專利名稱：開關(guān)磁阻電機(jī)地面直驅(qū)螺桿泵采油裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械采油設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種在油田生產(chǎn)中地面直驅(qū)螺桿泵采油的開關(guān)磁阻電機(jī)。
背景技術(shù)：
目前常規(guī)螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由異步電機(jī)、皮帶和減速器組成，電機(jī)的動(dòng)力輸出軸將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并通過皮帶和減速器經(jīng)房卡帶動(dòng)抽油桿，從而帶動(dòng)螺桿泵的轉(zhuǎn)子，實(shí)現(xiàn)原油的舉升；這樣的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)存在調(diào)速困難、在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下會(huì)發(fā)生震動(dòng)，并且皮帶傳動(dòng)速度高容易導(dǎo)致發(fā)熱量大和磨損加劇，加上減速箱需要經(jīng)常維護(hù)，防反轉(zhuǎn)裝置容易損壞自身及設(shè)備，整個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)安裝作業(yè)工序繁瑣、效率較低的缺點(diǎn)。采用交流永磁同步電機(jī)地面直驅(qū)螺桿泵采油裝置，由于電機(jī)自身特點(diǎn)并減掉了減速裝置，有效解決了上述調(diào)速困難、維護(hù)減速箱的問題，可是存在在油田惡劣條件下容易發(fā)生退磁現(xiàn)象的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)地面直驅(qū)螺桿泵采油裝置，要解決螺桿泵調(diào)速困難，減速箱需要經(jīng)常維護(hù)的技術(shù)問題；并解決防反轉(zhuǎn)裝置容易損壞自身及設(shè)備、系統(tǒng)效率較低的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種開關(guān)磁阻電機(jī)地面直驅(qū)螺桿泵采油裝置，包括在地面上的電機(jī)、控制系統(tǒng)和井口裝置，以及在井下的油管、抽油桿和螺桿泵，所述電機(jī)包括有定子、轉(zhuǎn)子和電動(dòng)軸，并且轉(zhuǎn)子固定在電動(dòng)軸上，所述受控制系統(tǒng)控制的電機(jī)與抽油桿直接連接，抽油桿與置于井下并與油管連接的螺桿泵連接，上述電機(jī)是開關(guān)磁阻電機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)帶有位置檢測(cè)器并且與控制系統(tǒng)控制連接；開關(guān)磁阻電機(jī)通過抽油桿直接驅(qū)動(dòng)井下的螺桿泵，沒有減速箱和皮帶調(diào)速裝置。所述開關(guān)磁阻電機(jī)采用三相12 / 8結(jié)構(gòu)，定子上設(shè)置有三組徑向相對(duì)設(shè)置的定子齒，每個(gè)定子齒上設(shè)置有一個(gè)集中繞組線圈，線圈間隔分成三相，由電纜引出，各繞組電流均從首端流入時(shí)極性分布交錯(cuò)排列，轉(zhuǎn)子上設(shè)置有四組八個(gè)轉(zhuǎn)子齒；或者所述開關(guān)磁阻電機(jī)采用四相M / 18結(jié)構(gòu)，定子上設(shè)置有四組徑向相對(duì)設(shè)置的定子齒，每個(gè)定子齒上設(shè)置有一個(gè)集中繞組線圈，線圈間隔分成四相，由電纜引出，各繞組電流均從首端流入時(shí)極性分布交錯(cuò)排列，轉(zhuǎn)子上設(shè)置有四組十八個(gè)轉(zhuǎn)子齒。所述控制系統(tǒng)包括主控制板、功率變換器、電流檢測(cè)器、人機(jī)對(duì)話和控制軟件，主控制芯片采用DSP芯片、功率變換器選擇IGBT、主控DSP板使用RS485通信接口與LED顯示板連接、通信校驗(yàn)采用雙冗余校驗(yàn)、控制軟件具備反轉(zhuǎn)剎車功能、采用大容量超級(jí)電容提供外網(wǎng)掉電狀況下實(shí)施大功率剎車功能。所述位置檢測(cè)器可選用霍爾位置檢測(cè)器。