一種基于磁制冷技術的采油電機的制作方法

本發明涉及石油機械技術領域，具體地說是一種基于磁制冷技術的采油電機。

背景技術：

隨著我國石油工業的不斷發展，采油設備一直處于不斷的更新換代過程中，傳統的采油設備主要包括采油機、抽油泵裝置，整套設備由地面、井下和控制部分組成，傳統的機械采油機普遍采用旋轉電機作為動力，通過曲柄滑塊機構將電機的旋轉運動變為采油桿的垂直往復運動，由于傳動鏈較長，在運行的過程中能量損耗嚴重，電機功率因數較低，加之驅動幾噸重的抽油桿，桿的變形會非常的嚴重，甚至會發生抽油桿被磨斷或者抽油筒磨破的現象。同時，由于電機多至于幾百至幾千米的地下，地殼溫度每下降1000米要比地面高十幾度，這樣會大大的加重電機的熱負荷，對于電機的選材好工藝提出更高的要求，而且，隨著電機下潛深度的增加，電機所要承受的油壓也會增加，這又對電機的密封性提出了更高的要求。

技術實現要素：

本發明的技術任務是解決現有技術的不足，提供一種基于磁制冷技術的采油電機。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本設計的核心思想是，設計一種基于磁制冷技術的采油電機，通過磁流體制冷技術為埋藏在地下的直線電機制冷。而所謂磁流體制冷，即指借助磁致冷材料(磁工質)的磁熱效應，在等溫磁化時向外界排放熱量，退磁時從外界吸取熱量，從而達到制冷目的。其磁制冷工作原理為：磁性物質（磁工質）是由具有磁矩的原子或離子組成的結晶體，自身有一定的熱運動或熱振動。在沒有外加磁場時，磁工質內部磁矩的取向是隨意的，此時磁熵較大。當等溫磁化時，磁矩將沿外磁場方向排列，使磁熵降低，此時磁工質向外界排出熱量；絕熱去磁時，由于磁性原子或離子的熱運動，磁工質內部的磁矩又趨于無序狀態，磁熵增加，此時磁工質從外界吸熱，實現制冷的目的。

一種基于磁制冷技術的采油電機，包括底座，底座的背面有凹槽，凹槽內有第一冷管、第二冷管、第三冷管、第四冷管和第五冷管，第一冷管、第二冷管、第三冷管、第四冷管和第五冷管為圓管，通過半圓形卡箍安裝在凹槽內，第一冷管、第二冷管、第三冷管、第四冷管和第五冷管一端合并成熱流管，另一端合并成冷流管，熱流管和冷流管分別于外機聯通；熱流管和冷流管內有磁流體；磁流體是利用反向共沉淀法制備出水基的納米級gdo2，底座背面凹槽有第一熱氣口和第二熱氣口，第一熱氣口和第二熱氣口與底座上部的傳動室聯通。

優選的，熱流管和冷流管采用金屬管路，兩根管路分別從電機兩端的驅動端蓋輸出，管路上包覆絕熱棉。

外機由上之下分別安裝線圈鐵芯、熱管和散熱風扇，線圈鐵芯安裝在鐵芯底座上，線圈鐵芯先采用硅鋼片沖壓成型，再通過焊接的方式疊片成鐵芯，鐵芯上纏繞勵磁線圈，勵磁線圈采用漆包線繞制，線圈通三相電，外機還包括第一熱管，第二熱管，第三熱管，第四熱管和第五熱管，第一熱管，第二熱管，第三熱管，第四熱管和第五熱管為矩形管，每一根熱管的兩側分別有磁石n和磁石s極，熱管兩端分別連接熱流管和冷流管。

優選的，第一熱管，第二熱管，第三熱管，第四熱管和第五熱管的上表面與勵磁線圈下表面的距離為0.8-1mm。

氣泵包括活塞，活塞的兩側有推桿，推桿與氣泵的殼體之間有第一復位彈簧和第二復位彈簧，第一復位彈簧和第二復位彈簧為壓縮型彈簧，氣泵的殼體上有第一消音器和第二消音器，第一消音器和第二消音器的氣流噴口對準動子，氣泵的殼體上還有第一冷氣口和第二冷氣進口，第一冷氣口和第二冷氣進口與底座背面的凹槽聯通。

