CN204851190U - 永磁电机驱动全自动煤层气抽采机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种煤层气抽采装置，具体为一种永磁电机驱动全自动煤层气抽采机。解决现有抽采机技术中存在的能耗高，运行成本高的问题，结构为所述的支架上设有平台，平台上设有控制台和永磁同步电机，在平台下方设有定滑轮一，定滑轮二，定滑轮三，定滑轮四，所述的钢丝绳两端固定在平台下方，在钢丝绳左端固定点和定滑轮一之间设有动滑轮一，动滑轮一下设有平衡负载，在定滑轮四和钢丝绳右端固定点之间设有动滑轮二，动滑轮二下连接抽气杆；所述的控制台内设有控制系统，包括PLC，PLC连接变频器，变频器连接永磁同步电机，PLC还连接有人机交互界面和无线发射模块。采用了永磁变频同步电动机直接驱动，取代了原有三相异步电动机与减速器组合的方式。

Description

永磁电机驱动全自动煤层气抽采机

技术领域

本实用新型涉及一种煤层气抽采装置，具体为一种永磁电机驱动全自动煤层气抽采机。

背景技术

煤层气又称为瓦斯，是赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是一种新型洁净能源和优质化工原料。在煤矿资源丰富的区域，相伴而生的煤层气资源也异常丰富，出于安全生产的需要，国家对于生产的实际状况提出了先抽后采的规定，使过去的事故源得到控制的同时，获得丰富的煤层气资源。

目前，煤层气的采集工艺主要是压力衰竭法，即利用不同方法使煤层中的气体压力降低，随着气体压力的降低，煤层气由吸附态经过解析变为游离态，游离态煤层气通过各种裂缝流入煤层气井，直至煤层中气体压力很低。由于该方法前期需要对煤层进行水力压裂，所以抽气实际上是抽取富含气体的水然后进行分离，从而得到所需要的煤层气。所以现在国内通用的抽气设备与抽油设备是同一套设备，即游梁式抽油机（以下称游梁式抽气机）。

游梁式抽气机是一种由电机、减速器、曲柄连杆机构、平衡块、井下抽气设备组成。由电动机将动力通过减速器转化为低转速大扭矩输出，带动曲柄连杆机构，动力通过曲柄连杆机构将旋转运动转化为曲线运动，再通过驴头将曲线转化为井下抽油设备所需要的直线运动。在我国游梁式抽气机系统效率在一般地区只有12%～23%，先进地区也不到30%。其效能较低的原因是因为其本身结构设计特点导致的。游梁式抽气机在换向过程中加速度比较大。在整个机、杆、泵系统中，在换向加速度大时抽气杆变形大。这种变形使光杆与泵中活塞的运动规律产生很大的差异。在大多数情况下抽气杆的弹性变形减少了活塞的实际行程，即降低了抽气泵的充满系数。游梁式抽气机主要通过调节曲柄来使抽气机的储能利用率提高，但未能改变其载荷周期性变化的特点，上下四点的加速度比较大，另外游梁式抽气机所需起动力矩比较大，实现长冲程比较困难，冲程也不能过低，增大机型会造成抽气机体积和重量过大。

大量的抽采机在低效率区部分进行工作，造成大量能源浪费。而且这种抽采装置需要大量的人工不断地巡逻检修，而且随着我国经济发展，人力资源以及跟系统配备的辅助系统的成本会随之提高，降低人力资本节约成本，提高自动化控制程度，也将成为评价系统是否优秀的主要指标。

发明内容

本实用新型为了解决现有抽采机技术中存在的能耗高，运行成本高的问题，提供了一种永磁电机驱动全自动煤层气抽采机。

本实用新型的技术方案是，一种永磁电机驱动全自动煤层气抽采机包括支架，平台，斜撑杆，控制台，平衡负载，永磁同步电机，定滑轮一，定滑轮二，定滑轮三，定滑轮四，动滑轮一，动滑轮二；

