专利名称：一种电磁牵制防反转控制的螺杆泵电机直拖装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田采油领域中机械采油地面设备，特别是一种 电磁牵制防反转控制的螺杆泵电机直拖装置。
技术背景
在油田采油领域中，螺杆泵作为一种新型的举升设备，在油田 逐步广泛应用。现有的螺杆泵机械采油地面设备中螺杆泵普遍采用电 动机直接驱动或皮带传动、减速箱齿轮二级减速的驱动方式，传动效 率低。这些驱动方式在停机时，泵杆在工作中累积的弹性势能迅速释 放，拖动传动系统的电机转子、方卡子等产生高速地反转，极易发生 螺杆泵的泵杆断裂、脱扣及方卡子、皮带轮等飞出伤人的事故。现有 的螺杆泵电动机直驱技术中防反转技术普遍釆用的是能耗制动原理， 通过制动电阻消耗电动机转子反转时发出的电能产生制动效果，仍然 存在着短时间的高速反转，传动系统受到较大的冲击载荷，极易发生 泵杆断、脱等事故。 实用新型内容
本实用新型在于克服背景技术中存在的现有防反转技术采用的 能耗制动原理存在短时的较高速反转不利于系统安全的问题而提供 一种电磁牵制防反转控制的螺杆泵电机直拖装置，该装置具有电磁牵 制制动、直流制动、交流能耗制动的阶梯式多重防反转保护控制系统。
本实用新型解决其问题可通过如下技术方案来达到该电磁牵制 防反转控制的螺杆泵电机直拖装置包括光杆，方卡子，带空心轴的电 动机，置于空心轴上端的方卡子紧固在光杆上，空心轴由上向下依次 连接传动密封组件、甩水盘、位置传感器组合，方卡子的凹型开口卡 在传动密封组件的凸型端；传动密封组件的动密封组件的动密封环固 定在空心轴的内壁，静密封环固定在内密封套的外壁，电动机一侧有 接线盒，所述的接线盒内相应的接线端子电缆连接电磁牵制控制单 元
电磁牵制控制单元包括CPU主控板及接口电路，电机驱动/电磁 制动IGBT功率单元，三相整流滤波单元；电机定子三相绕组通过接线盒内的定子三相绕组的接线端子A、 B、 C由电机控制电缆依次连 接电机驱动/电磁制动IGBT功率单元、三相整流滤波单元；位置传 感器组合通过接线盒、位置信号电缆依次连接CPU主控板及接口电 路、电子电路工作电源、三相整流滤波单元，三相整流滤波单元连接 三相交流电源，CPU主控板及接口电路连接电机驱动/电磁制动IGBT 功率单元。
所述的三相整流滤波单元与CPU主控板及接口电路间连接直流 制动单元，直流制动单元为直流制动电阻经相应端子连接直流制动控 制单元。
所述的CPU主控板及接口电路与电机定子三相绕组间连接交流 能耗制动单元，交流能耗制动单元为一组交流能耗制动电阻连接转换 单元。
所述的电动机的底部固接承重润滑组件，承重润滑组件包括润滑 油室、泄放通道，泄放通道的开口位于承重润滑组件的下端外圆周并 且与电动机空心轴内壁和密封套外壁之间的环形空间相通，泄放通道 与润滑油室间装高压密封圈，泄放通道的开口旋入丝堵。
本实用新型与上述背景技术相比较可具有如下有益效果该电磁 牵制防反转控制的螺杆泵电机直拖装置由于采用梯阶式防反转控制 方式，内驻于CPU主控板的电磁牵制防反转保护控制软件对电动机 的反转速度进行检测，计算出制动强度，然后施加制动控制，随着电 动机反转速度的不断降低，逐渐减小制动强度，直至停机。梯阶式多 级防反转保护控制系统在停机的过程中柔和、逐渐的完全释放泵杆的 弹性势能，提高了装置的安全性能，减少了泵杆断、脱的可能。简化 了螺杆泵驱动装置的整体结构，提高了系统的效率和安全性能，降低 系统的能耗、机械故障率，大幅度减少了日常维护工作量。由于系统 具有很强的过载能力，启动时可以短时间提供数倍于额定扭矩的启动 扭矩，恰好与螺杆泵的启动需要扭矩较大、运行需要扭矩较小的工作 特性相适应，因此减小了电机的功率储备，达到了减少了一次性投资、 运行和维修费用的效果。在承重箱的下部外圆周开一个与电动机空心 轴内壁和内密封套外壁之间的环形空间相通的泄放通道，并且在泄放 通道与承重轴承之间由一个高压密封圈隔离，因此可以防止机械密封 泄露时液体进入润滑油箱而使润滑油被乳化和润滑油泄入泄放通道，有效地克服了润滑油乳化现象。