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果本發(fā)明調(diào)速性能好、低速特性優(yōu)異、不帶減速箱、具備可靠的智能控制反轉(zhuǎn)電磁剎車功能，可抗嚴(yán)重電磁干擾、不會(huì)有退磁現(xiàn)象。并且采用開關(guān)磁阻電機(jī)，與其他地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵電機(jī)相比其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子無永磁體，不存在惡劣環(huán)境下退磁問題，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向與相電流方向無關(guān)，控制系統(tǒng)線路簡(jiǎn)單，可缺相運(yùn)行，容錯(cuò)能力強(qiáng)，可靠性高。特別是開關(guān)磁阻電機(jī)采用三相12 / 8或四相M / 18結(jié)構(gòu)，定子上設(shè)置有三組或四組徑向相對(duì)設(shè)置的定子齒，每個(gè)定子齒上設(shè)置有一個(gè)集中繞組線圈，線圈間隔分成三相或四相，由電纜引出，各繞組電流均從首端流入時(shí)極性分布交錯(cuò)排列；轉(zhuǎn)子上設(shè)置四組八個(gè)或四組十八個(gè)轉(zhuǎn)子齒，采用特定的結(jié)構(gòu)可以達(dá)到一定扭矩的要求，而且調(diào)速范圍大、啟動(dòng)電流與工作電流一致，達(dá)到省電要求。開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速性能好、低速特性優(yōu)異，特別是在50—400RPM轉(zhuǎn)速下具有轉(zhuǎn)矩大、效率高特點(diǎn)，滿足在惡劣條件下直驅(qū)螺桿泵的要求。而在控制系統(tǒng)中由于采用了直流電機(jī)逆變技術(shù)IGBT 觸發(fā)單元、雙冗余校驗(yàn)的RS485通信技術(shù)、反轉(zhuǎn)剎車控制技術(shù)，可在具有嚴(yán)重電磁干擾的惡劣環(huán)境工作運(yùn)行，并克服以前地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵停機(jī)剎車不穩(wěn)定的缺陷，調(diào)試、維護(hù)系統(tǒng)更加方便。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是開關(guān)磁阻電機(jī)采用三相12/8結(jié)構(gòu)的定子及接線圖。圖2是開關(guān)磁阻電機(jī)采用三相12/8結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子及接線圖。圖3是開關(guān)磁阻電機(jī)采用四相M/18結(jié)構(gòu)的定子及接線圖。圖4是開關(guān)磁阻電機(jī)采用四相M/18結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子及接線圖。圖5是開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖6是開關(guān)磁阻電機(jī)地面直驅(qū)螺桿泵裝置的連接示意圖。圖7是地面驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)總裝圖。圖8是開關(guān)磁阻電機(jī)的反剎車控制原理框圖。附圖標(biāo)記1-開關(guān)磁阻電機(jī)、2-井口裝置、3-油管、4-抽油桿、5-螺桿泵、6_控制系統(tǒng)、7-定子、8-轉(zhuǎn)子、9-光桿、10-方卡子、11-電機(jī)主軸、12-電機(jī)付軸、13-連接法蘭、 14-機(jī)械密封總成、15-軸承室、16-軸承、17-三通防噴體。
