專利名稱：抽油機(jī)拖動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拖動油田抽油機(jī)的電力傳動系統(tǒng)，尤其是涉及按照抽油機(jī)曲柄軸的轉(zhuǎn)矩變化間歇給三相交流電動機(jī)供電，消除倒拉損耗，以及大幅度降低抽油機(jī)脈動轉(zhuǎn)矩峰值，降低能耗的節(jié)能抽油機(jī)拖動裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在所使用的各種常規(guī)游粱式抽油機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單且具有優(yōu)良的軟換向功能，可靠性高、維修方便、適應(yīng)野外現(xiàn)場環(huán)境等優(yōu)點。在采油機(jī)械中占有舉足輕重的地位，在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)，仍然是油田的主要采油設(shè)備。但是，由于其機(jī)械傳動和換向系統(tǒng)使用曲柄軸和四連桿機(jī)構(gòu)，以及將平衡重設(shè)置在曲柄上，使其難以達(dá)到全平衡等因素，致使抽油機(jī)的負(fù)載特性，形成一種頻繁且峰值轉(zhuǎn)矩很高的，非正弦正負(fù)劇烈脈動負(fù)載，從使三相交流電動機(jī)超載運(yùn)行的正向轉(zhuǎn)矩峰值到曲柄軸出現(xiàn)負(fù)轉(zhuǎn)矩的時間僅有I到2秒鐘，在這個過程中，三相交流電動機(jī)要經(jīng)由超載、輕載、空載和制動的運(yùn)行工況，使三相交流電動機(jī)處于浪費(fèi)電能的遠(yuǎn)離高效區(qū)運(yùn)行。為能承受高峰值轉(zhuǎn)矩的動力傳遞，抽油機(jī)的齒輪減速箱、換向機(jī)構(gòu)等動力傳動機(jī)件都設(shè)計得非常笨重，為能使這種重型設(shè)備順利啟動和通過高峰轉(zhuǎn)矩點，迫使三相交流電動機(jī)的配套功率成倍增加，達(dá)到實際運(yùn)行時平均所需功率的3-4倍，有些抽油機(jī)配用的三相交流電動機(jī)其名牌額定功率甚至達(dá)到了實際運(yùn)行時平均所需功率的十二倍左右，從而又引發(fā)出三相交流電動機(jī)在拖過高峰轉(zhuǎn)矩點后，很快出現(xiàn)向抽油機(jī)輸出過剩能量，使傳動系統(tǒng)的往復(fù)運(yùn)動部件超速.一方面引起井下柱塞泵抽吸不滿，形成半滿撈現(xiàn)象，使泵難以發(fā)揮應(yīng)有的功效，另一方面超速的同時又使大質(zhì)量的往復(fù)運(yùn)動部件加速度的幅值增高，慣性負(fù)載進(jìn)一步增加，致使在上沖程、下沖程的尾端出現(xiàn)倒拉三相交流電動機(jī)，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，消耗掉系統(tǒng)的剩余動能，使得實際運(yùn)行的三相交流電動機(jī)平均力能指標(biāo)大幅度下降，功率因數(shù)低于O. 4，平均效率在55%左右。長期以來，各國 業(yè)界都在努力尋求克服上述缺點和不足的有效解決辦法，可到目前為止，還沒能有效解決這一技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有抽油機(jī)拖動裝置的缺點和不足，本發(fā)明提供一種抽油機(jī)拖動裝置，由三相交流電動機(jī)殼體、定子鐵芯、三相繞組、鼠籠轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸、端蓋、軸承盒、軸承、風(fēng)扇、風(fēng)罩、啟動和運(yùn)行的轉(zhuǎn)換電路組成，其特征在于三相交流電動機(jī)的三相繞組尾端串聯(lián)有由轉(zhuǎn)速傳感器和微處理器控制的、使其在每個沖程中都按照曲柄軸的轉(zhuǎn)矩變化間歇向三相繞組供電的二或三相交流半導(dǎo)體開關(guān)。