附图1是本实用新型的结构示意附图2是本实用新型的电气原理框附图3是本实用新型的电气原理附图4是本实用新型的防反转控制程序框图。
图中l-光杆，2-方卡子，3-传动密封组件，4-静密封，5-内密 封套，6-动密封组件，7-甩水盘，8-位置传感器组合，9-电动机，10-转子空心轴，11-定子三相绕组，12-接线盒，13-法兰，14-润滑油室， 15-承重轴承，16-高压密封圈，17-泄放通道，18-承重润滑组件，19-丝堵，20-封井器，21-放油孔，22-动密封环，23-电机控制电缆，24-位置信号电缆，25-能耗制动电阻，26-直流制动电阻，27-静密封环， 28-电子电路工作电源，29-CPU主控板及接口电路，30-直流制动控 制单元，31-转换单元，32-三相整流滤波单元，33-电机驱动/电磁制 动IGBT功率单元，Ul-电磁牵制控制单元，U2-直流制动单元，U3-交流能耗制动单元。
具体实施方式
以下结合附图将对本实用新型作进一步说明
如附图1所示，该电磁牵制防反转控制的螺杆泵电机直拖装置包 括光杆l，方卡子2，带空心轴10的电动机9，置于传动密封组件3 上端的方卡子2紧固在光杆1上，空心轴10由上向下依次连接传动 密封组件3、甩水盘7、位置传感器组合8，方卡子2的凹型开口卡 在传动密封组件3的凸型端，空心轴10与传动密封组件3通过键固 接，将电动机的扭矩通过传动密封组件3、方卡子2传递给光杆1， 驱动螺杆泵工作；端部装静密封4的传动密封组件3套于光杆1上， 传动密封组件3内有动密封组件6，动密封组件6包括动密封环22 和静密封环27，动密封环22固定在空心轴10的内壁，静密封环27 固定在内密封套5的外壁，动、静密封环的接触面构成动密封，阻止 采出液进入电动机空心轴10的内壁与内密封套5的外壁间环形空间。 电动机一侧有接线盒12，用于连接电磁牵制控制单元。电动机9的 底部连接坐于封井器20上的承重润滑组件18，电动机9、封井器20、 承重润滑组件18三者都通过法兰13连接，承重润滑组件18包括润滑油室14、泄放通道17，润滑油室14下端有放油孔21，用于更换 润滑油时排出废油，泄放通道17的开口位于承重润滑组件18的下端 外圆周并且与电动机空心轴10内壁和密封套5外壁之间的环形空间 相通，泄放通道17与润滑油室14间装高压密封圈16，高压密封圈 16与润滑油室14间装承重轴承15，高压密封圈16位于承重轴承15 的下方将泄放通道17与润滑油室14隔离，防止机械密封泄露时液体 进入润滑油箱使润滑油被乳化，泄放通道17的开口旋入丝堵19，丝 堵19旋入时将泄放通道17的开口封闭，泄漏的液体被封闭在通道内， 不会外泄亦不会进入润滑油箱，因而防止润滑油箱内润滑油被乳化。 附图1结合附图2、图3所示，该装置的防反转控制有三种模式 电磁牵制、电磁牵制与直流制动及电磁牵制、直流制动与交流能耗制 动。电动机一侧的接线盒12通过电机控制电缆23连接电磁牵制控制 单元Ul 。电磁牵制控制单元Ul包括CPU主控板及接口电路29、电 机驱动/电磁制动IGBT功率单元33、三相整流滤波单元32;电机定 子三相绕组11通过接线盒12内的定子三相绕组的接线端子A、 B、 C由电机控制电缆23通过端子依次连接电机驱动/电磁制动IGBT功 率单元33、三相整流滤波单元32，位置传感器组合8通过接线盒12 内的端子由位置信号电缆24依次连接CPU主控板及接口电路29、 电子电路工作电源28、三相整流滤波单元32，三相整流滤波单元32 连接三相交流电源，CPU主控板及接口电路29连接电机驱动/电磁制 动IGBT功率单元33 ， CPU主控板及接口电路29接有键盘及显示单 元；所述的三相整流滤波单元32与CPU主控板及接口电路29间连 接直流制动单元U2，直流制动单元U2为直流制动电阻26通过端子 连接直流制动控制单元30。