專利名稱：螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)裝置，具體針對(duì)螺桿泵速度監(jiān)控及其保護(hù)
方法，它可以用于大功率電機(jī)帶動(dòng)的螺桿泵速度過(guò)快以及過(guò)慢故障保護(hù)。
背景技術(shù)：
螺桿泵是利用螺桿的回轉(zhuǎn)來(lái)吸排液體的。中間螺桿為主動(dòng)螺桿，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)，兩邊的螺桿為從動(dòng)螺桿，隨主動(dòng)螺桿作反向旋轉(zhuǎn)。主、從動(dòng)螺桿的螺紋均為雙頭螺紋。
由于各螺桿的相互嚙合以及螺桿與襯筒內(nèi)壁的緊密配合，在泵的吸入口和排出口之間，就會(huì)被分隔成一個(gè)或多個(gè)密封空間。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和嚙合，這些密封空間在泵的吸入端不斷形成，將吸入室中的液體封入其中，并自吸入室沿螺桿軸向連續(xù)地推移至排出端，將封閉在各空間中的液體不斷排出。 螺桿泵在各種實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合可能由于一些原因造成阻塞或者其他一些故障。比如抽油機(jī)是油田采油的主要生產(chǎn)設(shè)備，我國(guó)的油田絕大部分要靠注水來(lái)壓油入井，靠抽油機(jī)把油從地層中提升上來(lái)。當(dāng)井下發(fā)生短時(shí)砂堵時(shí)，油井會(huì)出現(xiàn)各種情況，比如油井結(jié)蠟造成活塞卡、閥卡、使抽油螺桿泵不能正常工作或?qū)⒂凸芏滤?；砂卡、砂堵；抽油桿的脫扣；抽油桿的斷裂等等各種原因。 那么通過(guò)速度監(jiān)控與保護(hù)裝置，對(duì)螺桿泵進(jìn)行監(jiān)控以及保護(hù)將十分重要?，F(xiàn)有的螺桿泵的保護(hù)裝置都是有關(guān)機(jī)械方面的保護(hù)，比如加入傳動(dòng)軸，平移滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和止推軸承機(jī)構(gòu)等機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)螺桿泵進(jìn)行保護(hù)，缺少對(duì)螺桿泵的速度進(jìn)行實(shí)時(shí)電氣監(jiān)控和保護(hù)的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)裝置。 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案 —種螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)裝置，包括螺桿泵變速箱齒輪速度檢測(cè)電路、中央處理器13、三相繼電器3及繼電器驅(qū)動(dòng)電路6，其中所述三相繼電器3串接在電機(jī)控制器2與三相電機(jī)4的電源回路中，其特征在于 螺桿泵變速箱齒輪速度檢測(cè)電路包括光電耦合檢測(cè)電路7和接近開(kāi)關(guān)8，當(dāng)變速箱5的齒輪靠近接近開(kāi)關(guān)8做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，接近開(kāi)關(guān)信號(hào)正端9與接近開(kāi)關(guān)信號(hào)負(fù)端10之間將發(fā)出高低電平的脈沖信號(hào)，光電耦合檢測(cè)電路7將接近開(kāi)關(guān)信號(hào)正端9與接近開(kāi)關(guān)信號(hào)負(fù)端10之間所發(fā)出高低電平脈沖信號(hào)進(jìn)一步處理轉(zhuǎn)換為變速箱齒輪脈沖信號(hào)12并送到中央處理器13，中央處理器13內(nèi)部的螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)程序15將對(duì)變速箱齒輪脈沖信號(hào)12進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)算并得到變速箱齒輪速度14。速度監(jiān)控與保護(hù)程序15將變速箱齒輪速度14與變速箱齒輪速度上限16和變速箱齒輪速度下限17進(jìn)行比較并輸出繼電器控制信號(hào)ll，所述中央處理器13的繼電器控制信號(hào)11與繼電器驅(qū)動(dòng)電路6相連，當(dāng)中央處理器13所計(jì)算出變速箱齒輪速度14高于變速箱齒輪速度上限16或者低于變速箱齒輪速度 下限17時(shí)，所述中央處理器13所輸出的繼電器控制信號(hào)11為高電平，繼電器控制信號(hào)11 所輸出的高電平信號(hào)至繼電器驅(qū)動(dòng)電路6，控制三相繼電器3斷開(kāi)，從而保護(hù)大功率電機(jī)4 及其負(fù)載。 該螺桿泵速度監(jiān)控和保護(hù)裝置可以用于大功率電機(jī)帶動(dòng)的螺桿泵速度過(guò)快以及 過(guò)慢故障保護(hù)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件很少，成本低，非常容易與整體電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行 集成。 本發(fā)明用于任何電機(jī)所帶的螺桿泵的速度監(jiān)控與保護(hù)。