偏置式螺桿泵高效驅動裝置第1頁/共28頁摘要

伴隨著螺桿泵舉升方式應用規(guī)模的日益擴大，目前在用的常規(guī)地面驅動裝置暴露出了諸如：傳動比受限；皮帶傳動丟轉；更換皮帶增加成本及存在安全隱患的缺陷。在一定程度上影響了螺桿泵舉升技術的發(fā)展。為適應高轉速螺桿泵發(fā)展的需要，人們研發(fā)了電機直驅螺桿泵地面驅動裝置。該裝置雖然解決了常規(guī)驅動頭“傳動比受限、皮帶傳動丟轉”等問題，但同時也暴露出了諸如：制造成本高；能耗大；部分產品無剎車存在安全隱患；輸出扭矩偏小抗過載能力較弱的不足。

為此，我們遵循兩者相比取其優(yōu)的原則，研制、開發(fā)了新一代螺桿泵地面驅動裝置——偏置式螺桿泵高效驅動裝置。第2頁/共28頁一、螺桿泵地面驅動裝置簡介

1、常規(guī)螺桿泵驅動頭工作原理：

電機通過皮帶驅動雙面扇形齒輪帶動抽油桿旋轉。機械剎車大皮帶輪第3頁/共28頁1、常規(guī)螺桿泵驅動頭優(yōu)勢存在機械剎車，運行可靠皮帶輪調參，成本低廉雙面圓弧錐齒傳動，結構簡單第4頁/共28頁1、常規(guī)螺桿泵驅動頭不足雙面圓弧錐齒傳動，傳動比受限（理論上≤8），

導致其轉速范圍較低（一般≤200轉/分）⑴、皮帶傳動，存在丟轉現(xiàn)象；⑵、皮帶更換，增加成本；⑶、傳動部分外露，存在安全隱患。第5頁/共28頁棘輪剎車系統(tǒng)的不足2、釋放扭矩螺栓易出現(xiàn)禿扣現(xiàn)象維修制動系統(tǒng)時，需人為轉桿卸載，存在安全隱患。1、手動釋放扭矩操作過程煩瑣第6頁/共28頁液壓剎車系統(tǒng)的不足1、在輸出端剎車、扭矩大，要求強度高2、液壓剎車成本高、結構復雜維修制動系統(tǒng)困難第7頁/共28頁皮帶輪安裝的穩(wěn)定性不足1、大皮帶輪安裝方便，但穩(wěn)定性較差2、依靠3條M14或M16螺栓連接，強度低3、大皮帶輪易脫落、飛出，存在隱患第8頁/共28頁2、電機直驅螺桿泵驅動頭工作原理：

低速空心軸電機直接帶動抽油桿旋轉

通常選用12級的同步電動機作為動力源，需要配備變頻控制裝置來控制電機。一、螺桿泵地面驅動裝置簡介第9頁/共28頁優(yōu)勢2、電機直驅螺桿泵驅動頭結構形式簡單，直接驅動轉速范圍大，適合于高速借助于控制裝置易實現(xiàn)軟啟、軟停第10頁/共28頁2、電機直驅螺桿泵驅動頭電機類別常規(guī)三相交流異步電動機三相交流永磁同步電動機

無刷直流稀土永磁電機

第11頁/共28頁2、電機直驅螺桿泵驅動頭不足非直流電機，電網停電時、反轉失控，存在安全隱患。電機體積大、成本高能耗總體高、扭矩小

電機維修成本高磁鋼存在退磁隱患,影響其使用壽命第12頁/共28頁能耗高的原因解釋依據

可得出在高轉速條件下，提高扭矩的唯一方法是增加電機的功率，大功率的電機其能耗也高。

切記：工頻（50HZ）時的扭矩，為旋轉電機工作時的峰值扭矩。

僅無刷直流稀土永磁電機的能耗相對低一些。第13頁/共28頁變頻控制裝置

變頻控制裝置，目前在螺桿泵地面驅動裝置中已得到了廣泛的應用。轉速調整依據低速運行時節(jié)能

低速運行：即變頻器在低于工頻（50HZ）的頻率下工作。

低速運行時，為避免頻率降低時出現(xiàn)電機過電壓（過勵磁），導致其被燒壞的情況發(fā)生。所以變頻器在降低頻率的同時必須要同時降低電壓。因此，低速運行的電機其功率將降低。