在电磁牵制制动过程中制动效果不佳或 电磁牵制功能没有启动而造成转子的反转速度较高时，直流制动控制 单元30导通，对直流制动电阻26放电，保护IGBT ，加强制动效果； 所述的CPU主控板及接口电路29与电机定子三相绕组11间连接交 流能耗制动单元U3，交流能耗制动单元U3为一组交流能耗制动电 阻25连接转换单元31，所述的一组交流能耗制动电阻25可以为三 只能耗制动电阻25或6只两两串联后的能耗制动电阻25，其一端经 电机控制电缆23连接接线盒12内的电机定子三相绕组11的接线端 子A、 B、 C，另一端连接转换单元31，经转换单元31内部的交流接触器ZH的三组常闭触点构成星接。当直流制动控制单元30、直流制 动电阻26发生损坏或故障，使三相整流滤波单元32输出的直流电压 超高，CPU主控板及接口电路29立即控制转换单元31将交流能耗 制动单元U3接入，启动交流能耗制动方式，使电机迅速减速停机或 在交流电网系统掉电的极端情况下，直接进入交流能耗制动方式，保 证系统的安全。应用时，将连接显示模块及键盘的CPU主控板及接口电路29、 直流制动控制单元30、电机驱动/电磁制动IGBT功率单元33、三相 整流滤波单元32置于一个独立空间的智能控制器内，智能控制器置 于控制柜内；能耗制动电阻25、直流制动电阻26、转换单元31置于 控制柜的另一个独立空间内，这样操作起来十分便利。下面图3结合图4对电磁牵制控制防止光杆反转的工作原理进行 详细说明380V三相交流电源接入三相整流电路，由电解电容C滤波后的 直流电压提供给三相桥式电机驱动/电磁制动IGBT功率单元33，驱 动电机工作，装置通电时转换单元31立即将能耗制动电阻25星形接 点断开，将能耗制动电阻25浮接，直流制动控制单元30也保持断开 状态。电动机正常工作时，随着电机的转动，位置传感器组合8不断 发出转子的当前位置信号，经位置信号电缆24传送到CPU主控板及 接口电路29并由CPU主控板根据当前的位置编码向IGBT驱动电路 发出相应的控制信号，通过控制对应的IGBT管导通或截止来接通或 断开相应的电机绕组的电源，周而复始地驱动电机转动，并根据相邻 两个位置信号的时间间隔计算出当前电机的转速并与设定的转速进 行比较，不断的修改控制参数，保证转速的稳定。若正转时IGBT管 按V1V2—V5V6—V3V4—V1V2的顺序两两导通，则绕组按AC— CB—BA—AC的顺序两两串联馈电，以A、 C绕组为例，V1V2导通 时，电流由电源的正端经V1由A相绕组的首端流入、尾端流出、C 相绕组的尾端流入、首端流出，其余两相的控制方法依此类推。改变 电机转子的转动方向时改变绕组电流方向即可，仍以A、 C绕组为例， 反转时与正转时绕组通过电流的方向相反，既由C相绕组流入、A 相绕组流出，由CPU主控板通过控制电机驱动/电磁制动IGBT功率 单元33的V5V4导通实现电流方向的转换，其余两相的控制方法依此类推。防反转控制的三种模式即电磁牵制、电磁牵制与直流制动、电 磁牵制、直流制动与交流能耗制动中，电磁牵制制动为主力制动模式， 其他二种制动方式均为电磁牵制制动方式的加强和补充，从而构成一 个制动能力逐级加强的梯阶式防反转保护系统。螺杆泵因人工或保护性停机时，若光杆1同时带动电机转子空心轴IO、位置传感器组合8等一起反转，CPU主控板及接口电路29立即检测到代表反转的代码，并计算出反转的速度，通过控制电机驱动/电磁制动IGBT功率单元33相应的功率元件导通对电机定子相关 的绕组施加防反转控制，使定子产生一个与转子转动方向相反的电磁 制动力矩，牵制转子的转动，同时CPU主控板及接口电路29在制动 过程中不断的检测转子的转动速度、方向，修改制动强度，使转子在 安全的转速下逐渐减速、停止。如果在制动过程中制动效果不佳或电 磁牵制功能没有启动而造成转子的反转速度较高，电机处于发电状 态，使三相整流滤波电路的直流侧滤波电容C上的电压升高，当达 到设定的警告值时直流制动控制单元30导通，对直流制动电阻26 放电，直流侧滤波电容C上的电压迅速下降，消耗了转子发电产生 的能量，使制动效果得到加强；在上述制动过程中，如果直流制动控 制单元30、直流制动电阻26发生损坏或故障，直流侧滤波电容C上 电压继续升高，达到保护值时，CPU主控板及接口电路29立即控制 转换单元31将交流能耗制动电阻25接入，启动交流能耗制动方式使 电机迅速减速停机；在交流电网系统掉电的极端情况下，直接进入交 流能耗制动方式，保证系统的安全。
