Предложен бескорпусный коммутируемый реактивный синхронный электродвигатель (КРСЭ), имеющий статор, расположенный между двумя корпусами. Осевая нагрузка на вал ротора направлена через первый подшипник, через первый корпус на статор и через второй корпус на опору электродвигателя. Рассеяние теплоты реализовано с использованием электротехнической стали с низкими потерями, одного или большего количества вентиляторов и вентиляционных каналов, проходящих через электродвигатель. В предпочтительном варианте профиль статора обеспечивает возможность формирования вентиляционных каналов, проходящих через пакет пластин магнитопровода статора. Возможно, но не обязательно, воздух направляют через пропускные каналы между катушками и через вентиляционные каналы вдоль воздушного зазора и в радиальном направлении через пропускные каналы между верхним и нижним статором. Первый самоцентрирующийся подшипник адаптируется к несоосности между первым корпусом и валом, и предусмотрена возможность поперечного перемещения второго подшипника. В предпочтительном варианте бескорпусный электродвигатель приспособлен для закрепления на устье скважины, служащем для него опорой, для приведения во вращение скважинного ротационного насоса и вращающейся колонны насосных штанг.

 

(57) Реферат / Формула:
бескорпусный коммутируемый реактивный синхронный электродвигатель (КРСЭ), имеющий статор, расположенный между двумя корпусами. Осевая нагрузка на вал ротора направлена через первый подшипник, через первый корпус на статор и через второй корпус на опору электродвигателя. Рассеяние теплоты реализовано с использованием электротехнической стали с низкими потерями, одного или большего количества вентиляторов и вентиляционных каналов, проходящих через электродвигатель. В предпочтительном варианте профиль статора обеспечивает возможность формирования вентиляционных каналов, проходящих через пакет пластин магнитопровода статора. Возможно, но не обязательно, воздух направляют через пропускные каналы между катушками и через вентиляционные каналы вдоль воздушного зазора и в радиальном направлении через пропускные каналы между верхним и нижним статором. Первый самоцентрирующийся подшипник адаптируется к несоосности между первым корпусом и валом, и предусмотрена возможность поперечного перемещения второго подшипника. В предпочтительном варианте бескорпусный электродвигатель приспособлен для закрепления на устье скважины, служащем для него опорой, для приведения во вращение скважинного ротационного насоса и вращающейся колонны насосных штанг.

 

---

2420-140832ЕА/061 БЕСКОРПУСНЫЙ КОММУТИРУЕМЫЙ РЕАКТИВНЫЙ СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ ВЕРХНЕГО ПРИВОДА
ДЛЯ РОТАЦИОННОГО НАСОСА
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к коммутируемому реактивному синхронному электродвигателю и к конструкции этого электродвигателя, приспособленного для обеспечения опоры и вращения колонны насосных штанг, которая, в свою очередь, приводит во вращение винтовой насос.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Винтовой насос (ВН) расположен в скважине и используется для перекачки подземных жидкостей на поверхность. Винтовые насосы используются более чем на 12000 нефтяных скважинах в Канаде. Винтовой насос обычно приводят в действие от наголовника для забивки обсадных труб или понижающего скорость вращения верхнего привода, который расположен на поверхности. Длинная сборка или колонна насосных штанг передает медленное вращение от верхнего привода вниз в скважину к винтовому насосу. Верхний конец колонны насосных штанг оснащен полированным штоком, который приводят во вращение через зажим для насосных штанг, приводимый во вращение верхним приводом.
Скорость вращения колонны насосных штанг, обычно равную от 30 до 700 оборотов в минуту, регулируют в соответствии с режимом откачивания из скважины, в том числе, в соответствии с характеристиками нефти. Более низкие скорости вращения в настоящее время не используют для практического применения вследствие того, что требуется редуктор с большим передаточным числом, и вследствие недостаточной гибкости для достижения больших скоростей при улучшении режима откачивания. При определенных условиях, например, в случае наличия очень вязкой нефти или низкого притока пластовых флюидов, желательно иметь еще более низкие скорости вращения. Верхние приводы из известного уровня техники не являются в достаточной мере пригодными для этих случаев.
При приведении колонны насосных штанг во вращение она скручивается подобно резиновой ленте. В колонне насосных штанг длиной 3000 футов штанги могут скручиваться более чем на 100 оборотов. Когда верхний привод прекращает приводить колонну насосных штанг во вращение и соединенный с ней винтовой насос (например, при нарушении энергоснабжения), штанги пытаются раскрутиться, вращая обычный привод и электродвигатель в обратном направлении, что именуют "обратным вращением" (backspin). Без наличия ограничивающих средств, скорость обратного вращения штанг может достигать величины свыше 5000 оборотов в минуту, и в совокупности с редуктором верхнего привода (действующего теперь в качестве повышающего редуктора, увеличивающего скорость) результирующая скорость в верхнем приводе и в электродвигателе может оказаться опасной, вызывая разрушения, при этом причиной большинства случаев нанесения ущерба является саморазрушение шкива.
Известно устройство для сдерживания обратного вращения. Некоторые верхние приводы имеют тормозные системы, приводимые в действие при обратном вращении либо при отключении привода или тогда, когда колонна насосных штанг начинает физическое вращение в обратном направлении. По существу, все современные верхние приводы оснащены каким-либо устройством, борющимся с обратным вращением.
В более старых верхних приводах используют механические тормозные системы барабанного типа, приводимые в действие центростремительной силой. В альтернативном варианте гидравлический насос может вызывать введение тормозных колодок в контакт с ротором дискового тормоза на полированном штоке. Тормозные башмаки, барабаны, колодки, накладки и диски подвергаются износу, и возможно возникновение точек местного перегрева, которые могут являться источником опасности воспламенения.
Некоторые верхние приводы приводят в движение гидромотором. При обратном вращении привод, естественно, превращается в насос. Рабочую жидкость гидравлической системы направляют через
ограничительную диафрагму или запорный клапан для стравливания давления. Аналогичным образом, в редукторах, приводимых в движение двигателем, при обратном вращении приводится в действие муфта сцепления, подключающая отдельный гидравлический насос. В состоянии обратного вращения при наличии высокого крутящего момента рабочая жидкость гидравлической системы может стать очень горячей, или при потере жидкости также происходит потеря контроля обратного вращения.
В другом известном варианте электродвигатель привода переменного тока снабжен линейным валом. Частотно-регулируемый привод или ЧРП (VFD) управляет переменным/постоянным током в линии, и затем преобразовывает постоянный ток обратно в переменный ток изменяющейся частоты для управления скоростью вала. Наличие редуктора не предусмотрено, поэтому обратное вращение не является опасным из-за увеличенной скорости. Кроме того, ЧРП может обеспечивать рекуперативное торможение. К сожалению, пробуксовка, связанная с асинхронным двигателем переменного тока, ограничивает способность электродвигателя обеспечивать низкие скорости вращения, желаемые при некоторых обстоятельствах, например, при высокой вязкости нефти. Низкие скорости вращения могут привести к перегреву двигателя.
