本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种电机与螺杆轴复合装置。
背景
随着我国石油工业的不断发展，大部分油田都进入中后期的开采阶段，中后期油田油井过深、油井产量降低，不再适合高耗能、低效率的抽油机开采方式。因此螺杆泵井下直驱的无杆采油方式逐渐成为中后期油田新的开采方式。
潜油螺杆泵采油系统是一种通过井下电机拖动的无杆采油设备。该系统由三部分组成，即井下部分、地面部分以及联接电缆、油管。其中，井下部分由保护器、连轴体、潜油电机、减速器以及螺杆泵组成；地面部分由变压器、变频器以及辅助设备组成。传统螺杆泵需要潜油电机驱动，造成整体潜油举升系统轴向长度增加，下井作业和取出非常耗时；此外，传统潜油电机长时间在井下工作散热效果很差，潜油电机使用寿命短。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种电机与螺杆轴复合装置。
技术实现要素：
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种电机与螺杆轴复合装置。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种电机与螺杆轴复合装置，包括电机主体、螺杆轴和挠性机构，所述电机主体包括电机外壳、电机定子机构和电机转子轴，所述电机定子机构安装在所述电机外壳内，所述电机转子轴的外壁设置有磁体机构，所述电机转子轴内部中空，所述螺杆轴与所述电机转子轴的内壁相配合，当所述电机转子轴旋转时，所述螺杆轴能够在所述电机转子轴内摆动，所述挠性机构包括挠性主体、挠性轴，所述挠性主体与所述电机外壳相连接，所述挠性主体上设置有至少一个通孔，所述挠性轴与所述螺杆轴相连接。
作为本发明的进一步改进，还包括电机接头组件，所述电机接头组件包括电机上接头、与所述电机上接头相连接的电机底接头，所述电机上接头与所述电机外壳相连接，所述电机上接头内安装有轴向止推滑动轴承组件。
作为本发明的进一步改进，所述轴向止推滑动轴承组件包括止推滑动轴承、锁紧销钉、推力盘、平半环和平半环压盖，所述止推滑动轴承通过锁紧销钉定位在所述电机上接头上，所述推力盘设置在所述止推滑动轴承上，所述平半环安装在所述平半环压盖内，所述平半环压盖与所述推力盘相连接。
作为本发明的进一步改进，所述电机上接头内设置有第一电机接头铜套，所述电机底接头内设置有第二电机接头铜套，所述第二电机接头铜套与所述电机底接头间隙配合。
作为本发明的进一步改进，所述螺杆轴与所述电机转子轴的内壁过盈配合。
作为本发明的进一步改进，所述电机转子轴的内壁由橡胶灌装制成。
作为本发明的进一步改进，所述电机转子轴的一端连接有变径接头，所述变径接头连接有油管。
作为本发明的进一步改进，还包括电机密封机构，所述电机密封机构包括密封接头、设置在所述密封接头上端内的密封铜套以及设置在所述密封接头下端内的机械密封，所述密封接头上端与所述电机外壳相连接，所述密封铜套与所述电机转子轴过盈配合，所述密封接、头下端与所述挠性主体相连接。
作为本发明的进一步改进，所述电机定子机构与所述磁体机构之间存在气隙。
作为本发明的进一步改进，所述磁体机构包括沿轴向设置的多个磁体组件，相邻所述磁钢组件之间设置有隔磁组件。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单，能够减小潜油举升系统的长度，节省下井作业和取出时间，降低劳动强度，采用复合转子，井液在举升过程中能够从电机内部带走一部分热量，可以有效散热，延长电机使用寿命，电机接头组件内设置的轴向止推滑动轴承组件能够承受轴向力，提高井液举升效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的优选实施例的剖面图；
