本發(fā)明涉及油田油井采油設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及抽油機(jī)雙電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置。

背景技術(shù)：

1、抽油機(jī)是油田主要的機(jī)采設(shè)備，由于抽油機(jī)具有自身的機(jī)械平衡裝置和周期脈動(dòng)的負(fù)載特性，所以要求電動(dòng)機(jī)具有高啟動(dòng)扭矩，才能保證抽油機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下啟動(dòng)起來(lái)，鑒于抽油機(jī)負(fù)載的特殊性，為保證采油生產(chǎn)的順利進(jìn)行，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的選配一般是以最大扭矩為參考值。同時(shí)抽油機(jī)無(wú)法通過(guò)降低負(fù)載力矩，使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)輕載啟動(dòng)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)5-7倍的啟動(dòng)電流時(shí)間延長(zhǎng)，影響電動(dòng)機(jī)使用壽命。綜上所述，只能將電動(dòng)機(jī)額定功率選的很大(一般為2-3倍)，當(dāng)抽油機(jī)啟動(dòng)后正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載下降，電動(dòng)機(jī)在輕載下工作，抽油機(jī)正常運(yùn)行的平均扭矩一般不超過(guò)最大扭矩的三分之一，大部分抽油機(jī)的負(fù)載率20％-30％之間，最高也不會(huì)超過(guò)50％，形成“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象，造成電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)和效率急劇下降，有測(cè)試數(shù)據(jù)表明抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)效率多在40％-60％、功率因數(shù)在0.2-0.5之間，造成損耗嚴(yán)重。

2、抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)常用的節(jié)能方式主要有：利用高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)力矩大，降低抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的配備功率；利用永磁電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)力矩大、電機(jī)效率高，降低抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的配備功率，提高抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率；利用變頻器能夠降低抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，降低抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的配備功率。但以上技術(shù)均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)：高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩大，但與同規(guī)格、同功率電動(dòng)機(jī)相比，銅損、鐵損增加；永磁電動(dòng)機(jī)體型小、啟動(dòng)力矩大、運(yùn)行效率高，但價(jià)格較貴、受熱、震動(dòng)、長(zhǎng)期運(yùn)行，容易退磁，形成惡性循環(huán)，造成永磁電動(dòng)機(jī)損毀；變頻器能夠降低啟動(dòng)電流，也降低了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩(抽油機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載)，能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機(jī)沖次的方便調(diào)整，但經(jīng)過(guò)交-直-交的電壓電流轉(zhuǎn)換，使其本身也是能耗設(shè)備，且濾波功能不強(qiáng)時(shí)，大量使用，高頻諧波會(huì)增加電網(wǎng)污染。這些節(jié)能方式只是一定程度上降低了電動(dòng)機(jī)的配備功率，沒(méi)有從根本上解決抽油機(jī)“大馬拉小車(chē)”的問(wèn)題，而且一些技術(shù)還是以增加電動(dòng)機(jī)銅損、鐵損，以及降低機(jī)械特性的硬度為代價(jià)，所以節(jié)能效果并不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)各種常用節(jié)能技術(shù)的不足。本次發(fā)明提供了抽油機(jī)雙電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置，將一臺(tái)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)需要兼顧啟動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)，均難以達(dá)到最佳的情況，采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別負(fù)責(zé)抽油機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)，以提高抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行負(fù)載率和運(yùn)行效率。

2、本次發(fā)明的技術(shù)路線是：

3、一是分析抽油機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行狀態(tài)。抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)都是帶載啟動(dòng)，每次啟動(dòng)時(shí)抽油機(jī)都要從上下沖程的死點(diǎn)，即最大負(fù)荷扭矩處開(kāi)始啟動(dòng)，同時(shí)抽油機(jī)系統(tǒng)慣量大，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，客觀上要求電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能好；抽油機(jī)運(yùn)行中，受砂卡、蠟卡、垢卡、黏滯、氣體、振動(dòng)、漏失等因素影響，負(fù)載呈現(xiàn)為一種沖擊性的周期交變負(fù)載，在一個(gè)周期內(nèi)波動(dòng)大，造成曲柄軸凈扭矩曲線的不規(guī)則性和較大的波動(dòng)性，尤其是砂卡、蠟卡、垢卡，使抽油機(jī)負(fù)荷急劇增加。抽油機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)是啟動(dòng)電流大，運(yùn)行時(shí)間短；砂卡、蠟卡、垢卡等因素造成抽油機(jī)負(fù)載急劇增加，可以通過(guò)各種治理手段，降低此種情況的發(fā)生幾率；黏滯、氣體、振動(dòng)、漏失等因素造成的抽油機(jī)負(fù)載波動(dòng)，負(fù)載波動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，是抽油機(jī)運(yùn)行的主要狀態(tài)。

