1、抽油机节能技术2.建立节约型社会 2.建立节约型社会2.建立节约型社会 石油工业是能源的生产大户石油工业是能源的生产大户,也是耗能大户。抽油机也是耗能大户。抽油机仍然是目前主要的采油方式，数量多、耗电量大，因此，仍然是目前主要的采油方式，数量多、耗电量大，因此，节能潜力也大。节能潜力也大。19971997年统计年统计,全国有抽油机井全国有抽油机井7000070000口。口。19991999年统计年统计,全国抽油机采油年耗电总量约全国抽油机采油年耗电总量约10510510108 8kWhkWh，占油气生产总用电比例的占油气生产总用电比例的49.2%49.2%，年电费支出高达，年电费支出高达424
2、2亿元。亿元。2.建立节约型社会 20032003年底统计，中国石油天然气股份有限公司年底统计，中国石油天然气股份有限公司1313个个油田已有抽油机井油田已有抽油机井8926389263口，年耗电约口，年耗电约707010108 8kWhkWh。抽油。抽油机的平均有功功率是机的平均有功功率是8.95kW8.95kW，系统效率是，系统效率是23%23%，如果单机，如果单机每天节电每天节电10kWh10kWh，一年将节电，一年将节电3.23.210108 8kWhkWh。2.建立节约型社会 常规抽油机是一种四连杆机构，它的作用是将电动机常规抽油机是一种四连杆机构，它的作用是将电动机的旋转运动变成悬
3、点的往复运动。的旋转运动变成悬点的往复运动。一、抽油机的平衡特征及节能原理一、抽油机的平衡特征及节能原理 抽油机做功体现在上、下冲程悬点的负荷不一样大，抽油机做功体现在上、下冲程悬点的负荷不一样大，理论的示功图是一个矩形，考虑进冲程损失，理论示功图理论的示功图是一个矩形，考虑进冲程损失，理论示功图就成为一个平行四边形。就成为一个平行四边形。一、抽油机的平衡特征及节能原理一、抽油机的平衡特征及节能原理 理论示功图理论示功图理论示功图理论示功图3m冲程常规抽油冲程常规抽油机示功图机示功图一、抽油机的平衡特征及节能原理一、抽油机的平衡特征及节能原理 Twn=(W-Bcos)TFTF=ARsin/Cs
4、inTwn 悬点载荷悬点载荷W 反映到曲柄上的反映到曲柄上的 工作扭矩曲线；工作扭矩曲线；W 悬点载荷悬点载荷;B 结构不平衡结构不平衡TF 扭矩因数扭矩因数一、抽油机的平衡特征及节能原理一、抽油机的平衡特征及节能原理 由于惯性力、振动力及充满程度的影响，实际的示功由于惯性力、振动力及充满程度的影响，实际的示功图各种各样，差别很大，因此，悬点负荷转化到减速器输图各种各样，差别很大，因此，悬点负荷转化到减速器输出轴的扭矩曲线就是一条不规则的曲线。出轴的扭矩曲线就是一条不规则的曲线。T Twn wn 悬点载荷悬点载荷W W反映到曲柄上的工作扭矩曲线；反映到曲柄上的工作扭矩曲线；T Tr r 由平衡
5、重产生的平衡扭矩曲线；由平衡重产生的平衡扭矩曲线；T Tn n T Twnwn 、T Tr r叠加后的曲柄轴净扭矩曲线。叠加后的曲柄轴净扭矩曲线。抽油机的平衡通常以曲柄平衡为主，平衡块的重量抽油机的平衡通常以曲柄平衡为主，平衡块的重量和位置确定以后，作用在减速器输出轴的扭矩曲线就是一和位置确定以后，作用在减速器输出轴的扭矩曲线就是一条规则的曲线，两条曲线的相位几乎正好相反，二者相抵条规则的曲线，两条曲线的相位几乎正好相反，二者相抵的差值就是净扭矩曲线。也就是这条曲线最终转化为电动的差值就是净扭矩曲线。也就是这条曲线最终转化为电动机的有功功率曲线。机的有功功率曲线。抽油机的平衡通常以曲柄平衡为主
6、，平衡块的重量抽油机的平衡通常以曲柄平衡为主，平衡块的重量和位置确定以后，作用在减速器输出轴的扭矩曲线就是一和位置确定以后，作用在减速器输出轴的扭矩曲线就是一条规则的曲线，两条曲线的相位几乎正好相反，二者相抵条规则的曲线，两条曲线的相位几乎正好相反，二者相抵的差值就是净扭矩曲线。也就是这条曲线最终转化为电动的差值就是净扭矩曲线。也就是这条曲线最终转化为电动机的有功功率曲线。机的有功功率曲线。由于是一条不规则的曲线和一条规则的曲线合成的，由于是一条不规则的曲线和一条规则的曲线合成的，所以电动机的有功功率曲线通常也是不规则的。一般表现所以电动机的有功功率曲线通常也是不规则的。一般表现为有上、下冲程