图2为本发明的优选实施例的电机接头组件、电机主体、螺杆轴连接的剖面图；
图3为图2中a的放大示意图；
图4为本发明的优选实施例的电机接头组件的主视图；
图5为图4的b-b向剖视图；
图6为本发明的优选实施例的电机接头组件的俯视图；
图7为本发明的优选实施例的电机外壳、电机定子机构、电机转子轴、螺杆轴装配的截面图；
图8为本发明的优选实施例的电机密封机构的主视图；
图9为图8的c-c向剖视图；
图10为本发明的优选实施例的电机密封机构的俯视图；
图中：1、电机主体，10、电机外壳，11、电机转子轴，111、内壁，12、定子铁芯，121、定齿部，122、齿槽，123、齿槽开口，124、绕线槽，13、铜冲片，14、齿压板，15、卡簧，16、隔磁端环，17、扶正轴承，18、垫片，19、磁钢，2、螺杆轴，21、凹槽，22、安装孔，3、挠性机构，31、挠性轴，32、通孔，33、挠性轴外壳，34、挠性轴底接头，35、固定铜套，36、螺栓孔，4、电机接头组件，41、电机上接头，42、电机底接头，43、轴向止推滑动轴承组件，431、止推滑动轴承，432、锁紧销钉，433、推力盘，434、平半环压盖，435、半开环，436、锁紧螺丝，44、第一电机接头铜套，45、第二电机接头铜套，46、单向阀，47、螺纹孔，5、变径接头，6、油管，7、电机密封机构，71、密封接头，72、密封铜套，73、机械密封，8、气隙。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示，一种电机与螺杆轴复合装置，包括电机主体1、螺杆轴2和挠性机构3，电机主体1包括电机外壳10、电机定子机构和电机转子轴11，电机定子机构安装在电机外壳10内，电机转子轴11的外壁设置有磁体机构，电机转子轴11内部中空，螺杆轴2与电机转子轴11的内壁相配合，当电机转子轴11旋转时，螺杆轴2能够在电机转子轴11内摆动，确保井液顺利举升，挠性机构3包括挠性主体、挠性轴31，挠性主体与电机外壳10相连接，挠性主体上设置有至少一个通孔32，通孔32作为进油口或进气口，挠性轴31与螺杆轴2相连接，由螺杆轴2传递过来的径向摆动通过挠性轴31进行削弱。
如图4-图6所示，本发明还包括电机接头组件4，电机接头组件4包括电机上接头41、与电机上接头41相连接的电机底接头42，电机上接头41与电机外壳10相连接，电机上接头41内安装有轴向止推滑动轴承组件43，避免电机转子轴11的重力影响。
进一步优选轴向止推滑动轴承组件43包括止推滑动轴承431、锁紧销钉432、推力盘433、平半环和平半环压盖434，止推滑动轴承431通过锁紧销钉432定位在电机上接头41上，推力盘433设置在止推滑动轴承431上，平半环安装在平半环压盖434内，平半环压盖434压住平半环，平半环压盖434与推力盘433相连接。具体地，平半环由两个半开环435拼接而成，方便装配。具体地，平半环压盖434通过锁紧螺丝436固定在推力盘433上。
具体地，电机上接头41的下端与电机外壳10螺纹连接，安装方便且连接稳固。具体地，电机底接头42与电机上接头41内部螺纹连接。
本发明优选电机上接头41内设置有第一电机接头铜套44，电机底接头42内设置有第二电机接头铜套45，第二电机接头铜套45与电机底接头42间隙配合。
本发明优选电机上接头41上设置有单向阀46，通过单向阀46注入电机油，同时能够防止电机油排出。为了便于电机上接头41与保护器的连接，本发明优选电机上接头41的顶端设置有至少一个螺纹孔47。
