专利名称：螺杆泵直驱伺服拖动系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种动力拖动系统，尤其涉及一种螺杆泵拖动系统，属于采油设备技术领域。
技术背景 目前螺杆泵采油系统主要采用地面机械驱动方式，由三相异步电机、皮带、减速器组成，动力由电机输出到螺杆泵，减速系统消耗了 20%左右的能量，占较大比例；由于电机高架偏置与井口一侧，运行时井口震动大，导致皮带磨损更换频繁，减速器齿轮磨损快 ’传统的防反转装置采用棘轮棘齿结构，冲击大、易损坏，当防反转螺杆泵采油井停机或故障时，棘轮棘齿的急刹车也使杆管受到较大冲击，导致杆管问题多，影响正常生产。另外传统的螺杆泵采油系统，电机为异步恒频恒压控制，泵杆的速度总是保持不变，当井下发生异常或地面出口管线阻塞时，泵杆无法降速，即无法限制泵杆的扭矩，这样就会造成扭断泵杆、 井下螺杆泵定子脱落、或烧坏电机等故障。
实用新型内容为克服现在的螺杆泵采油系统上述的不足，本实用新型提供一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，该系统采用伺服拖动系统直接驱动螺杆泵传动杆，省去皮带传动、减速箱和防反转的机械止逆装置；由伺服系统检测电机扭矩进行实时智能控制，从而实现断杆保护；停机或故障时，伺服系统进入工作发电制动状态，缓释传动杆残余扭矩，有效避免传动杆快速反转、脱落现象，实现软刹车。本实用新型所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，由伺服控制系统控制，所述的伺服控制系统包括伺服电机和伺服控制器，伺服电机为所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统提供动力，伺服控制器通过电缆与伺服电机相连，传输控制信号，螺杆泵通过光杆与伺服电机直接相连，不但省去了复杂不可靠的机械传动装置，而且能实现螺杆泵原驱动装置的全部功能。所述的伺服电机内设有编码器，可以将伺服电机的状态参数反馈给伺服控制器， 所述的编码器为绝对式磁电编码器，适应高温高寒等恶劣工作环境。伺服电机、光杆和螺杆泵，三者为同轴连接，伺服电机结构为立式中空轴，所述光杆与伺服电机之间为立式穿心连接，所述的光杆与螺杆泵之间通过联轴器连接，省去了皮带传动、减速箱和防反转的机械止逆装置。本实用新型所述的伺服控制器中的速度环、位置环和电流环为同周期控制，实现快捷、准确、高效的控制功能。本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统由伺服电机直接带动光杆转动，驱动井下螺杆泵工作，使用伺服控制器来对伺服电机进行控制。螺杆泵直驱伺服拖动系统，去掉减速系统实现直接驱动，提高了传动效率，延长设备使用寿命，减少停机和维修作业；在停机或系统故障时，泵杆的弹性释放，会拖动伺服电机反转(此时电机处于发电状态)，接通反转控制装置，缓释泵杆残余扭矩，最终使泵杆回到初始状态，实现了软刹车，降低了机械冲击对泵、机、杆的疲劳损伤，有效避免出现传动杆快速反转、脱落现象；采用智能伺服控制系统， 运行转速可以零速至额定转速之间根据需要任意调节；伺服控制系统对电机扭矩进行实时检测，当泵杆力矩增大，超出设定力矩时，伺服控制器能够做到及时减速，确保泵杆和电机的安全运行，避免了断杆、定子脱落等问题。
图1为本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统结构示意图；图2为本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统的控制原理图。
具体实施方式
图1为本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统结构示意图。如图1所示，本实用新型提供一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，包括伺服电机3，光杆2，螺杆泵1，伺服控制器4和电缆5。伺服电机3安装在井口装置上，为整个系统提供动力；螺杆泵1安装于井下，输出系统动力；光杆2连接于伺服电机3和螺杆泵1之间，为系统传输动力；伺服电机3、光杆2 和螺杆泵1三者为同轴连接，伺服电机3的输出轴为立式中空轴，光杆2与伺服电机3之间为立式穿心连接，光杆2与螺杆泵1之间依靠联轴器连接。伺服电机3上还设有伺服控制器4，伺服控制器4通过电缆5与伺服电机3相连，电缆5传输控制信号，并为伺服控制器4 提供能量。为了实现有效控制，伺服电机内还设有编码器，编码器将伺服电机3的位置、速度等状态参数，反馈给伺服控制器4。通常情况下，编码器可以采用多种类型，本实施例中的编码器为绝对式磁电编码器，它通过编码器线7与伺服控制器4相连。图2为本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统的控制原理图。如图2并结合图1所示，本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统对伺服电机3转速进行闭环控制，伺服电机3的转速通过编码器6反馈给伺服控制器4的速度控制器。