Кроме того, запуск асинхронного двигателя переменного тока под нагрузкой может привести к пусковым броскам тока, в 5 или в б раз превышающим рабочий ток при обычной предельной нагрузке. Например, для типичного электродвигателя класса В согласно стандарту Национальной ассоциации производителей
электрооборудования США (NEMA) мощностью 50 лошадиных сил, имеющего полный ток нагрузки, приблизительно, 200 А, бросок тока может иметь величину 1000 - 1200 ампер. Хотя это и происходит только лишь в течение короткого промежутка времени и является признанным недостатком электродвигателей переменного тока, имеется еще один экономический эффект. Поставщик электроэнергии часто считает использование максимального тока конечным потребителем основанием для установления тарифа на единицу потребляемой мощности для всей потребляемой мощности,
Следовательно, даже при том, что ток, потребляемый в установившемся режиме, может быть равным всего лишь 200 амперам, тариф оплаты за электричество может быть основан на более высоком, хотя и кратковременном, потреблении электрического тока.
Таким образом, существует потребность в создании более универсального верхнего привода, который был бы способен обеспечивать широкий диапазон рабочих скоростей, в особенности, низкие скорости вращения, и который при обратном вращении не имел бы перечисленных выше недостатков, присущих устройству с понижающим редуктором.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Попросту, в качестве верхнего привода для скважинного ротационного насоса предложен коммутируемый реактивный синхронный электродвигатель, КРСЭ (SRM). Для работы в качестве верхнего привода типичным диапазоном скоростей является диапазон от 30 до 700 оборотов в минуту. Описанные здесь варианты осуществления изобретения обеспечивают вывод высокого крутящего момента с низким числом оборотов в минуту, при этом избегают использования зубчатого или ременного редуктора. Это достигнуто за счет объединения коммутируемого реактивного синхронного электродвигателя и концентрического полого ведущего вала, через который проходит полированный шток колонны насосных штанг. Кроме того, при перебоях в электропитании двигателя или при поломке штанги в глубине скважины любое возникающее в результате этого обратное вращение не будет создавать опасную реакцию на поверхности.
В одном из вариантов осуществления изобретения, другой вариант осуществления усовершенствованного верхнего привода обеспечивает эффективное рассеяние наведенной теплоты, которая может нарастать и инициировать преждевременное разрушение КРСЭ, выполненного по обычной технологии, в таком жестком режиме работы. В этом предпочтительном варианте осуществления изобретения обеспечивают циркуляцию окружающего воздуха, находящегося снаружи электродвигателя, направляя его в
электродвигатель и через статор, катушки статора и ротор. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения статор выполнен таким образом, что имеет внешний профиль, например, квадрат, выступающий в радиальном направлении, периферия которого снабжена вентиляционными каналами, расположенными вдоль оси. Вентилятор пропускает воздух вдоль оси через вентиляционные каналы для охлаждения статора.
В еще одном варианте осуществления изобретения, нагнетание потока воздуха реализовано с использованием лопастей, прикрепленных к вращающемуся ротору. Поток охлаждающего воздуха направляют через пропускные каналы, сформированные посредством сочетания уникальных элементов конструкции статора и ротора. В упрощенном изложении, воздух направляют вверх через зазоры между соседними катушками, намотанными на соседние полюса статора, и через множество проходящих вдоль оси (по вертикали) каналов, сформированных в роторе и в полюсных наконечниках статора. Воздух направляют в радиальном направлении мимо пакета пластин магнитопровода статора и выводят наружу из электродвигателя. В наиболее предпочтительном варианте пакет пластин магнитопровода статора сформирован из двух или из большего количества подпакетов пластин магнитопровода статора. Подпакеты пластин магнитопровода являются разнесенными вдоль оси относительно друг друга посредством множества распорных деталей, расположенных по окружности, результатом является создание множества каналов для выпуска воздуха, расположенных по окружности, которые проходят в радиальном направлении от воздушного зазора между ротором и статором до места, расположенного вне электродвигателя. В случае наличия двух подпакетов пластин магнитопровода статора, а именно, верхнего и нижнего пакетов пластин сердечника статора, ротор оснащен разделительной пачкой пластин сердечника, имеющей барьер, выступающий наружу в радиальном направлении, который обычно сформирован из пластин сердечника большего диаметра, чем имеющиеся в роторе пропускные каналы, проходящие вдоль оси, этот барьер прерывает пропускные каналы, проходящие вдоль оси. Таким образом, имеется преграда для потока воздуха, протекающего вдоль
пропускных каналов, расположенных вдоль оси ротора, и он перенаправляется в радиальном направлении наружу через выпускные каналы. Соответственно, создано два пути протекания потока: первый путь, по которому поток протекает вверх от нижних лопастей ротора и через пропускные каналы ротора, проходящие в осевом направлении, для охлаждения нижнего пакета пластин сердечника, катушек и ротора, и второй путь, по которому поток протекает вниз от верхних лопастей ротора и через пропускные каналы ротора, проходящие в осевом направлении, для охлаждения верхнего пакета пластин сердечника, катушек и ротора. Оба потока подходят к выступающему наружу барьеру ротора и выводятся наружу из электродвигателя. Воздух, подаваемый по второму пути, получен из воздуха, протекающего вверх между катушками, и затем направленного вниз при помощи верхних лопастей.
В другом варианте осуществления изобретения верхний привод реализован удобным образом в виде бескорпусного электродвигателя, который прикреплен непосредственно к устью скважины. Полированный шток удерживает колонну насосных штанг. Полированный шток удерживается полым ведущим валом, опорой для которого, в свою очередь, служит рама крепления электродвигателя, обеспечивающая возможность его вращения. В отличие от обычных бескорпусных электродвигателей, в которых нагрузки несет ведомое оборудование, в данном варианте осуществления изобретения нагрузки несет сам электродвигатель. Следовательно, бескорпусный электродвигатель способен
выдерживать осевые нагрузки, приложенные через вал.
В другом варианте осуществления изобретения, относящемуся к бескорпусному электродвигателю, так как пакет пластин магнитопровода статора по своей сущности является таким, что в сборочном узле пакета пластин магнитопровода имеется некоторое допустимое отклонение, то есть, размер или высота пакета пластин магнитопровода могут изменяться вдоль окружности.
Соответственно, верхняя плоскость статора электродвигателя (перпендикулярно к валу) может не находиться в той же самой плоскости, что и нижняя плоскость статора электродвигателя.
Следовательно, подшипники, служащие опорой для ротора, обеспечивая возможность его вращения, в особенности, под нагрузкой, имеют некоторую соответствующую несоосность. Сочетание подшипниковых узлов различной конструкции обеспечивает надежное функционирование. В частности, в верхней плоскости электродвигателя используется упорный подшипник качения с бочкообразными роликами, который имеет способность к самоцентрированию и допускает несоосность вала относительно подшипника. Этот подшипник с бочкообразными роликами служит опорой для повешенной нагрузки, обеспечивая возможность вращения, при этом допускается наличие некоторого отклонения от перпендикуляра между валом и верхней плоскостью.
