抽油機(jī)恒功率拖動(dòng)節(jié)能法
【專利摘要】游梁抽油機(jī)恒功率拖動(dòng)節(jié)能法，該方法用的裝置包括：游梁抽油機(jī)、有桿抽油泵和一種抽油機(jī)專用的裝有鐘形大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量蓄能飛輪的恒功率輸出型交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組成。該專用的恒功率電動(dòng)機(jī)能在較小的電流下高度適應(yīng)游梁抽油機(jī)的劇烈脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載，能在S等于20％的超大轉(zhuǎn)差率下保持功率因數(shù)等于0.9左右，能對抽油機(jī)進(jìn)行高轉(zhuǎn)矩的恒功率拖動(dòng)。鐘形大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量蓄能飛輪能在抽油機(jī)上沖程脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩峰值區(qū)間釋放出恒功率電機(jī)平均運(yùn)行轉(zhuǎn)矩1.5倍左右的轉(zhuǎn)矩，共同拖過脈動(dòng)峰值。又能在轉(zhuǎn)矩低谷區(qū)間吸收抽油機(jī)的重型傳動(dòng)系統(tǒng)釋放出的慣性動(dòng)能及恒功率電機(jī)升速時(shí)的轉(zhuǎn)矩能量，使整機(jī)系統(tǒng)處于較平滑的負(fù)載下運(yùn)行，并能徹底消除嚴(yán)重浪費(fèi)電能的抽油機(jī)倒拉電動(dòng)機(jī)現(xiàn)象。
【專利說明】抽油機(jī)恒功率拖動(dòng)節(jié)能法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油田采油用的游梁抽油機(jī)及其電力拖動(dòng)技術(shù)，尤其是涉及一種能高度適應(yīng)游梁抽油機(jī)劇烈脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載特點(diǎn)的新型大轉(zhuǎn)矩輸出特性的恒功率拖動(dòng)節(jié)能法。
【背景技術(shù)】
[0002]游梁抽油機(jī)有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、維修費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，半個(gè)世紀(jì)以來，國內(nèi)外的油田都廣泛使用。然而它也存在著較嚴(yán)重的缺點(diǎn)，抽油機(jī)是重載啟動(dòng)并長期輕載運(yùn)行的設(shè)備，屬于交流力矩電動(dòng)機(jī)的輸出特性，但是現(xiàn)有技術(shù)中的交流力矩電動(dòng)機(jī)是通過增加轉(zhuǎn)子回路電阻值將過剩轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)化成熱能后散掉的方式來實(shí)現(xiàn)所需轉(zhuǎn)矩特性的，因轉(zhuǎn)子回路電阻很大使其大量發(fā)熱，迫使交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的體積大、造價(jià)高，又加上運(yùn)行效率低而使其不能用于拖動(dòng)抽油機(jī)設(shè)備。因此半個(gè)世紀(jì)以來，油田一直是在使用普通鼠籠型6極和8極交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)抽油機(jī)，由于普通鼠籠型6極和8極交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有兩倍額定轉(zhuǎn)矩，為能使抽油機(jī)正常啟動(dòng)，需按抽油機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩選配交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的規(guī)格，可是啟動(dòng)之后正常運(yùn)行時(shí)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的平均負(fù)載率只有30%左右，造成嚴(yán)重“大馬拉小車”的狀況。抽油機(jī)用的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是通過皮帶輪、齒輪箱、曲柄軸和四連桿等機(jī)構(gòu)將交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成懸點(diǎn)的低速上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)在使用的Y2系列籠型交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)只能在額定轉(zhuǎn)速下才能長時(shí)間運(yùn)行，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的恒速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過曲柄軸機(jī)構(gòu)的軟換向轉(zhuǎn)換成速度按正弦規(guī)律、從零到最大值的變速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過上千米的長拉桿傳到井下抽油活塞，達(dá)到抽取石油的目的。這種傳統(tǒng)的直線變速運(yùn)動(dòng)抽油方式難以使井下活塞泵的抽汲參數(shù)趨于合理和減少泵的漏失，使進(jìn)一步提高油泵效率受到限制。由于曲柄軸傳動(dòng)的固有特性，使其直線運(yùn)動(dòng)速比急劇變化，在抽油機(jī)上的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是在從零負(fù)載到最大負(fù)載的特殊周期性脈動(dòng)負(fù)載條件下運(yùn)行的，再加上四連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形成不斷變化的傳動(dòng)角，又造成了脈動(dòng)負(fù)載峰值前移和產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩現(xiàn)象，使抽油機(jī)的負(fù)載特性進(jìn)一步惡化，靠調(diào)節(jié)平衡配重已無法實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的完全平衡運(yùn)行，從而使交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的力能指標(biāo)大幅度下降，使Y2系列交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的平均運(yùn)行效率由原來的90%下降到60%左右，同時(shí)使Y2系列交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的平均功率因數(shù)下降到0.4左右。
