CN204113235U - 一种井口抽油机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于油田采油机械设备技术领域，具体提供了一种井口抽油机，包括抽油杆，还包括开关磁阻电机、减速器、转盘、偏心轴和电机控制箱；所述开关磁阻电机一端与电机控制箱电连接，另一端与转盘通过联动轴相连，所述转盘上设置有偏心轴，所述抽油杆与偏心轴相连。该井口抽油机利用开关磁阻电机的优点，取消皮带传动，减少动力传动环节，提高传动效率，同时消除三相异步电机用作抽油机动力时的不足，达到节能降耗的目的。
Description
技术领域
本实用新型属于油田采油机械设备技术领域，具体涉及一种井口抽油机。
背景技术
抽油机是有杆抽油系统的地面驱动设备,按其基本结构，现有的抽油机可分为游梁式和无游梁式两大类。游梁式抽油机主要由游梁-连杆-曲柄机构、减速机构、动力设备和辅助装置等四部分组成，如图1示；无游梁式抽油机是用柔性件等其他方式代替游梁的抽油机，如图2示。
而不管是游梁式抽油机还是无游梁式抽油机均是采用皮带传动，皮带与减速器一起构成抽油机的减速传动装置，以实现从电机到曲柄轴的动力传递和减速，抽油机常用的皮带以普通V带和窄V带为主，传动效率一般为0.90～0.95。然而，由于皮带传动是靠皮带与轮之间的摩擦力进行运动和动力传递，而抽油机承受交变载荷，存在轮面打滑现象，因此皮带的瞬时效率会发生变化。
另外，现有的抽油机由三相异步电机作为抽油机动力，而三相异步电机用作抽油机动力时，存在以下几个方面的不足：
(1)抽油机起动时属于重负荷启动，需要的启动扭矩大，必须配备大功率的三相异步电机，系统能耗偏高。
(2)抽油机起动后正常运行时，需要的扭矩相对启动时要小，导致按照启动扭矩配备的三相异步电机功率利用率和效率偏低。
(3)同一抽油机型，电机额定功率越大，其功率利用率越低。
同时，三相异步电机长期处在低负荷工况下运行，能量损耗高，从而影响抽油机井整体的系统效率提高。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有抽油机皮带传动效率低，以及三相异步电机用作抽油机动力时的上述不足的问题。
为此，本实用新型提供了一种井口抽油机，包括抽油杆，还包括开关磁阻电机、转盘、偏心轴和电机控制箱；
所述开关磁阻电机一端与电机控制箱电连接，另一端与转盘通过联动轴相连，所述转盘上设置有偏心轴，所述抽油杆与偏心轴相连。
上述偏心轴与转盘之间活动连接。
上述转盘上设置有配重块。
上述电机控制箱由微电脑、节能控制模块、功率变换器组成，节能控制模块和功率变换器分别与微电脑电连接。
上述开关磁阻电机为定子、转子双凸极可变磁阻电机。
所述开关磁阻电机、减速器和转盘通过支架支撑于地面上。
本实用新型的有益效果：
(1)取消皮带和减速器传动，减少了动力传递环节，提高了动力传动机构传递效率。
(2)降低了电机运行电流、无功功率，减小了电机能量损耗，提升了抽油机系统地面效率。
(3)开关磁阻电机由微电脑控制，可以根据抽油机的负载变化进行智能调速运转，克服了现有抽油机调参困难、维护调参劳动强度高等缺点。
(4)开关磁阻电机配有制动保护器，电机运行安全可靠。
以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
图1是常规型游梁式抽油机的结构示意图。
图2是曲柄连杆型无游梁式抽油机的结构示意图。
图3是开关磁阻电机工作原理示意图。
图4是开关磁阻电机初始运行曲线图。
图5是本实用新型不需要皮带传动的井口抽油机的结构示意图。
附图标记说明：1、开关磁阻电机；2、转盘；3、偏心轴；4、抽油杆；5、配重块；6、电机控制箱。
具体实施方式
实施例1：
为了克服现有抽油机皮带传动效率低，以及三相异步电机用作抽油机动力时存在不足的问题，本实施例提供了一种如图5所示的井口抽油机，包括抽油杆4，还包括开关磁阻电机1、转盘2、偏心轴3和电机控制箱6；
所述开关磁阻电机1一端与电机控制箱6电连接，另一端与转盘2通过联动轴相连，所述转盘2上设置有偏心轴3，所述抽油杆4与偏心轴3相连。
所述开关磁阻电机1和转盘2通过支架支撑于地面上；所述偏心轴3与转盘2之间活动连接，抽油杆4通过转盘2上不同的悬挂位置实现不同冲程，通过转盘2不停的旋转，带动抽油杆4上下运动，实现抽油泵的抽汲过程。同时，所述转盘2上设置有配重块5，该配重块5置于转盘2上抽油杆4悬挂位置的径向远端，起到平衡作用。
而其中，所述开关磁阻电机1是定子、转子双凸极可变磁阻电机，由定子、转子、位置传感器、风扇、机壳组成，定子、转子均由普通硅钢片叠压而成，定子上装有集中绕组，转子上没有绕组和永磁体，转子位于定子内部，位置传感器安装于电机内部非出力端，向电机控制箱7传输相对位置信号，机壳包裹着定子、转子、位置传感器，转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一个两极磁极，称为“一相”。