4、二是分析抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的配備原則。一般三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩是額定力矩的1-1.2倍，最大力矩是額定力矩的1.8-2.3倍，啟動(dòng)電流是額定電流的5-7倍。電動(dòng)機(jī)一般采用輕載啟動(dòng)，以減少啟動(dòng)電流時(shí)間，額定載荷運(yùn)行，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率和功率因數(shù)都處于較優(yōu)狀態(tài)。而抽油機(jī)是恒扭矩負(fù)載，無(wú)法實(shí)現(xiàn)輕載啟動(dòng)，采用電動(dòng)機(jī)額定功率的一般配備原則，將使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，啟動(dòng)電流運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，容易造成電動(dòng)機(jī)絕緣損傷，影響電動(dòng)機(jī)使用壽命。因此，只能通過(guò)增加電動(dòng)機(jī)的配備功率，一方面增加電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)力矩，另一方面相當(dāng)于降低了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流(額定功率電動(dòng)機(jī)額定電流的5-7倍，相當(dāng)于高配備功率電動(dòng)機(jī)的2-3倍)，從而造成抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)配備的“大馬拉小車(chē)”，成為抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)配備的普遍現(xiàn)象，使抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率很低。

5、本次發(fā)明的技術(shù)方案是：

6、分析抽油機(jī)的運(yùn)行，可以得到三種狀態(tài)：一是啟動(dòng)狀態(tài)，二是正常運(yùn)行狀態(tài)，三是砂卡、蠟卡、垢卡等因素造成負(fù)載急劇增加的非正常生產(chǎn)狀態(tài)，而正常生產(chǎn)狀態(tài)是抽油機(jī)長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)匹配只能為了滿(mǎn)足瞬間啟動(dòng)需求，以犧牲電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期高效運(yùn)行為代價(jià)。常規(guī)采用的各種抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)，主要是盡量降低抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的匹配功率進(jìn)行節(jié)能，節(jié)能測(cè)試效果很好，但應(yīng)對(duì)井況變化能力較弱。為此，可以采用雙電機(jī)處理，即起動(dòng)電動(dòng)機(jī)只負(fù)責(zé)抽油機(jī)啟動(dòng)和載荷急劇增加狀態(tài)的運(yùn)行，由于是短期運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)功率可以高配，運(yùn)行能耗并不高；運(yùn)行電動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)日常狀態(tài)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)功率最佳匹配，提高長(zhǎng)期運(yùn)行的效率，從而在不影響抽油機(jī)啟動(dòng)和非正常生產(chǎn)狀態(tài)應(yīng)對(duì)的前提下，達(dá)到抽油機(jī)的最佳節(jié)能運(yùn)行效果。

7、本次發(fā)明的抽油機(jī)雙電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置，包括起動(dòng)電動(dòng)機(jī)、運(yùn)行電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)控制柜、減速機(jī)構(gòu)和抽油機(jī)；電動(dòng)機(jī)控制柜控制起動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)抽油機(jī)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；運(yùn)行設(shè)定時(shí)間后，電動(dòng)機(jī)控制柜控制運(yùn)行電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止，運(yùn)行電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)抽油機(jī)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

8、起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和運(yùn)行電動(dòng)機(jī)安裝在減速機(jī)構(gòu)兩側(cè)；起動(dòng)電動(dòng)機(jī)按照抽油機(jī)規(guī)格型號(hào)的啟動(dòng)功率配備；運(yùn)行電動(dòng)機(jī)按照抽油機(jī)規(guī)格型號(hào)的運(yùn)行功率配備。

9、電動(dòng)機(jī)控制柜具有起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、過(guò)載、缺相、堵轉(zhuǎn)、短路、過(guò)壓、欠壓、漏電等相關(guān)的操作、保護(hù)功能。

10、電動(dòng)機(jī)控制柜分別配備起動(dòng)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償電容和運(yùn)行電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償電容。

11、起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和運(yùn)行電動(dòng)機(jī)配備有三種簡(jiǎn)化方式：第一種是起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和運(yùn)行電動(dòng)機(jī)一體化設(shè)計(jì)、制造的雙功率電動(dòng)機(jī)；第二種是改變磁極對(duì)數(shù)的雙速電動(dòng)機(jī)；第三種是丫一δ電動(dòng)機(jī)；高功率接線作為起動(dòng)電動(dòng)機(jī)使用，低功率接線作為運(yùn)行電動(dòng)機(jī)使用。

12、電動(dòng)機(jī)控制柜控制起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，包括以下步驟：

13、步驟1)電動(dòng)機(jī)控制柜按下啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)抽油機(jī)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

14、步驟2)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行設(shè)定時(shí)間后，電機(jī)控制柜啟動(dòng)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)；

15、步驟3)電機(jī)控制柜停止起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)抽油機(jī)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

