曳引變頻調(diào)速電機(jī)型抽油機(jī)

佘金彪

摘要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題成為當(dāng)今社會(huì)討論的焦點(diǎn)，在尋找新能源，保護(hù)環(huán)境，改良環(huán)境的同時(shí)，新型環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品也應(yīng)運(yùn)而生。河南思科石油環(huán)保設(shè)備有限公司根據(jù)現(xiàn)有實(shí)際情況創(chuàng)新研發(fā)了智能型環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品一塔架變頻調(diào)速電機(jī)型抽油機(jī)，這種抽油產(chǎn)品將數(shù)字化控制技術(shù)與直線抽油方式相結(jié)合，切實(shí)有效的解決了常規(guī)抽油機(jī)耗電量大、維護(hù)困難、調(diào)參困難、沖程短、機(jī)械效率低等問(wèn)題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用證明：塔架變頻調(diào)速電機(jī)型抽油機(jī)運(yùn)行工況良好，故障率低，安全可靠，是—種具有廣闊市場(chǎng)前景的高效節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，針對(duì)常規(guī)游梁抽油機(jī)，許多油田機(jī)械制造生產(chǎn)廠商都嘗試開(kāi)發(fā)長(zhǎng)沖程、低沖次塔式抽油機(jī)，大多數(shù)是采用傳統(tǒng)電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)，通過(guò)控制系統(tǒng)使電機(jī)換向，帶動(dòng)減速機(jī)做換向運(yùn)動(dòng)。這些機(jī)型，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)沖程、調(diào)參容易、有效降低耗電量，但長(zhǎng)期不問(wèn)斷的連續(xù)運(yùn)行，軸承潤(rùn)滑和齒輪疲勞問(wèn)題無(wú)法得到保障，運(yùn)行噪音高，使運(yùn)行可靠性降低，同時(shí)節(jié)能環(huán)保效果不明顯，因而推廣效果不佳。

河南機(jī)廠創(chuàng)新研發(fā)的塔架變頻調(diào)速電機(jī)型抽油機(jī)，此抽油機(jī)具備以下特性：a、采用世界領(lǐng)先的變頻閉環(huán)矢量控制及永磁同步電機(jī)技術(shù)，使輸出力矩能自動(dòng)根據(jù)負(fù)載的變化而調(diào)整，始終滿足負(fù)載的變化，達(dá)到最佳的節(jié)能效果。b、采用先進(jìn)工業(yè)控制器及人機(jī)操作界面，運(yùn)行參數(shù)明了，調(diào)參方便、快捷，實(shí)現(xiàn)柔性啟動(dòng)，系統(tǒng)運(yùn)行按設(shè)定曲線運(yùn)行，換向無(wú)剛性沖擊，低噪音（55dB）。c、主機(jī)采用高性能永磁低速、大扭矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電磁換向，無(wú)齒輪減速箱部件，無(wú)磨損，系統(tǒng)通過(guò)抽油桿與配重箱形成天平式平衡，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)的平衡，無(wú)功損耗接近零，從而使機(jī)械效率達(dá)到95%以上。d、主機(jī)配置抱閘功能，配重箱配備安全剎車裝置，運(yùn)行時(shí)運(yùn)動(dòng)部件與人隔離，操作機(jī)器與高壓電隔離，調(diào)平衡時(shí)配重落地調(diào)整，安全無(wú)憂。e.翻轉(zhuǎn)讓位，修井作業(yè)方便。

1.結(jié)構(gòu)及其原理

該型機(jī)由動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機(jī)架及提升裝置、平衡箱、平衡箱安全剎車系統(tǒng)等組成，適用于普通采油作業(yè)，特別適用于長(zhǎng)沖程、低沖次的采油工況。

其工作原理是：電機(jī)驅(qū)動(dòng)一級(jí)皮帶減速輪，通過(guò)減速輪同軸上的驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪驅(qū)動(dòng)鋼絲繩組（寬帶）。鋼絲繩組（寬帶）一端和平衡箱連接，另一端通過(guò)懸繩器懸掛光桿；電機(jī)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)安裝在機(jī)架中部的霍爾元件，自動(dòng)檢測(cè)到平衡箱位置，并反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制電機(jī)帶動(dòng)懸點(diǎn)符合做上下平穩(wěn)運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中利用光電信號(hào)檢測(cè)平衡箱的運(yùn)動(dòng)位移，來(lái)消除運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的累積誤差。

2.動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)

動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是利用低速大扭矩永磁同步電機(jī)，經(jīng)過(guò)一級(jí)皮帶減速；采用柔性鋼絲繩（寬帶）傳動(dòng)使整機(jī)具有過(guò)載保護(hù)，避免了剛性沖擊。