[0003]抽油機(jī)是一種重型機(jī)械，啟動(dòng)時(shí)的慣性負(fù)載轉(zhuǎn)矩很大，加上交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是運(yùn)行在周期性峰值很高的脈動(dòng)負(fù)載條件下，迫使配套的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)規(guī)格過大，造成交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流是運(yùn)行時(shí)平均電流的10倍以上，為滿足交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)大電流的需要，供電設(shè)備容量也要隨交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率增大而相應(yīng)的增大。
[0004]交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在零負(fù)載或接近零負(fù)載運(yùn)行時(shí),不但交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空耗電能，而且單機(jī)供電的油井專用變壓器等供電設(shè)備也空耗電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一是提供一種能高度適應(yīng)游梁抽油機(jī)劇烈脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載特點(diǎn)的新型大轉(zhuǎn)矩輸出特性的恒功率交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
[0006]本發(fā)明的目的之二是提供一種在交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)后軸伸上固定有大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量鐘形飛輪，對剩余脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行濾波的恒功率交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
[0007]本發(fā)明的抽油機(jī)恒功率拖動(dòng)節(jié)能法是這樣實(shí)現(xiàn)的:游梁抽油機(jī)由底座、游梁支架、游梁、游梁前端的驢頭、鋼絲繩、鋼絲繩與抽油桿連接的懸點(diǎn)、游梁后部的四連桿機(jī)構(gòu)、曲柄軸、搖臂、平衡重、齒輪減速箱、皮帶輪、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和配電箱組成，其特征在于交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是一種能自動(dòng)跟隨抽油機(jī)的脈動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩功能的新型高力能指標(biāo)恒功率輸出的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，該交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心是由固定在轉(zhuǎn)子軸中段上的中間和兩頭三段疊片構(gòu)成，中間一段是相當(dāng)于定子鐵心長的深槽籠型轉(zhuǎn)子疊片，兩頭疊片是在環(huán)形沖片的內(nèi)外圓之間居中位置，有與中段疊片槽數(shù)相等的穿嵌轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條孔，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條孔與沖片外圓之間構(gòu)成兩頭轉(zhuǎn)子疊片的外磁軛，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條孔與沖片內(nèi)孔之間構(gòu)成兩頭轉(zhuǎn)子疊片的內(nèi)磁軛，三段疊片共用中段較寬、兩頭窄的鋁制或銅制絕緣轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條兩頭伸出轉(zhuǎn)子鐵心外的部分，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的自冷風(fēng)扇，在伸出轉(zhuǎn)子鐵心兩端的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條外側(cè)與兩頭轉(zhuǎn)子疊片外磁軛之間有電聯(lián)接焊接在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條上的轉(zhuǎn)子電流短路端環(huán)，在交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)后軸伸上固定有設(shè)置在交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)外殼后段外周兼有風(fēng)扇、風(fēng)罩功能的大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量鐘形飛輪。
[0008]這種在兩頭長出定子鐵心的感應(yīng)轉(zhuǎn)子，具有在超高轉(zhuǎn)差率下運(yùn)行時(shí)向定子邊回饋過剩轉(zhuǎn)差功率，使拖動(dòng)抽油機(jī)專用恒功率交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在高力能指標(biāo)下與抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的有害慣性負(fù)載相耦合，并進(jìn)一步用設(shè)置在交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)外周的大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量鐘形蓄能飛輪對剩余脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行濾波，將抽油機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)化為正常轉(zhuǎn)矩負(fù)載，使之徹底消除嚴(yán)重浪費(fèi)電能的抽油機(jī)倒拉交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)現(xiàn)象。達(dá)到使游梁抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)高效率和高功率因數(shù)下運(yùn)行的目的