具體實(shí)施例方式參見說明書附圖1-4所述，開關(guān)磁阻電機(jī)采用三相12/8結(jié)構(gòu)和四相M/18結(jié)構(gòu)的定子、轉(zhuǎn)子及接線圖。開關(guān)磁阻電機(jī)1包括定子7、轉(zhuǎn)子8和電動(dòng)軸，轉(zhuǎn)子8固定在電動(dòng)軸上。實(shí)施例一所述開關(guān)磁阻電機(jī)1采用三相12 / 8結(jié)構(gòu)，定子7上設(shè)置有三組徑向相對(duì)設(shè)置的定子齒，每個(gè)定子齒上設(shè)置有一個(gè)集中繞組線圈，線圈間隔分成三相，由電纜引出，各繞組電流均從首端流入時(shí)極性分布交錯(cuò)排列；轉(zhuǎn)子8上設(shè)置有四組八個(gè)轉(zhuǎn)子齒。實(shí)施例二 所述開關(guān)磁阻電機(jī)1采用四相M / 18結(jié)構(gòu)，定子7上設(shè)置有四組徑向相對(duì)設(shè)置的定子齒，每個(gè)定子齒上設(shè)置有一個(gè)集中繞組線圈，線圈間隔分成四相，由電纜引出，各繞組電流均從首端流入時(shí)極性分布交錯(cuò)排列；轉(zhuǎn)子8上設(shè)置有四組十八個(gè)轉(zhuǎn)子齒。本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)1是為低速大扭矩場(chǎng)合設(shè)計(jì)，根據(jù)使用功率不同，電機(jī)尺寸不同，開關(guān)磁阻電機(jī)采用兩種不同的結(jié)構(gòu)，便于用戶使用。參見說明書附圖5-6所示，開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和連接示意圖。這開關(guān)磁阻電機(jī)地面直驅(qū)螺桿泵采油裝置，包括在地面上的電機(jī)、控制系統(tǒng)6和井口裝置2，以及在井下的油管3、抽油桿4和螺桿泵5，所述電機(jī)包括有定子(7)、轉(zhuǎn)子(8)和電動(dòng)軸，并且轉(zhuǎn)子8固定在電動(dòng)軸上，上述受控制系統(tǒng)6控制的開關(guān)磁阻電機(jī)1與抽油桿4直接連接，抽油桿4與置于井下并與油管3連接的螺桿泵5連接，上述電機(jī)是開關(guān)磁阻電機(jī)1，上述開關(guān)磁阻電機(jī)1帶有位置檢測(cè)器與控制系統(tǒng)6相連接，所述位置檢測(cè)器可選用霍爾位置檢測(cè)器； 開關(guān)磁阻電機(jī)1通過抽油桿4直接驅(qū)動(dòng)井下的螺桿泵5，沒有減速箱和皮帶調(diào)速裝置。所述控制系統(tǒng)6包括主控制板、功率變換器、電流檢測(cè)器、人機(jī)對(duì)話和控制軟件， 通過人機(jī)對(duì)話和控制軟件輸入命令到主控制板，主控制板的主控制電路芯片采用DSP芯片、功率變換器選擇IGBT、主控制電路使用RS485通信接口與LED顯示板連接、通信校驗(yàn)采用雙冗余校驗(yàn)、控制軟件具備反轉(zhuǎn)剎車功能、采用大容量超級(jí)電容提供外網(wǎng)掉電狀況下實(shí)施大功率剎車功能?？刂葡到y(tǒng)6中的功率變換器根據(jù)主控制板輸出的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)1旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)抽油桿4直接驅(qū)動(dòng)井下的螺桿泵5工作，控制器綜合了位置檢測(cè)器和電流檢測(cè)器的信號(hào)，提供了電機(jī)轉(zhuǎn)子位置、速度、和電流反饋信息及外部輸入命令，通過分析處理，控制電機(jī)變速甚至反轉(zhuǎn)運(yùn)行，因此無須減速箱和皮帶，同時(shí)為用戶提供反轉(zhuǎn)剎車功能，參見說明書附圖8，開關(guān)磁阻電機(jī)的反剎車控制原理框圖。采用反轉(zhuǎn)剎車控制技術(shù)，可在具有嚴(yán)重電磁干擾的惡劣環(huán)境工作運(yùn)行，并克服以前地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵停機(jī)剎車不穩(wěn)定的缺陷，使得調(diào)試、 維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)更加方便。本發(fā)明裝置控制柜中主控DSP板使用RS485通信接口與LED顯示板連接、通信校驗(yàn)采用雙冗余校驗(yàn)，為用戶提供連接微機(jī)觀察開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行參數(shù)并在線修改的功能，方便設(shè)備的調(diào)試及維護(hù)。參見圖7所示，本發(fā)明的地面驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)總裝圖，開關(guān)磁阻電機(jī)1包括電機(jī)主軸11和電機(jī)付軸12，所述電機(jī)主軸和電機(jī)付軸經(jīng)方卡子10與所述光桿9連接固定，所述光桿9穿過機(jī)械密封總成14、三通防噴體17與螺桿泵5連接固定，所述機(jī)械密封總成14 連接有軸承室15，軸承室15上固定有連接法蘭13，用于支撐連接開關(guān)磁阻電機(jī)1，所述軸承室15為降溫油箱，里面置有軸承16。