一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵

技术领域

本发明涉及一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵，属于电机泵技术领域。

背景技术

混输技术是石油、天然气开采运输过程中的关键技术，与传统的分离输送技术相比，混输技术不需要油气水分离，即可完成对油气的输送，减少了中转站与输送管道，极大地降低了生产成本。油气砂三相混输泵是整个混输技术的核心设备，其性能的高低极大地影响着石油、天然气输送过程中的经济效益。

然而，现有油气砂三相混输泵存在三个突出问题。其一，混输泵普遍采用的结构是联轴器加外置电机结构，经联轴器连接后，混输泵主传动轴的轴向尺寸较大，导致主传动轴挠度变大，进而引发油气砂三相混输泵的主传动轴振动过大，导致密封失效及油气介质泄露，从而对设备或人体造成危害；其二，电机外置导致油气砂三相混输泵组轴向尺寸较大，需要占用较大空间，对于某些有设备安装尺寸限制的场合，电机外置形式的油气砂三相混输泵并不能满足其空间要求；其三，在油气砂三相混输泵电机的选型过程中，人们选用的是异步电机，但异步电机的转子转速会低于磁场同步转速，导致电机调速困难，从而决定了油气砂三相混输泵无法实现精确控制的功能。

针对以上问题，亟需一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵，避免主传动轴过长产生振动导致密封失效，缩减设备尺寸，保障电机的散热，实现油气砂三相混输泵的精准控制。

发明内容

本发明的目的是为了避免油气砂三相混输泵的主传动轴过长产生振动导致的密封失效，缩减设备尺寸，保障电机的散热，实现油气砂三相混输泵的精准控制，设计了一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵。

本发明一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵，主要由泵体、左挡板、永磁同步电机总成、右挡板、主转子、主传动轴、副转子、副传动轴、同步齿轮组成。

所述泵体由左端盖、外挡板、右端盖组成。

所述左挡板由型腔盖、橡胶垫、凸台、型腔、底板、型腔冷却孔、橡胶垫孔组成；所述型腔盖包含型腔盖盲孔、型腔盖冷却孔、型腔盖穿线孔、型腔盖沟槽。

所述永磁同步电机总成包含不锈钢桶、辐射环、线圈绕组、橡胶圈、不锈钢盖、外部驱动器、电机引线、不锈钢盖支撑轴承、不锈钢盖支撑轴承挡圈、不锈钢桶支撑轴承、左挡板支撑轴承、密封装置、不锈钢桶支撑轴承挡圈、辐射环挡圈、电机安装轴段等；所述不锈钢盖包含不锈钢盖穿线孔、不锈钢盖排油孔、不锈钢盖环形槽。

所述左挡板、右挡板与泵体通过泵体连接螺栓组连接并固定在泵体内部，永磁同步电机总成固定在左挡板内部，主转子与主传动轴为一体结构、副转子与副转动轴为一体结构、同步齿轮通过平键分别与主传动轴、副传动轴相连。

所述左挡板的凸台焊接在底板表面，凸台为一中空圆柱体，凸台内的中空部分成为型腔用于放置永磁同步电机总成，型腔由型腔盖与橡胶垫经左挡板连接螺栓组连接进行密封，所述左挡板上开设有4个左挡板冷却孔，并且在型腔盖正面对应位置开设4个型腔盖盲孔，在型腔盖侧面开设2个型腔盖冷却孔与型腔盖盲孔相交并贯通整个型腔盖，同时将型腔盖两侧面的型腔盖冷却孔采用螺栓堵死，油气介质经左挡板冷却孔与橡胶垫孔、型腔盖盲孔、以及型腔盖冷却孔进行流通。

所述永磁同步电机总成固定安装在左挡板内的型腔内，所述辐射环与主传动轴的电机安装轴段以径向过盈配合进行连接，同时辐射环两端用辐射环挡圈进行轴向固定，辐射环随主传动轴共同旋转；所述线圈绕组固定安装在不锈钢筒内，通过不锈钢盖对不锈钢桶内的线圈绕组进行封装，不锈钢桶为有底无盖的圆筒结构，不锈钢桶与型腔接触并进行固定安装，不锈钢盖上开设环形沟槽，环形沟槽内装填橡胶圈，不锈钢筒顶部插入不锈钢盖上的环形沟槽的橡胶圈中，通过橡胶圈的挤压实现不锈钢盖对不锈钢筒的密封作用；不锈钢桶与不锈钢盖分别通过不锈钢筒支撑轴承、不锈钢盖支撑轴承与主传动轴的电机安装轴段进行连接，不锈钢筒支撑轴承、不锈钢盖支撑轴承与电机安装轴段、不锈钢桶、不锈钢盖之间均为过盈配合连接形式，不锈钢筒支撑轴承则通过不锈钢桶支撑轴承挡圈与轴肩进行轴向固定，不锈钢盖支撑轴承则通过不锈钢盖支撑轴承挡圈进行轴向固定；不锈钢盖与型腔盖上分别留有不锈钢盖穿线孔与型腔盖穿线孔供线圈绕组的电机引线穿过与外部驱动器相连，上述结构形式形成了永磁同步电机总成，外部驱动器为线圈绕组供电，线圈绕组与辐射环产生磁场驱动主动轴进行旋转，从而为油气砂三相混输泵提供动力。