底座頂部安裝定子，定子為永磁體通過專用工裝等間距的黏貼在底座的表面，底座頂部還安裝第一導軌和第二導軌,第一導軌和第二導軌分別安裝第一滑塊和第二滑塊，第一滑塊和第二滑塊內部有滾珠，第一滑塊和第二滑塊上表面有螺紋孔，并通過螺釘安裝驅動端蓋，驅動端蓋為u型，端蓋的上表面通過螺栓安裝采油機的活塞桿，端蓋的下表面安裝動子，底座的兩側有左端蓋和右端蓋，底座前后面為電機端蓋，電機端蓋安裝電機密封蓋，電機密封蓋與左端蓋和右端蓋之間有槽口，槽口中有驅動端蓋，驅動端蓋的前后兩面與電機端蓋之間有波紋套，第二滑塊上連接氣泵。

優選的，定子采用漆包線在定子鐵芯上繞制而成，經過專用工裝灌膠后，整個定子表面形成膠塊，定子的下表面與動子磁鐵的上表面之間的間隙為0.8mm。

第一滑塊上安裝第一撞塊和第二撞塊，第一撞塊和第二撞塊為滑塊，安裝在撞塊導軌上，撞塊導軌通過螺釘安裝在底座上。

外機安裝在地面上，外機的外殼上有第一排風口、第二排風口和進風口，進風口上安裝空氣濾清器。

本發明的一種基于磁制冷技術的采油電機，現有技術相比所產生的有益效果是：

1）使用直線電機取代傳統的旋轉電機和曲柄滑塊機構，能夠有效的避免因為采油桿磨損而帶來的問題，同時電機輸出的功率能夠更多的應用在采油桿上，提高了能量的利用效率。

2）直線電機體積小，能夠直接安裝在采油桿的底端，這樣就縮短采油桿的長度，提高了采油桿的剛性，同時為采油桿的加工制造提供了方便。

3）由于采用深埋的安裝方式，電機處于地下幾十米的一個密閉的空間內，在這樣的環境中普通的風扇散熱方式無法運行，而通過磁熱效應設計的散熱機構能夠將電機運行過程中產生的熱量通過磁流體運送到地面，這樣就能夠很好的解決電機散熱的問題。

4）相比于傳統的制冷方式而言，采用磁流體作為熱量傳導的工質，能夠解決長距離熱量傳導的問題，保證了熱量的傳導效率。

5）采用電磁技術為磁流體的流動提供動力，相比于傳統的熱泵推進方式，電磁推動在運行的過程中能夠提供更大的推力，運行噪聲更小，維護更加方便。

6）在直線電機的密封腔體內設計了自力式的氣泵，電機在運行的過程中能夠帶動氣泵進行往復的活塞運動，使得電機的工作腔體和冷室能夠充分的進行熱量的對流，這樣就提高了換熱的效率，保證了電機的穩定運行。

附圖說明

圖1是本發明結構直線電機主視圖；

圖2是本發明結構散熱系統原理圖；

圖3是本發明結構外機主視圖；

圖4是本發明結構氣泵主視圖；

圖5是本發明結構直線電機三維圖；

圖6是本發明結構直線電機左視圖；

圖中各標號表示：

101、第一冷管，102、第二冷管，103、第三冷管，104、第四冷管，105、第五冷管，2、底座，301、左端蓋，302、右端蓋，401、第一導軌，402、第二導軌，501、第一滑塊，502、第二滑塊，6、驅動端蓋，7、動子，8、電機密封蓋，9、定子，10、波紋套，11、氣泵，111、第一復位彈簧，112、第二復位彈簧，113、第一消音器，114、第二消音器，115、第一冷氣口，116、第二冷氣進口，117、活塞，121、第一撞塊，122、第二撞塊，13、緩沖墊，14、推桿，15、冷室密封蓋，16、冷管，171、第一熱管，172、第二熱管，173、第三熱管，174、第四熱管，175、第五熱管，18、磁石n極，19、磁石s極，20、熱流管，21、冷流管，22、勵磁線圈，231、第一排風口，232、第二排風口，24、進風口，25、散熱風扇，26、外機，27、線圈鐵芯，281、第一熱氣口，282、第二熱氣口，29、磁流體，30、電機端蓋，31、鐵芯底座，32、撞塊導軌。

