Статор линейной электропогружной насосной установки

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к конструкции линейных электродвигателей, используемых в электропогружных насосных установках, в нефтедобывающей промышленности.
Принцип действия известных линейных электропогружных насосных установок основан на возвратно поступательном движении подвижной части линейного привода, связанного с плунжером насосного узла, под воздействием бегущего электромагнитного поля создаваемого в обмотке статора линейного привода.
Преимущественно обмотка статора выполнена в виде набора кольцевых катушек индуктивности, установленных вокруг направляющей подвижной части линейного привода. Такое конструктивное выполнение требует надежной фиксации катушек с обеспечением их постоянного и точного позиционирования, как относительного друг друга, так и относительно элементов подвижной части линейного привода обеспечивая, таким образом, постоянство полюсного деления статора, точное и равномерное распределение магнитной индукции в линейном приводе.
Из заявки на изобретение US2016372994A1 от 22.12.2016 МПК H02K 41/02 известен статор погружной насосной установки, который содержит опорный сердечник в виде полого элемента, выполненного в виде направляющей подвижной част линейного привода, с по меньшей мере, одной катушкой индуктивности, установленной снаружи сердечника, зафиксированной посредством слоя термоусадочного материала. При этом конструкция предусматривает наличие фрикционного слоя из термоусадочного материала между опорным сердечником и, по меньшей мере, одной катушкой индуктивности. Также конструкцией могут быть предусмотрены кольцевые вставки между катушками индуктивности.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести способ фиксации катушек индуктивности посредством термоусадочного материала, что не позволяет обеспечить достаточную точность позиционирование катушек статора относительно друг друга, а также может поддаваться дополнительным смещениям в процессе эксплуатации, в условиях воздействия значительных температур.
Также из заявки на изобретение WO2017074213A1 от 05.04.2017 МПК H02K41/02 известен статор линейного погружного электродвигателя, состоящий из цилиндрического корпуса внутри которого установлены магнитопроводящие чашки, с уставленными в них катушками якорных обмоток и разделяющими группы чашек опорными элементами. Внутренний диаметр опорных элементов меньше чем внутренний диаметр магнитопроводящих чашек. На внутренней поверхности опорных элементов выполнены пазы, глубина которых больше половины разницы между внутренними диаметрами магнитопроводящих чашек и опорных элементов, при этом магнитопроводящие чашки и опорные элементы установлены в корпусе с радиальным зазором и зафиксированы в нем посредством крепежных элементов. Крепежные элементы выполнены в виде резьбовых деталей размещенных на концах цилиндрического корпуса.
Из патента на полезную модель RU 114240 от 10.03.2012 2017 МПК H02K41/02 известен статор линейной электропогружной насосной установки, который содержит установленные вокруг полой направляющей подвижной части линейного привода кольцевые опорные элементы, разделяющие группы обмоток магнитопроводящих катушек, зафиксированных от продольных перемещений. Кольцевые опорные элементы, являются сердечниками и выполнены в виде чашек из магнитопроводящего порошкового материала, внутри которых размещены полимерные катушки с обмотками. Магнитопроводящие сердечники выполнены с антикоррозионным покрытием. Обмотки катушек пропитаны и покрыты изоляционным материалом. В качестве изоляционного материала использована пленка из водостойкого полиамида, внутри которой находится слой фторопласта. Опорные элементы имеют ширину, обеспечивающую сохранение шага обмоток и выполнены из коррозиестойкой стали.
К недостаткам описанных технических решений можно отнести выполнение кольцевых опорных элементов в виде чашек из магнитопроводящего порошкового материала и способ их сборки методом набора с установкой элементов один на другой. Такое конструктивное выполнение требует соблюдения значительной точности при изготовлении, так как, разность в размерах опорных элементов может негативно скажется на точности позиционирования элементов конструкции статора и может привести к снижению тягового усилия.
Из заявки на изобретение US20130038144 от 14.02.2013 МПК Н02К41/02 известен модульный статор для линейного электродвигателя и способ его изготовления, состоящий из набора секций которые содержат, установленные вокруг полой направляющей для подвижной части линейного привода кольцевые опорные элементы, разделяющие группы катушек, покрытые изоляционным материалом и зафиксированные от продольных перемещений. Указанный статор собирают из отдельных модулей (секуций), каждый из которых выполняют из восьми гребенчатых элементов, скомпонованных в одну конструкцию. Каждый модуль содержит двадцать четыре катушки, по восемь катушек на каждую фазу сети. Все катушки одного модуля принадлежащие к одной фазе намотаны с одного сплошного проводника. Гребенчатые элементы размещены таким образом, что элементы соединения проводников катушек проложены в продольных промежутках между ними. Каждый из модулей закрыт торцевыми пластинами с отверстиями под установку центрирующих стержневых соединителей. Два модуля соединяются между собой за счет промежуточного соединителя с отверстием под прокладку проводников и установку центрирующих стержневых соединителей, которые устанавливается между модулями.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести выполнение сложность конструкции с использованием элементов крепления, устанавливаемые между модулями, что может повлиять на точность позиционирования элементов статора, а также на позиционирование магнитных полюсов статора относительно магнитных полюсов подвижной части (слайдера), что может привести к снижению тягового усилия. Также выполнение статора с гребенчатых элементов значительно увеличивает металлоемкость конструкции и усложняет технологию изготовления.