В другом варианте осуществления изобретения верхний подшипник снабжен средством надежной подачи смазки. В раскрытом варианте осуществления подшипника с бочкообразными роликами этот подшипник стремится выбросить свое собственное смазочное масло наружу в радиальном направлении. Поэтому внутреннее кольцевое пространство внутри подшипника с бочкообразными роликами, содержащее смазочное масло, выполнено сообщающимся с кольцеобразным резервуаром для масла, расположенным снаружи подшипника с бочкообразными роликами в радиальном направлении. Масло, выброшенное подшипником наружу в радиальном направлении, собирается в маслосборнике резервуара для масла и подается обратно через каналы, расположенные под подшипником с бочкообразными роликами, для пополнения внутреннего кольцевого пространства. Масло в корпусе верхнего подшипника с бочкообразными роликами сохраняют с использованием стояка, герметично закрепленного ниже подшипника с бочкообразными роликами и проходящего вверх через подшипник и вокруг вала.
В целом, из верхнего привода на основе коммутируемого реактивного синхронного электродвигателя (КРСЭ) из настоящего изобретения получены различные усовершенствования и дополнительные возможности, в том числе:
Концентрическая конструкция: в усовершенствованном верхнем приводе привод размещен непосредственно над центром скважины,
при этом концентрическая конструкция устраняет консольное перемещение электродвигателя, установленного на кронштейне, уменьшая нагрузку на устье скважины и устраняя необходимость в наличии дополнительных опорных конструкций;
Регулирование крутящего момента: усовершенствованный верхний привод представляет собой программируемую машину для создания крутящего момента, гарантирующую невозможность приложения чрезмерного крутящего момента к колонне насосных штанг. Кроме того, усовершенствованная система верхнего привода обеспечивает непрерывный контроль крутящего момента, что позволяет определять режим откачки. Усовершенствованные алгоритмы управления позволяют оператору непрерывно оптимизировать дебит скважины;
Простая конструкция: усовершенствованный верхний привод представляет собой электродвигатель безредукторного привода, что устраняет необходимость в наличии ремней, шкивов, зубчатых передач и иного оборудования, отнимающего мощность. Кроме того, наличие простой конструкции радикально уменьшает количество и сложность деталей, увеличивая тем самым надежность и безотказность;
Безопасность: усовершенствованный верхний привод содержит в качестве признака способность рекуперативного торможения для безопасного удаления энергии, накопленной в колонне насосных штанг и в столбе флюида в скважине, при выключении устройства, или в случае спускоподъемной операции или сбоя питания. Верхний привод сконструирован таким образом, что в случае более серьезной неисправности, препятствующей функционированию рекуперативного торможения, он выдерживает превышение допустимой скорости до 5000 оборотов в минуту без повреждения;
Рабочие характеристики:
крутящий момент величиной 1000 футо-фунтов в диапазоне скоростей от 50 до 500 оборотов в минуту,
мощность 100 лошадиных сил в диапазоне скоростей от 500 до 705 оборотов в минуту,
номинальная нагрузка на штангу 4 0000 фунтов-силы,
срок службы подшипника при расчетной нагрузке и скорости 500 оборотов в минуту - 20 лет,
коэффициент полезного действия от линии электропередачи до колонны насосных штанг - свыше 90%, и
отсутствие пусковых бросков тока, счета за электроэнергию по тарифу малой мощности; и
Небольшой объем технического обслуживания: концентрическая конструкция усовершенствованного верхнего привода упрощает установку и сокращает время монтажа. Отсутствуют ремни, которые следует натягивать или регулировать, необходима только лишь периодическая проверка уровня масла в верхнем подшипнике и ежегодная повторная смазка нижнего подшипника.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 на виде в разрезе показана скважина, ротационный насос и устье скважины с колонной насосных штанг, проходящей через них и имеющей верхний привод в виде коммутируемого реактивного синхронного электродвигателя, установленного над устьем скважины;
на Фиг.2 показана панель блока управления коммутируемым реактивным синхронным электродвигателем (КРСЭ);
на Фиг.З на виде сбоку показана модель КРСЭ с проходящим через него полированным штоком;
на Фиг.4 на виде сбоку показан КРСЭ из Фиг.З с проходящим через него полированным штоком;
на Фиг.5 показан КРСЭ из Фиг.З на виде в разрезе с удаленным полированным штоком и проиллюстрировано прохождение через него потока охлаждающего воздуха;
на Фиг.6 показан подробный вид КРСЭ из Фиг.4 с удаленным полированным штоком в разрезе вдоль линий В-В;
на Фиг.7 на виде в перспективе показан полый вал и верхний подшипник;
на Фиг.8 на виде в разрезе показан вариант осуществления верхнего подшипника в виде подшипника качения с бочкообразными роликами;
на Фиг.9 на виде в частичном разрезе показан нижний
подшипник, и на полном виде сбоку проиллюстрирована волнистая пружина;
на Фиг.10 на виде в перспективе показан частичный разрез нижнего подшипника из Фиг.9;
на Фиг.11 на виде снизу в перспективе показан статор и проиллюстрированы верхний и нижний пакеты пластин сердечника статора и кожух выпуска охлаждающего воздуха;
на Фиг.12 на виде в разрезе показано сечение статора с удаленным верхним пакетом пластин сердечника статора, на котором проиллюстрированы распорные детали пакета пластин и проиллюстрированы пути выпуска охлаждающего воздуха;
на Фиг.13 на виде в перспективе показан ротор и проиллюстрированы лопасти для охлаждающего воздуха, пропускные каналы, проходящие вдоль оси, и барьер для потока, протекающего вдоль оси;
на Фиг.14А и Фиг.14Б, соответственно, на виде сверху и на виде в перспективе показаны статор, полый вал, верхний подшипник и нижний подшипник в сборе;
на Фиг.15 показан ротор на виде в разрезе вдоль линии А-А из Фиг.14А, при этом проходящий через него полый вал показан на виде сбоку, а пропускные каналы, проходящие в осевом направлении, не показаны;
на Фиг.16 на виде в частичном разрезе вдоль линии D-D из Фиг.4 показан ротор, вставленный через статор;
на Фиг.17 на виде в перспективе показан частичный разрез ротора и статора и проиллюстрированы пути протекания охлаждающего воздуха;
на Фиг.18 на виде в перспективе показана часть верхней плиты, корпуса верхнего подшипника и кожуха для выпуска охлаждающего воздуха;
на Фиг.19 на виде в перспективе показан частичный разрез верхней плиты и кожуха для выпуска охлаждающего воздуха из Фиг.16;
на Фиг.20 на виде снизу в перспективе показан КРСЭ из Фиг.З и проиллюстрированы впускные отверстия для охлаждающего воздуха
со снятой сеткой защитного фильтра;
на Фиг.21 на виде в перспективе показан КРСЭ из Фиг.20 в разрезе со снятой верхней плитой;
на Фиг.22 на виде в перспективе показан КРСЭ из Фиг.З;
на Фиг.23 на виде в перспективе показан КРСЭ из Фиг.22 в разрезе со снятой верхней плитой;
на Фиг.24 на виде снизу в перспективе показана часть КРСЭ из Фиг.21;
на Фиг.25 на виде в разрезе показан другой вариант осуществления статора для иллюстрации альтернативного варианта корпус и каналов для охлаждения;
на Фиг.2 6 на виде в разрезе показан другой вариант осуществления статора из Фиг.25 и проиллюстрированы дополнительные каналы для охлаждения;
на Фиг.27 показан подробный вид КРСЭ из Фиг.25 в разрезе вдоль линий Е-Е и проиллюстрирован вариант осуществления вентилятора и потока охлаждающего воздуха, проходящего через статор; и
на Фиг.28 показан альтернативный вариант подробного вида КРСЭ из Фиг.25 и проиллюстрирована альтернативная компоновка вентилятора и потока охлаждающего воздуха, проходящего через статор.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном из вариантов осуществления изобретения предложен усовершенствованный коммутируемый реактивный синхронный электродвигатель, а в другом варианте осуществления изобретения, предложен усовершенствованный верхний привод для ротационного насоса, в котором использован усовершенствованный коммутируемый реактивный синхронный электродвигатель.
