электропривод

Формула изобретения

Электропривод, содержащий электродвигатель с полым валом ротора, винтовой преобразователь вращательного движения в поступательное, состоящий из гайки, сочлененной с полым валом, и ходового винта, проходящего внутри этого вала и имеющего рабочий и нерабочий вылеты, а также складывающийся защитный кожух винта, отличающийся тем, что защитный кожух выполнен в виде сильфона, дно которого жестко сочленено с нерабочим вылетом ходового винта, а горловина герметично и жестко соединена с корпусом электропривода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электромеханическим линейным исполнительным механизмам с периодическим изменением направления движения штока при однонаправленной осевой нагрузке и может быть использовано, например, в качестве привода штанговых насосов для откачки нефти из скважин при непосредственном сочленении электромеханизмов с обсадными трубами.

Известен электропривод (патент США N 3161074 кл. H 02 K 7/10), содержащий электродвигатель с полым ротором, винтовой преобразователь вращательного движения в поступательное, защитный кожух винта. Недостатками известного электропривода являются повышенные габариты, обусловленные жесткостью защитного кожуха, а также отсутствие устройств, защищающих преобразователь от заклинивания при ударных осевых нагрузках.

Известен также электропривод (см. а.с. СССР N 1667198, кл. H 02 K 7/10), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, содержащий электродвигатель с полым валом ротора, винтовой преобразователь вращательного движения в поступательное, состоящий из гайки и ходового винта, защищенного за пределами корпуса герметичным складывающимся кожухом, а также пружины на выходном конце штока винта. Достоинством известного электропривода является защищенность ходового винта от вредного влияния окружающей среды и механических воздействий, а также возможность предохранения преобразователя от заклинивания посредством демпфирования ударных осевых нагрузок. Недостатком известного электропривода, работающего в режиме однонаправленной осевой нагрузки (например, за счет веса штанговых колонн и плунжерного насоса в нефтескважине), является наличие существенных осевых усилий на подшипниковый узел, предопределяющих повышенные потери в нем, нагрев, ускоренное его изнашивание и, как результат, снижение ресурса электропривода. Кроме того, недостатком известного электропривода является низкий уровень технико-экономических показателей, обусловленных невозможностью обеспечения рекуперации энергии за счет ее накопления в пассивном режиме холостого хода (например, при опускании штанговой колонны с плунжерным насосом в нефтескважине) и использование ее в активном режиме (например, при подъеме нефти).

Задачей изобретения является создание электропривода с повышенным ресурсом за счет разгрузки подшипникового узла, воспринимающего осевую нагрузку, и улучшенными технико-экономическими показателями за счет рекуперации энергии.

Это достигается тем, что в электроприводе, содержащем электродвигатель с полым валом ротора, винтовой преобразователь вращательного движения в поступательное, состоящий из гайки, сочлененной с полым валом, и ходового винта, проходящего внутри этого вала и имеющего рабочий и нерабочий вылеты, а также складывающийся защитный кожух винта, указанный защитный кожух выполнен в виде сильфона, дно которого жестко сочленено с нерабочим вылетом ходового винта, а горловина герметично и жестко соединена с корпусом электропривода.

На чертеже представлен предложенный электропривод (продольный разрез).

Электропривод представляет собой совмещенную конструкцию электродвигателя, преобразователя вращательного движения в поступательное и рекуператора энергии.

Электропривод состоит из статора 1 и ротора 2 с полым валом 3, установленным в подшипниках 4 и 5. Полый вал 3 сочленен с гайкой 6, образующей совместно с винтом 7 преобразователь вращательного движения в поступательное. Ходовой винт 7 имеет рабочий вылет 8, к которому присоединяется нагрузка (например, штангования колонна плунжерного насоса) и нерабочий вылет 9 на противоположном конце винта. К корпусу 10 электропривода жестко и герметично присоединено горло 12 сильфона 11, а его дно 13 жестко сочленено с нерабочим вылетом 9 ходового винта 7.

Электропривод работает следующим образом. При подаче напряжения на электродвигатель его ротор 2 совместно с полым валом 3 и гайкой 6 начинают вращаться. Винт 7 при этом периодически перемещается в ту или другую сторону в зависимости от направления вращения ротора. Период работы электропривода включает в себя полупериод холостого хода, когда ходовой винт 7 движется в сторону однонаправленного осевого усилия (показано на чертеже стрелкой), и активный полупериод рабочего хода, когда ходовой винт 7 движется навстречу однонаправленному осевому усилию.

Однонаправленная осевая нагрузка (например, за счет веса штанговой колонны и плунжерного насоса внутри нефтескважины), действующая на рабочую часть 8 штока ходового винта 7 в направлении, указанном на чертеже, через винт 7, гайку 6 и полый вал 3 воздействует на подшипниковый узел 4, ужесточая режим его работы. Однако, за счет того, что противоположный конец 9 ходового винта 7 сочленен с дном 13 сильфона 11, опирающегося своей горловиной 12 на корпус 10 электропривода, однонаправленная осевая нагрузка частично компенсируется за счет пружинного эффекта сильфона 11, что приводит к уменьшению осевого воздействия на подшипниковый узел 4 и, как следствие, к увеличению ресурса электропривода.

Движение ходового винта 7 в направлении, указанном на чертеже (в сторону действия однонаправленной осевой нагрузки), приводит к сжатию сильфона 11. При этом сжимается воздух (при одновременном увеличении его давления) внутри герметичного объема сильфона. Сжатие сильфона и увеличение давления воздуха внутри него осуществляется, в основном, за счет энергии однонаправленной осевой нагрузки (например, за счет потенциальной энергии штанговой колонны и плунжерного насоса при их опускании). При движении ходового винта 7 в направлении, противоположном указанному на чертеже (например, в активном режиме работы электропривода при подъеме нефти на поверхность земли), потенциальная энергия пружины сжатого сильфона 11, а также энергия сжатого воздуха внутри него преобразуется в активную энергию, помогая электродвигателю привода совершать полезную работу (например, подъема нефти из скважины).

Таким образом, посредством сильфона 11 энергия однонаправленной осевой нагрузки в полупериод холостого хода работы электропривода (например, в режиме опускания штанговой колонны и плунжерного насоса в нефтескважине) рекуперируется в активном полупериоде работы электропривода (например, при подъеме нефти из скважины). Использование сильфона 11 в качестве накопителя энергии позволяет приблизить друг к другу нагрузочные диаграммы полупериодов холостого хода и активного режима. Наличие рекуперации энергии позволяет несколько снизить нагрузочный режим электропривода в наиболее тяжелом, с точки зрения энергетических показателей, активном полупериоде. В результате появляется возможность снизить мощность электродвигателя, что, в конечном счете, приведет к существенному улучшению технико-экономических показателей электропривода.

Применение в электроприводе сильфона 11, дно 13 которого жестко сочленено с ходовым винтом 7, а горловина 12 закреплена на корпусе электропривода, позволяет исключить устройства, предотвращающие ходовой винт 7 от проворачивания. Это, в свою очередь, приведет к удешевлению электропривода, упрощению его конструкции и, как результат, дальнейшему улучшению технико-экономических показателей электропривода. Кроме того, использование в электроприводе сильфона 11 позволяет осуществить демпфирование осевых ударных нагрузок и, тем самым, предохранить преобразователь вращательного движения в поступательное от заклинивания. В результате повышается надежность электропривода и, как следствие, увеличивается его ресурс.