鄭嚴(yán)

摘 要 天平游梁式抽油機(jī)是一種新型抽油機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁同步電動(dòng)機(jī)。抽油機(jī)的野外工作條件惡劣、負(fù)載變動(dòng)大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求較高。針對(duì)此情況，提出了永磁同步電動(dòng)機(jī)的選取原則，并對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況加以監(jiān)測(cè)和分析，得出永磁同步電動(dòng)機(jī)性能可靠、節(jié)能降耗的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 永磁同步電動(dòng)機(jī)；永磁體；品質(zhì)因數(shù)；效率

中圖分類(lèi)號(hào)：TE933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）07-0200-01

1 天平游梁式抽油機(jī)簡(jiǎn)介

游梁式抽油機(jī)在我國(guó)石油生產(chǎn)設(shè)備中占有絕對(duì)地位，約占機(jī)械采油井總數(shù)的90%。普通游梁式抽油機(jī)是把異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)減速箱降速后傳遞給曲柄連桿機(jī)構(gòu)，從而帶動(dòng)橫梁、驢頭和抽油桿做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成采油過(guò)程。要把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜅U的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，需要曲柄連桿機(jī)構(gòu)和井口裝置共同來(lái)完成，這樣勢(shì)必會(huì)增加生產(chǎn)成本且耗能較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，普通游梁式抽油機(jī)的總效率平均為30%；在油田生產(chǎn)過(guò)程中，電能消耗較大，約占生產(chǎn)成本的33%左右，其中有85%為抽油機(jī)所消耗的電能。因此，抽油機(jī)的節(jié)能降耗是目前亟待解決的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)多年的研究和創(chuàng)新，抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)形式發(fā)生了巨大的變化。天平游梁式抽油機(jī)取消了普通游梁式抽油機(jī)的齒輪減速結(jié)構(gòu)，用支架連接游梁和前后驢頭，利用工作驢頭和配重驢頭重量對(duì)稱(chēng)的平衡方式取代了普通游梁式抽油機(jī)的離心力平衡方式。天平游梁式抽油機(jī)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶把動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，使驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)繩移動(dòng)，從而帶動(dòng)抽油桿上下運(yùn)動(dòng)，完成采油過(guò)程。由于天平游梁式抽油機(jī)采用對(duì)稱(chēng)平衡方式，所以驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力只需要克服機(jī)械摩擦力即可，使得電動(dòng)機(jī)的輸出功率變小，效率得到提高。

2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的選取

基于天平游梁式抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用新型材料和加工工藝制造的特種電動(dòng)機(jī)—永磁同步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。由于抽油機(jī)的工作環(huán)境惡劣，載荷變化大，因此對(duì)抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能要求比較高。

2.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介

永磁同步電動(dòng)機(jī)主要由定子總成、轉(zhuǎn)子總成和機(jī)座三個(gè)部分組成。定子繞組為三組線(xiàn)圈，在定子鐵心上均勻分布，空間位置上相差120度角。定子繞組接通三相交流電后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子由永久磁體按一定對(duì)數(shù)組成，它在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，保證了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率保持同步。定子繞組外加電源頻率的大小可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，基于這一特點(diǎn)，使得抽油機(jī)的控制方式變得簡(jiǎn)單易行，可操作性強(qiáng)。天平游梁式抽油機(jī)可以根據(jù)油田生產(chǎn)實(shí)際，借助變頻器及控制技術(shù)任意調(diào)整永磁同步電動(dòng)機(jī)參數(shù)，改變電動(dòng)機(jī)的速度和出力，提高采收率。

2.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的選取原則

2.2.1 必須選用正規(guī)生產(chǎn)廠(chǎng)家的永磁體

永磁體是永磁同步電動(dòng)機(jī)的主要部件，在選擇時(shí)應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)。正規(guī)生產(chǎn)廠(chǎng)家的設(shè)備先進(jìn)，工藝標(biāo)準(zhǔn)高，產(chǎn)品質(zhì)量好，各項(xiàng)性能指標(biāo)可以長(zhǎng)期達(dá)標(biāo)。