16、步驟4)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流超過(guò)設(shè)定值后，電動(dòng)機(jī)控制柜停止運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)抽油機(jī)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

17、步驟5)重復(fù)步驟2)、步驟3)和步驟4)；

18、步驟6)電動(dòng)機(jī)控制柜發(fā)出井況發(fā)生變化提示報(bào)警；

19、步驟7)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)發(fā)生缺相、短路、過(guò)壓、欠壓、漏電、三相不平衡時(shí)，電動(dòng)機(jī)控制柜停止運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)抽油機(jī)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

20、步驟8)電動(dòng)機(jī)控制柜發(fā)出運(yùn)行電動(dòng)機(jī)故障提示報(bào)警；

21、步驟9)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)載、缺相、堵轉(zhuǎn)、短路、過(guò)壓、欠壓、漏電、三相不平衡時(shí)，電動(dòng)機(jī)控制柜停止起動(dòng)電動(dòng)機(jī)；

22、步驟10)電動(dòng)機(jī)控制柜發(fā)出起動(dòng)電動(dòng)機(jī)故障提示報(bào)警；

23、步驟11)電動(dòng)機(jī)控制柜按下停止按鈕，停止正在運(yùn)行的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)或運(yùn)行電動(dòng)機(jī)。

24、電動(dòng)機(jī)控制柜控制步驟的實(shí)現(xiàn)方式有三種：第一種是采用多種繼電器控制電路實(shí)現(xiàn)：第二種是采用plc控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；第三種是采用單板計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

25、電動(dòng)機(jī)控制柜控制步驟三種實(shí)現(xiàn)方式，均具有起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和運(yùn)行電動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、報(bào)警狀態(tài)遠(yuǎn)程傳輸接口，電動(dòng)機(jī)控制柜遠(yuǎn)程啟、停接口。

26、與現(xiàn)有抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)相比，本發(fā)明所述的抽油機(jī)雙電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

27、抽油機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)分別配電動(dòng)機(jī)，既可以滿(mǎn)足抽油機(jī)的啟動(dòng)和蠟卡、砂卡、垢卡等非正常生產(chǎn)狀態(tài)對(duì)電動(dòng)機(jī)高扭矩的需求，又能滿(mǎn)足長(zhǎng)期的高效運(yùn)行。

28、原抽油機(jī)系統(tǒng)只增加一臺(tái)小功率運(yùn)行電動(dòng)機(jī)和相應(yīng)的控制電路，技術(shù)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，對(duì)于沖次調(diào)整頻繁的抽油機(jī)，小功率運(yùn)行電動(dòng)機(jī)可以配備相應(yīng)的變頻器，方便沖次調(diào)整。

29、一臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行、另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)無(wú)電旋轉(zhuǎn)，防止長(zhǎng)期靜止，電動(dòng)機(jī)軸受重力影響變形。

30、運(yùn)行電動(dòng)機(jī)無(wú)法單獨(dú)起動(dòng)，減少了損壞幾率，且運(yùn)行電動(dòng)機(jī)損壞或拆除，不影響抽油機(jī)原有的運(yùn)行方式。

31、與高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)相比，運(yùn)行電動(dòng)機(jī)配備功率低、運(yùn)行效率高；起動(dòng)電動(dòng)機(jī)配備功率高，適應(yīng)能力強(qiáng)。

32、與變頻器控制電動(dòng)機(jī)相比，運(yùn)行電動(dòng)機(jī)配備功率低，減少了變頻器耗能環(huán)節(jié)，減少了高頻諧波的干擾；起動(dòng)電動(dòng)機(jī)配備功率高，適應(yīng)能力強(qiáng)。

33、適用范圍廣，適用于游梁式、塔架式等各種類(lèi)型的抽油機(jī)；起動(dòng)電動(dòng)機(jī)、運(yùn)行電動(dòng)機(jī)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求情況、經(jīng)濟(jì)成本情況，分別選用各種類(lèi)型電動(dòng)機(jī)，使抽油機(jī)的起動(dòng)和運(yùn)行最優(yōu)。

34、本次發(fā)明提供了抽油機(jī)雙電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置，原理簡(jiǎn)單、安裝快捷、維修管理方便、運(yùn)行能耗低、故障率低，節(jié)能效果明顯。同時(shí)沒(méi)有增加新型設(shè)備(如變頻器、永磁電機(jī)等)，無(wú)論是日常操作和維修、管理都與原有操作和技術(shù)要求兼容。將有效解決游梁式、塔架式等各種抽油機(jī)“大馬拉小車(chē)”老大難問(wèn)題，使各類(lèi)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期高效運(yùn)行，又能很好滿(mǎn)足起動(dòng)狀態(tài)和井況發(fā)生變化造成扭矩加大的短期運(yùn)行。