Со ссылкой на Фиг.1, верхний привод 1 используют для вращения колонны 2 насосных штанг ротационного насоса 3, заякоренной в глубине скважины 4. Скважина 4 загерметизирована посредством оборудования устья 5 скважины, через которое проходит колонна 2 насосных штанг. Полированный шток 6,
расположенный в верхнем конце колонны 2 насосных штанг, выступает наружу, проходя через устье 5 скважины и через уплотнение 7. Верхний привод 1 расположен выше устья 5 скважины. Верхний привод 1 надежно прикреплен к устью 5 скважины для поглощения реактивного крутящего момента и, соответственно, для предотвращения вращения. В предпочтительном варианте верхний привод 1 прикреплен к устью 5 скважины для остановки реактивного вращения с использованием фланцевого соединения (подробное описание которого здесь не приведено). Через верхний привод 1 проходит полый вал 14, направляющий проходящий через него полированный шток б таким образом, чтобы они были соосными.
Полированный шток б проходит через полый вал 14, через верхний привод 1. Зажим 9 для насосных штанг, закрепленный на полированном штоке б, плотно прилегает к верхней части полого вала 14 верхнего привода 1 таким образом, что он сам и идущая от него колонна 2 насосных штанг являются подвешенными. Соединение полого вала 14 с полированным штоком б может быть осуществлено при помощи зажимного конусного переходника для соединения труб разного диаметра (который на чертеже не показан), но это не является обязательным условием.
Верхний привод 1 обычно расположен выше уплотнения 7 устья скважины с использованием станины или рамы 10 для обеспечения легкости доступа к полированному штоку 6 и к уплотнению 7. Соответственно, участок полированного штока б между устьем 5 скважины и верхним приводом 1 является открытым. Полированный шток 6 показан выступающим над верхней поверхностью верхнего привода 1.
Верхний привод 1 содержит вариант осуществления коммутируемого реактивного синхронного электродвигателя (КРСЭ) 11, установленный на устье 5 скважины. В одном из вариантов осуществления изобретения рама 10 содержит непосредственно сам КРСЭ 11 в бескорпусной конфигурации.
Как показано на Фиг. 6, КРСЭ 11 имеет статор 12 и ротор 13. Принципы создания коммутируемых реактивных синхронных электродвигателей являются хорошо известными для обычных
специалистов в данной области техники. Статор 12 КРСЭ представляет собой многослойный пакет пластин магнитопровода из электротехнической стали, которым придана форма с наличием множества пазов, на которые намотаны катушки для формирования фазных обмоток, причем обычно предусмотрено наличие трех фаз. Как правило, пары диаметрально противоположных полюсов статора или наборы полюсов (на чертеже показано 12 полюсов в виде 4 наборов из 3 полюсов) подключены последовательно для формирования каждой независимой фазы многофазного коммутируемого реактивного синхронного электродвигателя. Статор с девятью полюсами имел бы 3 набора из 3 полюсов, расположенных через 120 градусов. Осуществляют электронное переключение (электронную коммутацию) катушек в заранее заданной последовательности для формирования движущегося магнитного поля. Ротор 13 также образует один или большее количество полюсов и не имеет фазных обмоток, но имеет множество зубьев, которые расположены близко в радиальном направлении к полюсам статора и разделены воздушным зазором.
Статор 12 создает движущееся магнитное поле, которое индуцирует крутящий момент через зубья ротора 13. Ротор вращается, перемещая зубья синхронно с теми полюсами статора, на которые подано электропитание, для минимизации магнитного потока (минимальное магнитное сопротивление). Используя заранее заданную коммутацию надлежащих полюсов статора, достигают желательной скорости вращения ротора в прямом направлении или в обратном направлении.
КРСЭ 11 и, следовательно, верхний привод 1, создает высокий пусковой крутящий момент, имеет относительно плоскую кривую изменения крутящего момента и, следовательно, способен работать в широком диапазоне рабочих скоростей. Соответственно, верхний привод является полнофункциональным и пригодным для работы при низких скоростях вращения, приближающихся к нулю оборотов в минуту.
Как показано на Фиг.1 и Фиг.2, системы управления КРСЭ 11 содержат электронное оборудование 11с для управления
высокочастотным переключением полюсов статора и средство для определения положения ротора 12. Эти средства управления, в том числе, выпускаемые фирмами "Ideal Electric" в США и "Emotron АВ" в Швеции, являются известными в данной отрасли промышленности. Бескорпусный вариант осуществления
Как показано в общем виде на Фиг.1 и Фиг.З - Фиг.б, в другом варианте осуществления изобретения верхний привод 1 реализован удобным образом в виде бескорпусного электродвигателя, который прикреплен непосредственно к устью скважины, например, посредством рамы 10 или иного соединения с устьем 5 скважины, например, через фланец, к деталям оборудования устья скважины. Полированный шток б удерживает колонну 2 насосных штанг. Полированный шток б удерживается полым ведущим валом 14, опорой для которого, в свою очередь, служит КРСЭ 11, обеспечивающий возможность вращения этого вала. В отличие от обычных бескорпусных электродвигателей, в которых нагрузки несет ведомое оборудование, в данном варианте осуществления изобретения нагрузки несет сам электродвигатель.
Соответственно, КРСЭ 11 предложен в бескорпусной конфигурации, например, в конфигурации, соответствующей размерам фланца типа С согласно стандарту Национальной ассоциации производителей электрооборудования США (NEMA) для удобства монтажа и соответствия размеров вала. Другими словами, статор самого электродвигателя образует раму для того, чтобы нести осевые нагрузки и сдерживать реактивный крутящий момент. Фланец типа С установлен на раме 10 и на устье 5 скважины, или же бескорпусный КРСЭ с фланцем типа С прикреплен непосредственно к устью 5 скважины для сдерживания реактивного вращения.
КРСЭ 11 содержит конструктивный сборочный узел, состоящий из статора 12, первого или верхнего корпуса 18, расположенного на первом конца пакета пластин сердечника статора, и второго или нижнего корпуса 19, расположенного во втором конце пакета пластин сердечника статора. Осевые нагрузки, которыми в данном варианте осуществления верхнего привода являются вертикальные нагрузки для подвешивания колонны 2 насосных штанг, выходящей из
полого вала 14, направлены или передаются через верхний корпус 18, через статор 12 и через нижний корпус 19 на устье 5 скважины. В типичном оборудовании осевые нагрузки могут достигать, приблизительно, 4 0000 фунтов.