具體實施方式

結合附圖對本發明的實施例進行說明。

一種基于磁制冷技術的采油電機，包括底座2，底座2的背面有凹槽，凹槽內有第一冷管101、第二冷管102、第三冷管103、第四冷管104和第五冷管105，第一冷管101、第二冷管102、第三冷管103、第四冷管104和第五冷管105為圓管，通過半圓形卡箍安裝在凹槽內，第一冷管101、第二冷管102、第三冷管103、第四冷管104和第五冷管105一端合并成熱流管20，另一端合并成冷流管21，熱流管20和冷流管21分別于外機26聯通；熱流管20和冷流管21內有磁流體29；磁流體29是利用反向共沉淀法制備出水基的納米級gdo2，底座2背面凹槽有第一熱氣口281和第二熱氣口282，第一熱氣口281和第二熱氣口282與底座2上部的傳動室聯通。

作為本發明的第一實施例，熱流管20和冷流管21采用金屬管路，兩根管路分別從電機兩端的驅動端蓋輸出，管路上包覆絕熱棉。

作為本發明的第二實施例，熱流管20和冷流管21采用橡膠軟管，兩根管路分別從電機一端的驅動端蓋輸出，管路上包覆絕熱棉。

作為本發明的第一實施例，磁流體29采用反向共沉淀法制備出水基的納米級gdo2。

作為本發明的第二實施例，磁流體29采用反向共沉淀法制備出水基的納米級fe3o4。

作為本發明的第三實施例，磁流體29采用重稀土金屬gd。

作為本發明的第一實施例，第一熱氣口281和第二熱氣口282上安裝過濾器。

作為本發明的第二實施例，第一熱氣口281和第二熱氣口282上安裝單向閥，保證氣流只能夠從電機的工作室向冷室流動，而不能夠倒流。

外機26由上之下分別安裝線圈鐵芯27、熱管和散熱風扇25，線圈鐵芯27安裝在鐵芯底座31，線圈鐵芯先采用硅鋼片沖壓成型，再通過焊接的方式疊片成鐵芯，鐵芯上纏繞勵磁線圈22，勵磁線圈22采用漆包線繞制，線圈通三相電，外機26還包括第一熱管171，第二熱管172，第三熱管173，第四熱管174和第五熱管175，第一熱管171，第二熱管172，第三熱管173，第四熱管174和第五熱管175為矩形管，每一根熱管的兩側分別有磁石n極和磁石s極，熱管兩端分別連接熱流管20和冷流管21。

作為本發明的第一實施例，安裝時，第一熱管171，第二熱管172，第三熱管173，第四熱管174和第五熱管175的方管與方管之間黏貼整塊磁石，應保證每一根熱管兩側的磁石極性相反。

進一步，方管的高度等于磁石的高度。

作為本發明的第一實施例，第一熱管171，第二熱管172，第三熱管173，第四熱管174和第五熱管175的上表面與勵磁線圈22下表面的距離為0.8-1mm。

作為本發明的第一實施例，勵磁線圈22與外部的驅動器連接，在工作的過程中，線圈內通過不斷換向的三相電流。

氣泵11包括活塞117，活塞117的兩側有推桿14，推桿14與氣泵11的殼體之間有第一復位彈簧111和第二復位彈簧112，第一復位彈簧111和第二復位彈簧112為壓縮型彈簧，氣泵11的殼體上有第一消音器113和第二消音器114，第一消音器113和第二消音器114的氣流噴口對準動子7，氣泵11的殼體上還有第一冷氣口115和第二冷氣進口116，第一冷氣口115和第二冷氣進口116與底座2背面得凹槽聯通。

作為本發明的第一實施例，第一冷氣口115和第二冷氣進口116安裝單向閥，保證氣流只能從制冷室流向電機的工作空間內而不能夠倒流。

作為本發明的第一實施例，活塞117與氣泵的殼體之間安裝o型密封圈。

作為本發明的第一實施例，氣泵11為柱形，通過法蘭安裝在底座2上。

底座2頂部安裝定子9，定子9為永磁體通過專用工裝等間距的黏貼在底座2的表面，底座2頂部還安裝第一導軌401和第二導軌402,第一導軌401和第二導軌402分別安裝第一滑塊501和第二滑塊502，第一滑塊501和第二滑塊502內部有滾珠，第一滑塊501和第二滑塊502上表面有螺紋孔，并通過螺釘安裝驅動端蓋6，驅動端蓋6為u型，端蓋的上表面通過螺栓安裝采油機的活塞桿，端蓋的下表面安裝動子7，底座2的兩側有左端蓋301和右端蓋302，底座2前后面為電機端蓋30，電機端蓋30安裝電機密封蓋8，電機密封蓋8與左端蓋301和右端蓋302之間有槽口，槽口中有驅動端蓋6，驅動端蓋的前后兩面與電機端蓋30之間有波紋套10，第二滑塊502上連接氣泵11。

