[发明专利]一种高温潜油电机扶正轴承和扶正轴套装配结构及其应用

说明书

本发明提供一种高温潜油电机扶正轴承和扶正轴套装配结构及其应用，该装配结构去掉了定子铁芯与扶正轴承外圆的装配段的黄铜叠片段，改用硅钢片；扶正轴承选用无磁性的奥氏体不锈钢材料制作，内孔采用氮化或热喷涂制备出耐磨层；扶正轴套的材料采用QAL9‑4‑4‑2或QAL10‑4‑4铝青铜材料制作。并且该装配结构应用于高温潜油电机，可以降低了机械损耗，提高电机和该装配结构的使用寿命，并且工作时扶正轴承和扶正轴套之间可以形成稳定的油膜以保证轴承的润滑和散热，还可避免转子扫膛、振动、绕组烧毁等故障的发生。

技术领域

本发明属于潜油电泵技术领域，具体涉及一种高温潜油电机扶正轴承和扶正轴套装配结构及其应用。

背景技术

潜油电机的结构细而长，由多节单元电机组成。定子由壳体、铁芯、绕组组成；转子由电机轴、多个单元转子、扶正轴承构成。单元转子与单元转子之间用扶正轴承隔开，见图1。定子内孔与转子外径之间的间隙称为气隙，气隙的大小对电机的电磁性能影响很大。而扶正轴承主要是对转子起径向支撑作用，以保证气隙值，防止转子扫膛；扶正轴承内孔和扶正衬套外径构成一对摩擦副，摩擦副内是润滑油膜，轴承和轴套的选材、尺寸设计和润滑油膜的性能都直接影响到潜油电机运行的可靠性和使用寿命。

常温潜油电机定子铁芯与扶正轴承外圆的装配段，有一段黄铜叠片，如图4所示。黄铜不导磁，可以保证扶正轴承不被磁化，不产生漏磁损失，因而扶正轴承就可以采用导磁材料如轴承钢、4Cr13等制造。常温潜油电机的扶正衬套则通常采用锡青铜制作，这种材料在150℃以下，具有良好的耐磨性能。

而高温潜油电机的工作环境温度一般都在200℃以上，有些油井温度甚至高达230℃～250℃，考虑到电机的温升，电机内部的工作温度最高可达到300℃左右。如果仍在潜油电机定子铁芯上采用一段黄铜叠片段，由于黄铜的膨胀系数为α＝19.2/×10^-6/℃，硅钢片的膨胀系数为α＝12.9/×10^-6/℃，当工作温度很高时，黄铜叠片段的膨胀量要比铁芯的膨胀量高出很多，由于受电机壳体束缚，铜片段多出的膨胀量只能沿径向向内膨胀，使内径缩小。实际观察也发现，经高温试验后，黄铜叠片段比硅钢片部分高出一圈凸台。这段黄铜叠片段很容易把扶正轴承抱死。为了防止扶正轴承转动，在扶正轴承外圆上装有耳片，耳片伸进定子铁芯叠片的沟槽内，可以使扶正轴承沿沟槽轴向移动。当扶正轴承被黄铜叠片段抱死后，则扶正轴承不能进行轴向移动，于是扶正轴承端面和转子铁心端面将产生硬性摩擦，如图4中B处所示。其结果是电机机械损耗增加，输出功率降低。另外，常规电机中用于制造扶正轴套的锡青铜材料，如ZQSn10-1，当温度高于180℃时，耐磨性能降低，磨损加快，从而导致扶正轴承和扶正轴套之间的摩擦副间隙增加，间隙增加又导致转子所受单边磁拉力作用加强，继而引发转子振动增强，振动又进一步促使摩擦副间隙增大，定、转子之间的气隙不能保证，最终导致转子扫膛、发热，甚至是绕组短路烧毁。所以，常温潜油电机的扶正轴承和扶正轴套不能在高温电机中使用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高温潜油电机扶正轴承和扶正轴套装配结构及其应用。本发明所采用的技术方案如下：

第一个方面，本发明提供一种高温潜油电机扶正轴承和扶正轴套装配结构，去掉了定子铁芯与扶正轴承外圆的装配段的黄铜叠片段，改用硅钢片；扶正轴承选用无磁性的奥氏体不锈钢材料制作，内孔采用氮化或热喷涂制备出耐磨层；扶正轴套的材料采用QAL9-4-4-2或QAL10-4-4铝青铜材料制作。

进一步地，所述扶正轴承和扶正轴套在工作温度下运行时，扶正轴承内孔应比扶正轴套外径大0.06～0.08mm，以保证有0.03-0.04mm的油膜存在；在扶正衬套内孔和电机轴外径之间，在工作温度下要保证有0.01-0.03mm的间隙；扶正轴承外径与定子内孔之间，在工作温度下要有0.02-0.05mm的间隙，保证部件之间可以轴向移动，防止抱死。

进一步地，所述扶正轴套内孔和电机轴之间的装配，在常温下需要采用热装工艺完成。