通過(guò)接近開(kāi)關(guān)8與光電耦 合檢測(cè)電路7將螺桿泵變速箱齒輪脈沖信號(hào)12傳送到中央處理器13，通過(guò)控制面板設(shè)置 變速箱齒輪速度上限16與變速箱齒輪速度下限17，根據(jù)螺桿泵變速箱齒輪速度脈沖信號(hào) 12，中央處理器程序通過(guò)計(jì)數(shù)和計(jì)算得到螺桿泵變速箱齒輪速度14，變速箱齒輪速度14高 于變速箱齒輪速度上限16或者低于變速箱齒輪速度下限17時(shí)，中央處理器13所發(fā)出繼電 器控制信號(hào)11將為低電平，通過(guò)繼電器驅(qū)動(dòng)電路6，控制繼電器3關(guān)斷，保護(hù)電機(jī)4及其負(fù) 載。 通過(guò)螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)裝置，電機(jī)所帶動(dòng)的螺桿泵在速度過(guò)快，速度過(guò)慢等 故障時(shí)，螺桿泵監(jiān)控與保護(hù)裝置將迅速有效的檢測(cè)到故障信號(hào)，并對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，防 止損壞電機(jī)、螺桿泵以及它們所連接的其它裝置，可有效地延長(zhǎng)螺桿泵及其附屬設(shè)備的使 用壽命。


圖1螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)裝置系統(tǒng)連接圖；
圖2光電耦合檢測(cè)電路圖；
圖3螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)程序框圖；
圖4繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，螺旋泵變速箱的齒輪5的原料為鐵，當(dāng)螺桿泵工作時(shí)，變速箱齒輪5 作圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)變速箱齒輪5靠近接近開(kāi)關(guān)8時(shí)，接近開(kāi)關(guān)8將感應(yīng)出速度信號(hào)正端9相對(duì) 于速度信號(hào)負(fù)端10為高電平的信號(hào)，變速箱齒輪5離開(kāi)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，接近開(kāi)關(guān)8將感應(yīng)出 速度信號(hào)正端9相對(duì)于速度信號(hào)負(fù)端10為低電平的信號(hào)，通過(guò)變速箱齒輪5連續(xù)的圓周運(yùn) 動(dòng)，接近開(kāi)關(guān)8將一系列的高電平和低電平脈沖信號(hào)發(fā)送給光電耦合檢測(cè)電路7。通過(guò)光電 耦合檢測(cè)電路7的轉(zhuǎn)換，螺桿泵變速箱齒輪速度脈沖信號(hào)12送傳給中央處理器13，中央處 理器13將對(duì)速箱齒輪速度脈沖信號(hào)12進(jìn)行計(jì)數(shù)并通過(guò)螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)程序15計(jì) 算出實(shí)際變速箱速度14，變速箱速度14將與變速箱齒輪速度上限16以及變速箱齒輪速度 下限17時(shí)進(jìn)行比較判斷，當(dāng)變速箱速度14低于變速箱齒輪速度上限16并且高于變速箱齒 輪速度下限17時(shí)，繼電器控制信號(hào)11輸出為低電平，此時(shí)三相繼電器3閉合。當(dāng)變速箱速 度14高于變速箱齒輪速度上限16或者低于變速箱齒輪速度下限17時(shí)，繼電器控制信號(hào)11 輸出為高電平，三相繼電器3打開(kāi)，從而保護(hù)大功率電機(jī)、螺桿泵及其負(fù)載。
如圖2所示，所述光電耦合檢測(cè)電路包括光電耦合器18，一個(gè)限流電阻19和輸出上拉電阻22，接近開(kāi)關(guān)信號(hào)正端9通過(guò)限流電阻19接發(fā)光二極管20的陽(yáng)極，接近開(kāi)關(guān)信號(hào) 負(fù)端IO接發(fā)光二級(jí)管20的陰極，所述輸出上拉電阻22連接在受光三極管21的集電極和 正電源之間，當(dāng)通過(guò)接近開(kāi)關(guān)8感測(cè)的信號(hào)正端9相對(duì)于信號(hào)負(fù)端10為高電平時(shí)，輸出的 變速箱齒輪脈沖信號(hào)12為低電平，當(dāng)信號(hào)正端9相對(duì)于信號(hào)負(fù)端10為低電平時(shí)，輸出的變 速箱齒輪脈沖信號(hào)12為高電平。 如圖3所示，當(dāng)中央處理器13檢測(cè)到變速箱齒輪脈沖信號(hào)12從高電平跳變到低 電平時(shí)，中斷子程序開(kāi)始運(yùn)行，首先保存預(yù)先設(shè)置的變速箱齒輪速度上限16以及變速箱齒 輪速度下限17，并判斷計(jì)數(shù)器是否為零，如果計(jì)數(shù)器為O，則將計(jì)數(shù)器賦值為時(shí)間基準(zhǔn)值， 然后計(jì)算變速箱齒輪速度14，當(dāng)變速箱速度14低于變速箱齒輪速度上限16并且高于變速 箱齒輪速度下限17時(shí)，繼電器控制信號(hào)11輸出為低電平。當(dāng)變速箱速度14高于變速箱齒 輪速度上限16或者低于變速箱齒輪速度下限17時(shí)，繼電器控制信號(hào)11輸出為高電平。如 果計(jì)數(shù)器大于零，首先計(jì)數(shù)器自減l，然后速度檢測(cè)值自加l，然后返回到主程序，等待下一 次中斷子程序運(yùn)行。 圖4所示為繼電器驅(qū)動(dòng)電路6，當(dāng)繼電器控制信號(hào)11為高電平時(shí)，發(fā)光二極管24 導(dǎo)通發(fā)光，受光三極管26開(kāi)通，受光三極管26集電極通過(guò)上拉電阻27輸出低電平，功率開(kāi) 關(guān)器件MOSFET 28關(guān)斷，三相繼電器等效線圈電阻31無(wú)電流通過(guò)，三相繼電器3斷開(kāi)。當(dāng) 繼電器控制信號(hào)11為低電平時(shí)，發(fā)光二極管24不導(dǎo)通，受光三極管26不開(kāi)通通，受光三極 管26的集電極通過(guò)上拉電阻27輸出高電平，功率開(kāi)關(guān)器件M0SFET 28開(kāi)通，三相繼電器等 效線圈電阻31有電流通過(guò)，三相繼電器3閉合。