7、两个波峰，有时还会有负功率出现。理想为有上、下冲程两个波峰，有时还会有负功率出现。理想的平衡状态是波峰越小越好，最好是一条直线。的平衡状态是波峰越小越好，最好是一条直线。抽油机的节能方案有各种各样的，但是，其节抽油机的节能方案有各种各样的，但是，其节能原理基本是相同的，就是尽力改善抽油机的平衡能原理基本是相同的，就是尽力改善抽油机的平衡状态，努力使净扭矩曲线接近一条直线。状态，努力使净扭矩曲线接近一条直线。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1、异相曲柄平衡抽油机、异相曲柄平衡抽油机 二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1、异相曲柄平衡抽油机、异相曲柄平衡抽油机 国
8、内油田定型最早、使用最多的节能型抽油机。该种抽油机的曲柄销与曲柄轴孔中心连线对于曲柄该种抽油机的曲柄销与曲柄轴孔中心连线对于曲柄自身的轴线有一个偏置角，并且当悬点位于上、下死点自身的轴线有一个偏置角，并且当悬点位于上、下死点时，连杆间存在一个极位夹角，这种结构形式使得平衡时，连杆间存在一个极位夹角，这种结构形式使得平衡块扭矩曲线的相位提前，从而使得净扭矩曲线比较平坦，块扭矩曲线的相位提前，从而使得净扭矩曲线比较平坦，而且可在一定程度上消除负扭矩，因而使电动机电流波而且可在一定程度上消除负扭矩，因而使电动机电流波动减小，能量损失减少，抽油机地面效率提高。动减小，能量损失减少，抽油机地面效率提高。
9、二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1、异相曲柄平衡抽油机、异相曲柄平衡抽油机 国内油田定型最早、使用最多的节能型抽油机。由于存在着极位夹角，上冲程所用的时间较长，下冲程所由于存在着极位夹角，上冲程所用的时间较长，下冲程所用的时间较短。上冲程时间变长既可以改善泵的充满程度，又用的时间较短。上冲程时间变长既可以改善泵的充满程度，又可以减少惯性载荷，因此可使抽油机井下效率提高。这种抽油可以减少惯性载荷，因此可使抽油机井下效率提高。这种抽油机自机自19861986年问世以来，已在全国各油田得到了广泛应用。在相年问世以来，已在全国各油田得到了广泛应用。在相同工况条件下，异相曲柄平衡抽油机
10、较常规抽油机节电达同工况条件下，异相曲柄平衡抽油机较常规抽油机节电达15%15%左右，系统效率提高左右，系统效率提高3 34%4%。缺点是下行速度快，不适合稠油、。缺点是下行速度快，不适合稠油、聚驱等下冲程粘滞阻力大的情况使用。聚驱等下冲程粘滞阻力大的情况使用。异异 相相 曲曲 柄柄 抽抽 油油 机机二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 2 2、双驴头游梁式抽油机、双驴头游梁式抽油机 由华北石油一机厂设计制造，由华北石油一机厂设计制造，是一种在各油田应用较多的节能是一种在各油田应用较多的节能型抽油机。该种抽油机是在常规型抽油机。该种抽油机是在常规游梁机的基础上改变了尾轴的结游梁机的基础
11、上改变了尾轴的结构，采用了变径圆弧形状的游梁构，采用了变径圆弧形状的游梁后臂后驴头，游梁与横梁采用后臂后驴头，游梁与横梁采用柔性尾绳连接。与常规机相比，柔性尾绳连接。与常规机相比，它的冲程长、动载小、净扭矩波它的冲程长、动载小、净扭矩波动小、能耗低，节电达动小、能耗低，节电达30%左右。左右。第一代机型异型双驴头抽油第一代机型异型双驴头抽油机已累计使用机已累计使用3000余台，节能效余台，节能效果显著。但由于后臂短，后驴头果显著。但由于后臂短，后驴头半径小，平衡力矩和动力力矩较半径小，平衡力矩和动力力矩较小，在平衡调整不到位的情况下，小，在平衡调整不到位的情况下，易发生尾绳损坏和减速箱超载打易