Полированный шток 6 проходит вверх через полый вал 14 верхнего привода и выступает из него наружу. К штанге б выше верхнего привода 1 прикреплен зажим 9 для полированного штока, препятствующий прохождению полированного штока вниз через полый вал 14. Зажим 9 и вал 14 во взаимодействии друг с другом обеспечивают возможность вращательного привода. Как показано на Фиг. б и Фиг.15, обычно используют конфигурацию типа "захват и выемка", обеспечивая возможность зацепления захватов, выступающих из вала 14, с выемками в зажиме 9 или наоборот и, тем самым, передачи крутящего момента от вала 14 коммутируемого реактивного синхронного электродвигателя (КРСЭ) на полированный шток 6.
В более подробном изложении и со ссылкой на Фиг.2 - Фиг.24, КРСЭ 11 содержит статор 12, имеющий верхний пакет 12и пластин сердечника и нижний пакет 12Ь пластин сердечника. Бескорпусный КРСЭ реализован путем размещения статора 12 между верхним корпусом 18 и нижним корпусом 19. Верхний корпус 18 содержит верхнюю плиту 20, расположенную на некотором расстоянии от статора 12, опорой для которой служит конструктивный элемент или цилиндрическая стенка, идущая от первого периферийного фланца, или кольцо 2 Or с фланцевым торцом, образуя внутри кольцевое пространство. Нижний корпус 19 содержит нижнюю плиту 21, расположенную на некотором расстоянии от статора 12, опорой для которой служит конструктивный элемент или цилиндрическая стенка, идущая от первого периферийного фланца, или кольцо 21г с фланцевым торцом.
Полый вал 14, служащий опорой для ротора 13, проходит в осевом направлении через статор 12, 12u, 12Ь и через верхнюю и нижнюю плиты 20, 21.
Осевая опора для вала 14, обеспечивающая возможность его вращения, реализована с использованием первого или верхнего
упорного подшипника 22, опорой для которого служит верхняя плита 20. Дополнительной опорой для вала 14 в радиальном направлении служит второй или нижний шариковый подшипник 23, установленный в нижней плите 21, для которого она служит опорой.
Следовательно, осевые нагрузки от подвешивания полого вала 14 и колонны 2 насосных штанг направлены или передаются через верхнюю плиту 20, через торцевое кольцо 20г, через статор 12, через торцевое кольцо 21г и через нижнюю плиту на устье 5 скважины.
Верхняя плита 20 частично усилена корпусом 24 подшипника, в который заключен верхний радиально-упорный подшипник 22. Корпус 24 подшипника дополнительно усилен посредством косынок 25. Корпус 24 подшипника является загерметизированным от воздействия условий внешней среды посредством верхнего уплотнения 29 и крышки 27 верхнего уплотнения.
Компенсация несоосности вала
Со ссылкой на Фиг.6 - Фиг.10, и в другом варианте осуществления изобретения в конструкции, обеспечивающей вращение, имеется некоторое допустимое отклонение, которое связано с бескорпусным электродвигателем и, в частности, обусловлено сущностью статора 12 КРСЭ, в котором в сборочном узле многослойного пакета пластин сердечника статора 12 может иметь место существенный разброс по размеру. Размер или высота множества слоев в многослойном пакете пластин статора может изменяться по периферии, и эта величина изменения высоты может достигать 1/4 дюйма для пакета пластин высотой, приблизительно, 12 дюймов. Следовательно, верхняя плоскость на первом конце статора 12 электродвигателя (перпендикулярно к валу 14), может не всегда быть параллельной нижней плоскости на втором конце статора 12 электродвигателя. Таким образом, верхняя плита 20 и нижняя плита 21, служащие опорами для верхнего и нижнего подшипников 22, 23, могут иметь перекос. Обычная жесткая установка верхнего и нижних подшипников 22, 23 может привести к несовпадению оси вала и осей подшипников.
В нормальном состоянии ось, проходящая через подшипники,
совмещена с осью вала. В нормальном состоянии ось вала перпендикулярна к плоскости верхней плиты 20. Комбинация подшипников и схем их установки обеспечивает надежное функционирование и совмещение соответствующих осей. В частности, со ссылкой на Фиг.7 и Фиг.8, в первом опорном узле верхний подшипник 22 представляет собой упорный подшипник качения с бочкообразными роликами (см. Фиг.8), который имеет способность к самоцентрированию и допускает несоосность вала 14 относительно оси подшипника, заданной по умолчанию, несмотря на отклонение от перпендикуляра относительно верхней плиты 20. Этот подшипник 22 с бочкообразными роликами служит опорой для осевой нагрузки, обеспечивая возможность вращения, при этом допускается наличие некоторого отклонения от перпендикуляра между валом 14 и верхней плитой 20.
Со ссылкой на Фиг.9 и Фиг.10, во втором опорном узле также обеспечена некоторая податливость нижнего подшипника 23, которой способствует наличие некоторого допустимого отклонения, предусмотренного в радиальном или поперечном направлении, и этот подшипник оснащен периферическими уплотнительными кольцами 30 для сохранения герметизации, не ограничивая движение. Нижний подшипник представляет собой шариковый подшипник, который выдерживает радиальные нагрузки. Наружное кольцо 31 нижнего шарикового подшипника 23 имеет некоторый радиальный зазор относительно узла 32 крепления подшипника, опорой для которого служит нижняя плита 21, что обеспечивает возможность наличия некоторой радиальной или поперечной несоосности вала 14 и нижней плиты 21. Поэтому наружное кольцо 31 обычно не является крепко закрепленным, и, следовательно, дополнительно предварительно нагружено волнистой пружиной 33.
И вновь со ссылкой на Фиг.7, корпус 24 подшипника снабжен кодовым датчиком 80 положения ротора, предназначенным для распознавания положения ротора для обеспечения обратной связи с блоком 11с управления КРСЭ.
Вариант осуществления смазки
Возвращаясь к Фиг.6, Фиг.7 и Фиг.8, увидим, что в другом
варианте осуществления изобретения верхний подшипник 22 снабжен средством надежной подачи смазки, например, масла. В раскрытом варианте осуществления подшипника с бочкообразными роликами при работе подшипника 22 в динамическом режиме он стремится выбросить свое собственное смазочное масло наружу в радиальном направлении. Верхний подшипник имеет наружное нижнее кольцо, опорой для которого служит верхняя плита 20. Верхний подшипник имеет верхнее кольцо подшипника, опорой для которого служит вал 14 и которое соединено с ним для совместного вращения. Внутреннее кольцевое пространство 35 внутри нижнего кольца подшипника с бочкообразными роликами выполнено сообщающимся с кольцеобразным резервуаром 36 для масла, расположенным снаружи подшипника с бочкообразными роликами в радиальном направлении. Обычно резервуар 36 для масла сформирован между корпусом 24 подшипника и верхним подшипником 22. Масло, выброшенное подшипником 22 наружу в радиальном направлении, собирается в маслосборнике резервуара 36 для масла и подается через каналы 37, расположенные под наружным кольцом, например, через узел для установки кольца подшипника, и обратно для пополнения внутреннего кольцевого пространстЕ.а 35. Масло удерживается в корпусе 34 верхнего подшипника с бочкообразными роликами, и его потери из-за утечки вниз по полому валу, предотвращены за счет использования стояка 38, герметично прикрепленного к верхней плите 20 ниже подшипника 22 с бочкообразными роликами и проходящего вверх через подшипник и вокруг вала 14. Верхнее кольцо подшипника верхнего подшипника 22 соединено с валом выше стояка 38.
