一种页岩油气电驱压裂泵用高功率密度变频电机制造技术

一种页岩油气电驱压裂泵用高功率密度变频电机，属于电机技术领域，电机包括机座，转轴，定子铁心，转子铁心，转子导条，用于承载转轴的轴承，前端盖和后端盖，其特征在于，所述的电机内部设置有冷却结构，外部设置有冷却系统，所述的冷却系统通过冷却结构对电机内部进行冷却。该电机的特点是可以使电机内部温度相对均衡，能起到更好的散热效果，还具有体积小，功率大，重量轻，噪音低，功率范围涵盖了从3350~5200kW且长度不超过1450mm；电驱压裂用电机功率密度的大幅提升符合“小井场、大作业，长时间，高负荷”的连续施工需求；同时对环境影响程度和依赖程度低，作业过程中几乎无污染，零排放，符合国家环保产业政策。

A high power density frequency conversion motor for shale oil and gas electric drive fracturing pump

【技术实现步骤摘要】
一种页岩油气电驱压裂泵用高功率密度变频电机
本专利技术属于电机
，具体涉及到一种页岩油气电驱压裂泵用高功率密度变频电机。
技术介绍
压裂工艺是目前提高油气井采收率的有效措施之一，已经成为改造低渗透油气藏和开发深部油气藏的主要手段。压裂车作为储层压裂改造地面核心设备，主要功能是吸入压裂液，对其增压，并注入井底，对储层进行压裂改造。压裂泵是页岩油气压裂车的核心设备，目前，国内外压裂泵向着大功率、高泵压、大排量和高效率的方向发展。而压裂车上为压裂泵提供动力的柴油发动机，体型巨大，效率低，耗能高，电驱压裂尚未普及。由于我国页岩气多分布川渝山区，埋藏深度深，需要为压裂泵提供较大功率的动力，所以就需要多台压裂车同时输送动力源，但是作业区道路崎岖，交通运输不便，而且作业井场靠近居民区，场地面积受限，负责后勤保障的车辆、人员又繁多，例如：一个2500型压裂车队，需要各工种车辆20余量，柴油压裂车群在作业过程中产生的高噪音，重污染对作业人员的身心健康以及周边环境都有着极大的影响和破坏，不但隐形开采成本大大提升，而且对于这种特殊恶劣的地势来说，无疑不是增加了更多的困难和问题。而电驱压裂的方式可以有效缓解传统柴油机压裂车带来的高耗能、高噪音、重污染、维护不便等诸多弊端，但是在作业过程中，又因为需要对压裂泵输送大量动力，故此对电机的负载和冲击是相当大的，电机在不断的高速旋转过程中提供动力，定子会产生大量的热量，产生的热量主要通过外壳散发，这种散热方式对电机的外表散热效果比较好，但是对于电机内部的其他高发热部件，如转子，轴承，这些部件由于受到电机体积的限制产生的热量很难散发出去，所以电机很容易损坏，会大大缩短其使用的寿命。
技术实现思路
本专利技术目的提供了一种页岩油气电驱压裂泵用高功率密度变频电机，解决现有技术的不足，应对新形势下的压裂作业需求，在有限的作业场地内要能容纳更多的作业设备，为深层含气页岩层进行电驱压裂提供动力。本专利技术是通过以下方式实现的一种页岩油气电驱压裂泵用高功率密度变频电机，电机包括机座，转轴，定子铁心，转子铁心，转子导条，用于承载转轴的轴承，前端盖和后端盖，所述的电机内部设置有冷却结构，外部设置有冷却系统，所述的冷却系统通过冷却结构对电机内部进行冷却。所述的冷却系统包括冷却风机，消音箱和防护盖板，所述冷却风机的出风口与消音箱连通，防护盖板通过旋转合页与消音箱的出风口连接。所述的机座下端开设有进风口，其上端开设有出风口，位于机座的内壁上圆周方向设有至少22根加强支撑筋；所述转轴的末端安装有测速盘；所述的定子铁心由硅钢材质的定子冲片叠压冲制，定子铁心的内部装配有电机绕组；所述的前端盖上安装有接地碳刷。所述的定子铁心通过加强支撑筋的固定支撑与机座内壁之间形成风腔。所述的转子铁心采用呈圆周分布的大孔径轴向孔的通风结构。所述的进风口，出风口，风腔以及大孔径轴向孔共同组成了冷却结构。所述的定子冲片上设置有散热齿。所述的转子铁心在非轴伸端设有与转子导条连为一体结构的铸铝扇叶。所述的测速盘上固定有叶翅。本专利技术的有益效果在面对市场需求，研发了能满足我国特殊地理位置工况需求的高功率密度三相异步变频高压的电机，作为页岩气电驱压裂泵的动力输入装置，该电机的特点是体积小，功率大，重量轻，噪音低，功率范围涵盖了从3350~5200kW（4500hp~7000hp），其长度不超过1450mm。电驱压裂用电机功率密度的大幅提升符合“小井场、大作业，长时间，高负荷”的连续施工需求；同时对环境影响程度和依赖程度低，作业过程中几乎无污染，零排放，符合国家环保产业政策。本专利技术所述的电机采用了强空冷的吸风散热方式，尽管液冷与空冷相比有更大的比热，但是需要设立独立循环的散热系统，且作为冷却介质的防冻型冷却液有泄露的风险，而且冷却液不能和发热源之一的定子铁心直接进行热交换，既增加了设备重量，后期维护也很不方便。再加上作业场地的限制，因此选用强迫风冷更适合这种在野外进行页岩气压裂的恶劣工况。相对吹风散热会使得气流直接撞击机座内腔及线圈端部带来比较大的压力损失，而风阻的差异也会造成电机内部局部高温；冷却风机的吸风散热属于引导改善气流型，在主电机内部会形成负压，所有风路都有冷却气流通过，可以使电机内部温度相对均衡，因此能起到更好的散热效果。附图说明图1电机结构图；图2定子铁心局部放大图；图3转子铁心结构图；图4转子末端结构图；图5测速盘结构图；图6防护盖板闭合状态；图7防护盖板开启状态；如图1至图7所述，机座（1），转轴（2），定子铁心（3），转子铁心（4），轴承（5），前端盖（6），后端盖（7），冷却风机（8），消音箱（9），防护盖板（10），进风口（11），出风口（12），加强支撑筋（13），测速盘（14），电机绕组（15），接地碳刷（16），风腔（17），大孔径轴向孔（18），散热齿（19），铸铝扇叶（20），叶翅（21），转子导条（22）。具体实施方式实施例1一种页岩油气电驱压裂泵用高功率密度变频电机，机座（1）采用耐低温钢板焊接成圆形结构，提拉环固定在经过高温时效处理的机座（1）的两端，有效消除了焊接应力，避免了后期因应力释放引起的不良后果，机座（1）的内壁圆周方向设有22根用于固定定子铁心（3）的加强支撑筋（13）；定子铁心（3）由定子冲片叠压而成，定子铁心（3）内部安装有电机绕组（15）；转子铁心（4）装配在转轴（2）上，转子铁心（4）上装配有转子导条（22）；所述的转轴（2）采用经过调质的高强度合金钢整体加工而成，转轴（2）的前后两端分别配合大游隙铜保持架的SKF进口的轴承（5）装配在前端盖（6）和后端盖（7）上，可以承受工作区内高转速大扭矩的冲击载荷；采用耐候钢加工成分体式绝缘结构的前端盖（6）和后端盖（7）分别通过螺栓固定在机座（1）的前后两端。该电机内部设有冷却结构，在电机的机座（1）外部安装有冷却系统，冷却系统通过冷却结构对电机内部进行冷却。所述的冷却系统由冷却风机（8）、消音箱（9）和防护盖板（10）组成，所述的冷却风机（8）采用双离心风机,对主电机进行强迫吸风冷却，双离心风机的轴承采用由宽温润滑脂填充的封闭密封轴承，能够适应-40℃-150℃的温度范围，且在基本寿命周期内不需要进行维护保养，解放了现场操作人员的劳动力；冷却风机（8）的出风口与消音箱（9）连通，可以有效降低风速和风噪，起到静音的效果；所述防护盖板（10）通过旋转合页与消音箱（9）的出风口相连接，冷却风机（8）启动后防护盖板（10）被自动吹起，达到限位后，翻转停止，冷却风机（8）停止后在重力的作用下自动闭合，可以有效避免停机过程中雨雪和异物的侵入。所述的风冷结构由进风口（11）、风腔（17）、大孔径轴向孔（18）和出风口（12）构成，其中，机座（1）的下端开设有进风口（11），其上端开设有出风口（12），出风口（12）与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种页岩油气电驱压裂泵用高功率密度变频电机，电机包括机座（1），转轴（2），定子铁心（3），转子铁心（4），转子导条（22），用于承载转轴（2）的轴承（5），前端盖（6）和后端盖（7），其特征在于，所述的电机内部设置有冷却结构，外部设置有冷却系统，所述的冷却系统通过冷却结构对电机内部进行冷却。/n