本發(fā)明抽油機(jī)拖動裝置的三相交流電動機(jī)，是用高功率的△接線完成抽油機(jī)的重載啟動程序后，轉(zhuǎn)換到三分之一功率的Y接線運(yùn)行，當(dāng)三相交流電動機(jī)處于輕載并向空載過渡時，關(guān)斷半導(dǎo)體開關(guān)、停止向三相繞組供電、使三相交流電動機(jī)無損耗，當(dāng)抽油機(jī)的曲柄軸出現(xiàn)負(fù)轉(zhuǎn)矩、倒拉三相交流電動機(jī)時，向設(shè)置在三相交流電動機(jī)后軸伸上的慣性飛輪儲能，當(dāng)曲柄軸出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動峰值使轉(zhuǎn)速下降時，飛輪放出動能協(xié)助三相交流電動機(jī)拖過高峰轉(zhuǎn)矩，飛輪有削峰填谷、平滑脈動轉(zhuǎn)矩的功能。抽油機(jī)拖動裝置中啟動和運(yùn)行的轉(zhuǎn)換電路有串聯(lián)在三相交流電源與三相交流電動機(jī)三相繞組首端之間的三相交流斷路器(I)、串聯(lián)在三相繞組尾端與首端之間、構(gòu)成三相繞組△接線啟動的三相交流接觸器(5)、一個三相輸入端電聯(lián)接在三相交流繞組尾端、其輸出端三相短路的三相交流固態(tài)繼電器(7)，并聯(lián)在三相交流固態(tài)繼電器輸入端的一組三相壓敏電阻出)、三相交流固態(tài)繼電器(7)的控制電路端子與微處理器的輸出信號端子電聯(lián)接。當(dāng)三相交流電動機(jī)處于輕載并向空載過渡時，停止向三相繞組供電，消除三相交流電動機(jī)的電氣損耗，實現(xiàn)節(jié)約電能。其從屬特征是1、在三相交流電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸后軸伸與風(fēng)罩之間有慣性儲能飛輪。2、電動機(jī)啟動和運(yùn)行的轉(zhuǎn)換電路是由一個三相交流斷路器(I)、一個三相交流接觸器(5)、一個三相交流固態(tài)繼電器(7)、一組三相壓敏電阻(6)、一個三相多功能保護(hù)器、檢測三相交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的接近開關(guān)(8)和微處理器組成。3、后端蓋(9)向三相交流電動機(jī)殼體內(nèi)伸進(jìn)，并與風(fēng)罩是整體件。4、轉(zhuǎn)速傳感器使用接近開關(guān)，接近開關(guān)的檢測頭與轉(zhuǎn)子軸前軸伸外圓之間有固定在轉(zhuǎn)子軸上的編碼環(huán)。5、軸承盒外側(cè)有固定在軸承盒上測量三相交流電動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的接近開關(guān)。6、間歇向三相繞組供電的交流半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)在電動機(jī)三相繞組的首端。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本抽油機(jī)拖動裝置主電路接線圖。圖2是抽油機(jī)拖動裝置中在轉(zhuǎn)子軸后軸伸裝有大轉(zhuǎn)動慣量飛輪，在前端蓋裝有接近開關(guān)的三相交流電動機(jī)半個外形圖與半個縱剖面構(gòu)造圖。圖3是抽油機(jī)拖動裝置中三相繞組的Λ接線啟動與轉(zhuǎn)換到Y(jié)接線并按照曲柄軸扭矩正負(fù)脈動幅值間歇供電運(yùn)行的控制電路圖。圖4是第二個實施例電動機(jī)三相繞組的Λ接線啟動與轉(zhuǎn)換到Y(jié)接線并受控間歇供電運(yùn)行的控制電路圖。圖中1、三相交流斷路器，2、三相繞組的6根引出線接線柱，3、三相交流電動機(jī)接線盒，4、三相交流接觸器接線端子，5、三相交流接觸器，6、壓敏電阻，7、三相交流固態(tài)繼電器，8、接近開關(guān)，9、三相交流電動機(jī)端蓋，10、鼠籠轉(zhuǎn)子，11、三相交流電動機(jī)的三相繞組，12、滾珠軸承，13、風(fēng)扇，14、儲能飛輪，15、飛輪軸套壓蓋，16、風(fēng)罩，17、三相交流電源的B相，18、停機(jī)按鈕，19、單相斷路器，20、啟動按鈕，21、三相交流接觸器(5)上的常開觸點，22、中間繼電器(28)的觸點，23、延時繼電器，24、延時繼電器內(nèi)的觸點，25、整流器(34)的直流負(fù)極，26.