12、发生尾绳损坏和减速箱超载打齿等事故。齿等事故。第二代机型特型双驴头第二代机型特型双驴头抽油机在结构上进行了改进：抽油机在结构上进行了改进：加大了后臂的长度和后驴头加大了后臂的长度和后驴头弧度半径，增加了尾绳的根弧度半径，增加了尾绳的根数和强度，有效地改善了第数和强度，有效地改善了第一代机出现的问题。一代机出现的问题。双双 驴驴 头头 型型 抽抽 油油 机机二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 3 3、矮型异相曲柄平衡抽油机、矮型异相曲柄平衡抽油机 大庆石油学大庆石油学院设计、牡丹江院设计、牡丹江建材机械总厂制建材机械总厂制造，在大庆、吉造，在大庆、吉林、辽河等油田林、辽河等油田应用应用
13、20002000余台。余台。该种抽油机该种抽油机采用一体式游梁采用一体式游梁驴头整体结构，驴头整体结构，减轻了整机尺寸减轻了整机尺寸和重量，与同型和重量，与同型号常规机相比，号常规机相比，整机重量减轻整机重量减轻2 2吨吨多。多。结构设计上四连杆结构设计上四连杆机构采取非对称循环，机构采取非对称循环，极位夹角极位夹角=10=10，上，上冲程曲柄最大转角冲程曲柄最大转角190190，下冲程曲柄最，下冲程曲柄最小转角小转角170170。采取了。采取了曲柄平衡重偏置结构，曲柄平衡重偏置结构，偏置角偏置角=32=323636，使平衡扭矩前置，减缓使平衡扭矩前置，减缓减速箱输出轴扭矩峰值，减速箱输出轴扭
14、矩峰值，节电率达节电率达30%30%。低低 矮矮 型型 抽抽 油油 机机二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 4 4、调径变矩节能抽油机、调径变矩节能抽油机 由新疆第三机床由新疆第三机床厂设计制造，已投入厂设计制造，已投入现场使用现场使用7272台。该种台。该种抽油机采用调径变矩抽油机采用调径变矩纯游梁下偏平衡的结纯游梁下偏平衡的结构，整机重量轻，运构，整机重量轻，运行电流平缓，其行电流平缓，其1212型型机节电率达机节电率达40%40%。独特设计的独特设计的游梁固定支撑调游梁固定支撑调冲程装置、调平冲程装置、调平衡装置和短小的衡装置和短小的曲柄，减轻了调曲柄，减轻了调参的劳动强度。参
15、的劳动强度。前前 置置 式式 抽抽 油油 机机二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 5 5、下偏杠铃游梁复合平衡抽油机、下偏杠铃游梁复合平衡抽油机 该种抽油机采用尾部该种抽油机采用尾部下偏杠铃游梁复合平衡装下偏杠铃游梁复合平衡装置，削减了减速箱输出轴置，削减了减速箱输出轴的峰值扭矩和负扭矩，可的峰值扭矩和负扭矩，可降低减速箱和电机功率的降低减速箱和电机功率的选型等级，或使原抽油机选型等级，或使原抽油机的举升能力提高一个型号的举升能力提高一个型号等级，节电率达等级，节电率达202050%50%。由新疆第三机床厂由新疆第三机床厂设计制造，在新疆油田设计制造，在新疆油田应用应用160余台。余
16、台。下下 偏偏 杠杠 铃铃 型型 抽抽 油油 机机下下 偏偏 杠杠 铃铃 型型 抽抽 油油 机机二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 6 6、摆杆式游梁抽油机、摆杆式游梁抽油机 该种抽油机的结构是在常该种抽油机的结构是在常规机上增加一对摆杆，从而使规机上增加一对摆杆，从而使抽油机的平衡力矩和动力力矩抽油机的平衡力矩和动力力矩按悬点载荷力矩的变化规律调按悬点载荷力矩的变化规律调节，使减速箱输出轴的峰值扭节，使减速箱输出轴的峰值扭矩削减矩削减50%50%，消除了负扭矩。其，消除了负扭矩。其1212型机所配的减速箱和电机容型机所配的减速箱和电机容量比常规机减小量比常规机减小50%50%，节电
17、率达，节电率达30%30%。由大安石油机械厂设由大安石油机械厂设计制造，在辽河等油田应计制造，在辽河等油田应用用150150余台。余台。摆摆 杆杆 式式 抽抽 油油 机机二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 7 7、偏轮式游梁抽油机、偏轮式游梁抽油机 该种抽油机的结构是在常该种抽油机的结构是在常规机的游梁尾部装有一个偏轮，规机的游梁尾部装有一个偏轮，在偏轮与中央支座之间增设一在偏轮与中央支座之间增设一操纵杆，使得抽油过程中的平操纵杆，使得抽油过程中的平衡力臂和动力力臂合理变化，衡力臂和动力力臂合理变化，实现上提加速度比常规机减少实现上提加速度比常规机减少45%45%，上冲程动负荷及振动
