилие на подвижном вторичном элементе появляется вследствие взаимодействия наведенных в нем токов с бегущим магнитным полем линейного индуктора, создаваемым многофазными обмотками, соединенными с источником питания. Такой электродвигатель использован в бесштанговых насосных агрегатах (А.С. СССР № 491793, публ. 1975 г.) [2] и (А.С. СССР № 538153, публ. 1976 г.) [3].

В условиях жесткого ограничения диаметрального размера ЦЛАД ограничен и диаметр вторичного элемента, следовательно, ограничена активная площадь двигателя. Удельная механическая мощность и тяговое усилие, развиваемые таким ЦЛАД, относительно малы.

Наиболее близким к заявляемому является цилиндричекий линейный асинхронный двигатель для привода погружных плунжерных насосов (Патент RU, № 2266607, публ. 2005 г.) [4], в котором осуществлена попытка устранить этот недостаток.

Известный двигатель основан на «обращенной» системе исполнения «индуктор - вторичный элемент», известной из патента США № 3148292, публ. 1964 г.) [5], в которой индуктор размещается внутри вторичного элемента.

Известный линейный двигатель [4] содержит цилиндрический индуктор с обмоткой, смонтированный внутри вторичного элемента, внутренняя поверхность которого имеет высокопроводящее покрытие.

При этом вторичным элементом является неподвижный корпус, представляющий трубу с нанесенным на внутренней поверхности высокопроводящим слоем, индуктор выполнен подвижным и по торцам соединен с двумя штоками, один из которых является тяговым, а другой, полый - для токоподвода.

Для увеличения тягового усилия в известном двигателе [4] оптимизированы параметры токопроводящего слоя и магнитной системы вторичного элемента. Корпус двигателя заполнен охлаждающим маслом, и в целях снижения гидравлического сопротивления движению в корпусе индуктора предусмотрены продольные отверстия для перетекания масла.

Гидравлическое сопротивление зависит от скорости движения, объема подвижной части конструкции и от сечения пропускных отверстий. В известной конструкции объем индуктора очень большой, следовательно, и объем масла, вытесняемого при движении индуктора и перетекающего через его отверстия, значительный, что обуславливает большое гидравлическое сопротивление движению даже при незначительных скоростях, а сечение проходных отверстий в индукторе ограничено конструктивно.

Указанные факторы снижают реализуемые параметры силы тяги и скорости известного линейного двигателя.

Задача настоящего изобретения состоит в создании конструкции ЦЛАД для погружных плунжерных насосов, обеспечивающего максимально возможные для такого рода двигателей пераметры силы тяги и скорости известного линейного двигателя.

Для решения поставленной задачи подвижный вторичный элемент-ротор, выполненный из тонкостенной стальной трубы с нанесенным на внутренней поверхности высокопроводящим покрытием, располагается между неподвижным корпусом и индуктором. При поступательном движении тонкостенной трубы - вторичного элемента в корпусе объем масла перетекаемого из полости электродвигателя с одной стороны индуктора в полость другой определяется объемом подвижного элемента и величиной его хода. Так как объем подвижной тонкостенной трубы вторичного элемента на порядок меньше, чем объем индуктора, объем масла, перетекающего через отверстие в элементах статора, существенно снижается и соответственно снижается гидравлическое сопротивление.

Для выравнивания давления масла внутри корпуса двигателя с давлением окружающей среды и сохранения постоянства маслонаполненного объема внутренних полостей двигателя на одной из крышек корпуса вмонтирован шток, не связанный с вторичным элементом, допускающий свободный ход в осевом направлении и меняющий положение в зависимости от положения тягового штока, связанного с подвижным вторичным элементом. Это обеспечивает нормальные условия работы скользящих уплотнений и, следовательно, надежную герметизацию ЦЛАД.

Новый технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, заключается в снижении гидравлического сопротивления движению подвижных частей и достижении требуемой герметизации внутренних полостей линейного двигателя.

Заявленный двигатель иллюстрирован чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид двигателя, на фиг.2 - то же, разрез по А-А.

Двигатель содержит корпус 1 - стальную трубу, торцы которой закрыты крышками 2 и 3, с отверстиями для уплотнений 4 для прохождения тягового 5 и компенсационного 6 штоков.

Между корпусом 1 и крышкой 2 крепится упорный диск 7, соединенный с индуктором 8 реактивными тягами 9. Вторичный элемент 10, представляющий тонкостенную стальную трубу с медным покрытием внутренней поверхности, размещается между корпусом 1 и индуктором 8.

Исполнительные зазоры между корпусом 1 и вторичным элементом 10 фиксируются прокладками 11, а между индуктором 8 и вторичным элементом 10 прокладками 12.

Для этого предусмотрены кольцевые канавки в опорных дисках 13, служащие одновременно для стягивания элементов конструкции индуктора 8, и пазы на внешней поверхности вторичного элемента 10. Торец вторичного элемента 10 со стороны тягового штока имеет фланец 14 с отверстиями для свободного прохождения реактивных тяг 9.

Индуктор 8 и вторичный элемент 10 могут быть выполнены в модульном исполнении из идентичных частей, соединенных между собой с некоторой свободой перемещения в плоскости, перпендикулярной оси движения. Заявляемый двигатель работает следующим образом.

При подаче напряжения в трехфазную распределенную обмотку статора бегущий магнитный поток замыкается через магнитную систему: статора, подвижного вторичного элемента, неподвижного вторичного элемента, пересекая зазоры: между статором и подвижным вторичным элементом, между подвижным и неподвижным вторичными элементами.

При этом магнитный поток пересекает высокопроводящее покрытие подвижного элемента, наводит в нем токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем, создают во вторичном элементе тяговое усилие.

Под действием этого усилия подвижный элемент перемещается в зазоре между статором и корпусом и через фланец 14 перемещает тяговый шток. При перемещении штока в полости между корпусом и вторичным элементом изменяется маслонаполненный объем этой полости за счет вторичного элемента, реактивных тяг 9 и самого штока 5. Постоянство маслонаполненного объема внутренних полостей корпуса поддерживается за счет соответствующего перемещения компенсационного штока 6, один конец которого находится внутри корпуса и не связан с подвижным элементом, а другой - с внешней стороны корпуса, при этом объем этого штока равен объему деталей, движущихся в полости между корпусом и вторичным элементом. Это позволяет выравнивать давление внутри и снаружи корпуса двигателя.