2010年，工作人員對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。隨機(jī)抽取幾臺(tái)油田正常使用的永磁同步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電動(dòng)機(jī)中的永磁體進(jìn)行剩磁、磁感矯頑力等參數(shù)的檢測(cè)，所檢測(cè)的永磁體全部達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。這充分說(shuō)明，經(jīng)過(guò)多年的使用，永磁同步電動(dòng)機(jī)的永磁體基本沒(méi)有退磁，性能穩(wěn)定可靠。因此，選擇正規(guī)廠(chǎng)家生產(chǎn)的永磁體，可以提高永磁同步電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

2.2.2 適當(dāng)加大永磁同步電動(dòng)機(jī)的軸徑和軸承

作為抽油機(jī)的動(dòng)力裝置，永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能必須符合抽油機(jī)的工作要求。由于井下抽油桿和油柱的重量較大，抽油機(jī)最顯著特點(diǎn)是工作負(fù)載大，這樣會(huì)使永磁同步電動(dòng)機(jī)上轉(zhuǎn)軸和軸承的故障率明顯升高。例如：功率為30 kW的永磁同步電動(dòng)機(jī)，它的轉(zhuǎn)軸直徑為60 mm，所用軸承為2313；可以與之替代的異步電動(dòng)機(jī)功率為55 kW，轉(zhuǎn)軸直徑為75 mm，所用軸承為2314～2317。通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出，要滿(mǎn)足抽油機(jī)的使用要求，就應(yīng)該將永磁同步電動(dòng)機(jī)的軸徑和軸承適當(dāng)加大1-2個(gè)規(guī)格。

2.2.3 用品質(zhì)因數(shù)評(píng)價(jià)永磁同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能

永磁同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)越大，抽油機(jī)在選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，可以選擇額定功率相對(duì)較低的電動(dòng)機(jī)，這樣在提高負(fù)載率的同時(shí)，降低了成本。但是，在抽油機(jī)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常會(huì)在嚴(yán)重欠壓的情況下啟動(dòng)，因此，要想合理、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)永磁同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能，只考慮啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)是不科學(xué)的，還應(yīng)當(dāng)考慮啟動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響。綜合考慮，引用品質(zhì)因數(shù)來(lái)評(píng)定電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能會(huì)更加合理，品質(zhì)因數(shù)越大則電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能越好。

3 永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用效果分析

在油田生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)天平游梁式抽油機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和指標(biāo)，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的使用壽命及節(jié)能效果進(jìn)行分析。

3.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能效果

2012年，對(duì)350口抽油機(jī)井的永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，大部分永磁同步電動(dòng)機(jī)呈容性，平均功率因數(shù)大于0.9，累計(jì)節(jié)約電量746萬(wàn)度，綜合節(jié)電10%～30%。

3.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的故障率

2012年底，對(duì)350口抽油機(jī)井的永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有325臺(tái)電動(dòng)機(jī)能夠正常運(yùn)行，25臺(tái)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)故障。25臺(tái)故障電機(jī)中有6臺(tái)是轉(zhuǎn)軸斷裂，16臺(tái)是軸承損壞，2臺(tái)是定子線(xiàn)圈燒毀，1臺(tái)是永磁體退磁。永磁同步電動(dòng)機(jī)的年平均故障率為7%，明顯低于異步電動(dòng)機(jī)的年平均故障率8%，能適應(yīng)油田生產(chǎn)的惡劣環(huán)境，可逐步替代異步電動(dòng)機(jī)。

4 結(jié)束語(yǔ)

天平游梁式抽油機(jī)是采油機(jī)械設(shè)備的一個(gè)新突破，作為抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)可靠、性能穩(wěn)定、高效節(jié)能等特點(diǎn)會(huì)被更多的研究者所關(guān)注。隨著高性能材料與高科技工藝的研發(fā)，會(huì)使抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能得到完善和改進(jìn)，繼而優(yōu)化抽油機(jī)的性能，提高油田生產(chǎn)效率。

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