所述的支架上设有平台，平台上设有控制台和永磁同步电机，在平台下方设有定滑轮一，定滑轮二，定滑轮三，定滑轮四，所述的钢丝绳两端固定在平台下方，在钢丝绳左端固定点和定滑轮一之间设有动滑轮一，动滑轮一下设有平衡负载，在定滑轮四和钢丝绳右端固定点之间设有动滑轮二，动滑轮二下连接抽气杆；所述的控制台内设有控制系统，包括PLC，PLC连接变频器，变频器连接永磁同步电机，PLC还连接有人机交互界面和无线发射模块。

与现有技术相比较，本实用新型的技术创新点在于：(1)、新型抽气机系统采用了永磁变频同步电动机直接驱动，取代了原有三相异步电动机与减速器组合的方式。变频永磁同步电动机在低速、大扭矩具有广泛的应用，安全可靠性高。同时在节能、高效方面，永磁同步电动机要优于传统的三相异步电动机。在采用变频上，使永磁同步电机更加高效节能，同时保护供电网络中的其他设备。（2）本申请采用动滑轮与定滑轮组合的方式，将原有的摇臂运动调整为配重式往复运动，使扭矩输出特性曲线有很大程度的改观。新系统的特性曲线与永磁同步电动机的特性曲线相匹配。原有结构中负载发生周期性变化，由于负载的周期性变化，电机的输入功率必须满足系统负载峰值的要求，使电机的选型偏大，电机在大部分时间在效率低下的工况下进行，造成能源浪费。（3）使用了远程控制技术，增加了自动化程度，减少了工人使用量。该自动化抽气机系统节能效果好，是理想的抽气装置。该自动化抽气机可实现远程控制和监控，无人看守自动工作，减少工人野外工作的强度，保证了工人的安全，提高了生产效率。（4）结构简单，方便拆装。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为控制系统原理图

图中：1-平衡负载、2-动滑轮一、3-定滑轮一、4-控制台、5-定滑轮二、6-永磁同步电机、7-定滑轮三、8-定滑轮四、9-钢丝绳、10-动滑轮二、11-斜撑杆、12-支架、13-人机交互界面、14-无线传输模块、15-变频器。

具体实施方式

如图1所示意，一种永磁电机驱动全自动煤层气抽采机包括支架12，平台，控制台4，平衡负载1，永磁同步电机6，定滑轮一3，定滑轮二5，定滑轮三7，定滑轮四8，动滑轮一2，动滑轮二10；

所述的支架12上设有平台，平台上设有控制台4和永磁同步电机6，在平台下方设有定滑轮一3，定滑轮二5，定滑轮三7，定滑轮四8，所述的钢丝绳9两端固定在平台下方，在钢丝绳左端固定点和定滑轮一3之间设有动滑轮一2，动滑轮一2下设有平衡负载1，在定滑轮四8和钢丝绳右端固定点之间设有动滑轮二10，动滑轮二10下连接抽气杆；

如图2所示意，所述的控制台内设有控制系统，包括PLC，PLC连接变频器15，变频器15连接永磁同步电机6，PLC还连接有人机交互界面13和无线发射模块14。

所述的支架12由横向的角钢和斜向的角钢组装制成。在运输过程中可将整体结构还原为角钢，到现在进行现场安装，方便快捷。

所述的平台和支架12之间设有斜撑杆11，

变频器得到来自PLC给定速度，确定永磁电机运行速度；同时对电机进行保护等。作为整体系统控制执行的重要部件，变频器起到了调节整体系统的作用，是永磁同步电机起动、运行的重要控制单元。当其接到PLC的速度起动信号后，通过n=60f/p，变频器会自动转化为频率的控制要素，控制频率f从零到需求频率，使永磁同步电机实现软起动，有效的提高了永磁同步电机的安全可靠性能。