18、负荷，上冲程动负荷及振动负荷减少减少60%60%，节电率达，节电率达30%30%以上。以上。由华北石油二机厂由华北石油二机厂设计制造，在华北等油设计制造，在华北等油田应用田应用460460余台。余台。偏偏 轮轮 式式 抽抽 油油 机机二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 8 8、直线往复式抽油机、直线往复式抽油机 分别由长春长城石油机械厂和广分别由长春长城石油机械厂和广田实业有限公司设计制造，在辽河、田实业有限公司设计制造，在辽河、吉林等油田使用了吉林等油田使用了142142台。该种抽油机台。该种抽油机采用链轮换向系统，塔架式结构，采用链轮换向系统，塔架式结构，1616型型8 8米冲程
19、。与同规格常规机相比，大米冲程。与同规格常规机相比，大型机节约钢材型机节约钢材1 1倍，中型机节约钢材倍，中型机节约钢材1 13 3，小型机节约钢材，小型机节约钢材3 3吨。电机配套吨。电机配套功率减小功率减小303050%50%，节电率达，节电率达4040。8 8、直线往复式抽油机、直线往复式抽油机 二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 9 9、皮带抽油机、皮带抽油机 由胜利高原有限公司制造，适用于由胜利高原有限公司制造，适用于长冲程、大排量。该种抽油机是一种无长冲程、大排量。该种抽油机是一种无游梁式塔架抽油机，纯链条游梁式塔架抽油机，纯链条皮带传动皮带传动结构。由于扭矩臂仅结构。由
20、于扭矩臂仅0.460.46米，对动力扭米，对动力扭矩需求低。与常规机相比，可减小减速矩需求低。与常规机相比，可减小减速箱的等级和电机容量，节电率达箱的等级和电机容量，节电率达101040%40%。采用长寿命重型皮带给抽油杆传。采用长寿命重型皮带给抽油杆传递动力，其弹性缓冲作用降低了抽油机递动力，其弹性缓冲作用降低了抽油机换向冲击对井下泵及抽油杆柱的不利影换向冲击对井下泵及抽油杆柱的不利影响。响。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1010、“磁悬浮抽油机磁悬浮抽油机 磁悬浮列车磁悬浮列车是一种利用磁极是一种利用磁极吸引力和排斥力吸引力和排斥力的高科技交通工的高科技交通工具。排斥力使列
21、具。排斥力使列车悬起来、吸引车悬起来、吸引力让列车开动。力让列车开动。磁悬浮列车上装磁悬浮列车上装有超导磁铁，铁有超导磁铁，铁路底部则安装线路底部则安装线圈。圈。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1010、“磁悬浮抽油机磁悬浮抽油机 通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者两者“同性相斥同性相斥”，排斥力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装有线圈，交流，排斥力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装有线圈，交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的磁铁相互作用，使列车前进。电使线圈变为电磁体。它与列车上的磁铁相互作用，使
22、列车前进。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1010、“磁悬浮抽油机磁悬浮抽油机 磁悬浮列车运行时与轨道保持磁悬浮列车运行时与轨道保持一定的间隙，一般为一定的间隙，一般为1 1厘米至厘米至1010厘米，因此运行安全、平稳厘米，因此运行安全、平稳舒适、无噪声，全自动化运行，舒适、无噪声，全自动化运行，时速可达时速可达550550公里。公里。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1010、“磁悬浮抽油机磁悬浮抽油机 “磁悬浮磁悬浮”抽油机是用直线电机直接驱动的抽油机，直抽油机是用直线电机直接驱动的抽油机，直线电机的的原理与线电机的的原理与“磁悬浮磁悬浮”列车的原理一样，区别只在
