螺杆泵电机直驱装置的试验与应用

摘要：介绍了螺杆泵地面电机直驱装置的结构和工作原理，阐述了直驱装置的技术特点和优势，同时指出该技术存在的不足。应用表明，直驱装置运转更加稳定，有功节电率达24.9%，系统效率提高9.41个百分点。

关键词：螺杆泵；永磁电机；地面驱动装置

中图分类号：TM6文献标识码： A

螺杆泵电机直驱装置是2006年在油田开始应用的新技术，该装置取消了减速箱和皮带传动系统，具有结构简单、体积小巧的特点。采用直流无刷永磁电机驱动[1]，实现了对杆柱的大力矩变速驱动。具有软启、软停功能，有利于保护杆柱及井口设备。现场应用表明，设备运转平稳，能够满足生产的需要。与某厂使用的常规螺杆泵驱动装置对比，电机直驱装置在节能、维护、管理等方面都有明显的优势。

1 电机直驱装置的结构及工作原理

1.1 结构

电机直驱装置主要由1光杆；2方卡；3机械密封机构；4直驱电机；5轴承箱；6卡持密封机构；7出油口；8支架等部分组成。其中电机采用直流永磁电机，实现对负载的大力矩变速驱动；轴承箱位于电机下端盖上，承载螺杆泵井杆柱和液柱重量；机械密封装置在空心轴上部，密封光杆和空心轴空间；电机下端的卡瓦封井器在正常生产时打开，在作业及维护设备时用于卸载荷和密封井口。

图1 直驱装置结构示意图

1.2工作原理

螺杆泵井的抽油杆直接穿过电机空心轴，并通过方卡子与空心轴连接，直接传递电机转矩，带动螺杆泵工作。电网的交流电经控制器转变为电压可调的直流电供给电机，电机采用三相无刷直流永磁电机，该系统包括电机、传感器和驱动器三个部分，传感器提供转子位置信号，驱动器根据转子位置向电机提供最合适的驱动电流，电机则可以实现对负载的大力矩变速驱动。反转控制采用电气能耗制动方式，即当电机断电时，电机与制动电路连接，电机反转产生的电能消耗在制动电阻上，实现软制动。

2 现场应用

2.1 应用情况

2008年6月，在A和B井上试验应用2套HXZQ-600型螺杆泵电机直驱装置，这2口井的井下泵为KGLB300型泵。应用表明：新装置运转平稳，调参时通过调整电控箱频率即可实现对转速的微调。对比前后生产数据，转速、日产液稳定条件下，电流分别由15A和12A下降到了7A和5A，综合节电率分别为19.9%和28.6%，系统效率分别上升了10.2和4.9个百分点，目前已正常运转160d。见表1。

表1 A、B两口井应用电机直驱装置生产情况对比表

2.2 电机直驱装置特点

通过现场试验，与常规驱动装置对比，电机直驱装置主要具有以下特点：

（1）节能效果明显。普通异步电机在额定负荷下电机效率一般在0.85左右，而直流永磁电机在50%以上负荷时效率可达到0.95以上。另外，皮带、减速器机械传动部件的取消减少了约20%左右的功率损失，现场试验表明，有功节电率达到24.9%，单井系统效率提高9.41个百分点。

（2）设备运转更加平稳。常规驱动装置为偏置式结构，不利于高井口、高转速条件下运转，而直驱装置重心位于空心轴轴线，运转更稳定。直驱装置控制系统具备软启动和软停机功能，特别是停机后采用电机反转产生的电能进行制动，可以自动把抽油杆积存的扭矩释放，减小了启机时冲击载荷对抽油杆的影响。

（3）维护费用降低。普通驱动装置需要对皮带、减速箱等易损件维护及每年更换2次齿轮油，而螺杆泵直驱装置只需对电机和机械密封部件进行维护，年减少单井维护费用2000元左右。

（4）方便日常管理。直驱装置结构简单，无齿轮、皮带等机械传扭系统，日常管理中只需检查机械密封和电机等运动部件。由于电机直驱装置应用时间较短，还存在一些需要完善之处：一是受电机输出扭矩的限制，目前该装置只能配套应用500型以下的螺杆泵；二是直驱装置电机的降温方式为自然风冷散热，当承载扭矩过大或电机功率较高时，电机温度较高，不利于电机的正常工作。

3结论及认识

（1）螺杆泵电机直驱装置采用永磁无刷电机直接驱动，无减速箱及皮带传动系统，结构简单，体积小巧。

（2）与常规驱动装置对比，电机直驱装置的有功节电率、系统效率明显提高，高速运转更加平稳，维护费用降低，日常管理更方便。

（3）电机直驱装置正处于试验应用阶段，在配套技术完善和大排量螺杆泵应用方面还需要加强研究。

参考文献：

[1] 唐任远. 现代永磁电机理论与设计[M].北京：机械工业出版社，1997.