Стопор 40, удерживающий подшипник, закреплен гайкой 41 на валу 14. Стопор 40 оснащать пропускными каналами 42 для выпуска избыточного статического давления потока газов.
Вариант А осуществления охлаждения
В другом варианте осуществления усовершенствованного верхнего привода 1 обеспечено эффективное рассеяние наведенной теплоты, которая может нарастать и инициировать преждевременное повреждение коммутируемого реактивного синхронного
электродвигателя (КРСЭ), выполненного по обычной технологии, в таком жестком режиме работы. В этом предпочтительном варианте осуществления изобретения обеспечивают циркуляцию окружающего воздуха, находящегося снаружи КРСЭ 11, направляя его в электродвигатель и через статор 12 и ротор 13.
Со ссылкой на Фиг.6 - Фиг.24, путь протекания охлаждающего воздуха проходит через пропускные каналы для охлаждающего воздуха, сформированные посредством сочетания уникальных элементов конструкции статора и ротора.
В упрощенном изложении, воздух пропускают через каналы в статоре 12 или в многослойном пакете пластин магнитопровода для удаления тепла, созданного электродвигателем. Воздух может быть направлен через статор в осевом направлении или в радиальном направлении.
В одном из вариантов осуществления изобретения воздух направляют вверх через зазоры между соседними катушками, намотанными на соседние полюса статора, и через множество пропускных каналов, проходящих в осевом направлении, которые сформированы в роторе 13. Со ссылкой на Фиг.11 и Фиг.12, статор 12 оснащен пропускными каналами 50, проходящими в осевом направлении, которые сформированы на тех сторонах полюсов 51, которые обращены внутрь в радиальном направлении, таким образом, что примыкают к воздушному зазору между ротором и статором. Вокруг каждого полюса 51 намотаны катушки 52, при этом между остается некоторый зазор, образующий между полюсами 52 дополнительные межполюсные пропускные каналы 53, проходящие в осевом направлении. Пропускные каналы 53 изолированы от воздушного зазора.
Со ссылкой на Фиг.13 - Фиг.15, пакет пластин сердечника ротора 13 оснащен пропускными каналами 60, проходящими в осевом направлении, которые являются открытыми в сторону воздушного зазора. Верхний и нижние вентиляторы или лопасти 61, 62 способствуют принудительному протеканию потока воздуха по пропускным каналам 60 ротора 13, проходящим в осевом направлении, и по пропускным каналам 50 статора 12. Со ссылкой
на опорный узел, показанный на Фиг.16, в роторе 13 и в статоре предусмотрено множество каналов 50, 60 и 53 для охлаждения, проходящих в осевом направлении. Охлаждающий воздух засасывают внутрь через отверстия 75 в нижней плите 21 и направляют в радиальном направлении мимо статора 12 и наружу из электродвигателя 11.
Со ссылкой на Фиг.17, и как также показано на Фиг.6, Фиг.12, Фиг.19, Фиг.21 и Фиг.23, в наиболее предпочтительном варианте статор 12 сформирован из двух или из большего количества подпакетов пластин магнитопровода статора. Подпакеты пластин магнитопровода, или верхний и нижний статоры 12u, 12Ь, являются разнесенными вдоль оси относительно друг друга посредством множества распорных деталей 70, расположенных по окружности. Результатом является создание множества каналов 71 для выпуска воздуха, расположенных по окружности, которые проходят в радиальном направлении от воздушного зазора 72 между ротором и статором через кожух 7 6 до места вне электродвигателя. В случае наличия верхнего и нижнего пакетов пластин сердечника магнитопровода статоров 12u, 12Ь, пакетов пластин сердечника ротора 13 также удобным образом разделен с использованием барьера 73, выступающего наружу в радиальном направлении, который обычно сформирован из пластин сердечника большего диаметра, чем диаметр пропускных каналов, проходящие в осевом направлении, в роторе 13. Создана преграда для потоков воздуха, протекающего по пропускным каналам 60 ротора, проходящим в осевом направлении, и они перенаправляются в радиальном направлении наружу через выпускные каналы 71 между статорами 12u, 12Ь.
Таким образом, в варианте осуществления разнесенного статора созданы два пути Fl, F2 протекания потока: первый путь F1, по которому поток протекает вверх от нижних лопастей 62 ротора и через пропускные каналы ротора, проходящие в осевом направлении, для охлаждения нижнего пакета 12d пластин сердечника, катушек 52 и ротор 13, и второй путь F2, по которому поток протекает вниз от верхних лопастей 61 ротора и через
пропускные каналы ротора, проходящие в осевом направлении, для охлаждения верхнего пакета 12и пластин сердечника, катушек и ротора. Оба потока Fl, F2 подходят к выступающему наружу барьеру 73 ротора и выводятся наружу из электродвигателя 11. Воздух, подаваемый по второму пути F2, получен из воздуха, протекающего вверх между катушками 52, и затем направленного вниз при помощи верхних лопастей 61.
Вариант Б осуществления охлаждения
Несмотря на то, что статор 12 может быть создан из материала с низкими потерями или без потерь, чтобы свести к минимуму выработку теплоты, в результате все же может возникать избыточная теплота. В этом варианте осуществления изобретения реализовано сочетание использования электротехнической стали с низкими потерями, видоизмененного поперечного сечения для статора, имеющего охлаждающие пропускные каналы, и принудительного охлаждения.
Со ссылкой на Фиг.25 и Фиг.2 6, статор для КРСЭ может, но не обязательно, содержать многослойный пакет пластин магнитопровода из электротехнической стали прямоугольной формы. В предпочтительном варианте нагревание вследствие потерь энергии в циклах намагничивания сведено к минимуму за счет использования электротехнических сталей с неориентированным зерном и высоким содержанием кремния, например, стали М19 толщиной 0,014 дюйма согласно стандарту ASTM 36F155 (Американского общества по испытанию материалов) / AISI 29 (Американского института черной металлургии). Номинальными свойствами электротехнической стали Ml9 являются, в том числе, максимальные потери Рс в сердечнике, равные 1,74 ватта на фунт (Вт/фунт), и удельное сопротивление, равное от 45 до 55 милливатт на сантиметр (мВт/см). Эти параметры отличаются от параметров обычных электродвигателей, в которых используется электротехническая сталь М25 толщиной 0,025 дюйма согласно стандарту ASTM 64F275/AISI 24, имеющая максимальные потери Рс в сердечнике, равные 2,75 Вт/фунт, и удельное сопротивление 20-30 мВт/см.