[0009]其從屬特征在于:
[0010]1、中間寬兩頭窄的鋁制轉(zhuǎn)子導(dǎo)條表面有厚膜陽極化層，銅制轉(zhuǎn)子導(dǎo)條表面有瓷軸。
[0011]2、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)使用YCJ系列單極減速電動(dòng)機(jī)殼體和減速箱。
[0012]3、通過調(diào)節(jié)抽油機(jī)平衡配重的方法來實(shí)現(xiàn)分別調(diào)節(jié)抽油機(jī)上沖程速度或下沖程速度。
[0013]4、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組使用6極變8極的變極繞組。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1、能在現(xiàn)有常規(guī)游梁抽油機(jī)保持軟換向優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，使抽油活塞的抽取速度更加合理，提高每個(gè)抽油沖刺的抽油量，在液面深度為100至400米的情況下能比現(xiàn)有常規(guī)拖動(dòng)方法節(jié)電35%以上，能比“周期變速拖動(dòng)節(jié)能法”多節(jié)電15% -20%.[0016]2、本發(fā)明所用的恒功率交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子的電路結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)都比“周期變速拖動(dòng)法”使用的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)簡單許多，因而定子尺寸和轉(zhuǎn)子尺寸都縮小許多，容易制造，成本大幅度下降，剔除了大量可靠性差的功率電子器件，提高了整機(jī)運(yùn)行的可靠性。
[0017]3、游梁抽油機(jī)的恒功率拖動(dòng)，能減小三角皮帶、齒輪箱和滾珠軸承的負(fù)載峰值，能減小電力消耗、減少磨損和提高可靠性，同時(shí)也能減少維修費(fèi)用和延長設(shè)備的使用壽命。[0018]4、本發(fā)明所用的恒功率輸出特性交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是:啟動(dòng)電流小，是現(xiàn)有抽油機(jī)用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的1/3 ;啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，是現(xiàn)有游梁抽油機(jī)用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的2倍。由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小，在同等條件下，可用10千瓦恒功率交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)代替現(xiàn)游梁抽油機(jī)使用的37千瓦交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)?？梢越档凸╇娫O(shè)備的容量、提高供電變壓器的運(yùn)行效率、延長變壓器的使用壽命，節(jié)省設(shè)備的投資。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明
[0020]圖1本發(fā)明的一種IlKW 8極抽油機(jī)專用恒功率大轉(zhuǎn)矩交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線與Y2系列11KW8極交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線的比較圖。
[0021]圖2是經(jīng)過平衡后游梁抽油機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載曲線和恒功率大轉(zhuǎn)矩交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在恒功率輸出特性區(qū)間與鐘形大慣量飛輪及抽油機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)慣性相互耦合后的實(shí)際輸出特性曲線比較圖。
[0022]圖中1、本發(fā)明的一種IlKW8極游梁抽油機(jī)專用恒功率大轉(zhuǎn)矩交流感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線。圖中2、Y2系列IlKW 8極交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線。圖中3、經(jīng)過平衡后游梁抽油機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載曲線。圖中4、恒功率大轉(zhuǎn)矩交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在恒功率輸出特性區(qū)間與鐘形大慣量飛輪及抽油機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)慣性相互耦合后的實(shí)際輸出特性曲線。
【具體實(shí)施方式】:
[0023]游梁抽油機(jī)的恒功率拖動(dòng)法是由以下各部分組成的一個(gè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。
