直线电机驱动抽油机的试验研究

收稿日期:2005 01 24

作者简介:郭公喜(1942 ),男,安徽萧县人,高级工程师,1967年毕业于北京石油学院矿机专业,现从事采油设备的研究

工作。

文章编号:1001 3482(2005)04 0017 04

直线电机驱动抽油机的试验研究

郭公喜1

,叶志强1

,李为民1

,田原宇

2

(1.山东德达石油技术有限公司,山东东营257091;2.山东科技大学,山东济南250000)

摘要:研制了1台推力为500N 的圆筒型直线电驱动的抽油机样机。以此来试验研究圆筒形直线电机在抽油机

上的工作特性及其控制系统、电机的固定与调整、抽油机的配重与平衡、刹车与扶正等。提出了研制各型直线电机驱动抽油机的可行性及在工业试验中需要继续完善的问题。

关键词:抽油机;直线电机;驱动;试验;研究

中图分类号:T E933

107 文献标识码:A Study on the new pumping unit driven by linear motor

GUO Gong x i 1,YE Zhi qiang 1,LI Wei min 1,TIAN Yuan yu 2

(1.Shandong D eda P etr oleum T echnology Co.L td.,D ongy ing 257091,China;

2.Shandong Uni vers ity of T echnology ,J inan 250000,China )

Abstract:A new pumping unit is developed w hich is dr iv en by cy linder linear mo tor of 500N pow er.By the new pumping unit,many peculiar ities of cy linder linear motor are studied in the pum ping unit.These peculiarities involve the w orking peculiarity and fix ture and adjustment of linear mo to r and the control sys tem and balancing w eigh and stopping and alig ning of pumping unit,et al.T he feasibilities of various pum ping units driven by linear motor are ex po unded and the pum ping unit driven by linear m otor is to be in prov ed in industry exper im ent.

Key words:pum ping unit;linear motor;drive;ex perim ent;r esar ch 要把直线电机用在抽油机上,有许多技术问题需要解决。山东德达石油技术有限公司经过3a 多的不懈努力,研制出了不同推力圆筒形直线电机的试验样机,从而解决了实际中的许多技术问题

[1]

。1 试验样机的主要结构与参数

试验样机的主要结构均按照工业用抽油机的要求进行研究设计。试验样机的主要组成如图1。 a) 电机 电机为圆筒形直线电机,额定工作电压380V 、额定推力0 5kN 、峰值推力1 3kN 。

b) 机架及底座 均按可用于工业生产的抽油机结构设计,可拆装、可折叠。

c) 配重与平衡 为了便于试验,用重物代替抽油泵,重物质量可调,重物与电机初级在质量上基

本平衡。重物一侧的质量大于电机初级约2kg ,在克服摩擦力的情况下,向重物一侧自由下落。

d) 冲次 在控制系统中,冲次可实现0~4min -1,无级调节,考虑到实际使用,调整为0~2min

-1

。

e) 冲程 针对试验,冲程设计为800mm,虽可无级调节,但行程较短,试验时,调节范围较小。

f) 电机的安装与调整 电机的初级是抽油机的动力,也是抽油机配重箱的组成部分。电机初级运行时的防震器、刹车系统、扶正系统、电机初级与次级之间的固定装置(运输时),都要安装在电机的初级上。为此申报了实用新型专利(申请号:200420041118.0)。

电机的初级和次级及配重箱是要一起吊装到抽

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油机机架上的。因此,电机次级的安装、定位、调节很重要。为此研制了专门的安装调节机构,并申请了实用新型专利(申请号:200420041117.6)。

g) 控制系统 软启动+PLC,也可自动调节,也可手动调节。设定参数后,

可自动运行。

1 电机次级下部固定与调节装置;

2 下部传感器;

3 光杆卡子及光杆;

4 机架;

5 柔性联接系统;

6 上部传感器;

7 天轮系统;

8 电机次级上部固定与调节装置;

9 电机次级;10 上部减震器及刹车系统;11 电机初级及配重;12 下部减震器

图1 直线电机抽油机结构示意

2 圆筒形直线电机的主要结构与参数

2.1 圆筒形直线电机的优点

a) 圆筒形直线电机的初级和次级不存在绕组端部,这就提高了绕组的利用率,也不存在横向边缘效应。

b) 圆筒形直线电机只有两端有漏磁现象,间隙较小,便于防尘。

c) 电机的初级与抽油机的配重箱组成一体,既方便,又节约配重料。

2.2 圆筒形直线电机的结构与工艺

对电机初级内外均进行绝缘、防腐处理。电机次级以无缝钢管为基体,表面复合一层1~2mm 的复合材料,复合技术要求较高,制造工艺较复杂(有多种制造方案)。因电机初级与次级之间的间隙为2~4mm,在实际使用中,次级长为9~10m 。次级外径较大( 219~ 470mm ),对次级的直线度、圆柱

度有较高要求,在设计、加工电机初级和次级时,对机械加工工艺有较高的要求。

2.3 圆筒形直线电机安装要求

直线电机次级的轴线应与抽油机底座的水平面垂直,其垂直度应小于0.1mm/m 。

2.4 两种推力的圆筒形直线电机主要技术参数(如

表1)

表1 两种直线电机的主要技术参数

抽油机机型额定推力F /kN 峰值推力F f /kN 额定同步速度v /m s -1

运行速度v 1/m s -1

空载速度v 2/m s -1

实际间隙 /mm 额定工作电压V /V 额定工作电流I /A 试验0 51 3113538030

14型

40

90

3

3

6

3

3000

3 机械部分设计要点

a) 天轮机构 在直线电机驱动的抽油机上,天轮机构的设计与现用的天轮机构不同。如图2,

该机构是借用石油钻机天车结构,天轮支在滚动轴承上,工作时,只有天轮和轴承外圈转动,减少了转动惯量和摩擦力,而且便于拆装和维修。

b) 主机架和大小底座 主机架与大小底座用型钢组焊而成,结构简单,便于加工制造。且主机架与大、小底座均用转轴和螺栓联接,可以方便拆装、折叠,

便于运输。

1 压盖;

2 轴承;

3 轴;

4 天轮;

5 天轮支架

图2 天轮机构示意

以试验样机为例,总高为2200mm,总宽为

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