作為本發明的第一實施例，定子9采用漆包線在定子鐵芯上繞制而成，經過專用工裝灌膠后，整個定子表面形成膠塊，定子的下表面與動子磁鐵的上表面之間的間隙為0.8mm。

作為本發明的第一實施例，動子7的四個角上安裝四個滑塊，位于動子7一側的兩個滑塊上分別安裝第一撞塊121和第二撞塊122。

作為本發明的第二實施例，動子7的四個角上安裝四個滑塊，位于動子7兩的四個滑塊上分別安裝撞塊。

第一滑塊501上安裝第一撞塊121和第二撞塊122，第一撞塊121和第二撞塊122為滑塊，安裝在撞塊導軌32上，撞塊導軌32通過螺釘安裝在底座2上。

外機26安裝在地面上，外機的外殼上有第一排風口231、第二排風口232和進風口24，進風口24上安裝空氣濾清器。

把磁致冷工質的絕熱去磁引起的吸熱過程和絕熱磁化引起的放熱過程用一個循環連接起來，從而可使磁性材料在不斷地從一端吸熱，在另一端放熱，就可以達到制冷的目的。室溫磁致冷采用的主要是埃里克森循環，

埃里克森循環磁制冷機原理為：

1)等溫磁化過程，將外磁場從b1增大到b2，這時磁性材料產生的熱量向蓄冷器排出，上部的蓄冷流體溫度上升。

2)等磁場過程，外加的磁場b2維持不變，磁性材料和電磁體一起向下移動，磁性材料在下移過程中不斷地向蓄冷流體排放熱量，溫度從t1變化到t2。

3)等溫去磁過程，保持磁性材料和電磁體靜止不動，將磁場從b2減小到b1，磁性材料從下部的蓄冷流體吸收熱童量。

4)等磁場過程，維持磁場b1不變，將磁性材料和電磁體一起向上移動，這時磁性材料從蓄冷流體吸收熱量，溫度升高到t1，到此完成整個循環。

在工作的過程中，首先安裝在第一熱管171，第二熱管172，第三熱管173，第四熱管174和第五熱管175之間的永磁體將熱管中的磁流體磁化，使得磁流體中的金屬顆粒按照永磁體磁力線的方向分化成n極和s極，此時通過驅動器為勵磁線圈22通以三相的交變電流，此時勵磁線圈感應出按照正弦曲線變化的交變磁場，在此磁場的作用下，熱管中的磁流體開始流動。

根據埃里克森循環效應，在磁流體磁化的過程中會向外界放出熱量，這部分熱能會被散熱風扇吹到外界，而磁流體放出熱量后自身溫度降低，在電磁力的推動下沿著冷流管21流入到直線電機內的第一冷管101、第二冷管102、第三冷管103、第四冷管104和第五冷管105中。

當溫度較低的磁流體到達冷管時，由于冷室里沒有磁力，磁流體內的陰陽離子會逐漸消磁，并在此過程中從環境中吸收熱量，使得自身溫度升高，這樣冷室內的溫度降低。

同時，直線電機在運行的過程中，動子7帶動第一撞塊121和第二撞塊122進行往復運動，使得第一撞塊121和第二撞塊122不斷地碰撞壓縮推桿14，當推桿14被向左壓縮時，左側腔體從冷室中吸氣，右側腔體向動子7噴射冷氣；當推桿14被向右壓縮時，右側腔體從冷室中吸氣，左側腔體向動子7噴射冷氣；當氣泵向電機噴射冷氣時，電機內部的熱空氣通過第一熱氣口281和第一熱氣口282向冷室內噴射熱風，這樣就完成了空氣的對流循環。

應當說明的是，以上內容僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護范圍的限制，盡管該具體實施方式部分對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和范圍。