中間繼電器(28)內(nèi)的觸點，27、三相交流固態(tài)繼電器(7)的直流控制信號正負(fù)極端子，28.中間繼電器，29.三相交流接觸器上的常閉觸點，30、控制固態(tài)繼電器(7)導(dǎo)通和關(guān)斷用的j2信號繼電器，31.抽油機(jī)啟動后運(yùn)行 到接近空載時，使繞組由Λ接線轉(zhuǎn)換為Y接線運(yùn)行的jl控制信號繼電器，32、中間繼電器(28)內(nèi)的觸點，33.整流器(34)的直流輸出正極，34、24V單相整流器、35、變壓器24V交流繞組接線端子，36、接三相電源的A相37、控制三相交流固態(tài)繼電器(7)使其導(dǎo)通的jl控制信號繼電器，38、控制三相交流固態(tài)繼電器(7)使其關(guān)斷的j2信號繼電器，39、供電電網(wǎng)停電后再來電時，自行啟動抽油機(jī)的KK開關(guān)，40、軸承盒，41、轉(zhuǎn)子軸。
具體實施例方式在圖2中接近開關(guān)(8)固定安裝在前端蓋軸承盒(40)外側(cè)，并在接近開關(guān)(8)的檢測頭與轉(zhuǎn)子軸(41)外圓表面對應(yīng)的位置加工一個或兩個寬度為二倍檢測頭直徑的軸向溝槽或較淺的圓孔，在三相交流電動機(jī)后端蓋外側(cè)的轉(zhuǎn)子軸后軸伸上，用防轉(zhuǎn)動的平鍵固定安裝帶有風(fēng)扇(13)的慣性儲能飛輪(14)，并用螺釘將飛輪軸套壓蓋(15)固定在轉(zhuǎn)子軸的后端面，然后將風(fēng)罩安裝在二相交流電動機(jī)殼體后端或后端蓋上。在圖1中，三相交流斷路器(I)，三相交流電動機(jī)接線盒(3)內(nèi)部的6根引出線接線柱(2)、三相交流接觸器(5)、壓敏電阻(6)、三相交流固態(tài)繼電器(7)按圖1的主電路回路電聯(lián)接。在圖3中，停機(jī)按鈕(18)、啟動按鈕(20)、三相交流接觸器(5)中的電磁線圈、中間繼電器(28)的觸點順序電聯(lián)接，首端接到三相交流斷路器⑴的B相(17)，尾端接地線，在啟動按鈕兩端并聯(lián)三相交流接觸器常開觸點(21)和延時繼電器(23)及自啟動用的觸點
(24)，在需要停電后，來電時自啟動抽油機(jī)，就將單相斷路器(19)合閘。否則應(yīng)斷開，切除自啟動電路延時繼電器(23)和觸點(24)。抽油機(jī)是一種重載啟動，輕載運(yùn)行的設(shè)備，在正常運(yùn)行時，其所需的平均運(yùn)行功率只有配用的三相交流電動機(jī)功率的20% -30%，當(dāng)拖動裝置把抽油機(jī)啟動到運(yùn)行狀態(tài)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率S小于1%時，jl信號繼電 器(31)吸合，中間繼電器(28)中的觸點(22)斷開，使三相交流接觸器(5)釋放，觸點(26)將三相交流固態(tài)繼電器(7)的觸發(fā)回路接通，將電動機(jī)繞組由Λ接線轉(zhuǎn)換成低功率的Y接線運(yùn)行。由于在啟動過程中三相交流電動機(jī)向抽油機(jī)傳遞能量過剩，此刻抽油機(jī)出現(xiàn)加速運(yùn)行狀態(tài)，待將啟動時儲存的過剩能量消耗掉，變成減速運(yùn)行并使三相交流電動機(jī)轉(zhuǎn)差率S大于2%時,j2信號繼電器(30)吸合,使三相交流固態(tài)繼電器(7)導(dǎo)通,三相交流電動機(jī)在三分之一功率下用軟特性拖動抽油機(jī)和飛輪平穩(wěn)運(yùn)行，待拖動到上沖程的60 % -70 %時，曲柄軸出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動峰值，使軟特性的三相交流電動機(jī)滑差增大，飛輪釋放出動能協(xié)助三相交流電動機(jī)拖過脈動峰值。
權(quán)利要求
