專(zhuān)利名稱(chēng)：永磁同步無(wú)齒輪驅(qū)動(dòng)螺桿泵式采油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于油田采油設(shè)備，是一種用于油田地面抽汲原油的永磁同步 無(wú)齒輪驅(qū)動(dòng)螺桿泵式采油設(shè)備。
背景技術(shù)：
油田螺桿泵式采油機(jī)是利用螺桿的回轉(zhuǎn)來(lái)吸排液體的，由于螺桿的相互嚙 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，猶如一螺母在螺紋回轉(zhuǎn)時(shí)被不斷向 前推進(jìn)，它是利用螺桿齒合原理，依靠旋轉(zhuǎn)的螺桿在泵套內(nèi)相互嚙合，把被輸送 的介質(zhì)封閉在齒合腔內(nèi)，沿螺桿軸向連續(xù)勻速地推至排出口，螺桿泵的流量與 轉(zhuǎn)速成線(xiàn)性關(guān)系，相對(duì)于低轉(zhuǎn)速的螺桿泵，髙轉(zhuǎn)速的螺桿泵雖然能增加了流量 和揚(yáng)程，但功率明顯增大，高轉(zhuǎn)速加速了轉(zhuǎn)子與定子間的磨耗，必定使螺桿泵 過(guò)早失效，而且高轉(zhuǎn)速螺桿泵的定轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度很短，極易磨損，因而縮短了螺桿
泵的使用壽命。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)速保持在300轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)以下較為合理的范圍內(nèi)，與高 速運(yùn)轉(zhuǎn)的螺桿泵相比，使用壽命能延長(zhǎng)幾倍。
在現(xiàn)有的技術(shù)中，通過(guò)減速機(jī)或液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)降低轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)減 速機(jī)的調(diào)速方式，將每分鐘幾千轉(zhuǎn)的電機(jī)通過(guò)變速齒輪箱，使輸出轉(zhuǎn)速為300 轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)以下，齒輪嚙合存在機(jī)械損耗，降低傳動(dòng)效率，需經(jīng)常性更換易損件和 清理更換潤(rùn)滑油，增加維護(hù)成本和維修保養(yǎng)費(fèi)用，也影響整機(jī)使用壽命。公 開(kāi)的一種液壓傳動(dòng)螺桿泵采油機(jī)專(zhuān)利，使用了包括電機(jī)、油泵、油箱、調(diào)壓閥、 高壓閥、壓力表等、動(dòng)力進(jìn)油管、油壓馬達(dá)，在壓力表下連接動(dòng)力進(jìn)油管，動(dòng) 力進(jìn)油管下面與油壓馬達(dá)相連，油壓馬達(dá)回油管與油箱相連，油壓馬達(dá)通過(guò)連 軸器與螺桿連接，螺桿與泵殼共軛連接，該技術(shù)結(jié)構(gòu)件多，運(yùn)動(dòng)件多，因此， 安裝使用不便、維護(hù)保養(yǎng)頻繁。上述技術(shù)都沒(méi)有剎車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，沒(méi)有無(wú)級(jí)調(diào)速 功能，給實(shí)際使用帶來(lái)不便。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)之不足，采用的技術(shù)手段包括稀土永磁同步電 動(dòng)機(jī)、主軸、主驅(qū)動(dòng)曳引輪、電磁制動(dòng)器、抱閘臂、光電旋轉(zhuǎn)編碼器、變頻控 制器、控制柜、閉環(huán)鋼絲繩、光桿傳動(dòng)繩輪、光桿、抽油桿、螺桿泵、張力調(diào) 節(jié)輪構(gòu)成及專(zhuān)業(yè)井口系統(tǒng)構(gòu)成，壓裝在稀土永磁同步電機(jī)主軸的主驅(qū)動(dòng)曳引輪 與光桿上端部套裝的傳動(dòng)繩輪，用閉環(huán)曳引鋼絲繩圈套柔性連接，閉環(huán)曳引鋼絲