【技术特征摘要】
1.一种页岩油气电驱压裂泵用高功率密度变频电机，电机包括机座（1），转轴（2），定子铁心（3），转子铁心（4），转子导条（22），用于承载转轴（2）的轴承（5），前端盖（6）和后端盖（7），其特征在于，所述的电机内部设置有冷却结构，外部设置有冷却系统，所述的冷却系统通过冷却结构对电机内部进行冷却。


2.根据权利要求1所述的一种页岩油气电驱压裂泵用高功率密度变频电机，其特征在于，所述的冷却系统包括冷却风机（8），消音箱（9）和防护盖板（10），所述冷却风机（8）的出风口与消音箱（9）连通，防护盖板（10）通过旋转合页与消音箱（9）的出风口连接。


3.根据权利要求1所述的一种页岩油气电驱压裂泵用高功率密度变频电机，其特征在于，所述的机座（1）下端开设有进风口（11），其上端开设有出风口（12），位于机座（1）的内壁上圆周方向设有至少22根加强支撑筋（13）；
所述转轴（2）的末端安装有测速盘（14）；
所述的定子铁心（3）由硅钢材质的定子冲片叠压冲制，定子铁心（3）的内部装配有电机绕组（15）；
所述的前端盖（6）上安装有接地碳刷（16）。


4.根据权利要求1所述的一种页岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡家龙，蔡宇，张妍妍，薛芳，
申请(专利权)人：大连创为电机有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21