永磁同步无齿轮驱动螺杆泵式采油机制造技术

本实用新型专利技术涉及永磁同步无齿轮驱动螺杆泵式采油机。采用轴向直接传动或柔性闭环钢丝绳径向传动方式，由永磁同步电机主轴与抽油机光杆轴向对接、通过抽油杆驱动螺杆泵采油，也可以曳引机主轴朝上，柔性闭环钢丝绳径向圈套主轴绳轮与光杆绳轮，接通抽油杆带动螺杆泵工作，控制多口井同时工作，本装置控制系统采用的是转动轴安装光电旋转编码器、采集转速和角度信号，通过变频控制器和可编程控制器ＰＬＣ调整频率、电压、电流，实现转速、启动、停车控制。本装置具有节能、一台永磁电机驱动多口油井采油、效率高、使用寿命长等优点。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于油田采油设备，是一种用于油田地面抽汲原油的永磁同步 无齿轮驱动螺杆泵式采油设备。
技术介绍
油田螺杆泵式采油机是利用螺杆的回转来吸排液体的，由于螺杆的相互啮 合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，就会被分隔成 一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不 断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排 出端，将封闭在各空间中的液体不断排出，犹如一螺母在螺纹回转时被不断向 前推进，它是利用螺杆齿合原理，依靠旋转的螺杆在泵套内相互啮合，把被输送 的介质封闭在齿合腔内，沿螺杆轴向连续匀速地推至排出口，螺杆泵的流量与 转速成线性关系，相对于低转速的螺杆泵，髙转速的螺杆泵虽然能增加了流量 和扬程，但功率明显增大，高转速加速了转子与定子间的磨耗，必定使螺杆泵 过早失效，而且高转速螺杆泵的定转子长度很短，极易磨损，因而縮短了螺杆泵的使用寿命。实践经验转速保持在300转/分转以下较为合理的范围内，与高 速运转的螺杆泵相比，使用寿命能延长几倍。在现有的技术中，通过减速机或液压传动机构来降低转速，电动机拖动减 速机的调速方式，将每分钟几千转的电机通过变速齿轮箱，使输出转速为300 转/分转以下，齿轮啮合存在机械损耗，降低传动效率，需经常性更换易损件和 清理更换润滑油，增加维护成本和维修保养费用，也影响整机使用寿命。公 开的一种液压传动螺杆泵采油机专利，使用了包括电机、油泵、油箱、调压阀、 高压阀、压力表等、动力进油管、油压马达，在压力表下连接动力进油管，动 力进油管下面与油压马达相连，油压马达回油管与油箱相连，油压马达通过连 轴器与螺杆连接，螺杆与泵壳共轭连接，该技术结构件多，运动件多，因此， 安装使用不便、维护保养频繁。上述技术都没有刹车制动系统，没有无级调速 功能，给实际使用带来不便。
技术实现思路
本技术为解决上述技术之不足，采用的技术手段包括稀土永磁同步电 动机、主轴、主驱动曳引轮、电磁制动器、抱闸臂、光电旋转编码器、变频控 制器、控制柜、闭环钢丝绳、光杆传动绳轮、光杆、抽油杆、螺杆泵、张力调 节轮构成及专业井口系统构成，压装在稀土永磁同步电机主轴的主驱动曳引轮 与光杆上端部套装的传动绳轮，用闭环曳引钢丝绳圈套柔性连接，闭环曳引钢丝绳与圈套的两轮中设置张力调节轮，调整钢丝绳圈热张冷縮带来的长度偏差， 柔性闭环钢丝绳经主驱动曳引轮可圈套周围多个油井光杆传动绳轮，驱动多口 井上光杆同步旋转，使井下光杆连接的螺杆泵旋转，该技术达到的有益效果是 安装简单，起动、调速、停机方便，既解决了齿轮箱齿轮啮合的机械损耗问题 也解决了液压驱动方式的漏油定期更换油及高昂而繁琐的价格和安装检修复杂 问题，是一种简单、高效、节能、免维护、低成本，可同时同步驱动单井或多 口井下螺杆泵旋转的采油的设备。 本技术的目的是这样实现的本技术的目的所采用的技术方案改变了现有的螺杆泵采油机的驱动方 式及控制方式，既在原电机驱动的结构中舍弃了齿轮变速箱、避开了液压驱动 结构存在油压马达、油箱、高压油阀易漏油、机构复杂、安装检修繁琐问题， 它的主要特点是驱动系统采用稀土永磁同步电动机直接驱动光杆传动轮通过 抽油杆带动螺杆泵旋转，同步电机主轴上的主驱动曳引轮与光杆传动绳轮采用 闭环曳引钢丝绳圈柔性连接，闭环曳引钢丝绳圈与圈套的两轮中设张力调节轮， 调整闭环曳引钢丝绳圈因热张冷縮带来的长度偏差，同步电机通过驱动主驱动 曳引轮提供原动力，柔性钢丝绳经主驱动曳引轮柔性连接油井的地面光杆传动 绳轮，可分别圈套多口井的光杆传动绳轮，光杆下端轴向接通抽油杆，带动井 下螺杆泵工作，实现一机驱动多口井上光杆同步旋转，电磁制动器、抱闸装置 与永磁同步电机装配为整体，组成动力执行系统，光电旋转编码器、变频控制 器、控制柜连接，组成信号处理和控制系统，本技术控制系统采用的是电 机转动轴安装光电旋转编码器，变频控制器采集光电旋转编码器提供转速和角 位移的脉冲信号，进行行程检测及制动信号反馈，通过变频控制器和可编程控 制器PLC的控制柜调整频率、电压、电流，实现对稀土永磁同步电动机输出转 矩、转速、启动、停机动作的控制，完成启动、正反转、无级调速、正常连续 工作、停机等功能。