繩與圈套的兩輪中設(shè)置張力調(diào)節(jié)輪，調(diào)整鋼絲繩圈熱張冷縮帶來(lái)的長(zhǎng)度偏差， 柔性閉環(huán)鋼絲繩經(jīng)主驅(qū)動(dòng)曳引輪可圈套周?chē)鄠€(gè)油井光桿傳動(dòng)繩輪，驅(qū)動(dòng)多口 井上光桿同步旋轉(zhuǎn)，使井下光桿連接的螺桿泵旋轉(zhuǎn)，該技術(shù)達(dá)到的有益效果是 安裝簡(jiǎn)單，起動(dòng)、調(diào)速、停機(jī)方便，既解決了齒輪箱齒輪嚙合的機(jī)械損耗問(wèn)題 也解決了液壓驅(qū)動(dòng)方式的漏油定期更換油及高昂而繁瑣的價(jià)格和安裝檢修復(fù)雜 問(wèn)題，是一種簡(jiǎn)單、高效、節(jié)能、免維護(hù)、低成本，可同時(shí)同步驅(qū)動(dòng)單井或多 口井下螺桿泵旋轉(zhuǎn)的采油的設(shè)備。 本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
本實(shí)用新型的目的所采用的技術(shù)方案改變了現(xiàn)有的螺桿泵采油機(jī)的驅(qū)動(dòng)方 式及控制方式，既在原電機(jī)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)中舍棄了齒輪變速箱、避開(kāi)了液壓驅(qū)動(dòng) 結(jié)構(gòu)存在油壓馬達(dá)、油箱、高壓油閥易漏油、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、安裝檢修繁瑣問(wèn)題， 它的主要特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)光桿傳動(dòng)輪通過(guò) 抽油桿帶動(dòng)螺桿泵旋轉(zhuǎn)，同步電機(jī)主軸上的主驅(qū)動(dòng)曳引輪與光桿傳動(dòng)繩輪采用 閉環(huán)曳引鋼絲繩圈柔性連接，閉環(huán)曳引鋼絲繩圈與圈套的兩輪中設(shè)張力調(diào)節(jié)輪， 調(diào)整閉環(huán)曳引鋼絲繩圈因熱張冷縮帶來(lái)的長(zhǎng)度偏差，同步電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)主驅(qū)動(dòng) 曳引輪提供原動(dòng)力，柔性鋼絲繩經(jīng)主驅(qū)動(dòng)曳引輪柔性連接油井的地面光桿傳動(dòng) 繩輪，可分別圈套多口井的光桿傳動(dòng)繩輪，光桿下端軸向接通抽油桿，帶動(dòng)井 下螺桿泵工作，實(shí)現(xiàn)一機(jī)驅(qū)動(dòng)多口井上光桿同步旋轉(zhuǎn)，電磁制動(dòng)器、抱閘裝置 與永磁同步電機(jī)裝配為整體，組成動(dòng)力執(zhí)行系統(tǒng)，光電旋轉(zhuǎn)編碼器、變頻控制 器、控制柜連接，組成信號(hào)處理和控制系統(tǒng)，本實(shí)用新型控制系統(tǒng)采用的是電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝光電旋轉(zhuǎn)編碼器，變頻控制器采集光電旋轉(zhuǎn)編碼器提供轉(zhuǎn)速和角 位移的脈沖信號(hào)，進(jìn)行行程檢測(cè)及制動(dòng)信號(hào)反饋，通過(guò)變頻控制器和可編程控 制器PLC的控制柜調(diào)整頻率、電壓、電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn) 矩、轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)、停機(jī)動(dòng)作的控制，完成啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、無(wú)級(jí)調(diào)速、正常連續(xù) 工作、停機(jī)等功能。
按照上述方案制成的永磁同步無(wú)齒輪驅(qū)動(dòng)螺桿泵式采油機(jī)，由于采用了永 磁同步無(wú)齒輪曳引驅(qū)動(dòng)技術(shù)，直接驅(qū)動(dòng)油井地面上的光桿旋轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，舍棄了 齒輪減速機(jī)，采用了現(xiàn)已成熟的永磁同步曳引變頻控制技術(shù)，保證了螺桿泵式 采油機(jī)動(dòng)作控制的精確度，降低能耗，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，減少設(shè)備重量，降低制 造成本，而且易于控制，操作安裝維修簡(jiǎn)單。

