偏置式螺杆泵高效驱动装置 大庆文迪电气科技有限公司 电话： 专利产品
摘 要 伴随着螺杆泵举升方式应用规模的日益扩大，目前在用的常规地面驱动装置 暴露出了诸如：传动比受限；皮带传动丢转；更换皮带增加成本及存在安全隐 患的缺陷。在一定程度上影响了螺杆泵举升技术的发展。 为适应高转速螺杆泵发展的需要，人们研发了电机直驱螺杆泵地面驱动装置。 该装置虽然解决了常规驱动头 “ 传动比受限、皮带传动丢转 ” 等问题，但同时也暴 露出了诸如：制造成本高；能耗大；部分产品无刹车存在安全隐患；输出扭矩 偏小抗过载能力较弱的不足。 为此，我们遵循两者相比取其优的原则，研制、开发了新一代螺杆泵地面驱 动装置 —— 偏置式螺杆泵高效驱动装置。
一、螺杆泵地面驱动装置简介 1 、常规螺杆泵驱动头 工作原理： 电机通过皮带驱动双面扇形齿轮带动 抽油杆旋转。 机械刹车 大皮带轮
1 、常规螺杆泵驱动头 优 势 存在机械刹车，运行可靠 皮带轮调参，成本低廉 双面圆弧锥齿传动，结构简单
1 、常规螺杆泵驱动头 不 足 双面圆弧锥齿传动，传动比受限（理论上 ≤8 ）， 导致其转速范围较低 （一般 ≤200 转 / 分） ⑴、皮带传动，存在丢转现象； ⑵、皮带更换，增加成本； ⑶、传动部分外露，存在安全隐患。
棘轮刹车系统的不足 2 、释放扭矩螺栓易出现秃扣现象 维修制动系统时，需人为转 杆卸载，存在安全隐患。 1 、手动释放扭矩操作过程烦琐
液压刹车系统的不足 1 、在输出端刹车、扭矩大，要求强度高 2 、液压刹车成本高、结构复杂 维修制动系统困难
皮带轮安装的稳定性不足 1 、大皮带轮安装方便，但稳定性较差 2 、依靠 3 条 M14 或 M16 螺栓连接，强度低 3 、大皮带轮易脱落、飞出，存在隐患
2 、电机直驱螺杆泵驱动头 工作原理： 低速空心轴电机直接带动抽油杆旋转 通常选用 12 级的同步电动机作为动力源， 需要配备变频控制装置来控制电机。 一、螺杆泵地面驱动装置简介
优 势 2 、电机直驱螺杆泵驱动头 结构形式简单，直接驱动 转速范围大，适合于高速 借助于控制装置易实现软启、软停
2 、电机直驱螺杆泵驱动头 电机类别 常规三相交流异步电动机 三相交流永磁同步电动机 无刷直流稀土永磁电机
2 、电机直驱螺杆泵驱动头 不 足 非直流电机，电网停电时、反转 失控，存在安全隐患。 电机体积大、成本高 能耗总体高、扭矩小 电机维修成本高 磁钢存在退磁隐患, 影响其使用寿命
能耗高的原因解释 依据 可得出在高转速条件下，提高扭矩的唯一方法是 增加电机的功率，大功率的电机其能耗也高。 切 记：工频（ 50HZ ）时的扭矩，为旋转电 机工作时的峰值扭矩。 仅无刷直流稀土永磁电机的能耗相对低一些。
变频控制装置 变频控制装置，目前在螺杆泵地面驱动装置 中已得到了广泛的应用。 转速调整依据 低速运行时节能 低速运行：即变频器在低于 工频（ 50HZ ）的频率下工作。 低速运行时，为避免频率降低时出现电机过电压 （过励磁），导致其被烧坏的情况发生。所以变频器 在降低频率的同时必须要同时降低电压。 因此，低速运行的电机其功率将降低。 通常，低速运行时电机节能。
二、新一代螺杆泵地面驱动装置 工作原理： 应用电机直接驱动高效平面传动减速机 带动抽油杆转动 。 高效平面传动减速机， 减速比选择范围大 设计方案 设有电力刹车，体积小、结构更加简单
二、新一代螺杆泵地面驱动装置 设计方案 承重法兰总成，结构紧凑 铸钢专用井口，结构新颖，强度更高 油管头总成 电力刹车通过控制装置，自动释放扭矩
电力刹车设计方案 方案 1 能耗制动是在控制箱内设有能耗电阻和独立的刹车控制器。 停机操作时（或系统失电），泵杆弹性释放，会拖动永磁电机 反转，接通刹车电阻。泵杆反转的加速度越大，电阻吸收的能 量就越多，即发电制动力就越大，最终使泵杆回到初始状态。 1 、能耗制动（应用交流永磁同步防爆电机）
电力刹车设计方案 方案 2 正常停机是控制系统通过改变电流的大小与方向来实现软停的，当突然 停电时因电机转子具有很高的永久磁场，泵杆弹性释放，拖动电机反转，电 机处于发电状态，实现制动防止反转脱扣。 2 、直流制动（应用直流永磁无刷防爆电机） 方案 3 使用带电磁刹车刹车的交流异步防爆电机，当停机或断电时，利用电磁刹 车刹车实现制动，通过控制系统中的专用控制软件在 3-5 分钟内，缓慢的将反 转扭矩释放掉，其释放点动频率可根据用户要求自行设定。 3 、电磁刹车（应用交流异步防爆电机）
偏置式螺杆泵高效驱动装置 特 点 高效平面传动减速机的减速比可大于 15 ，匹配电机小，输出扭矩高。 平面圆弧齿轮传动明显优于圆锥齿轮， 输出最高转速可达到 600 转 / 分 。 电机直联，取消了皮带
偏置式螺杆泵高效驱动装置 高效平面减速机，以其性能稳定、速比范围 宽、适用范围广的绝对优势，可适应不同性能 螺杆泵的需求。为今后实现不同种类螺杆泵驱 动装置的个性化设计提供了广阔的空间。 减速机依据杠杆原理工作，其实质上为输入扭矩 放大器。 平面齿轮与双面锥齿轮相比： ⑴结构简单、成本低廉； ⑵速比范围宽、适用范围广。
偏置式驱动装置专用控制柜 矢量变频器、配合其自动控制软件 ★ 变频调速时其扭矩恒定，确保了减速机正常工作； ★ 自控软件实现了软启、软停及自动释放扭矩的功能； ★ 自控软件可对参数调整情况做出提示； ★ 完善的保护功能可确保电机的安全、平稳的运行。
三、地面驱动装置的性能参数对比 当转速在 100r/min ，输出扭矩达到 382N.m 时，两种驱动 装置匹配电机功率如图所示。同理，两者匹配的变压器容量 不同。
三、地面驱动装置的性能参数对比 当转速在 100r/min ，输出扭矩分别达到 573 、 859.5N.m 时， 两种驱动装置匹配电机功率如图所示。此对比是依据直驱装 置的工作扭矩进行匹配的。
三、地面驱动装置的性能参数对比 两种交流驱动头性能对比表
三、地面驱动装置的性能参数对比 当转速在 100r/min ，输出扭矩达到 900N.m 时，两种驱动 装置匹配电机功率如图所示。由此可见直驱装置使用直流电 机时的匹配功率小。
三、地面驱动装置的性能参数对比 三种驱动头性能对比表
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