如图3所示，开关磁阻电机1的工作原理是磁阻最小原理，即当定子某相绕组通电时，所产生的磁场由于磁力线扭曲而产生切向磁拉力，试图使相近的转子磁极旋转到其轴线与该定子磁极轴线对齐的位置，即磁阻最小位置。
图3中N、S极表示电机定子绕组产生的旋转磁场，以转速n1逆时针方向旋转，中间为电机转子，转子凸极方向上的轴线称为d轴，与d轴正交的轴线称为q轴；当旋转磁场的轴线与转子d轴方向一致时，磁通所通过路径的磁阻最小；当旋转磁场的轴线与转子q轴方向一致时，磁通所通过的路径的磁阻最大；而当转子与定子磁场处于其他相对位置时，磁阻在两者之间变化，开关磁阻电机定子绕组依次通电，产生磁场使转子旋转。
开关磁阻电机1具有以下特点：(1)电机效率高，损耗小，开关磁阻电机在宽广的转速和功率范围内具有高输出和高效率，电机转子不存在绕组铜耗，电机空载运行时电流小；(2)启动扭矩大、启动电流低，开关磁阻电机与三相异步电机相比，其带负荷启动扭矩达到额定扭矩的1.5倍时，启动电流仅为额定电流的三分之一；(3)功率因数高，开关磁阻电机运行时由于是位置的闭环控制，不会出现丢步和失步现象，无功功率小，功率因数接近1，而三相异步电机功率因数与负载率有关，一般在0.9以下；(4)可控参数多，调速性能好，开关磁阻电机可以通过控制相绕组的通断电时刻、相电流脉冲的幅值和宽度等来控制电磁矩的方向和大小，实现速度调节。
综上所述，本实用新型利用开关磁阻电机的优点，取消皮带和减速器，减少动力传动环节，提高传动效率，同时消除三相异步电机用作抽油机动力时的不足，达到节能降耗的目的。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述电机控制箱6由微电脑、节能控制模块、功率变换器组成，节能控制模块和功率变换器分别与微电脑电连接。所述电机控制箱6用于实现控制开关磁阻电机1的连续运转，其具体工作原理如下：微电脑综合处理速度指令、速度反馈信号及通过位置传感器的反馈信息控制功率变换器中主开关器件的通断，实现对开关磁阻电机1运行状态的控制。节能控制模块根据速度反馈信号，运行智能调速算法，进行优化运行分析计算，形成控制策略，并生成运行指令。功率变换器根据下达的指令实时控制开关磁阻电机1线组的开通与关断，实现开关磁阻电机1的连续运转。电机控制箱及电机控制中的箱微电脑、节能控制模块采用本技术领域公知的技术实现上述功能均可。
而智能调速原理如下：
开关磁阻电机1的输出功率与开关磁阻电机1的输出扭矩及角速度成正比关系，即：
式中：P——开关磁阻电机的输出功率，kW
T——开关磁阻电机的输出扭矩，N·m
ω——角速度，rad/s
开关磁阻电机1的输出扭矩取决于被驱动负荷的大小，而负荷的大小取决于抽油机井下工况，在井下工况确定时，先跟踪一个周期开关磁阻电机1转速和功率的初始运行曲线，如图4所示，通过改变开关磁阻电机1转速来调节开关磁阻电机1的输出功率，降低高功率区的转速以降低输出功率、提高低功率区的转速以提高输出功率，实现对开关磁阻电机1输出功率和输出扭矩的重新分布，达到智能调速的目的。
以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种井口抽油机，包括抽油杆(4)，其特征在于：还包括开关磁阻电机(1)、转盘(2)、偏心轴(3)和电机控制箱(6)；
所述开关磁阻电机(1)一端与电机控制箱(6)电连接，另一端与转盘(2)通过联动轴相连，所述转盘(2)上设置有偏心轴(3)，所述抽油杆(4)与偏心轴(3)相连。
2.如权利要求1所述的井口抽油机，其特征在于：所述偏心轴(3)与转盘(2)之间活动连接。
3.如权利要求1所述的井口抽油机，其特征在于：所述转盘(2)上设置有配重块(5)。
4.如权利要求1所述的井口抽油机，其特征在于：所述电机控制箱(6)由微电脑、节能控制模块、功率变换器组成，节能控制模块和功率变换器分别与微电脑电连接。
5.如权利要求1所述的井口抽油机，其特征在于：所述开关磁阻电机(1)为定子、转子双凸极可变磁阻电机。
6.如权利要求1所述的井口抽油机，其特征在于：所述开关磁阻电机(1)和转盘(2)通过支架支撑于地面上。
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| CN104295273A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-01-21 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种井口抽油机 |
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