权利要求1、一种电磁牵制防反转控制的螺杆泵电机直拖装置，包括光杆(1)，方卡子(2)，带空心轴(10)的电动机(9)，置于空心轴(10)上端的方卡子(2)紧固在光杆(1)上，空心轴(10)由上向下依次连接传动密封组件(3)、甩水盘(7)、位置传感器组合(8)，方卡子(2)的凹型开口卡在传动密封组件(3)的凸型端；传动密封组件(3)的动密封组件(6)的动密封环(22)固定在空心轴(10)的内壁，静密封环(27)固定在内密封套(5)的外壁，电动机一侧有接线盒(12)，其特征在于所述的接线盒(12)内相应的接线端子电缆连接电磁牵制控制单元(U1)电磁牵制控制单元(U1)包括CPU主控板及接口电路(29)，电机驱动/电磁制动IGBT功率单元(33)，三相整流滤波单元(32)；电机定子三相绕组(11)通过接线盒(12)内的定子三相绕组的接线端子A、B、C由电机控制电缆(23)依次连接电机驱动/电磁制动IGBT功率单元(33)、三相整流滤波单元(32)，位置传感器组合(8)通过接线盒(12)、位置信号电缆(24)依次连接CPU主控板及接口电路(29)、电子电路工作电源(28)、三相整流滤波单元(32)，三相整流滤波单元(32)连接三相交流电源，CPU主控板及接口电路(29)连接电机驱动/电磁制动IGBT功率单元(33)。
2、 根据权利要求1所述的电磁牵制防反转控制的螺杆泵电机直 拖装置，其特征在于所述的三相整流滤波单元(32)与CPU主控 板及接口电路(29)间连接直流制动单元(U2)，直流制动单元(U2) 为直流制动电阻(26)经相应端子连接直流制动控制单元(30)。
3、 根据权利要求1或2所述的电磁牵制防反转控制的螺杆泵电 机直拖装置，其特征在于所述的CPU主控板及接口电路(29)与 电机定子三相绕组(11)间连接交流能耗制动单元(U3)，交流能 耗制动单元(U3 )为一组交流能耗制动电阻(25)连接转换单元(31)。
4、 根据权利要求1或2所述的电磁牵制防反转控制的螺杆泵电 机直拖装置，其特征在于所述的电动机(9)的底部固接承重润滑 组件(18)，承重润滑组件(18)包括润滑油室(14)、泄放通道(17)， 泄放通道(17)的开口位于承重润滑组件(18)的下端外圆周并且与电动机空心轴(10)内壁和内密封套(5)外壁之间的环形空间相通，泄放通道(17)与润滑油室(14)间装高压密封圈(16)，泄放通道 (17)的开口旋入丝堵(19)。
专利摘要本实用新型涉及一种电磁牵制防反转控制的螺杆泵电机直拖装置。主要解决了油田采油领域中现有装置防反转技术采用的能耗制动原理存在短时的较高速反转不利于系统安全的问题。其特征在于所述的电机定子三相绕组通过接线盒由电机控制电缆依次连接电机驱动/电磁制动IGBT功率单元、三相整流滤波单元，位置传感器组合通过接线盒相应端子由位置信号电缆依次连接CPU主控板及接口电路、电子电路工作电源、三相整流滤波单元，三相整流滤波单元连接三相交流电源。该装置提高了装置的系统效率、安全性能，减少了泵杆断、脱的可能；并且有效地克服了润滑油乳化现象。
文档编号H02K7/10GK201393199SQ20092014633
公开日2010年1月27日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者潘世杰, 袁敬先 申请人:大庆东达节能技术开发服务有限公司