23、于列车的原理一样，区别只在于电机的形式不同，电机的形式不同，“磁悬浮磁悬浮”列车用的是平型直线电机，而列车用的是平型直线电机，而抽油机用的是双排平型或圆筒型直线电机。抽油机用的是双排平型或圆筒型直线电机。图10-3b 直线电机驱动的抽油机方案2图10-3a 直线电机驱动的抽油机方案1 二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1010、“磁悬浮抽油机磁悬浮抽油机 针对游梁式抽油机动力系统的无功消耗大的缺点，提出针对游梁式抽油机动力系统的无功消耗大的缺点，提出研制一种直线电机驱动的抽油机举升装置，直接利用直线电研制一种直线电机驱动的抽油机举升装置，直接利用直线电机做直线运动的特点，取消旋转电
24、机驱动抽油机的减速器、机做直线运动的特点，取消旋转电机驱动抽油机的减速器、连杆和曲柄等传动装置。而这种直线电机抽油机有着结构简连杆和曲柄等传动装置。而这种直线电机抽油机有着结构简单、使用寿命长等优点。单、使用寿命长等优点。图10-3b 直线电机驱动的抽油机方案2图10-3a 直线电机驱动的抽油机方案1 二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 10101 1直线电机的历史与发展直线电机的历史与发展直线电机的历史，最早可追溯到直线电机的历史，最早可追溯到18401840年惠斯登年惠斯登(Wheatstone)(Wheatstone)开始提出和制作了略具雏开但并不成功的开始提出和制作了略具雏开
25、但并不成功的直线电机，从那里至今，已有近直线电机，从那里至今，已有近160160年的历史了，在这不年的历史了，在这不算短的历史过程当中，直线电机经历了探索实验、开发算短的历史过程当中，直线电机经历了探索实验、开发应用和实用商品化三个阶段应用和实用商品化三个阶段:1 1 探索实验阶段探索实验阶段(1840-1955)(1840-1955)年年2 2 开发应用阶段开发应用阶段(1956-1970(1956-1970年年)3 3 实用商品阶段（实用商品阶段（19711971年年-至今）至今）钢管输送机、运煤矿机、起重机、空压机、冲压机、拉钢管输送机、运煤矿机、起重机、空压机、冲压机、拉抻机、各种电动
26、门、电动窗、电动编织机、磁悬浮列车抻机、各种电动门、电动窗、电动编织机、磁悬浮列车 二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 国内、外关于直线电机驱动抽油机方面的专利：国内、外关于直线电机驱动抽油机方面的专利：法国法国Elf Aquitiane Production dept.Elf Aquitiane Production dept.申请了国际专利申请了国际专利“直线电机驱直线电机驱动的电泵动的电泵”；美国人莱委斯申请了美国专利美国人莱委斯申请了美国专利“用直线电机驱动的井下抽油系统用直线电机驱动的井下抽油系统”；美国人尔欧斯申请了美国专利美国人尔欧斯申请了美国专利“有杆泵直接驱动设备有
27、杆泵直接驱动设备”；美国人欧尔森等人申请了美国专利美国人欧尔森等人申请了美国专利“井下马达驱动的井下泵装置和使井下马达驱动的井下泵装置和使用方法用方法”；法国人查暮斯等申请的专利法国人查暮斯等申请的专利“用于直线运动抽油的常动力引擎用于直线运动抽油的常动力引擎”；美国专利美国专利“一种用于井下抽油的直流感应直线电机一种用于井下抽油的直流感应直线电机”。19961996年我国孙平等人申请了年我国孙平等人申请了“抽油机及抽油方法抽油机及抽油方法”；19971997年我国王莹等人申请了年我国王莹等人申请了“电磁抽油机电磁抽油机”。10101 1直线电机的历史与发展直线电机的历史与发展二、常用的节能型