權(quán)利要求
一種螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)裝置，包括螺桿泵變速箱齒輪速度檢測(cè)電路、中央處理器、三相繼電器及繼電器驅(qū)動(dòng)電路，其中所述三相繼電器串接在電機(jī)控制器與三相電機(jī)的電源回路中，其特征在于螺桿泵變速箱齒輪速度檢測(cè)電路包括光電耦合檢測(cè)電路和接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)變速箱的齒輪靠近接近開(kāi)關(guān)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，接近開(kāi)關(guān)信號(hào)正端與接近開(kāi)關(guān)信號(hào)負(fù)端之間將發(fā)出高低電平的脈沖信號(hào)，光電耦合檢測(cè)電路將接近開(kāi)關(guān)信號(hào)正端與接近開(kāi)關(guān)信號(hào)負(fù)端之間所發(fā)出高低電平脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為變速箱齒輪脈沖信號(hào)并送到中央處理器，中央處理器對(duì)變速箱齒輪脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)算得到變速箱齒輪速度，所述中央處理器根據(jù)所述變速箱齒輪速度與設(shè)定的變速箱齒輪速度上限和變速箱齒輪速度下限的比較結(jié)果向所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路輸出繼電器控制信號(hào)，當(dāng)中央處理器所計(jì)算出變速箱齒輪速度高于變速箱齒輪速度上限或者低于變速箱齒輪速度下限時(shí)，所述中央處理器所輸出的繼電器控制信號(hào)為高電平，控制三相繼電器斷開(kāi)，從而所述三相電機(jī)及其負(fù)載。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其特征在于所述光電耦合檢測(cè)電路包括光電耦合器，一個(gè)限流電阻和輸出上拉電阻，接近開(kāi)關(guān)速度信號(hào)正端通過(guò)限流電阻接發(fā)光二極管的陽(yáng)極，接近開(kāi)關(guān)速度信號(hào)負(fù)端接發(fā)光二級(jí)管的陰極，所述輸出上拉電阻連接在受光三極管的集電極和正電源之間，當(dāng)通過(guò)接近開(kāi)關(guān)感測(cè)的速度脈沖信號(hào)正端相對(duì)于速度信號(hào)負(fù)端為高電平時(shí)，光電耦合器所輸出的變速箱齒輪脈沖信號(hào)為低電平，當(dāng)接近開(kāi)關(guān)速度信號(hào)正端相對(duì)于接近開(kāi)關(guān)速度信號(hào)負(fù)端為低電平時(shí)，輸出的變速箱齒輪脈沖信號(hào)為高電平。
3. 根據(jù)權(quán)利l所述的保護(hù)裝置，其特征在于所述中央處理器可以使用DSP或FPGA或同樣功能的其它芯片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的保護(hù)裝置，其特征在于其中限流電阻在0.01歐姆到100兆歐姆之間，上拉電阻在0.01歐姆到100兆歐姆之間，光電耦合器上跳沿以及下跳沿延時(shí)在ln秒到l秒之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)電路，該螺桿泵速度監(jiān)控與保護(hù)電路可以用于大功率電機(jī)帶動(dòng)的螺桿泵速度過(guò)快以及過(guò)慢故障保護(hù)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件很少，成本低，非常容易與整體電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成。本發(fā)明用于任何電機(jī)所帶的螺桿泵的監(jiān)控和保護(hù)，通過(guò)接近開(kāi)關(guān)將螺桿泵變速箱齒輪的轉(zhuǎn)速信息傳送到中央處理器，通過(guò)設(shè)置變速箱齒輪的速度上限以及變速箱齒輪速度下限，根據(jù)接近開(kāi)關(guān)傳送的信號(hào)，中央處理器程序?qū)β輻U泵變速箱齒輪速度進(jìn)行計(jì)算和監(jiān)控，當(dāng)超出變速箱齒輪速度上限或者低于變速箱齒輪速度下限，中央處理器發(fā)出指令，提示故障并發(fā)出繼電保護(hù)信號(hào)給整個(gè)控制系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F04C28/28GK101699071SQ20091021118
公開(kāi)日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者周紅燕, 宮宏, 王樂(lè)生 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)