数控注水增压屏蔽泵.pdf

本发明涉及一种油田生产现场设备，确切地说，涉及一种数控注水增压屏蔽泵，属于油田注水系统终端增压装置技术领域。
    注水系统是油田生产的最大耗电用户，全国各油田的日注水量已达到190万立方，日耗电量约1500万度。而油田井网的各注水井要求注水的压力是不等的，传统的注水系统是把注水系统管网中的压力提升到满足各油井中需要注水压力最高的注水井所需要的水压。然后在配水站，根据各注水井的配注参数，用阀门节流的办法控制每一口井的注入量，经过配水站之后，注水管网中的水压就降低到各井所需的注入压力了。这种传统方法可以称之为终端节流降压法，它的不合理之处就是能耗太高，大量的电力用于使水网中的水压升高，这个能量又被阀门节流白白消耗掉了。

    本发明的目的是为改变上述注水系统的弊病而提供的一种可控增压配注装备-数控注水增压屏蔽泵。

    本发明是由离心水泵与其驱动电机组合构成的，主要特点是驱动电机是一个其转轴与泵轴连成一个整体的屏蔽式稀土转子同步电机。它的转子是以稀土永磁材料作为磁体的二极（或多极）转子，在定子和转子之间有一层圆筒形屏蔽隔套，使转子被密封在与泵腔合成一个密封空间的屏蔽套内腔里，使泵腔里的液体不致外泄。

    如在油田推广应用本发明，就可把传统注水管网中的终端节流降压配注法改为先进地终端增压配注法，即将注水系统总管网的压力降到10兆帕（MPa）左右，然后在配水站，根据各注水井的配注参数控制增压泵，将压力提高到注入井所需要的水压。这样，一方面可以消除阀门节流的终端能耗;另一方面由于注水管网中的水压下降，就可在原有注水管网基础上对整个注水流程、管线进行技术改造，并延长其使用寿命;而对新建管网而言，则可降低注水系统的基建投资。再者，由于主泵站提升扬程下降之后，水泵的比转速提高，机械效率也会相应提高，这又会使电能消耗有所降低。此外，由于本发明采用稀土同步电机驱动，可以与数控变频电源（例如PWM型逆变电源）配套使用，且与电源频率同步，只要控制变频电源就能对电机的工作状态进行控制，进而随机控制泵的工况。纳入石油生产系统的注水管网后，可随时调整输出水压及流量，也即成为变工况设备，能更好地满足生产需求和做到节能增产。

    图1是本发明的结构示意图。

    本发明是由离心泵与其驱动电机组合构成的装置，其中离心泵可以是单级的，也可以是多级的。为了简化，图1所示的是单级离心水泵及驱动源的结构，多级泵的结构与此类同。图中左半部是单级水泵1，其中2是泵壳体，3是泵盖，4是叶轮，5是叶轮环，6是与电机轴连成一体的泵轴。离心泵的结构与常规水泵相似，主要区别就在于其驱动电机是与泵的转轴连成一个整体的屏蔽式稀土转子同步电机7。这里10是定子绕组，11是定子铁芯，12是定子外壳，13是风扇电机，14是冷却风扇，该电机的定子部分结构与普通鼠笼式交流电动机相同，其区别在于在定子10与转子16之间有一层圆筒型屏蔽隔套15把两者分隔开和转子是以稀土永磁材料作为磁体的。屏蔽套15的左侧有阀与泵体相连，使转子16被密封在屏蔽套内腔里。屏蔽隔套15是采用奥氏体非磁性材料制造的，由于电机结构设计方面的原因，屏蔽套的壁厚不能太大，但又要承受泵体吸入端高达10兆帕（MPa）以上高压液体的冲击，所以，需选用高强度钢材制作。另外屏蔽套与定子用环氧树脂或其他类似材料灌封，使之与转子成为一个承压整体。该电机的转子16是用具有良好导磁性能和刚性较高的钢材制作的表面光洁的实心园柱体。在此园柱体中间有两个或多个填满安放稀土永磁体作为磁极的槽孔17，由多个薄片状稀土单体叠合粘接而成的稀土磁体17就填满安放在此槽孔中，并被全部密封在转子16里，类似异步电机的隐极式转子充磁后作为磁极;不象电磁极那样需要消耗电流，还节省了大量的有色金属。而且，由于转子中没有电力消耗，也不会因此发热，毋须考虑转子的冷却问题，而最大的优点是稀土转子同步电机可与数控电源配套使用，可随机调节电源频率控制本发明的输出工况。

    屏蔽套15与定子灌封之后，两者之间的空腔应填入填充剂18，使屏蔽隔套成为一个密封的耐压容器，屏蔽隔端侧的法兰19与泵体连接安装之后，泵腔就与屏蔽套内腔形成一个密封空间，泵的的转轴6与电机的转子轴是连成一体的，和转子是一个整体，都在同一个密封空间内工作，泵腔里的液体不会向外泄漏，因此这种泵不需要再装置机械密封，就可以在很高的吸入压力条件下工作，特别适用于油田注水增压。电机转子的支承轴承8和止推轴承9均应选用水润滑轴承。

    由于驱动电机通过法兰19与泵体安装后成为一体，就不需要专门的电机座及安装基础，只要将泵的进出口法兰与注水管线连接以后，本发明就已固定安装好了，使其机械结构及安装程序大为简化。

    本发明与数控电源相配套使用，就可以根据各注水井的配注参数，调整其输出水压，成为终端可控增压配注的理想装备。它的驱动电机结构简单，能耗少，但具有同步数控电机的特性，与泵体有机地联成一个整体，并简化机械结构，安装基础，尤其是对整个油田的注水系统进行机电一体化的根本性变革提供了物质装备。