圖1仰臥立軸式徑向繩輪雙井傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖 圖2軸徑向復(fù)合式三井傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖 圖3多井連接同步驅(qū)動(dòng)俯視平面示意圖
以下結(jié)合附圖l、 2、 3對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式

參看圖l，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)包括稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)(1)、主軸(l-l)、 主驅(qū)動(dòng)曳引輪(1-2)、電磁制動(dòng)器(1-3)、抱間臂(1-4)、光電旋轉(zhuǎn)編碼器(1-5)、 控制柜(3)、變頻控制器(4)、閉環(huán)鋼絲繩(5)、光桿傳動(dòng)繩輪(6)、光桿(7)、 抽油桿(8)、螺桿泵(9)、張力調(diào)節(jié)輪(10)、及專(zhuān)業(yè)井口油井系統(tǒng)構(gòu)成，稀土 永磁同步電機(jī)(1)仰臥固定在支架平面上，主軸(1-1)垂直向上，主驅(qū)動(dòng)曳 引輪(1-2)與永磁同步電機(jī)主軸(1-1)壓裝一體，安裝在兩口油井地面上光 桿(7-1、 7-2)的中間，電磁制動(dòng)器(1-3)抱閘臂(1-4)分別裝在稀土永磁 同步電動(dòng)機(jī)(1)的兩側(cè)，光電旋轉(zhuǎn)編碼器(1-5)裝在稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)(1) 主軸(1-l)的一端，組成一個(gè)整體，電梯行業(yè)稱(chēng)之為永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)，提 供啟動(dòng)制動(dòng)轉(zhuǎn)速動(dòng)力，構(gòu)成動(dòng)力系統(tǒng)，該系統(tǒng)與變頻控制器(4)連接，變頻控 制器(4)安裝在帶有PLC的控制柜(3)內(nèi)，構(gòu)成電氣控制系統(tǒng)，光桿(7-1、 7-2)上端部套裝有傳動(dòng)繩輪(6-1、 6-2);柔性閉環(huán)鋼絲繩(5-1、 5-2)徑向 將主驅(qū)動(dòng)曳引輪(1-2)和光桿傳動(dòng)繩輪(6-1、 6-2)圈套柔性連接；稀土永磁 同步電動(dòng)機(jī)(1)提供主驅(qū)動(dòng)曳引輪(1-2)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)光桿傳動(dòng)繩輪(6-1、 6-2)同步旋轉(zhuǎn)；經(jīng)光桿(7-1、 7-2)下端軸向接通的抽油桿(8-1、 8-2)帶動(dòng) 井下螺桿泵(9-1、 9-2)旋轉(zhuǎn)，沿螺桿軸向連續(xù)均勻地采油。
參看圖2，由稀土永磁同步電機(jī)(1)主軸(1-1)與抽油機(jī)光桿(7-0)采 用連軸器(11)軸向?qū)?、主軸(1-1)朝下，通過(guò)抽油桿(8-0)驅(qū)動(dòng)螺桿泵 (9-0)旋轉(zhuǎn)采油，可直接控制單井采油，此外在主軸(卜l)增加套壓主驅(qū)動(dòng) 曳引輪(1-2)，在直接驅(qū)動(dòng)本井光桿(7-0)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，也同步驅(qū)動(dòng)柔性閉環(huán) 曳引鋼絲繩(5-1、 5-2、)所圈套的另外兩個(gè)井口的螺桿泵采油機(jī)井上光桿傳動(dòng) 繩輪(6-1、 6-2)帶動(dòng)光桿(7-1、 7-2、)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)永磁同步曳引機(jī)驅(qū)動(dòng) 三口油井同時(shí)采油。
圖中涉及的其它標(biāo)號(hào)說(shuō)明專(zhuān)業(yè)井口 (2-1)、密封盒(2-2)、抽油管(12)、 套管(13)、定位銷(xiāo)(14)、篩管(15)。