本发明优选电机转子轴11的一端连接有变径接头5，变径接头5连接有油管6，通过变径接头5变径为管路通道，便于井液沿油管6向上排出。进一步优选油管6的外径为30mm，油管6的壁厚为5mm。进一步优选第二电机接头铜套45过盈套在油管6上，第二电机接头铜套45跟随油管6旋转，油管6与电机底接头42之间为间隙配合。进一步优选两个半开环435装配在油管6的定位槽(图中未示出)中，油管6与推力盘433为间隙配合。使用时，油管6通过半开环435、平半环压盖434、推力盘433，将轴向力传递给止推滑动轴承431。
具体地，螺杆轴2与电机转子轴11的内壁111过盈配合，进一步便于螺杆轴2跟随电机转子轴11的内壁111进行摆动。更具体地，电机转子轴11的内壁111由橡胶灌装制成。可以理解的是，电机转子轴11的内壁111并不局限于橡胶灌装制成，也可以采用金属及保留在金属表面的橡胶层制成。
如图8-图10所示，本发明还包括电机密封机构7，电机密封机构7包括密封接头71、设置在密封接头71上端内的密封铜套72以及设置在密封接头71下端内的机械密封73，密封接头71上端与电机外壳10相连接，密封铜套72与电机转子轴11过盈配合，跟随电机转子轴11转动，通过密封铜套72代替电机转子轴11与密封接头71间的磨损，密封接头71下端与挠性主体相连接，通过机械密封73实现轴向密封，隔绝井液和电机油。
具体地，密封接头71上端与电机外壳10螺纹连接，并设置密封圈进行密封。具体地，密封接头71下端与挠性主体螺纹连接，并设置密封圈进行密封。
本发明优选电机定子机构与磁体机构之间存在气隙8。
具体地，电机定子机构包括沿轴向设置的多段定子铁芯12，相邻定子铁芯12之间设置有铜冲片13，铜冲片13与电机外壳10间隙配合。
更具体地，如图7所示，定子铁芯12由硅钢片轧制而成，包括定子轭部120、多个定子齿部121，相邻定子齿部121之间形成齿槽122，当绕线完毕后将齿槽开口123使用灌胶密封，留出绕线槽124，铜线是穿过绕线槽124绕在定子齿部121上的。
为了便于定子铁芯12的固定，本发明优选设置有两个齿压板14，通过两个齿压板14分别将位于最上端的定子铁芯12和位于最下端的定子铁芯12夹住，再通过两个卡簧15进行锁紧固定。
本发明优选磁体机构包括沿轴向设置的多个磁体组件，相邻磁钢组件之间设置有隔磁组件。进一步优选每个隔磁组件包括两个隔磁端环16、设于两个隔磁端环16之间的扶正轴承17、两个垫片18，每个垫片18设于扶正轴承17与隔磁端环16之间，防止电机转子轴11径向摆动，扶正轴承17外圈与铜冲片13过盈配合。进一步优选每个磁体组件包括沿周向间隔设置的多个磁体。进一步优选磁体采用环氧树脂胶水粘接在电机转子轴11的外壁。进一步优选磁体为磁钢19。可以理解的是，磁体并不局限于磁钢19，也可以采用钕铁硼材质。
由于井下套管直径限制，同时需要足够的举升力，通过串联拼接的方式提高电机长度增大出力，长径比大于25，长径比指的是多段定子铁芯12总长与电机外壳10直径比值。本实施例中，定子铁芯12与磁钢19均有十段，长径比为39，能够增大电机效率，简化电机的制造安装工艺。
本发明优选挠性主体包括挠性轴外壳33、与挠性轴外壳33相连接的挠性轴底接头34，挠性轴外壳33与密封接头71下端螺纹连接，同时设置密封圈进行密封，至少一个通孔32设置在挠性轴外壳33上。
进一步优选挠性轴底接头34内设置有固定铜套35，挠性轴31穿过固定铜套35，通过固定铜套35的设置降低挠性轴31的磨损。
为了便于螺杆轴2与挠性轴31之间的连接，本发明优选螺杆轴2的下端设置有凹槽21、与凹槽21相连通的至少一个安装孔22，凹槽21呈圆形，优选挠性轴31上设置有螺栓孔36，可以通过螺栓穿过安装孔22旋入螺栓孔36实现螺杆轴2与挠性轴31之间的固定。优选螺杆轴2为单头螺杆。
本发明优选挠性轴31长细比为100，长细比也称为柔度，柔度集中反映了挠性轴31轴长约束情况、截面形状和尺寸等对临界应力的综合影响。
下面介绍挠性轴31的稳定性计算。
挠性轴的稳定条件：n＝fcr/f＝nst
