CN203368220U - 抽油机力矩电机及电动发电装置 - Google Patents
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Abstract
一种油田抽油机力矩电机及电动发电装置，该技术电机上直接装有绞盘(1)，可通过井架、导轮、抽油泵杆(2)和平衡配重块(3)组成抽油机，电机配用逆变器(4)、整流器(5)、控制器(6)和开关(7)、(8)等电力电子系统，可以实现泵杆提升抽油时，电机将电能转换为机械能；而当泵杆下滑时，泵杆拖动电机反转，将机械能转换为电能并存储在电池或电容器中，备抽油时与电源向电机供电。由于该技术电机为大力矩稀土永磁同步低速电机的设计，不仅可以作为电动机和发电机运行，还具有高效率和高功率因数特征。该技术可节约电能消耗约50％，并具有体积小、结构简化、不用齿轮减速系，制造成本低和使用寿命长的特点。
Description
所属技术领域
本实用新型涉及一种用于油田抽油机力矩电机及电动发电装置，属永磁电机领域。
背景技术
现有技术的传统抽油机系统如附图2所示，它由三相异步电动机(1)，经减速皮带轮传动复杂的齿轮减速机构(9)的输出轴(10)，再带动双曲柄(11)和偏心块(12)、传动连杆(13)、经过游梁(14)传动驴头(15)带动抽油绞绳和泵杆(2)。这种复杂的机械结构不仅使得整体的可靠性和维修性降低，而且电动机的传送效率很低；再加上油田抽油机的负载又是独具特点的时变负载，有动、静负载特性之分，即在起动初始状态要求拖动电机的起动力矩是抽油机实际负载的好几倍，因此电机的起动力矩是选配电机容量的重要条件；另外抽油机要适用将地下原油抽到地面上来，由于地下液面是不断变化的，决定了抽油机的负载也是随机变化的，这对电动机的运行负载功率变化范围很宽，因此会造成有时电机负载很大，电机效率相应高些；但有时由于地下液面降低，抽油量小，电动机轻载或很小的负载，此时三相异步电机相当于空载运行，电机效率就很低，三相异步电动机空载或轻载时的功率因数也会很低，造成电能的极大浪费。为减小这种电能的浪费，改进的抽油机仅是在现有三相异步电动机中，选择高效率些的电机来拖动，如高转差率电机、高起动转矩的双定子结构电机、 电磁调速电机和变极数电机等；另外在抽油机系统中使用抽油机节能器如：利用电容器进行功率补偿，增加调压节能装置，采用Y/Δ双向切换开关等。上述改进的方法和措施，都是对三相异步电动机的负载较低时，通过调节电机的输出功率来降低电动机的自身损耗，达到节能的效果。但这些方式对电机的节能效果是很有限的，只是当电机负载小时效果才好一些。
发明内容
针对上述油田抽油机技术现状，三相异步电动机存在电能浪费大，改进的方法和措施对电机效率提高有限，本发明提出一种抽油机力矩电机及电动发电装置。它不仅可以明显提高电机效率，达到节约电能消耗50％左右；而且可简化抽油设备的结构、节省材料、缩小体积、减少设备的维修保养，提高抽油设备的性价比。
本实用新型的目的是提供一种抽油机高效节能装置，即抽油机力矩电机及电动发电装置。该装置由电机(1)、泵杆(2)、配重块(3)、逆变器(4)、整流器(5)、控制器(6)、开关(7)和(8)组成，电机(1)的外转子由外壳(21)、磁钢(22)、端盖(28)和两个轴承(30)构成；电机的内定子由叠片(23)、绕组(24)、轴套(27)和空心轴(25)构成，空心轴(25)左端伸出电机外壳部分，由夹紧圈(31)、支架(32)固定在底板(33)的左端，电机(1)的右端盖(28)上固定半轴(26)的圆盘，半轴(26)上固紧绞盘(20)，并由键(19)配装，通过两个轴承(30)和两个轴承座(29)、支架(32)将半轴(26)固定安装在底板(33)的右端。
该装置采用高效稀土永磁低速力矩电机，配合电力电子控制技术，使电机工作在电动机和发电机两种工况，配合抽油泵杆的提升(抽油)和下滑(复位)两种工况，达到电机的电动机工况消耗电能，和发电机工况回收电能的目的，与现有技术的抽油机比较，可以达到显著的节约电能效果。另外由于采用了高效稀土永磁电机，该电机的效率平台在高效区很宽，从轻载至额定负载电机效率均可达到90％以上；而且该电机的功率因数也很高，特别值得重视的是，空载或轻载时，这种电机的功率因数可以≥1，属于三相同步电动机的特性，大功率同步电动机，可应用工厂企业中，作为功率因数 补偿电气，相当于在电网上并联电容器的效果。综上所述，本发明技术的节约电能消耗基于两方面的效果，其一是电机的发电回收电能；其二是采用高效三相稀土永磁同步电机原理设计的抽油机力矩电机，工作在轻载时的高效率和高功率因数的节能效果。两种设计的总节约电能消耗约50％。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明抽油机力矩电机及电动发电装置原理框图。
图2是现有技术游梁式抽油机结构示意图。
图3是本发明电机安装在井架底部的结构示意图。
图4是抽油机力矩电机结构图。
图1中，电机(1)、泵杆(2)、配重块(3)、逆变器(4)、整流器(5)、控制器(6)、开关(7)和(8)。
图2中，电机(1)、泵杆(2)、齿轮减速机构(9)、输出轴(10)、双曲柄(11)、偏心块(12)、传动连杆(13)、游梁(14)、驴头(15)。