[0024]設(shè)置在油井下部的長活塞泵所需要的動(dòng)力是通過上千米的長拉桿從地面井口傳下去的，固定在抽油拉桿上端的鋼絲繩通過驢頭與游梁傳動(dòng)連接，游梁的另一端通過橫梁和兩根長連桿同兩個(gè)曲柄軸傳動(dòng)連接，然后再通過重型減速箱和大皮帶輪等重型部件以及裝在搖臂上的幾個(gè)上噸重的大型平衡配重與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)連接。由于整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性特別大，再加上上沖程在10°?70°之間由于曲柄軸和連桿的固有傳動(dòng)特性，使重型的傳動(dòng)系統(tǒng)形成很大的加速度直線運(yùn)動(dòng)，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)除了提供液體抽取和提升所需的負(fù)載轉(zhuǎn)矩外，還必須提供更大的使傳動(dòng)系統(tǒng)加速所需的慣性負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因而使37KW 8極電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)超載運(yùn)行才能拖過脈動(dòng)峰值。經(jīng)過平衡后游梁抽油機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載曲線(3)是造成抽油機(jī)使用的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率低的主要因素，用恒功率方法拖動(dòng)能有效平衡曲柄軸傳動(dòng)所造成的傳動(dòng)速比和傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的劇烈脈動(dòng)，再用設(shè)置在交流感應(yīng)電動(dòng)動(dòng)機(jī)殼體后段外周并固定在后軸伸上的大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量蓄能飛輪，對轉(zhuǎn)矩的剩余脈動(dòng)進(jìn)行濾波后，將劇烈的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)化成圖2中曲線(4)低幅值脈動(dòng)的正向轉(zhuǎn)矩，徹底消除了抽油機(jī)倒拉交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)象，使恒功率交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率始終處于高效率區(qū)間運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)游梁抽油機(jī)節(jié)能運(yùn)行的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種游梁抽油機(jī)恒功率拖動(dòng)節(jié)能法，游梁抽油機(jī)由底座、游梁支架、游梁、游梁前端的驢頭、鋼絲繩、鋼絲繩與抽油桿連接的懸點(diǎn)、游梁后部的四連桿機(jī)構(gòu)、曲柄軸、搖臂、平衡重、齒輪減速箱、皮帶輪、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和配電箱組成，其特征在于:交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是一種能自動(dòng)跟隨抽油機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載變化，具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩功能的新型高力能指標(biāo)恒功率輸出的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，該交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心是由固定在轉(zhuǎn)子軸中段上的中間和兩頭三段疊片構(gòu)成，中間一段是相當(dāng)于定子鐵心長的深槽籠型轉(zhuǎn)子疊片，兩頭的疊片是在環(huán)形沖片的內(nèi)外圓之間居中位置有與中段疊片槽數(shù)相等的穿嵌轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條孔，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條孔與沖片外圓之間構(gòu)成兩頭轉(zhuǎn)子疊片的外磁軛，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條孔與沖片內(nèi)孔之間構(gòu)成兩頭轉(zhuǎn)子疊片的內(nèi)磁軛，三段疊片共用中段較寬、兩頭窄的鋁制或銅制絕緣轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條兩頭伸出轉(zhuǎn)子鐵心外的部分，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的自冷風(fēng)扇，在伸出轉(zhuǎn)子鐵心兩端的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條外側(cè)與兩頭轉(zhuǎn)子疊片外磁軛之間有電聯(lián)接焊接在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條上的轉(zhuǎn)子電流短路端環(huán)，在交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)后軸伸上固定有設(shè)置在交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)外殼后段外周兼有風(fēng)扇、風(fēng)罩功能的大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量鐘形飛輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種游梁抽油機(jī)恒功率拖動(dòng)節(jié)能法，其特征在于:中間寬兩頭窄的鋁制轉(zhuǎn)子導(dǎo)條表面有厚膜陽極化層，銅制轉(zhuǎn)子導(dǎo)條表面有瓷釉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種游梁抽油機(jī)恒功率拖動(dòng)節(jié)能法，其特征在于:交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是使用YCJ系列單極減速電動(dòng)機(jī)的殼體和減速箱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種游梁抽油機(jī)恒功率拖動(dòng)節(jié)能法，其特征在于:通過調(diào)節(jié)抽油機(jī)平衡重的方法來實(shí)現(xiàn)分別調(diào)節(jié)抽油機(jī)上沖程速度或下沖程速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種游梁抽油機(jī)恒功率拖動(dòng)節(jié)能法，其特征在于:交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組使用6極變8極的變極繞組。
【文檔編號】H02K17/16GK103912243SQ201310004067
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月7日
【發(fā)明者】江允良 申請人:陳雪