CN202065174U - 螺杆泵直驱伺服拖动系统 - Google Patents

Abstract

一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，由伺服控制系统控制，所述的伺服控制系统包括伺服电机(3)和伺服控制器(4)，伺服电机(3)为所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统提供动力，伺服控制器(4)通过电缆(5)与伺服电机(3)相连，传输控制信号，螺杆泵(1)通过光杆(2)与伺服电机(3)直接相连。本实用新型采用伺服拖动系统直接驱动螺杆泵，省去传统的皮带传动、减速箱和防反转的机械止逆装置；由伺服系统检测电机扭矩进行实时智能控制，从而实现断杆保护；停机或故障时，伺服系统进入工作发电制动状态，缓释传动杆残余扭矩，有效避免传动杆快速反转、脱落现象，实现软刹车。

Description

螺杆泵直驱伺服拖动系统

技术领域

本实用新型涉及一种动力拖动系统，尤其涉及一种螺杆泵拖动系统，属于采油设备技术领域。

背景技术

目前螺杆泵采油系统主要采用地面机械驱动方式，由三相异步电机、皮带、减速器组成，动力由电机输出到螺杆泵，减速系统消耗了20％左右的能量，占较大比例；由于电机高架偏置与井口一侧，运行时井口震动大，导致皮带磨损更换频繁，减速器齿轮磨损快；传统的防反转装置采用棘轮棘齿结构，冲击大、易损坏，当防反转螺杆泵采油井停机或故障时，棘轮棘齿的急刹车也使杆管受到较大冲击，导致杆管问题多，影响正常生产。另外传统的螺杆泵采油系统，电机为异步恒频恒压控制，泵杆的速度总是保持不变，当井下发生异常或地面出口管线阻塞时，泵杆无法降速，即无法限制泵杆的扭矩，这样就会造成扭断泵杆、井下螺杆泵定子脱落、或烧坏电机等故障。

实用新型内容

为克服现在的螺杆泵采油系统上述的不足，本实用新型提供一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，该系统采用伺服拖动系统直接驱动螺杆泵传动杆，省去皮带传动、减速箱和防反转的机械止逆装置；由伺服系统检测电机扭矩进行实时智能控制，从而实现断杆保护；停机或故障时，伺服系统进入工作发电制动状态，缓释传动杆残余扭矩，有效避免传动杆快速反转、脱落现象，实现软刹车。

本实用新型所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，由伺服控制系统控制，所述的伺服控制系统包括伺服电机和伺服控制器，伺服电机为所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统提供动力，伺服控制器通过电缆与伺服电机相连，传输控制信号，螺杆泵通过光杆与伺服电机直接相连，不但省去了复杂不可靠的机械传动装置，而且能实现螺杆泵原驱动装置的全部功能。

所述的伺服电机内设有编码器，可以将伺服电机的状态参数反馈给伺服控制器，所述的编码器为绝对式磁电编码器，适应高温高寒等恶劣工作环境。

伺服电机、光杆和螺杆泵，三者为同轴连接，伺服电机结构为立式中空轴，所述光杆与伺服电机之间为立式穿心连接，所述的光杆与螺杆泵之间通过联轴器连接，省去了皮带传动、减速箱和防反转的机械止逆装置。

本实用新型所述的伺服控制器中的速度环、位置环和电流环为同周期控制，实现快捷、准确、高效的控制功能。

本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统由伺服电机直接带动光杆转动，驱动井下螺杆泵工作，使用伺服控制器来对伺服电机进行控制。螺杆泵直驱伺服拖动系统，去掉减速系统实现直接驱动，提高了传动效率，延长设备使用寿命，减少停机和维修作业；在停机或系统故障时，泵杆的弹性释放，会拖动伺服电机反转(此时电机处于发电状态)，接通反转控制装置，缓释泵杆残余扭矩，最终使泵杆回到初始状态，实现了软刹车，降低了机械冲击对泵、机、杆的疲劳损伤，有效避免出现传动杆快速反转、脱落现象；采用智能伺服控制系统，运行转速可以零速至额定转速之间根据需要任意调节；伺服控制系统对电机扭矩进行实时检测，当泵杆力矩增大，超出设定力矩时，伺服控制器能够做到及时减速，确保泵杆和电机的安全运行，避免了断杆、定子脱落等问题。