所述主转子与副转子通过同步齿轮啮合而进行同步转动，所述主转子与副转子在左挡板、外挡板及右挡板所围成的工作腔内工作。

所述不锈钢盖上开设不锈钢盖排油孔，型腔盖上开设型腔盖沟槽，左端盖底部开集油孔。

所述主传动轴位于主转子左侧部分可分为三个轴段，电机安装轴段、普通密封轴段、间隙密封轴段；一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵其余多处密封同上述密封形式。

本发明与传统的电机外置式的油气砂三相混输泵相比，具备的优点为：

1：电机整体位于油气砂三相混输泵的腔体内，缩减了电机与油气砂三相混输泵的轴向距离，避免主传动轴过长，导致轴的挠度变大，带来密封失效等危害；

2：在左挡板上开设冷却油道，利用工作腔的油气介质进入冷却油道流动进行循环散热，达到电机的冷却效果，不会对泵的容积效率产生较大的影响；

3：考虑到密封装置的失效可能会对电机产生危害，增添了泄露介质的排出及收集措施，保证了设备的正常运行。

附图说明

图1为本发明一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵的剖面示意图；

图2为本发明一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵的三维泵体示意图；

图3为本发明一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵的三维左挡板示意图；

图4为本发明一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵的三维型腔盖示意图；

图5为本发明一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵的三维冷却流道示意图；

图6为本发明一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵永磁同步电机位置剖面的放大图；

图7为本发明一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵三维不锈钢桶与不锈钢盖结构示意图；

图8为本发明一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵油气砂三相混输泵主传动轴左侧轴段划分示意图；

图中：1.泵体；2.左挡板；3.永磁同步电机总成；4.右挡板；5.主转子；6.主传动轴；7.副转子；8.副传动轴；9.同步齿轮；10.平键；11.左端盖；12.外挡板；13.右端盖；14.型腔盖；15.橡胶垫；16.凸台；17.型腔；18.底板；19.型腔冷却孔；20.型腔盖盲孔；21.型腔盖冷却孔；22.型腔盖穿线孔；23.型腔盖沟槽；24.不锈钢桶；25.辐射环；26.线圈绕组；27.橡胶圈；28.不锈钢盖；29.外部驱动器；30.电机引线；31.不锈钢盖穿线孔；32.不锈钢盖支撑轴承；33.不锈钢盖支撑轴承挡圈；34.不锈钢筒支撑轴承；35.左挡板支撑轴承；36.密封装置；37.不锈钢筒支撑轴承挡圈；38.辐射环挡圈；39.不锈钢盖排油孔；40.不锈钢盖环形槽；41.电机安装轴段；42.普通密封轴段；43.间隙密封轴段；44.橡胶垫孔；45.泵体连接螺栓组；46.左挡板连接螺栓组；47.集油孔。

具体实施方式：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，本发明一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵，主要由泵体1、左挡板2、永磁同步电机总成3、右挡板4、主转子5、主传动轴6、副转子7、副传动轴8、同步齿轮9组成。

所述泵体1由左端盖11、外挡板12、右端盖13组成。

所述左挡板2由型腔盖14、橡胶垫15、凸台16、型腔17、底板18、型腔冷却孔19、橡胶垫孔44组成；所述型腔盖14包含型腔盖盲孔20、型腔盖冷却孔21、型腔盖穿线孔22、型腔盖沟槽23。

所述永磁同步电机总成3包含不锈钢桶24、辐射环25、线圈绕组26、橡胶圈27、不锈钢盖28、外部驱动器29、电机引线30、不锈钢盖支撑轴承32、不锈钢盖支撑轴承挡圈33、不锈钢桶支撑轴承34、左挡板支撑轴承35、密封装置36、不锈钢桶支撑轴承挡圈37、辐射环挡圈38、电机安装轴段41等；所述不锈钢盖28包含不锈钢盖穿线孔31、不锈钢盖排油孔39、不锈钢盖环形槽40。