图3中，电机(1)、泵杆(2)、配重块(3)、导轮(17)、井架(18)。
图4中，电机(1)、外壳(21)、磁钢(22)、叠片(23)、绕组(24)、空心轴(25)、半轴(26)、轴套(27)、端盖(28)、左右各一件，轴承座(29)、两件，轴承(30)共4只，夹紧圈(31)、支架(32)三件，底板(33)、键(19)和绞盘(20)。
具体实施方式
结合附图，下面对本实用新型抽油机力矩电机及电动发电装置作进一步详细说明。本实用新型由电机(1)、泵杆(2)、配重块(3)、逆变器(4)、整流器(5)、控制器(6)、开关(7)和(8)组成抽油机力矩电机及电动发电装置的核心部分。由于电机(1)采用了稀土永磁同步电机的原理设计，电机的反电势波形为正弦波，电机的工作特性为低速大扭矩力矩电机。以适应油田抽油电机的要求，并适用于电动机和发电机两种工作状态。
抽油机力矩电机的结构特征是：电机(1)的外转子由外壳(21)、磁钢(22)、端盖(28)和两个轴承(30)构成；电机的内定子由叠片(23)、绕组(24)、轴套(27)和空心轴(25)构成；空心轴(25)左端伸出电机外壳部分，由夹紧圈(31)、支架(32)固定在底板(33)的左端，电机(1)的右端盖(28)上固定半轴(26)的圆盘，半轴(26) 上固紧绞盘(20)，并由键(19)配装，通过两个轴承(30)和两个轴承座(29)、支架(32)将半轴(26)固定安装在底板(33)的右端。
该底板(33)的结构可以作成长方框形，便于安装在抽油机井架(18)底部或井架顶部(参考附图3)，它是井架(18)的结构示图，若把电机用底板(33)固定安装在井架(18)底部，利用井架(18)顶部安装两个导轮(17)，右边导轮(17)通过钢丝绞绳与泵杆(2)相连结；左边导轮(17)通过钢丝绳与平衡配重块(3)相连结，电机(1)上的绞盘(20)是通过绞绳与两个导轮(17)相连接，电机的旋转方向可决定抽油泵杆(2)的上升或下滑，达到油田抽油的正常作业。
本发明的实现方法，采用稀土永磁低速大力矩外转子型电机，在电机相同体积时，外转子型较内转子型可输出更大的功率，该电机结构特征是，将内定子通过轴、支架固定在底座上，另一端是利用半轴一头与电机外端盖坚固，半轴利用两个轴承、轴承座、支架等与底座相连接，半轴的中部利用键与绞盘紧固。当外转子电机运行时，通过外壳上的端盖、半轴和绞盘带动抽油泵杆作上下直线运动，达到油田抽油目的。
为节约电能的消耗，因抽油泵杆很重，抽油泵杆是由绞绳相连接的，绞绳的另一头可以加上平衡用的配重块，用来减小力矩电机的提升转矩，即减小了电机的功率消耗。
因油田中采油作业时，抽油泵杆约每分钟上、下运行4-6次，运行距离为5-6米，并需根据采油量、抽油泵杆需要调整。另外为了简化采油设备，应将电机、钢丝绞绳、抽油泵杆、平衡配重块等，制作一个铁架(参考附图3)，在该铁架顶部安装两个导轮，电机安装在铁架底部，抽油泵杆和平衡配重块都要通过导轮与绞绳相连接，然后把绞绳与电机上的绞盘相连接，这样电动机正、反方向运行时，抽油泵杆是作上、下(提升、下滑)方向运动，同时平衡配重块与抽油泵杆 相反，作反方向运动的。
为实现进一步节约电能的消耗，永磁电机可以运行在电动和发电两种工况，而抽油泵杆的提升(抽油)和自身重量的下滑(回位)两种运动，与电机的两种工况是相对应的。因此，利用抽油泵杆的提升抽油时，使电机运行在电动机工况。(参考附图1)这时电源通过三相整流稳压后，通过控制器和开关向电机供电，把电能转换为机械能；当抽油泵杆下滑时，带动电机作发电机运行，机械能转换为电能。此时输出的电能通过开关经整流后存储在电池或电容器中，以备当电机转为电动机运行时，存储的电能与电网的电能同时向电机供电，这样，可以节约更多的电能消耗。
Claims (1)
1.一种抽油机力矩电机及电动发电装置，由电机(1)、泵杆(2)、配重块(3)、逆变器(4)、整流器(5)、控制器(6)、开关(7)和(8)组成，其特征是：电机(1)的外转子由外壳(21)、磁钢(22)、端盖(28)和两个轴承(30)构成；电机的内定子由叠片(23)、绕组(24)、轴套(27)和空心轴(25)构成，空心轴(25)左端伸出电机外壳部分，由夹紧圈(31)、支架(32)固定在底板(33)的左端，电机(1)的右端盖(28)上固定半轴(26)的圆盘，半轴(26)上固紧绞盘(20)，并由键(19)配装，通过两个轴承(30)和两个轴承座(29)、支架(32)将半轴(26)固定安装在底板(33)的右端。
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|---|---|---|---|---|
| CN104675368A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-06-03 | 大庆市华禹石油机械制造有限公司 | 直线驱动抽油机 |
| CN109639042A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-04-16 | 湖北环电磁装备工程技术有限公司 | 一种无框式永磁同步电机直驱的油井抽油机 |
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