Принимаем описано техническое решение за ближайший аналог.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение точного позиционирования элементов конструкции статора независимо от температурного расширения и механической нагрузки, возникающей от воздействия реактивной силы при движении подвижной части линейного привода с обеспечением стабильного тягового усилия.
Технический результат, достигнутый от реализации полезной модели заключается в повышении точности позиционирования элементов конструкции статора относительно элементов подвижной части электродвигателя (слайдера) независимо от температурного расширения, увеличении жесткости конструкции с обеспечением компенсации механической нагрузки, возникающей от воздействия реактивной силы при движении подвижной части линейного привода, что способствует увеличению стабильности тягового усилия и плавности работы линейного привода. Также реализация технического решения способствует уменьшению количества элементов конструкции, повышению технологичности изготовления.
Сущность технического решения заключается в том, что элементы статора и подвижной части линейного привода, выполнены из материалов с одинаковым температурным расширением. Секции статора содержат  катушки, объединенные в блоки и разделенные кольцевыми опорными элементами в виде С-образных ферромагнитных вставок с радиальными выступами. При этом каждая секция содержит, по меньшей мере, один блок сформированный из пары катушек разделенных ферромагнитной вставкой и соединена со следующей секцией образуя единую жесткую конструкцию элементы которой соединены секционными и межсекционными направляющими. Направляющие выполнены с возможностью обеспечения постоянной величины полюсного деления статора с точным позиционированием элементов статора относительно друг друга. Причем, по меньшей мере, одна из пары катушек, по меньшей мере, одного блока первой секции, относящаяся к одной из фаз, связана с катушками в соответствующих блоках следующих секции, относящихся к другим фазам, обеспечивая чередование и пространственный сдвиг фаз питающего напряжения.
Секционные и межсекционные направляющие выполнены в виде пластинчатых перфорированных элементов, установленных в зацеплении с радиальными выступами кольцевых опорных элементов с фиксацией посредством, периодически установленных замковых элементов. При этом кольцевые опорные элементы выполнены с поперечной прорезью, выполненной с постепенным переходом по дуге и при формировании секций статора образуют продольный желоб под укладку соединяемых концов катушек.
Способ изготовления статора линейной электропогружной насосной установки, заключается в том, что элементы статора и подвижной части линейного привода выполняют из материалов с одинаковым температурным расширением. Секции статора формируют из катушек, которые объединяют в блоки и разделяют кольцевыми опорными элементами, которые выполняют в виде С-образных ферромагнитных вставок с радиальными выступами. При этом каждую секцию формируют, по меньшей мере, с одного блока состоящего из пары катушек разделенных С-образной ферромагнитной вставкой и соединяют со смежной секцией с образованием единой жесткой конструкции, элементы которой соединяют секционными и межсекционными перфорированными пластинчатыми направляющими. Направляющие охватывают секции статора по окружности и фиксируют периодически устанавливаемыми на радиальных опорных элементов замковыми элементами. Таким образом обеспечивают постоянную величину полюсного деления статора с точным позиционированием элементов относительно друг друга. При этом, по меньшей мере, одну из пары катушек одного блока первой секции, которая относится к одной из фаз, соединяют с соответствующими катушками в блоках следующих секций, относящих к другим фазам. Таким образом, обеспечивают чередование и пространственный сдвиг фаз питающего напряжения. Соединяемые концы катушек укладывают в желоб, образуемый поперечными прорезями в кольцевых опорных элементах при формировании секций статора.
Сущность полезной модели поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами:
фиг.1 – статор электропогружной насосной установки, общий вид;
фиг.2 - статор електропогружной насосной установки в разрезе;
фиг.3 - С-образная ферромагнитная вставка (вариант 1);
фиг.4 - С-образная ферромагнитная вставка (вариант 2);
Согласно заявляемой полезной модели, статор 1 (фиг.1) линейной электропогружной насосной установки, выполнен из набора секций 2, которые содержат установленные вокруг полой направляющей 3 (фиг. 2, 3), для подвижной части 4 (фиг.2), линейного привода кольцевые опорные элементы в виде С-образных ферромагнитных вставок 5 (фиг.3; 4), разделяющие группы катушек 6, зафиксированных от продольных перемещений, причем полая направляющая 3 выполнена из материала с низкими магнитными свойствами, либо немагнитного материала.