速度控制器将编码器6反馈的速度数据与伺服控制器4的速度指令进行比较，根据速度误差，通过电缆5传输指令给伺服电机3， 进行实时调节伺服电机3的转矩，从而使伺服电机3运行速度精确跟踪指令。通俗的说，就是如果伺服电机3当前速度低于伺服控制器4指令速度需要加速，就增加转矩；需要减速就减小转矩，甚至给反向转矩。如此实现伺服电机3可以宽范围调速的目的，即伺服电机3运行转速可以在零速至最高速(额定转速)之间根据需要任意调节，在任一速度下均能长期稳定运行。螺杆泵直驱伺服拖动系统对伺服电机扭矩进行实时检测。交流伺服控制中，伺服电 机3的定子与转子磁场精确同步，伺服控制器4通过其内部元件电流传感器，对电机定子的三相电流做实时反馈，伺服控制系统就可以控制电机3的三相电流的相位和幅值，即对定子磁场实行精确的闭环控制，又通过编码器6对电机转子位置的实时反馈，得到转子磁场的方向，就可以控制定子磁场与转子磁场时刻保持精确垂直，消除无功损耗，最高效率地利用电流产生的转矩，这样通过控制磁场矢量的大小和方向，就可以精确控制转矩。当泵杆力矩增大，超出设定力矩时，伺服控制器能做到及时减速，确保泵杆和电机的安全运行，避免了断杆、定子脱落等问题。[0015]在螺杆泵直驱伺服拖动系统的工作过程中，当需要停机或发生系统故障时，螺杆泵1泵杆的弹性自动释放，拖动伺服电机3反转，此时伺服电机3处于发电状态，接通伺服控制器4中的反转制动装置，螺杆泵1泵杆反转的加速度越大，或者说趋势速度越大，反转制动装置吸收的能量越多，即发电制动力越大。最终使螺杆泵1泵杆释放残余扭矩回到初始状态，实现软刹车，降低了机械冲击对螺杆泵1、伺服电 机3、光杆2的疲劳损伤，无需电机变速箱和减速装置，延长设备使用寿命，减少停机和维修作业。本实用新型螺杆泵直驱伺服拖动系统，去掉了原有的减速和止逆系统，伺服电机直接与螺杆泵相连，实现了直接驱动，传动效率提高，有较好的节能效果，使设备使用寿命延长。当螺杆泵泵杆力矩增大，超出设定力矩时，避免了断杆、定子脱落等问题；在停机或系统故障时，实现了软刹车，减少停机和维修作业，运行转速可以在零速至额定转速之间根据需要任意调节，降低了机械冲击对泵、机、杆的疲劳损伤。
权利要求1.一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，由伺服控制系统控制，所述的伺服控制系统包括伺服电机(3)和伺服控制器(4)，伺服电机(3)为所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统提供动力，伺服控制器⑷通过电缆(5)与伺服电机(3)相连，传输控制信号，螺杆泵(1) 通过光杆(2)与伺服电机(3)直接相连。
2.如权利要求1所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述的伺服电机(3)内还设有编码器(6)，该编码器(6)将伺服电机(3)的状态参数反馈给伺服控制器(4)。
3.如权利要求2所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述的编码器(6)为绝对式磁电编码器，。
4.如权利要求1所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述的伺服电机(3)、 光杆(2)和螺杆泵(1)，三者为同轴连接。
5.如权利要求1或4任一项所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述伺服电机(3)输出轴为立式空心轴。
6.如权利要求5所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述的光杆(2)与伺服电机(3)之间为立式穿心连接；所述的光杆(2)与螺杆泵(1)之间通过联轴器连接。
7.如权利要求1所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统，其特征在于，所述的伺服控制器(4) 中的速度环、位置环和电流环为同周期控制。
专利摘要一种螺杆泵直驱伺服拖动系统，由伺服控制系统控制，所述的伺服控制系统包括伺服电机(3)和伺服控制器(4)，伺服电机(3)为所述的螺杆泵直驱伺服拖动系统提供动力，伺服控制器(4)通过电缆(5)与伺服电机(3)相连，传输控制信号，螺杆泵(1)通过光杆(2)与伺服电机(3)直接相连。本实用新型采用伺服拖动系统直接驱动螺杆泵，省去传统的皮带传动、减速箱和防反转的机械止逆装置；由伺服系统检测电机扭矩进行实时智能控制，从而实现断杆保护；停机或故障时，伺服系统进入工作发电制动状态，缓释传动杆残余扭矩，有效避免传动杆快速反转、脱落现象，实现软刹车。
文档编号F04C14/00GK202065174SQ20112016973
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月25日 优先权日2011年5月25日
发明者武强, 赵刚 申请人:哈尔滨晟普科技有限公司