1.一種抽油機(jī)拖動裝置，由三相交流電動機(jī)殼體、定子鐵芯、三相繞組、鼠籠轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸、端蓋、軸承盒、軸承、風(fēng)扇、風(fēng)罩、啟動和運(yùn)行的轉(zhuǎn)換電路組成，其特征在于三相交流電動機(jī)的三相繞組尾端串聯(lián)有由轉(zhuǎn)速傳感器和微處理器控制的、使其在每個沖程中都按照曲柄軸的轉(zhuǎn)矩變化間歇向三相繞組供電的二或三相交流半導(dǎo)體開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)拖動裝置，其特征在于在三相交流電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸后軸伸與風(fēng)罩之間有慣性儲能飛輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)拖動裝置，其特征在于電動機(jī)啟動和運(yùn)行的轉(zhuǎn)換電路是由一個三相交流斷路器(I)、一個三相交流接觸器(5)、一個三相交流固態(tài)繼電器(7)、 一組三相壓敏電阻(6)、一個三相多功能保護(hù)器、檢測三相交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的接近開關(guān)(8) 和微處理器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)拖動裝置，其特征在于后端蓋(9)向三相交流電動機(jī)殼體內(nèi)伸進(jìn)，并與風(fēng)罩是整體件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)拖動裝置，其特征在于轉(zhuǎn)速傳感器使用接近開關(guān)，接近開關(guān)的檢測頭與轉(zhuǎn)子軸前軸伸外圓之間有固定在轉(zhuǎn)子軸上的編碼環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)拖動裝置，其特征在于軸承盒外側(cè)有固定在軸承盒上測量三相交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的接近開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)拖動裝置，其特征在于間歇向三相繞組供電的交流半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)在電動機(jī)三相繞組的首端。
全文摘要
一種抽油機(jī)節(jié)能拖動裝置，由三相交流電動機(jī)殼體、定子鐵芯、三相繞組、鼠籠轉(zhuǎn)子、及啟動和運(yùn)行的轉(zhuǎn)換電路組成。其特征電動機(jī)的三相繞組尾端串聯(lián)有由轉(zhuǎn)速傳感器和微處理器控制的、使其在每個沖程中都按照曲柄軸轉(zhuǎn)矩變化、間歇向三相繞組供電的三相交流半導(dǎo)體開關(guān)。本抽油機(jī)拖動裝置的三相交流電動機(jī)，是用Δ接線完成抽油機(jī)啟動程序后，轉(zhuǎn)換到Y(jié)接線運(yùn)行，當(dāng)電動機(jī)處于輕載并向空載過渡時關(guān)斷半導(dǎo)體開關(guān)，使電動機(jī)不通電無損耗，當(dāng)抽油機(jī)倒拉電動機(jī)時，向設(shè)置在電機(jī)后軸伸上的慣性飛輪儲能，當(dāng)曲柄軸出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動峰值使轉(zhuǎn)速下降時，飛輪放出動能、協(xié)助電動機(jī)拖過高峰負(fù)載轉(zhuǎn)矩，飛輪能削峰填谷、平滑脈動轉(zhuǎn)矩，使抽油機(jī)節(jié)能。
文檔編號H02K7/02GK103051256SQ201210381209
公開日2013年4月17日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者江允良 申請人:畢嚴(yán)富