Как показано на Фиг.25 статор 12 может иметь внешний
профиль, выступающий в радиальном направлении, размер которого превышает требуемый размер электродвигателя как электропривода. В одном из вариантов осуществления изобретения, профиль может быть квадратным. Используя квадратный профиль, может быть получена экономия за счет использования полных или меньших прокатных листов для получения множества пластин сердечника статора с меньшим количеством производственных отходов и обрезков. Полученные в результате этого листы многослойного пакета пластин магнитопровода имеют расположенную в углах массу 100, которая, по существу, не участвует в магнитных свойствах при работе КРСЭ, но фактически обеспечивают существенную массу для охлаждения, не увеличивая необходимую общую площадь для электродвигателя в поперечном сечении. Вентилятор 101, например, вентилятор, приводимый в движение полым валом 14, и кожух 102, направляют охлаждающий воздух, охлаждая каналы 103 проходящие через массу, расположенную в углах.
Как показано на Фиг.25 и Фиг.2 6, сформировано множество осевых вентиляционных каналов 103, проходящих через статор 12 вдоль оси, которые расположены в области, ограниченной углами 100, или соответствующим образом распределенных вокруг статора.
Со ссылкой на Фиг.27, вентилятор 101 соединен с валом 14 для вращения вместе с ним таким образом, что расположен смежно с верхним корпусом 18 и над ним. Кожух 102 расположен таким образом, что вентилятор 101 находится между кожухом 102 и верхним корпусом 18. Вентилятор 101 втягивает охлаждающий воздух в кожух 102 для его прохождения через вентиляционные каналы 103 и в место, находящееся снаружи электродвигателя 11.
В другом варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.28, вентилятор 101 расположен между верхним корпусом 18 и статором. Верхний корпус 18 образует кожух 102. Вентилятор 101 расположен внутри первого кольцевого пространства 104 внутри верхнего корпуса и соединен с валом 14 для вращения вместе с ним. Вентилятор втягивает охлаждающий воздух в кожух 18, 102 для его прохождения через вентиляционные каналы 103 и в место, находящееся снаружи электродвигателя 11.
Предпочтительно защитить электродвигатель 11 от случайного повреждения путем заглубления вала 14 внутрь нижнего корпуса 19. Если вал 14 выступает наружу (как показано на Фиг.28), то устанавливают еще одну или дополнительную плиту 110, либо нижний корпус 19 видоизменяют таким образом, чтобы вал 14 был расположен в его углублении.
В результате новой комбинации настоящего изобретения, получены определенные преимущества:
способность обеспечивать очень низкую скорость вращения, в том числе, менее 100 оборотов в минуту;
наличие высокого пускового крутящего момента и, по существу, плоской кривой крутящего момента;
минимальное количество деталей;
использование концентрической конфигурации вала и колонны насосных штанг и исключение понижающего редуктора для обеспечения пассивного и безопасного отклика на ситуации возникновения обратного вращения;
использование бескорпусной конфигурации электродвигателя, способной выдерживать полные осевые нагрузки;
конфигурация подшипников допускает несоосность
электродвигателя или полированного штока; и
устранение потребности в дополнительных механических или гидравлических устройствах предотвращения обратного вращения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Бескорпусный коммутируемый реактивный синхронный электродвигатель, закрепленный на опоре электродвигателя, при этом электродвигатель имеет статор и ротор, образующие воздушный зазор между ними, ротор закреплен на валу, который расположен вдоль оси, проходящей через статор, для обеспечения возможности вращения и передачи осевых нагрузок, направленных вдоль этой оси, а электродвигатель содержит
пакет пластин магнитопровода статора, причем этот пакет пластин магнитопровода статора имеет первый конец и второй конец;
первый подшипник, расположенный смежно с первым концом пакета пластин магнитопровода статора, предназначенный для поддержки вала и ротора в осевом направлении и в радиальном направлении внутри статора;
первый корпус, имеющий первый периферийный фланец, служащий опорой для первого конца пакета пластин магнитопровода статора, и верхнюю плиту, расположенную на расстоянии от верхнего фланца посредством конструктивного элемента, при этом верхняя плита служит опорой для первого подшипника, обеспечивая передачу осевых нагрузок через первый корпус на пакет пластин магнитопровода статора;
второй подшипник, расположенный смежно со вторым концом пакета пластин магнитопровода статора, предназначенный для поддержки вала, по меньшей мере, в радиальном направлении внутри статора; и
второй корпус, имеющий второй периферийный фланец, соединенный со вторым концом пакета пластин магнитопровода статора, и вторую плиту, расположенную на расстоянии от второго фланца посредством конструктивного элемента, при этом вторая плита служит опорой для второго подшипника и приспособлена для соединения с опорой электродвигателя для передачи вертикальных нагрузок от второго корпуса и пакета пластин магнитопровода статора.
2. Электродвигатель по п.1, в котором ось вала обычно
является перпендикулярной первой плите, причем первая плита является опорой для первого подшипника, и в котором ось первого подшипника совмещена с осью вала, несмотря на несоосность вала и первой плиты.
3. Электродвигатель по п.1, в котором первым подшипником является самоцентрирующийся упорный подшипник.
4. Электродвигатель по п.1, в котором ось второго подшипника перемещается в поперечном направлении для совмещения с осью вала.
5. Электродвигатель по п.4, дополнительно содержащий первый опорный узел, соединенный с первой плитой, который
предназначен для поддержки первого подшипника вдоль оси вала; и
второй опорный узел, соединенный со второй плитой, который предназначен для поддержки второго подшипника вдоль оси вала.
6. Электродвигатель по п. 5, в котором второй опорный узел обеспечивает возможность поперечного перемещения в нем второго подшипника.
7. Электродвигатель по п. 5, в котором первый опорный узел дополнительно содержит кожух первого подшипника, который предназначен для герметизации первого подшипника и является конструктивно прикрепленным к первой плите для усиления первой плиты, чтобы препятствовать ее деформации при осевых нагрузках.
8. Электродвигатель по п.1, в котором вал ориентирован вертикально, первым корпусом является верхний корпус, а вторым корпусом является нижний корпус, при этом нижний корпус приспособлен для закрепления на основании электродвигателя, а осевые нагрузки передаются от вала на первый подшипник и на верхний корпус, на пакет пластин магнитопровода статора и на нижний корпус.
9. Электродвигатель по п.8, дополнительно содержащий кожух первого подшипника, конструктивно прикрепленный к
верхней плите для защиты первого подшипника и для усиления верхней плиты, чтобы препятствовать ее деформации при осевых нагрузках, при этом первый подшипник имеет внешнее и нижнее кольцо подшипника, закрепленное на верхней плите, и верхнее
кольцо подшипника, соединенное с валом, для которого оно служит опорой, для вращения вместе с ним;
внутреннее кольцевое пространство, сформированное между упомянутым внешним кольцом подшипника и валом;
кольцевой резервуар для масла, расположенный между кожухом первого подшипника и внешним кольцом подшипника; и
пропускной канал для масла, расположенный между внутренним кольцевым пространством и кольцезым резервуаром для масла, предназначенный для перетекания масла между ними под действием силы тяжести,
в котором масло, отбрасываемое в радиальном направлении наружу от первого подшипника, собирается в кольцевом резервуаре для масла и стекает обратно во внутреннее кольцевое пространство.