附图说明

图1为本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统结构示意图；

图2为本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统的控制原理图。

具体实施方式

图1为本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统结构示意图。如图1所示，本实用新型提供一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，包括：伺服电机3，光杆2，螺杆泵1，伺服控制器4和电缆5。伺服电机3安装在井口装置上，为整个系统提供动力；螺杆泵1安装于井下，输出系统动力；光杆2连接于伺服电机3和螺杆泵1之间，为系统传输动力；伺服电机3、光杆2和螺杆泵1三者为同轴连接，伺服电机3的输出轴为立式中空轴，光杆2与伺服电机3之间为立式穿心连接，光杆2与螺杆泵1之间依靠联轴器连接。伺服电机3上还设有伺服控制器4，伺服控制器4通过电缆5与伺服电机3相连，电缆5传输控制信号，并为伺服控制器4提供能量。

为了实现有效控制，伺服电机内还设有编码器，编码器将伺服电机3的位置、速度等状态参数，反馈给伺服控制器4。通常情况下，编码器可以采用多种类型，本实施例中的编码器为绝对式磁电编码器，它通过编码器线7与伺服控制器4相连。

图2为本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统的控制原理图。如图2并结合图1所示，本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统对伺服电机3转速进行闭环控制，伺服电机3的转速通过编码器6反馈给伺服控制器4的速度控制器。速度控制器将编码器6反馈的速度数据与伺服控制器4的速度指令进行比较，根据速度误差，通过电缆5传输指令给伺服电机3，进行实时调节伺服电机3的转矩，从而使伺服电机3运行速度精确跟踪指令。通俗的说，就是如果伺服电机3当前速度低于伺服控制器4指令速度需要加速，就增加转矩；需要减速就减小转矩，甚至给反向转矩。如此实现伺服电机3可以宽范围调速的目的，即伺服电机3运行转速可以在零速至最高速(额定转速)之间根据需要任意调节，在任一速度下均能长期稳定运行。

螺杆泵直驱伺服拖动系统对伺服电机扭矩进行实时检测。交流伺服控制中，伺服电机3的定子与转子磁场精确同步，伺服控制器4通过其内部元件电流传感器，对电机定子的三相电流做实时反馈，伺服控制系统就可以控制电机3的三相电流的相位和幅值，即对定子磁场实行精确的闭环控制，又通过编码器6对电机转子位置的实时反馈，得到转子磁场的方向，就可以控制定子磁场与转子磁场时刻保持精确垂直，消除无功损耗，最高效率地利用电流产生的转矩，这样通过控制磁场矢量的大小和方向，就可以精确控制转矩。当泵杆力矩增大，超出设定力矩时，伺服控制器能做到及时减速，确保泵杆和电机的安全运行，避免了断杆、定子脱落等问题。

在螺杆泵直驱伺服拖动系统的工作过程中，当需要停机或发生系统故障时，螺杆泵1泵杆的弹性自动释放，拖动伺服电机3反转，此时伺服电机3处于发电状态，接通伺服控制器4中的反转制动装置，螺杆泵1泵杆反转的加速度越大，或者说趋势速度越大，反转制动装置吸收的能量越多，即：发电制动力越大。最终使螺杆泵1泵杆释放残余扭矩回到初始状态，实现软刹车，降低了机械冲击对螺杆泵1、伺服电机3、光杆2的疲劳损伤，无需电机变速箱和减速装置，延长设备使用寿命，减少停机和维修作业。

本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统，去掉了原有的减速和止逆系统，伺服电机直接与螺杆泵相连，实现了直接驱动，传动效率提高，有较好的节能效果，使设备使用寿命延长。当螺杆泵泵杆力矩增大，超出设定力矩时，避免了断杆、定子脱落等问题；在停机或系统故障时，实现了软刹车，减少停机和维修作业，运行转速可以在零速至额定转速之间根据需要任意调节，降低了机械冲击对泵、机、杆的疲劳损伤。

Claims (7)

1.一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，由伺服控制系统控制，所述的伺服控制系统包括伺服电机(3)和伺服控制器(4)，伺服电机(3)为所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统提供动力，伺服控制器(4)通过电缆(5)与伺服电机(3)相连，传输控制信号，螺杆泵(1)通过光杆(2)与伺服电机(3)直接相连。

2.如权利要求1所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述的伺服电机(3)内还设有编码器(6)，该编码器(6)将伺服电机(3)的状态参数反馈给伺服控制器(4)。

3.如权利要求2所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述的编码器(6)为绝对式磁电编码器，。

4.如权利要求1所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述的伺服电机(3)、光杆(2)和螺杆泵(1)，三者为同轴连接。

5.如权利要求1或4任一项所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述伺服电机(3)输出轴为立式空心轴。

6.如权利要求5所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述的光杆(2)与伺服电机(3)之间为立式穿心连接；所述的光杆(2)与螺杆泵(1)之间通过联轴器连接。

7.如权利要求1所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述的伺服控制器(4)中的速度环、位置环和电流环为同周期控制。

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