淺析天平游梁式抽油機(jī)的電氣系統(tǒng)

鄭嚴(yán)

摘 要：天平游梁式抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是采用新型材料和先進(jìn)加工技術(shù)制造的高性能永磁同步電動(dòng)機(jī)，同時(shí)基于變頻器控制系統(tǒng)，采用先進(jìn)的電氣控制技術(shù)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，可適時(shí)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的速度和出力，優(yōu)化抽油機(jī)的工作狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：永磁同步電動(dòng)機(jī)；變頻器；天平游梁式抽油機(jī)

1 天平游梁式抽油機(jī)簡介

游梁式抽油機(jī)在我國石油機(jī)械中占有主導(dǎo)地位，經(jīng)過多年來的改進(jìn)創(chuàng)新，抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和控制方式都發(fā)生了巨大的改變。天平游梁式抽油機(jī)除去普通游梁式抽油機(jī)的齒輪減速結(jié)構(gòu)，用底座上的支架來連接游梁和前后驢頭，利用工作驢頭和配重驢頭重量對(duì)稱的平衡方式取代了普通游梁式抽油機(jī)離心力的平衡方式。天平游梁式抽油機(jī)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過皮帶把動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，使驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)繩移動(dòng)，從而帶動(dòng)抽油桿上下運(yùn)動(dòng)，完成抽油過程。由于天平游梁式抽油機(jī)采用對(duì)稱平衡方式，所以電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力只需要克服機(jī)械摩擦力即可，使得電動(dòng)機(jī)的輸出功率變小，效率得到提高。

基于機(jī)械部分的改進(jìn)，天平游梁式抽油機(jī)采用了新型材料及先進(jìn)加工技術(shù)制造的特種電動(dòng)機(jī)——永磁同步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)各油田區(qū)塊的地質(zhì)條件，永磁同步電動(dòng)機(jī)通過變頻器控制系統(tǒng)，可任意調(diào)整抽油機(jī)的沖程和沖次，可適時(shí)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度和輸出功率，提高抽油泵的抽汲量，提高采收率。

2 永磁同步電動(dòng)機(jī)

普通游梁式抽油機(jī)是采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)做為動(dòng)力裝置，由曲柄連桿機(jī)構(gòu)把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為抽油桿的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這一過程需要曲柄連桿機(jī)構(gòu)和井口的一整套裝置來完成，增加了生產(chǎn)成本且耗能較大。雖然異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)實(shí)耐用等特點(diǎn)，但其效率低，耗電量大，網(wǎng)損大等問題也逐漸被引起重視，各種新型電動(dòng)機(jī)的開發(fā)及應(yīng)用已成為亟待解決的問題。

抽油機(jī)想要實(shí)現(xiàn)直接的上下往復(fù)驅(qū)動(dòng)形式，就要有高性能的電動(dòng)機(jī)。經(jīng)過多年的研究證明，永磁同步電動(dòng)機(jī)可以做為天平游梁式抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)部件。因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)的轉(zhuǎn)子由永磁體制成，它用永磁體代替電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組，永磁體的固有特性，使它不再需要外加任何能量就能在其周圍產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，這使得電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，降低了加工和裝配費(fèi)用，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)也提高了可靠性。新型永磁體具有高矯頑力和高磁能積，使得永磁同步電動(dòng)機(jī)性能穩(wěn)定性好、節(jié)能效果明顯?；谔炱接瘟菏匠橛蜋C(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的平衡技術(shù)，也使得電動(dòng)機(jī)在抽油桿的上下行程中輸出功率均衡，提高了電動(dòng)機(jī)的效率。

3 天平游梁式抽油機(jī)的電氣控制系統(tǒng)

天平游梁式抽油機(jī)應(yīng)用變頻器控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制。針對(duì)地下油層的含水率與粘稠度等實(shí)際情況、針對(duì)抽油桿運(yùn)行過程中受到?jīng)_擊力變形的問題、針對(duì)提高抽油泵抽汲度增產(chǎn)增效的問題，我們要研究相應(yīng)的控制方案，設(shè)置好變頻器參數(shù)，用變頻器來適時(shí)控制永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制和調(diào)節(jié)，提高產(chǎn)量，增加效益。

天平游梁式抽油機(jī)控制系統(tǒng)由一臺(tái)變頻器和一塊控制板組成，控制板上有一整套與變頻器相連的控制線路?？刂瓢褰邮盏匠橛蜋C(jī)上電氣設(shè)備所發(fā)出的電信號(hào)后，輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)給驅(qū)動(dòng)組件（即變頻器），變頻器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)輸出相應(yīng)的指令，完成相對(duì)應(yīng)的控制過程。油田工作人員只需要根據(jù)油田實(shí)際情況來設(shè)置變頻器參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制，達(dá)到油田生產(chǎn)的要求。

4 天平游梁式抽油機(jī)的電氣控制方案

隨著專用變頻器種類的增加，隨著變頻器可接收控制信號(hào)的增多，變頻技術(shù)日趨成熟，電動(dòng)機(jī)控制方案日趨合理先進(jìn)。

4.1 沖次調(diào)節(jié)

在采油過程中，工作人員可根據(jù)每口油井的供液情況分別設(shè)置變頻器的參數(shù)值，調(diào)整永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度，繼而調(diào)整抽油桿的運(yùn)行速度，增加抽油泵的抽汲量，提高工作效率。

4.2 上下行程運(yùn)行方向控制

天平游梁式抽油機(jī)安裝有上、下行程的限位開關(guān)，由上、下限位開關(guān)將控制信號(hào)送給控制板，控制板將信號(hào)處理后送給變頻器，由變頻器控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)抽油桿的上下行程的換向。

4.3 運(yùn)行速度控制與運(yùn)行曲線設(shè)定

要實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)增產(chǎn)增效的目的，首要問題是要增加抽油泵的工作效率，要在抽油泵下行過程中適當(dāng)降低運(yùn)行速度，增加運(yùn)行時(shí)間，保證泵的充液量。并且在上行程中設(shè)定合理的間停時(shí)間，保證泵閥能完全關(guān)閉，減少回流量。

可以在抽油機(jī)上、下行程及換向過程中，通過變頻器設(shè)定永磁同步電動(dòng)機(jī)多個(gè)時(shí)段的運(yùn)行速度，使抽油機(jī)的換向過渡平穩(wěn)且無沖擊，減小了對(duì)抽油桿機(jī)械應(yīng)力損傷。同時(shí)，由于換向平穩(wěn)，使抽油桿的變形量得到恢復(fù)，相對(duì)增加了有效沖程，提高了泵效。

利用變頻器的參數(shù)可以設(shè)定驅(qū)動(dòng)器在啟動(dòng)加速時(shí)作無沖擊性緩啟動(dòng)；可以調(diào)整變頻器的電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后的加減速時(shí)間，獲得最好的電機(jī)運(yùn)行速度曲線；可以應(yīng)用曲線指令的設(shè)定改變電機(jī)的運(yùn)行平滑度。

5 結(jié)束語

開發(fā)研究新型技術(shù)，節(jié)能降耗，挖潛增效是油田開發(fā)的主題。天平游梁式抽油機(jī)的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)，節(jié)能效果明顯，應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

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