10. Электродвигатель по п. 9, дополнительно содержащий трубчатый стояк, герметично прикрепленный к верхней плите, который предназначен для удержания масла между внутренним кольцевым пространством и стояком, расположенным между упомянутым внешним кольцом подшипника и валом, и в котором верхнее кольцо подшипника соединено с валом, обеспечивая для него опору, выше трубчатого стояка.
11. Электродвигатель по п.1, в котором ротор дополнительно содержит
множество вентиляционных каналов ротора, расположенных по окружности и проходящих в осевом направлении, которые сформированы вдоль воздушного зазора,
по меньшей мере, один вентилятор, предназначенный для вращения вместе с ротором для создания движения воздуха по вентиляционным каналам ротора; и в котором
пакет пластин магнитопровода статора разделен посередине вдоль оси и дополнительно содержит верхний пакет пластин магнитопровода и нижний пакет пластин магнитопровода, при этом имеется одна или большее количество распорных деталей, расположенных по окружности, для размещения верхнего пакета пластин магнитопровода на расстоянии от нижнего пакета пластин
магнитопровода, обеспечивая для них опору, и для формирования множества каналов для выпуска воздуха, расположенных по окружности и проходящих в радиальном направлении через пакет пластин магнитопровода статора до места, расположенного вне электродвигателя,
при этом воздух протекает вдоль ротора и через каналы для выпуска воздуха, расположенные по окружности, охлаждая электродвигатель.
12. Электродвигатель по п.11, в котором ротор дополнительно содержит
барьер для потока воздуха, являющийся радиально направленным, который расположен посередине длины ротора и разделяет вентиляционные каналы ротора на верхние и нижние вентиляционные каналы ротора, при этом барьер для потока воздуха расположен, по существу, смежно с каналами для выпуска воздуха, расположенными по окружности, которые проходят через пакет пластин магнитопровода статора; и
первый вентилятор, расположенный в первом конце ротора и предназначенный для обеспечения протекания воздуха от первого конца ротора к барьеру потока воздуха и за пределы электродвигателя через пакет пластин магнитопровода статора по каналам для выпуска воздуха, расположенным по окружности; и
второй вентилятор, расположенный во втором конце ротора и предназначенный для обеспечения протекания воздуха от второго конца ротора к барьеру потока воздуха и за пределы электродвигателя через пакет пластин магнитопровода статора по каналам для выпуска воздуха, расположенным по окружности.
13. Электродвигатель по п.12, дополнительно содержащий впускное отверстие для охлаждающего воздуха в одном из первого или второго корпусов; и в котором пакет пластин сердечника магнитопровода статора дополнительно содержит множество вентиляционных каналов, расположенных по окружности и проходящих в осевом направлении, которые сформированы в статоре смежно с воздушным зазором между статором и ротором и являются изолированными от него, и предназначены для распределения
воздуха между первым и вторым вентиляторами.
14. Электродвигатель по п.1, в котором
пакет пластин магнитопровода статора дополнительно содержит множество каналов статора для выпуска воздуха, расположенных по окружности и проходящих в осевом направлении, которые проходят через пакет пластин магнитопровода статора в место, расположенное вне электродвигателя/
по меньшей мере, один вентилятор для вращения вместе с валом; и
кожух, предназначенный для того, чтобы вызвать движение охлаждающего воздуха от, по меньшей мере, одного вентилятора и по каналам для выпуска воздуха, имеющимся в статоре.
15. Электродвигатель по п.14, в котором пакет пластин магнитопровода статора имеет, радиально направленный внешний профиль размер которого превышает размер, требуемый для работы статора и ротора как электропривода, и в котором каналы для выпуска воздуха, имеющиеся в статоре, проходят через внешний профиль.
16. Электродвигатель по п.14, в котором
по меньшей мере, один вентилятор, предназначенный для вращения вместе с валом, расположен рядом с первым корпусом; и
кожух расположен таким образом, что упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор расположен между первым корпусом и кожухом, предназначенным для того, чтобы вызвать движение охлаждающего воздуха в каналы для выпуска воздуха, имеющиеся в статоре.
17. Электродвигатель по п.14, в котором
кожух содержит первый корпус, образующий первое кольцевое пространство вокруг вала и между первым подшипником и первой плитой;
пакет пластин магнитопровода статора дополнительно содержит множество каналов статора для выпуска воздуха, расположенных по окружности и проходящих в осевом направлении, которые проходят через пакет пластин магнитопровода статора в место, расположенное вне электродвигателя; и
по меньшей мере, один вентилятор, расположенный в первом кольцевом пространстве для вращения вместе с валом, предназначенный для того, чтобы Еызвать движение охлаждающего воздуха по каналам для выпуска воздуха, имеющимся в статоре.
18. Верхний привод, предназначенный для приведения в движение скважинного ротационного насоса и вращающейся колонны насосных штанг, причем эта колонна насосных штанг выступает вверх через устье скважины до верхнего привода и проходит вниз через ствол скважины к ротационному насосу, при этом верхний привод содержит электродвигатель по п.1, а устье скважины образует опору для электродвигателя.
19. Верхний привод, предназначенный для приведения в движение скважинного ротационного насоса и вращающейся колонны насосных штанг, причем эта колонна насосных штанг выступает вверх через устье скважины до верхнего привода и проходит вниз через ствол скважины к ротационному насосу, при этом верхний привод содержит электродвигатель по п.8, а устье скважины образует опору для электродвигателя.
20. Верхний привод, предназначенный для приведения в движение скважинного ротационного насоса и вращающейся колонны насосных штанг, причем эта колонна насосных штанг выступает вверх через устье скважины до верхнего привода и проходит вниз через ствол скважины к ротационному насосу, при этом верхний привод содержит электродвигатель по п.9, а устье скважины образует опору для электродвигателя.
21. Верхний привод, предназначенный для приведения в движение скважинного ротационного насоса и вращающейся колонны насосных штанг, причем эта колонна насосных штанг выступает вверх через устье скважины до верхнего привода и проходит вниз через ствол скважины к ротационному насосу, при этом верхний привод содержит электродвигатель по п.11, а устье скважины образует опору для электродвигателя.
22. Верхний привод, предназначенный для приведения в движение скважинного ротационного насоса и вращающейся колонны насосных штанг, причем эта колонна насосных штанг выступает
вверх через устье скважины до верхнего привода и проходит вниз через ствол скважины к ротационному насосу, при этом верхний привод содержит электродвигатель по п.14, а устье скважины образует опору для электродвигателя.
По доверенности
2/28
?????en ??????
??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??
Фиг. 2
3/28
Фиг. 3
4/28
Фиг. 4
5/28
Фиг. 5
6/28
Фиг. 6
8 /28
Фиг. 8
Фиг. 10
12/28
Фиг. 12
14/28
16/28
Фиг. 16
Фиг. 18
20/28
Фиг. 20
22/28
Фиг. 22
23/28
Фиг. 23
25/28
100
100
Фиг. 25
26/28
100
Фиг. 26
27/28
Фиг. 27
28/28
Фиг. 28