按照上述方案制成的永磁同步无齿轮驱动螺杆泵式采油机，由于采用了永 磁同步无齿轮曳引驱动技术，直接驱动油井地面上的光杆旋转轮旋转，舍弃了 齿轮减速机，采用了现已成熟的永磁同步曳引变频控制技术，保证了螺杆泵式 采油机动作控制的精确度，降低能耗，实现无级调速，减少设备重量，降低制 造成本，而且易于控制，操作安装维修简单。附图说明图1仰卧立轴式径向绳轮双井传动结构示意图 图2轴径向复合式三井传动结构示意图 图3多井连接同步驱动俯视平面示意图以下结合附图l、 2、 3对本技术的实施作进一步说明。具体实施方式参看图l，本技术的结构包括稀土永磁同步电动机(1)、主轴(l-l)、 主驱动曳引轮(1-2)、电磁制动器(1-3)、抱间臂(1-4)、光电旋转编码器(1-5)、 控制柜(3)、变频控制器(4)、闭环钢丝绳(5)、光杆传动绳轮(6)、光杆(7)、 抽油杆(8)、螺杆泵(9)、张力调节轮(10)、及专业井口油井系统构成，稀土 永磁同步电机(1)仰卧固定在支架平面上，主轴(1-1)垂直向上，主驱动曳 引轮(1-2)与永磁同步电机主轴(1-1)压装一体，安装在两口油井地面上光 杆(7-1、 7-2)的中间，电磁制动器(1-3)抱闸臂(1-4)分别装在稀土永磁 同步电动机(1)的两侧，光电旋转编码器(1-5)装在稀土永磁同步电动机(1) 主轴(1-l)的一端，组成一个整体，电梯行业称之为永磁同步无齿轮曳引机，提 供启动制动转速动力，构成动力系统，该系统与变频控制器(4)连接，变频控 制器(4)安装在带有PLC的控制柜(3)内，构成电气控制系统，光杆(7-1、 7-2)上端部套装有传动绳轮(6-1、 6-2);柔性闭环钢丝绳(5-1、 5-2)径向 将主驱动曳引轮(1-2)和光杆传动绳轮(6-1、 6-2)圈套柔性连接；稀土永磁 同步电动机(1)提供主驱动曳引轮(1-2)的旋转动力，驱动光杆传动绳轮(6-1、 6-2)同步旋转；经光杆(7-1、 7-2)下端轴向接通的抽油杆(8-1、 8-2)带动 井下螺杆泵(9-1、 9-2)旋转，沿螺杆轴向连续均匀地采油。参看图2，由稀土永磁同步电机(1)主轴(1-1)与抽油机光杆(7-0)采 用连轴器(11)轴向对接、主轴(1-1)朝下，通过抽油杆(8-0)驱动螺杆泵 (9-0)旋转采油，可直接控制单井采油，此外在主轴(卜l)增加套压主驱动 曳引轮(1-2)，在直接驱动本井光杆(7-0)旋转的同时，也同步驱动柔性闭环 曳引钢丝绳(5-1、 5-2、)所圈套的另外两个井口的螺杆泵采油机井上光杆传动 绳轮(6-1、 6-2)带动光杆(7-1、 7-2、)旋转，实现一台永磁同步曳引机驱动 三口油井同时采油。图中涉及的其它标号说明专业井口 (2-1)、密封盒(2-2)、抽油管(12)、 套管(13)、定位销(14)、筛管(15)。参看图3，主驱动曳引轮(1-2)经柔性闭环钢丝绳(5-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步无齿轮驱动螺杆泵式采油机包括稀土永磁同步电动机（１）、主轴（１－１）、主驱动曳引轮（１－２）、电磁制动器（１－３）、抱闸臂（１－４）、光电旋转编码器（１－５）、变频控制器（３）、控制柜（４）、闭环钢丝绳（５）、光杆传动绳轮（６）、光杆（７）、抽油杆（８）、螺杆泵（９）、张力调节轮（１０）及专业井口系统构成，其特征在于：压装在稀土永磁同步电机（１）主轴（１－１）的主驱动曳引轮（１－２）与光杆（７）上端部套装的传动绳轮（６）用闭环曳引钢丝绳（５）圈套柔性连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔钢都，崔悦，
申请(专利权)人：崔钢都，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]