參看圖3，主驅(qū)動(dòng)曳引輪(1-2)經(jīng)柔性閉環(huán)鋼絲繩(5-1、 5-2、 5-3、 5-4、 5-5、 5-6)可圈套周?chē)鄠€(gè)油井光桿傳動(dòng)繩輪(6-1、 6-2、 6-3、 6-4、 6-5、 6-6)， 這種結(jié)構(gòu)的螺桿泵式采油機(jī)使一部稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)可驅(qū)動(dòng)多口井上光桿 (7-1、 7-2、 7-3、 7-4、 7-5、 7-6)同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多井同時(shí)同步采油，減少 設(shè)備投資，提高采油效率。閉環(huán)曳引鋼絲繩圈(5-1、 5-2、 5-3、 5-4、 5-5、 5-6) 與圈套的兩輪(1-2、 6-1、 6-2、 6-3、 6-4、 6-5、 6-6)間中設(shè)張力調(diào)節(jié)輪(IO-I、 10-2、 10-3、 10-4、 10-5、 10-6),調(diào)整鋼絲繩圈熱張冷縮帶來(lái)的長(zhǎng)度偏差。
權(quán)利要求1.一種永磁同步無(wú)齒輪驅(qū)動(dòng)螺桿泵式采油機(jī)包括稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)(1)、主軸(1-1)、主驅(qū)動(dòng)曳引輪(1-2)、電磁制動(dòng)器(1-3)、抱閘臂(1-4)、光電旋轉(zhuǎn)編碼器(1-5)、變頻控制器(3)、控制柜(4)、閉環(huán)鋼絲繩(5)、光桿傳動(dòng)繩輪(6)、光桿(7)、抽油桿(8)、螺桿泵(9)、張力調(diào)節(jié)輪(10)及專(zhuān)業(yè)井口系統(tǒng)構(gòu)成，其特征在于壓裝在稀土永磁同步電機(jī)(1)主軸(1-1)的主驅(qū)動(dòng)曳引輪(1-2)與光桿(7)上端部套裝的傳動(dòng)繩輪(6)用閉環(huán)曳引鋼絲繩(5)圈套柔性連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步無(wú)齒輪驅(qū)動(dòng)螺桿泵式采油機(jī)，其特征在 于閉環(huán)曳引鋼絲繩(5)與圈套的兩輪(1-2、 6)中設(shè)置張力調(diào)節(jié)輪(10)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步無(wú)齒輪驅(qū)動(dòng)螺桿泵式采油機(jī)，其特征在 于柔性閉環(huán)鋼絲繩(5-1、 5-2、 5-3、 5-4 、 5-5、 5-6)經(jīng)主驅(qū)動(dòng)曳引輪(1-2) 可圈套周?chē)鄠€(gè)油井光桿傳動(dòng)繩輪(6-1、 6-2、 6-3、 6-4、 6-5、 6-6)，驅(qū)動(dòng)多 口井上光桿(7-1、 7-2、 7-3、 7-4、 7-5、 7-6)同步旋轉(zhuǎn)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及永磁同步無(wú)齒輪驅(qū)動(dòng)螺桿泵式采油機(jī)。采用軸向直接傳動(dòng)或柔性閉環(huán)鋼絲繩徑向傳動(dòng)方式，由永磁同步電機(jī)主軸與抽油機(jī)光桿軸向?qū)?、通過(guò)抽油桿驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油，也可以曳引機(jī)主軸朝上，柔性閉環(huán)鋼絲繩徑向圈套主軸繩輪與光桿繩輪，接通抽油桿帶動(dòng)螺桿泵工作，控制多口井同時(shí)工作，本裝置控制系統(tǒng)采用的是轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝光電旋轉(zhuǎn)編碼器、采集轉(zhuǎn)速和角度信號(hào)，通過(guò)變頻控制器和可編程控制器PLC調(diào)整頻率、電壓、電流，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)、停車(chē)控制。本裝置具有節(jié)能、一臺(tái)永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)多口油井采油、效率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16H7/08GK201013573SQ200720031080
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月22日
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