PLC信号采集（电机温度和电流，变频器相关参数），进行判断并输出相关参数。作为整个系统的控制中心，所有数据的处理均通过PLC来完成，包括变频器的紧急停车所需要的判断条件，以及控制指令的发出也均由其发出。除了系统的动力过程控制，PLC还要对其电路所在环境温度进行数据采集，当超过系统正常运行温度后，PLC会打开机柜的冷却系统，使整体控制电路的环境温度回到预定温度以下，保护控制电路。

人机交互界面使电机和变频器参数可实时显示，同时可人为修改电机速度。作为与操作人员直接交流的平台，人机交互界面的存在是必须的也是必要的。界面上有温度、电机的电流、运行时间、转速等系统重要参数，有了这些参数，能够方便操作人员进行现场判断，针对控制系统出线的特殊情况进行有效的判断，防止整体系统出现意外情况下的破坏。也可通过这些重要参数判断系统各部件是否工作正常。

无线传输模块将电机和变频器参数通过无线网络传给远端PC机。作为远程控制的重要模块，实现数据远程交互。在PLC完成数据采集后，通过无线传输模块，将这些重要参数信息发送给互联网，使系统控制实现远程监测、控制。实现随时随地控制，是实现远程自动化控制重要要素。

本系统将各个基站运行参数及故障传输给远端监控主站，同时具备远程启停操作，远程自动化控制技术的应用，可以达到在任何地点对现场机械工作情况进行检测、控制。

通过对子站各项数据进行采集，在经由数据发送接收装置，将数据传送到移动基站，通过移动基站将信号传送给GPRS服务站，通过服务站上传到互联网，使工作人员随时随地都能够得到现场的工作情况。在一些特殊地区以及一些环境恶劣的山区，降低人力资源成本以及提高工作人员的安全保障有着尤为突出的作用。

采集过程中需要对现场的情况进行调整，工作人员也可以再任何地点对电机冲程以及冲次进行调整，调整完成后的信号通过互联网传送给GPRS服务站，再经由移动基站、G-BOX传送给PLC控制电路，通过直接更改PLC控制指令，控制电机的转速，达到需要的工作状况。在整个过程中，工作人员都可以在异地来完成这些操作。同时现场数据采集到的电阻、温度、转速等相关参数，也会在交互过程中直接传送给操作人员，方便操作人员对现场情况进行了解，从而得到必要的结论。

通过这种交互式、远程、自动化控制技术的应用，能够大大缩短新系统的故障反应所需时间，同时提高系统内各个机构的利用率，能力率。

Claims (4)

1.一种永磁电机驱动全自动煤层气抽采机，其特征在于：包括支架(12)，平台，控制台(4)，平衡负载(1)，永磁同步电机(6)，定滑轮一(3)，定滑轮二(5)，定滑轮三(7)，定滑轮四(8)，动滑轮一(2)，动滑轮二(10)，钢丝绳(9)；所述的支架(12)上设有平台，平台上设有控制台(4)和永磁同步电机(6)，在平台下方设有定滑轮一(3)，定滑轮二(5)，定滑轮三(7)，定滑轮四(8)，所述的钢丝绳(9)两端固定在平台下方，在钢丝绳左端固定点和定滑轮一(3)之间设有动滑轮一（2），动滑轮一（2）下设有平衡负载（1），在定滑轮四（8）和钢丝绳右端固定点之间设有动滑轮二（10），动滑轮二（10）下连接抽气杆。

2.根据权利要求1所述的永磁电机驱动全自动煤层气抽采机，其特征在于：控制台(4)内设有控制系统，包括PLC，PLC连接变频器(15)，变频器(15)连接永磁同步电机（6），PLC还连接有人机交互界面（13）和无线发射模块（14）。

3.根据权利要求1所述的永磁电机驱动全自动煤层气抽采机，其特征在于：所述的支架(12)由横向的角钢和斜向的角钢组装制成。

4.根据权利要求1所述的永磁电机驱动全自动煤层气抽采机，其特征在于：所述的平台和支架(12)之间设有斜撑杆(11)。