Секции статора содержат катушки, объединенные в блоки и разделены кольцевыми опорными элементами в виде С-образных ферромагнитных вставок с радиальными выступами 7. Указанные элементы соединены секционными 8 и межсекционными 9 направляющими с обеспечением постоянной величины полюсного деления статора с точным позиционированием элементов статора, в частности, ферромагнитных вставок 5 относительно друг друга с образованием единой жесткой конструкции. В описанном варианте исполнения секционные 8 и межсекционные 9 направляющие выполнены в виде перфорированных пластинчатых элементов, установленных в зацеплении с радиальными выступами 7, С-образных ферромагнитных вставок 5 с фиксацией посредством, периодически установленных замковых элементов 10. Указанные замковые элементы являются легкосъемными и выполнены с возможностью быстрого монтажа, путем установки поверх направляющих 8, 9 входя в зацепление с зубцами 11 на радиальных выступах 7 ферромагнитных вставок 5. В зависимости от выполнения межсекционные направляющие 9 могут быть реализованы, как в виде отдельно установленных перфорированных пластин (фиг.1), так и виде секционных направляющих 8, устанавливаемых между смежными секциями (на изображениях не показано).
n
n
n
n
n
n
Каждая секция статора содержит, по меньшей мере, один блок 12; 12(фиг.2), сформированный из пары катушек 6; 6, разделенных ферромагнитной вставкой 5; 5. По меньшей мере, одна из пары катушек 6, по меньшей мере, одного блока 12 первой секции 2 относящаяся к одной из фаз связана с катушками 6 в соответствующих блоках 12 следующих секции 2, относящихся к другим фазам посредством соединения в звезду либо треугольник, обеспечивая чередование и пространственный сдвиг фаз напряжения питающей сети, создавая таким образом, бегущее магнитное поле, которое увлекает за собой подвижную часть 4 линейного привода.
Элементы статора и подвижной части линейного привода, выполнены из материалов с одинаковым температурным расширением, благодаря чему общее температурное расширение не влияет на соотношение геометрических размеров элементов статора и подвижной части линейного привода, обеспечивая стабильность тягового усилия в широком диапазоне температур.
Согласно описанному варианту конструкции, изготовление статора линейной электропогружной насосной установки выполняют путем формирования набора секций 2 образующих полость для направляющей 3 подвижной части 4 линейного привод. При этом секции 2 статора формируют из набора катушек 6, покрытых изоляционным материалом, которые разделяют кольцевыми опорными элементами 5 и фиксируют от продольных перемещений.
n
n
n
Секции 2; 2 статора 1 формируют с катушек 6; 6, которые объединяют в блоки 12; 12 и разделяют кольцевыми опорными элементами, которые выполняют в виде С-образных ферромагнитных вставок 5 с радиальными выступами 7. Каждую секцию 2 формируют, по меньшей мере, из одного блока 12 состоящего из пары катушек 6, разделенных С-образной ферромагнитной вставкой и соединяют со смежной секцией, образуя единую жесткую конструкцию.
Элементы конструкции статора соединяют секционными 8 и межсекционными 9 перфорированными пластинчатыми, направляющими, охватывающими секции статора по кругу, и фиксируют периодически установленными на радиальных выступах 7 кольцевых опорных элементов замковыми элементами 10. Таким образом, обеспечивают постоянную величину полюсного деления статора с точным позиционированием элементов его конструкции относительно друг друга. Одну из пары катушек блока первой секции, которая относится к одной из фаз трехфазного напряжения питающей сети, соединяют с соответствующими катушками в блоках следующих секций, принадлежащих к другим фаз, обеспечивая чередование и пространственный сдвиг фаз напряжения питания.
Соединяемые конце 13 катушек 6 вкладывают в желоб, образованный поперечными прорезями 14 в кольцевых опорных элементах 5, при формировании секций 2 статора. Варианты исполнения кольцевых опорных элементов приведены на (фиг.3; 4) и предусматривают выполнение поперечной прорези с постепенным переходом по дуге С-образной ферромагнитной вставки, как это показано на (рис. 4), либо выполнение прямой прорези по радиусу (фиг.3).
n
Также возможен вариант выполнения, при котором желоб с помещенными в него соединяемыми концами катушек закрывают защитной пластиной (на изображениях не показан). Во внутреннюю полость секций 6; 6 статора 1, помещают направляющую 3 для подвижной части 4 линейного привода, выполненную из материала с низкими магнитными свойствами, либо немагнитного материала.
Реализация заявляемого технического решения способствует достижению указанного технического результата, обеспечивая уменьшение количества элементов конструкции, повышая тем самым технологичность изготовления, а также позволяет скомпенсировать температурные расширения элементов конструкции статора и подвижной части линейного привода, что способствует увеличению стабильности тягового усилия и плавности работы линейного привода. Также удается достичь увеличения жесткости конструкции с обеспечением компенсации механической нагрузки на элементы статора, возникающей от воздействия реактивной силы при движении подвижной части линейного привода.
Также следует отметить, что заявляемое техническое решение предусматривает различные варианты и альтернативные формы реализации. Описанный вариант реализации полезной модели не ограничивается конкретной раскрытой формой и может охватывать все возможные варианты исполнения, эквиваленты и альтернативы в рамках существенных признаков, раскрытых в формуле.