式中：n为强度安全系数，n>＝nst；f为挠性轴的工作应力；fcr为挠性轴的临界应力；nst为规定的稳定安全系数，金属压杆nst取1.8～3.0。
挠性轴31的临界应力计算如下：
两端固定的长度系数μ＝0.5；
轴长：l＝1.264m；
轴直径：d＝0.02528m；
惯性矩：i＝π×d4/64＝2×10-8m4；
截面积：a＝π×(d/2)2＝5.02×10-4m2；
弹性模量：e＝210gpa；
比例极限：σp＝280mpa；
临界应力：
n取2，则f＝fcr/n＝51837.55n。
挠性轴31的柔度计算如下：
柔度：λ＝μl/√(i/a)＝100；
λp＝π×√(e/σp)＝86，其中λp指的是压杆稳定中压杆的临界应力达到材料的比例极限时的柔度值；
得出λ>λp，判断为大柔度杆，根据大柔度压杆强度计算欧拉公式：
临界应力：
本发明在使用时，井液由挠性轴31与螺杆轴2接头处的通孔32流入，充满挠性轴31与挠性轴外壳33形成的型腔，电机转子轴11转动，螺杆轴2跟随电机转子轴11的内壁111进行摆动，井液沿着螺杆轴2与电机转子轴11形成的“螺杆泵”通过变径接头5输送至油管6内，随后被举升至地面。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
1.一种电机与螺杆轴复合装置，其特征在于，包括电机主体、螺杆轴和挠性机构，所述电机主体包括电机外壳、电机定子机构和电机转子轴，所述电机定子机构安装在所述电机外壳内，所述电机转子轴的外壁设置有磁体机构，所述电机转子轴内部中空，所述螺杆轴与所述电机转子轴的内壁相配合，当所述电机转子轴旋转时，所述螺杆轴能够在所述电机转子轴内摆动，所述挠性机构包括挠性主体、挠性轴，所述挠性主体与所述电机外壳相连接，所述挠性主体上设置有至少一个通孔，所述挠性轴与所述螺杆轴相连接。
2.根据权利要求1所述的一种电机与螺杆轴复合装置，其特征在于，还包括电机接头组件，所述电机接头组件包括电机上接头、与所述电机上接头相连接的电机底接头，所述电机上接头与所述电机外壳相连接，所述电机上接头内安装有轴向止推滑动轴承组件。
3.根据权利要求2所述的一种电机与螺杆轴复合装置，其特征在于，所述轴向止推滑动轴承组件包括止推滑动轴承、锁紧销钉、推力盘、平半环和平半环压盖，所述止推滑动轴承通过锁紧销钉定位在所述电机上接头上，所述推力盘设置在所述止推滑动轴承上，所述平半环安装在所述平半环压盖内，所述平半环压盖与所述推力盘相连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种电机与螺杆轴复合装置，其特征在于，所述电机上接头内设置有第一电机接头铜套，所述电机底接头内设置有第二电机接头铜套，所述第二电机接头铜套与所述电机底接头间隙配合。
5.根据权利要求1所述的一种电机与螺杆轴复合装置，其特征在于，所述螺杆轴与所述电机转子轴的内壁过盈配合。
6.根据权利要求5所述的一种电机与螺杆轴复合装置，其特征在于，所述电机转子轴的内壁由橡胶灌装制成。
7.根据权利要求1所述的一种电机与螺杆轴复合装置，其特征在于，所述电机转子轴的一端连接有变径接头，所述变径接头连接有油管。
8.根据权利要求1所述的一种电机与螺杆轴复合装置，其特征在于，还包括电机密封机构，所述电机密封机构包括密封接头、设置在所述密封接头上端内的密封铜套以及设置在所述密封接头下端内的机械密封，所述密封接头上端与所述电机外壳相连接，所述密封铜套与所述电机转子轴过盈配合，所述密封接头下端与所述挠性主体相连接。
9.根据权利要求1所述的一种电机与螺杆轴复合装置，其特征在于，所述电机定子机构与所述磁体机构之间存在气隙。
10.根据权利要求9所述的一种电机与螺杆轴复合装置，其特征在于，所述磁体机构包括沿轴向设置的多个磁体组件，相邻所述磁钢组件之间设置有隔磁组件。
技术总结