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)磁阻電機(jī)地面直驅(qū)螺桿泵采油裝置，包括在地面上的電機(jī)、控制系統(tǒng)(6) 和井口裝置(2)，以及在井下的油管(3)、抽油桿(4)和螺桿泵(5)，所述電機(jī)包括有定子 (7)、轉(zhuǎn)子(8)和電動(dòng)軸，并且轉(zhuǎn)子(8)固定在電動(dòng)軸上，所述受控制系統(tǒng)(6)控制的電機(jī)與抽油桿(4)直接連接，抽油桿(4)與置于井下并與油管(3)連接的螺桿泵(5)連接，其特征在于上述電機(jī)是開關(guān)磁阻電機(jī)(1)，開關(guān)磁阻電機(jī)(1)帶有位置檢測(cè)器并且與控制系統(tǒng)(6) 控制連接；開關(guān)磁阻電機(jī)(1)通過抽油桿(4)直接驅(qū)動(dòng)井下的螺桿泵(5)，沒有減速箱和皮帶調(diào)速裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電機(jī)地面直驅(qū)螺桿泵采油裝置，其特征在于所述開關(guān)磁阻電機(jī)(1)采用三相12 / 8結(jié)構(gòu)，定子(7)上設(shè)置有三組徑向相對(duì)設(shè)置的定子齒，每個(gè)定子齒上設(shè)置有一個(gè)集中繞組線圈，線圈間隔分成三相，由電纜引出，各繞組電流均從首端流入時(shí)極性分布交錯(cuò)排列，轉(zhuǎn)子(8)上設(shè)置有四組八個(gè)轉(zhuǎn)子齒；或者所述開關(guān)磁阻電機(jī) (1)采用四相對(duì)/ 18結(jié)構(gòu)，定子(7)上設(shè)置有四組徑向相對(duì)設(shè)置的定子齒，每個(gè)定子齒上設(shè)置有一個(gè)集中繞組線圈，線圈間隔分成四相，由電纜引出，各繞組電流均從首端流入時(shí)極性分布交錯(cuò)排列，轉(zhuǎn)子(8 )上設(shè)置有四組十八個(gè)轉(zhuǎn)子齒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電機(jī)地面直驅(qū)螺桿泵采油裝置，其特征在于所述控制系統(tǒng)(6)包括主控制板、功率變換器、電流檢測(cè)器、人機(jī)對(duì)話和控制軟件，主控制芯片采用DSP芯片、功率變換器選擇IGBT、主控DSP板使用RS485通信接口與LED顯示板連接、通信校驗(yàn)采用雙冗余校驗(yàn)、控制軟件具備反轉(zhuǎn)剎車功能、采用大容量超級(jí)電容提供外網(wǎng)掉電狀況下實(shí)施大功率剎車功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電機(jī)地面直驅(qū)螺桿泵采油裝置，其特征在于所述位置檢測(cè)器可選用霍爾位置檢測(cè)器。
全文摘要
本發(fā)明包括在地面上的電機(jī)、控制系統(tǒng)和井口裝置，以及在井下的油管、抽油桿和螺桿泵，所述電機(jī)包括有定子、轉(zhuǎn)子和電動(dòng)軸，并且轉(zhuǎn)子固定在電動(dòng)軸上，所述受控制系統(tǒng)控制的電機(jī)與抽油桿直接連接，開關(guān)磁阻電機(jī)帶有位置檢測(cè)器與控制系統(tǒng)相連接；開關(guān)磁阻電機(jī)通過抽油桿直接驅(qū)動(dòng)井下的螺桿泵。開關(guān)磁阻電機(jī)采用三相12／8或四相24／18結(jié)構(gòu)，定子上設(shè)置有三組或四組徑向相對(duì)設(shè)置的定子齒，每個(gè)定子齒上設(shè)置有一個(gè)集中繞組線圈，線圈間隔分成三相或四相，由電纜引出，各繞組電流均從首端流入時(shí)極性分布交錯(cuò)排列；轉(zhuǎn)子上設(shè)置四組八個(gè)或四組十八個(gè)轉(zhuǎn)子齒。本發(fā)明所述裝置無減速器，無退磁現(xiàn)象，可在惡劣環(huán)境下可靠運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02K3/28GK102493944SQ20111040073
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者劉長(zhǎng)奎, 周勛, 王英浩 申請(qǐng)人:王英浩