3.智能控制系統(tǒng) 智能控制系統(tǒng)由高過(guò)載能力矢量控制變頻器、可編程控制單元及速度、重力、光電等各種傳感器構(gòu)成的智能化控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)如下：

（1）.可人機(jī)對(duì)話，可實(shí)現(xiàn)沖程、沖次無(wú)級(jí)調(diào)速；

（2）.可監(jiān)控沖程、沖次、電流、頻率、轉(zhuǎn)矩、輸出功率、抽油桿運(yùn)行速度與時(shí)間等屏幕顯示，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；

（3）.自動(dòng)判斷光桿是否失重，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)；

（4）.對(duì)電機(jī)全程自動(dòng)控制，并具有超載、失載、過(guò)熱、缺相、短路保護(hù)、故障記憶等功能；

4.創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用

（1）.平衡箱的安全制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由離心式機(jī)械雙向動(dòng)作限速器、制動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)、安全制動(dòng)鉗組成。

安全制動(dòng)原理：通過(guò)連接在平衡箱的鋼絲繩即時(shí)追蹤平衡箱的運(yùn)行速度，當(dāng)平衡箱的運(yùn)行速度超出限定速度時(shí)，離心機(jī)械限速器動(dòng)作，反饋信號(hào)使電機(jī)制停，利用平衡箱加速下行的慣量，通過(guò)鋼絲繩的另一端拉緊裝在平衡箱上的安全制動(dòng)鉗，抱剎導(dǎo)軌，利用摩擦力制動(dòng)平衡箱，實(shí)現(xiàn)平衡箱的安全制動(dòng)，避免井口側(cè)失載引起的事故。

（2）.機(jī)架翻轉(zhuǎn)裝置

修井作業(yè)工位讓開(kāi)裝置：漲緊輪和導(dǎo)向輪輪架通過(guò)和機(jī)架連接的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，卸掉載荷，漲緊輪向下旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)向輪向上旋轉(zhuǎn)，這時(shí)導(dǎo)向輪可避開(kāi)井口1200mm，為修井讓出作業(yè)空間。

（3）.設(shè)備動(dòng)力系統(tǒng)采用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)，具有噪音低、低轉(zhuǎn)速、大扭矩、低能耗的性能特點(diǎn)。

5.節(jié)能及環(huán)保特性

塔架變頻調(diào)速電機(jī)型抽油機(jī)在實(shí)際運(yùn)用中，永磁同步電機(jī)配合高過(guò)載能力的矢量控制變頻器，實(shí)現(xiàn)了輸出力矩與負(fù)載的最佳匹配，達(dá)到最佳節(jié)能效果，功率因數(shù)達(dá)到0.98，切實(shí)達(dá)到了高效節(jié)能的目的。

6.主要特點(diǎn)

（1）.操作簡(jiǎn)便，以人為本。應(yīng)用了人機(jī)工程學(xué)原理，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化，可人機(jī)對(duì)話，利用觸摸屏調(diào)整參數(shù)、實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，并顯示運(yùn)行參數(shù)，故障發(fā)生時(shí)間和故障原因，減輕維修人員的工作強(qiáng)度。

（2）.運(yùn)行平穩(wěn)安全。該機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置均安裝在塔架頂部的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)上，平衡箱運(yùn)行于封閉的塔架內(nèi)，有效減少對(duì)周圍人畜的誤傷害，當(dāng)發(fā)生抽油桿斷裂事故時(shí)，平衡箱下方有制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)平衡箱的安全制動(dòng)，避免井口側(cè)失載引起的事故。

（3）.提高抽油泵的工作效率。該型抽油機(jī)具有勻速運(yùn)行段長(zhǎng)、上下行速度可以分別調(diào)整的特點(diǎn)，工作時(shí)可以根據(jù)不同的井況分別調(diào)整上行和下行速度，充分提高了油泵的充滿度系數(shù)和工作效率。

7.結(jié)語(yǔ)

抽油機(jī)在石油開(kāi)采中占據(jù)及其重要的位置，新技術(shù)的研發(fā)，環(huán)保節(jié)能，提高抽油機(jī)的效率是油田開(kāi)發(fā)的重心。同時(shí)，我國(guó)目前大力倡導(dǎo)發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)，因此，更要加大技術(shù)與設(shè)備的創(chuàng)新力度，與油田的特點(diǎn)相結(jié)合對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行研制，提高其經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]萬(wàn)邦烈.采油機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算[M]北京石油工業(yè)出版社，1994.