通常，低速運行時電機節(jié)能。第14頁/共28頁二、新一代螺桿泵地面驅動裝置工作原理：應用電機直接驅動高效平面?zhèn)鲃訙p速機帶動抽油桿轉動。高效平面?zhèn)鲃訙p速機，減速比選擇范圍大設計方案設有電力剎車，體積小、結構更加簡單第15頁/共28頁二、新一代螺桿泵地面驅動裝置設計方案承重法蘭總成，結構緊湊鑄鋼專用井口，結構新穎，強度更高油管頭總成電力剎車通過控制裝置，自動釋放扭矩第16頁/共28頁

電力剎車設計方案方案1

能耗制動是在控制箱內設有能耗電阻和獨立的剎車控制器。停機操作時（或系統(tǒng)失電），泵桿彈性釋放，會拖動永磁電機反轉，接通剎車電阻。泵桿反轉的加速度越大，電阻吸收的能量就越多，即發(fā)電制動力就越大，最終使泵桿回到初始狀態(tài)。1、能耗制動（應用交流永磁同步防爆電機）第17頁/共28頁

電力剎車設計方案方案2

正常停機是控制系統(tǒng)通過改變電流的大小與方向來實現(xiàn)軟停的，當突然停電時因電機轉子具有很高的永久磁場，泵桿彈性釋放，拖動電機反轉，電機處于發(fā)電狀態(tài)，實現(xiàn)制動防止反轉脫扣。2、直流制動（應用直流永磁無刷防爆電機）方案3

使用帶電磁剎車剎車的交流異步防爆電機，當停機或斷電時，利用電磁剎車剎車實現(xiàn)制動，通過控制系統(tǒng)中的專用控制軟件在3-5分鐘內，緩慢的將反轉扭矩釋放掉，其釋放點動頻率可根據用戶要求自行設定。

3、電磁剎車（應用交流異步防爆電機）第18頁/共28頁偏置式螺桿泵高效驅動裝置特點

高效平面?zhèn)鲃訙p速機的減速比可大于15，匹配電機小，輸出扭矩高。平面圓弧齒輪傳動明顯優(yōu)于圓錐齒輪，輸出最高轉速可達到600轉/分。電機直聯(lián)，取消了皮帶第19頁/共28頁偏置式螺桿泵高效驅動裝置

高效平面減速機，以其性能穩(wěn)定、速比范圍寬、適用范圍廣的絕對優(yōu)勢，可適應不同性能螺桿泵的需求。為今后實現(xiàn)不同種類螺桿泵驅動裝置的個性化設計提供了廣闊的空間。

減速機依據杠桿原理工作，其實質上為輸入扭矩放大器。平面齒輪與雙面錐齒輪相比：⑴結構簡單、成本低廉；⑵速比范圍寬、適用范圍廣。第20頁/共28頁偏置式驅動裝置專用控制柜

矢量變頻器、配合其自動控制軟件★變頻調速時其扭矩恒定，確保了減速機正常工作；★自控軟件實現(xiàn)了軟啟、軟停及自動釋放扭矩的功能；★自控軟件可對參數(shù)調整情況做出提示；★完善的保護功能可確保電機的安全、平穩(wěn)的運行。

第21頁/共28頁三、地面驅動裝置的性能參數(shù)對比

當轉速在100r/min，輸出扭矩達到382N.m時，兩種驅動裝置匹配電機功率如圖所示。同理，兩者匹配的變壓器容量不同。第22頁/共28頁三、地面驅動裝置的性能參數(shù)對比

當轉速在100r/min，輸出扭矩分別達到573、859.5N.m時，兩種驅動裝置匹配電機功率如圖所示。此對比是依據直驅裝置的工作扭矩進行匹配的。第23頁/共28頁三、地面驅動裝置的性能參數(shù)對比兩種交流驅動頭性能對比表

第24頁/共28頁三、地面驅動裝置的性能參數(shù)對比

當轉速在100r/min，輸出扭矩達