所述左挡板2、右挡板4与泵体1通过泵体连接螺栓组45连接并固定在泵体1内部，永磁同步电机总成3固定在左挡板2内部，主转子5与主传动轴6为一体结构、副转子7与副转动轴8为一体结构、同步齿轮9通过平键10分别与主传动轴6、副传动轴8相连。

如图1、图3、图4、图5所示，所述左挡板2的凸台16焊接在底板18表面，凸台16为一中空圆柱体，凸台16内的中空部分成为型腔17用于放置永磁同步电机总成3，型腔17由型腔盖14与橡胶垫15经左挡板连接螺栓组46连接进行密封，所述左挡板2上开设有4个左挡板冷却孔19，并且在型腔盖14正面对应位置开设4个型腔盖盲孔20，在型腔盖14侧面开设2个型腔盖冷却孔21与型腔盖盲孔20相交并贯通整个型腔盖14，同时将型腔盖14两侧面的型腔盖冷却孔21采用螺栓堵死，油气介质经左挡板冷却孔19与橡胶垫孔44、型腔盖盲孔20、以及型腔盖冷却孔21进行流通，用于引流油气输送介质，对永磁同步电机总成3进行冷却。

在油气砂三相混输泵工作过程中由于油气介质的压差变化进行促使油液进行循环流动，带走永磁同步电机总成3工作时散发的热量，本例采取双通道冷却方案，能够有效地带走电机散发的热量，避免电机散热不良引发故障。

如图1、图6所示，所述永磁同步电机总成3固定安装在左挡板2内的型腔17内，所述辐射环25与主传动轴6的电机安装轴段41以径向过盈配合进行连接，同时辐射环25两端用辐射环挡圈38进行轴向固定，辐射环25随主传动轴6共同旋转；所述线圈绕组26固定安装在不锈钢筒24内，通过不锈钢盖28对不锈钢桶24内的线圈绕组26进行封装，不锈钢桶24为有底无盖的圆筒结构，不锈钢桶24与型腔17接触并进行固定安装，不锈钢盖28上开设环形沟槽41，环形沟槽41内装填橡胶圈27，不锈钢筒24顶部插入不锈钢盖28上的环形沟槽41的橡胶圈27中，通过橡胶圈27的挤压实现不锈钢盖28对不锈钢筒24的密封作用；不锈钢桶24与不锈钢盖28分别通过不锈钢筒支撑轴承34、不锈钢盖支撑轴承32与主传动轴6的电机安装轴段41进行连接，不锈钢筒支撑轴承34、不锈钢盖支撑轴承32与电机安装轴段41、不锈钢桶24、不锈钢盖28之间均为过盈配合连接形式，不锈钢筒支撑轴承34则通过不锈钢桶支撑轴承挡圈37与轴肩进行轴向固定，不锈钢盖支撑轴承32则通过不锈钢盖支撑轴承挡圈33进行轴向固定；不锈钢盖28与型腔盖14上分别留有不锈钢盖穿线孔31与型腔盖穿线孔22供线圈绕组26的电机引线30穿过与外部驱动器29相连，上述结构形式形成了永磁同步电机总成3，外部驱动器29为线圈绕组26供电，线圈绕组26与辐射环25产生磁场驱动主动轴6进行旋转，从而为油气砂三相混输泵提供动力。

本例采用永磁同步电机，能够实现对油气砂三相混输泵的精确控制，并且将永磁同步电机集成在泵体内部，能够有效地缩短主传动轴的长度，减小主传动轴的挠度，并实现油气砂三相混输泵的外形尺寸的缩减。

所述主转子5与副转子7通过同步齿轮9啮合而进行同步转动，所述主转子5与副转子7在左挡板2、外挡板12及右挡板4所围成的工作腔内工作。

如图1、图4、图6、图7所示，所述不锈钢盖28上开设不锈钢盖排油孔39，型腔盖14上开设型腔盖沟槽23，左端盖11底部开集油孔47。

若密封装置36发生失效，油气介质流入不锈钢桶24内，则油气介质会沿着不锈钢盖排油孔39、型腔盖沟槽23流出，通过集油孔47对油气介质进行收集处理，避免油气介质在不锈钢筒24内堆积过多会造成永磁同步电机总成3损坏，实现油气砂三相混输泵的电机安全预防工作。

如图8所示，主传动轴6位于主转子5左侧部分可分为三个轴段，电机安装轴段41为永磁同步电机总成3安装的轴段、普通密封轴段42为左挡板支撑轴承35及密封装置36安装的轴段、轴段43为间隙密封轴段。

主转子5左侧的间隙密封轴段43实现初步密封功能，在间隙密封轴段43左侧，普通密封轴段42安装有密封装置36进行二次密封；一种内嵌式永磁同步电机驱动的油气砂三相混输泵其余多处密封同上述密封形式。