天平游梁式抽油機中驅動電機的選取

鄭嚴

摘 要 天平游梁式抽油機是一種新型抽油機，驅動電機為永磁同步電動機。抽油機的野外工作條件惡劣、負載變動大，對電動機的要求較高。針對此情況，提出了永磁同步電動機的選取原則，并對其現場應用情況加以監測和分析，得出永磁同步電動機性能可靠、節能降耗的特點。

關鍵詞 永磁同步電動機；永磁體；品質因數；效率

中圖分類號：TE933 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0200-01

1 天平游梁式抽油機簡介

游梁式抽油機在我國石油生產設備中占有絕對地位，約占機械采油井總數的90%。普通游梁式抽油機是把異步電動機的動力經減速箱降速后傳遞給曲柄連桿機構，從而帶動橫梁、驢頭和抽油桿做上下往復運動，完成采油過程。要把電機的旋轉運動變為抽油桿的上下往復運動，需要曲柄連桿機構和井口裝置共同來完成，這樣勢必會增加生產成本且耗能較大。據統計，普通游梁式抽油機的總效率平均為30%；在油田生產過程中，電能消耗較大，約占生產成本的33%左右，其中有85%為抽油機所消耗的電能。因此，抽油機的節能降耗是目前亟待解決的問題。

經過多年的研究和創新，抽油機的結構形式發生了巨大的變化。天平游梁式抽油機取消了普通游梁式抽油機的齒輪減速結構，用支架連接游梁和前后驢頭，利用工作驢頭和配重驢頭重量對稱的平衡方式取代了普通游梁式抽油機的離心力平衡方式。天平游梁式抽油機工作時，電動機通過皮帶把動力傳遞給驅動輪，使驅動輪上的驅動繩移動，從而帶動抽油桿上下運動，完成采油過程。由于天平游梁式抽油機采用對稱平衡方式，所以驅動電機的動力只需要克服機械摩擦力即可，使得電動機的輸出功率變小，效率得到提高。

2 永磁同步電動機的選取

基于天平游梁式抽油機的機械結構特點，選用新型材料和加工工藝制造的特種電動機—永磁同步電動機作為驅動裝置。由于抽油機的工作環境惡劣，載荷變化大，因此對抽油機的驅動電機性能要求比較高。

2.1 永磁同步電動機簡介

永磁同步電動機主要由定子總成、轉子總成和機座三個部分組成。定子繞組為三組線圈，在定子鐵心上均勻分布，空間位置上相差120度角。定子繞組接通三相交流電后，會產生一個旋轉磁場。轉子由永久磁體按一定對數組成，它在旋轉磁場的作用下開始轉動，保證了電動機的轉速與電源頻率保持同步。定子繞組外加電源頻率的大小可以改變電機的轉速，基于這一特點，使得抽油機的控制方式變得簡單易行，可操作性強。天平游梁式抽油機可以根據油田生產實際，借助變頻器及控制技術任意調整永磁同步電動機參數，改變電動機的速度和出力，提高采收率。

2.2 永磁同步電動機的選取原則

2.2.1 必須選用正規生產廠家的永磁體

永磁體是永磁同步電動機的主要部件，在選擇時應嚴格把關。正規生產廠家的設備先進，工藝標準高，產品質量好，各項性能指標可以長期達標。

2010年，工作人員對永磁同步電動機進行檢測。隨機抽取幾臺油田正常使用的永磁同步電動機，對電動機中的永磁體進行剩磁、磁感矯頑力等參數的檢測，所檢測的永磁體全部達到國家標準。這充分說明，經過多年的使用，永磁同步電動機的永磁體基本沒有退磁，性能穩定可靠。因此，選擇正規廠家生產的永磁體，可以提高永磁同步電動機的使用壽命。

2.2.2 適當加大永磁同步電動機的軸徑和軸承

作為抽油機的動力裝置，永磁同步電動機的性能必須符合抽油機的工作要求。由于井下抽油桿和油柱的重量較大，抽油機最顯著特點是工作負載大，這樣會使永磁同步電動機上轉軸和軸承的故障率明顯升高。例如：功率為30 kW的永磁同步電動機，它的轉軸直徑為60 mm，所用軸承為2313；可以與之替代的異步電動機功率為55 kW，轉軸直徑為75 mm，所用軸承為2314～2317。通過以上數據可以看出，要滿足抽油機的使用要求，就應該將永磁同步電動機的軸徑和軸承適當加大1-2個規格。

2.2.3 用品質因數評價永磁同步電動機的啟動性能

永磁同步電動機的啟動轉矩倍數越大，抽油機在選擇驅動電機時，可以選擇額定功率相對較低的電動機，這樣在提高負載率的同時，降低了成本。但是，在抽油機實際生產過程中，電動機經常會在嚴重欠壓的情況下啟動，因此，要想合理、準確地評價永磁同步電動機的啟動性能，只考慮啟動轉矩倍數是不科學的，還應當考慮啟動電流對電動機的影響。綜合考慮，引用品質因數來評定電動機的啟動性能會更加合理，品質因數越大則電動機的啟動性能越好。

3 永磁同步電動機應用效果分析

在油田生產過程中，通過天平游梁式抽油機的各項數據和指標，對永磁同步電動機的使用壽命及節能效果進行分析。

3.1 永磁同步電動機的節能效果

2012年，對350口抽油機井的永磁同步電動機進行測試。測試數據表明，大部分永磁同步電動機呈容性，平均功率因數大于0.9，累計節約電量746萬度，綜合節電10%～30%。

3.2 永磁同步電動機的故障率

2012年底，對350口抽油機井的永磁同步電動機進行監測，有325臺電動機能夠正常運行，25臺電動機出現過故障。25臺故障電機中有6臺是轉軸斷裂，16臺是軸承損壞，2臺是定子線圈燒毀，1臺是永磁體退磁。永磁同步電動機的年平均故障率為7%，明顯低于異步電動機的年平均故障率8%，能適應油田生產的惡劣環境，可逐步替代異步電動機。

4 結束語

天平游梁式抽油機是采油機械設備的一個新突破，作為抽油機的驅動裝置，永磁同步電動機結構可靠、性能穩定、高效節能等特點會被更多的研究者所關注。隨著高性能材料與高科技工藝的研發，會使抽油機驅動電機的結構和性能得到完善和改進，繼而優化抽油機的性能，提高油田生產效率。

參考文獻

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