28、抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机驱动抽油机的工作原理及特点 旋转电机演变为圆筒型直线电机的过程：旋转电机演变为圆筒型直线电机的过程：旋转电机旋转电机扁平型单边直线电机扁平型单边直线电机圆筒型直线电机圆筒型直线电机 定子定子动子动子二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机驱动抽油机的工作原理及特点 直线电机主要由初直线电机主要由初级和次级组成，在初级级和次级组成，在初级的定子槽中绕有三相绕的定子槽中绕有三相绕组，通入三相电以后，组，通入三相电以后，将产生与轴线方向平行将产生与轴线方
29、向平行的磁场，该磁场对次级的磁场，该磁场对次级将产生吸引力，次级就将产生吸引力，次级就沿着轴线方向做直线往沿着轴线方向做直线往复运动。复运动。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机驱动抽油机的工作原理及特点 在初级（定子）中通过在初级（定子）中通过三相电流后，产生行波三相电流后，产生行波磁场，在行波磁场的电磁场，在行波磁场的电磁推力作用下，定子沿磁推力作用下，定子沿行波磁场运动的方向做行波磁场运动的方向做直线运动，通过改变供直线运动，通过改变供电相序便可改变次级电相序便可改变次级（动子）的运动方向。（动子）的运动方向。二、常用的节
30、能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机驱动抽油机的工作原理及特点 二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机驱动抽油机的工作原理及特点 直线电机采用圆筒型结构，以消除侧向端部效直线电机采用圆筒型结构，以消除侧向端部效应。其初级是由多个线圈和铁心组成的同轴线圈，应。其初级是由多个线圈和铁心组成的同轴线圈，次级由作为磁轭的铁管及其上安装的高性能环型的次级由作为磁轭的铁管及其上安装的高性能环型的永磁体钕铁硼材料组成。可以产生足够的气隙磁密。永磁体钕铁硼材料组成。可以产生足够的气隙磁密。永磁
31、体的充磁方向为径向，且极性交替排列，作为永磁体的充磁方向为径向，且极性交替排列，作为动子磁轭的铁管同时作为其上下移动时的导轨。定动子磁轭的铁管同时作为其上下移动时的导轨。定子上每极下的槽数及槽型尺寸由具体的性能指标确子上每极下的槽数及槽型尺寸由具体的性能指标确定。定。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机驱动抽油机的工作原理及特点 滑轮负荷次级铁芯扶正轮三相电缆线电机接线次级电枢绕组初级永磁体机架控制箱 永磁同步直线电机原理示意图二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机
32、驱动抽油机的工作原理及特点 可考虑采用位置传感器可考虑采用位置传感器检测动子的位置。当线圈与磁检测动子的位置。当线圈与磁钢处于适当位置时，根据磁钢钢处于适当位置时，根据磁钢极性的不同，对磁极下的全部极性的不同，对磁极下的全部线圈通以方向不同的电流，以线圈通以方向不同的电流，以产生推力推动动子向某一方向产生推力推动动子向某一方向运动。当磁极中性线运动到某运动。当磁极中性线运动到某些线圈下时，通过换向电路，些线圈下时，通过换向电路，使相应位置上的线圈中的电流使相应位置上的线圈中的电流换向，从而继续产生方向相同换向，从而继续产生方向相同的推力。的推力。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1
33、 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机驱动抽油机的工作原理及特点 如此通过顺序控制各线圈中电流的通断和大小，使电机的动子在电如此通过顺序控制各线圈中电流的通断和大小，使电机的动子在电磁推力作用下，带动抽油杆达到上冲程的最大冲程处。而在下冲程时，磁推力作用下，带动抽油杆达到上冲程的最大冲程处。而在下冲程时，抽油杆靠自重与平衡重的重量差自行回落，抽油机可以以小电流工作以抽油杆靠自重与平衡重的重量差自行回落，抽油机可以以小电流工作以调节下冲程的运行速度。调节下冲程的运行速度。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机驱动抽油
34、机的工作原理及特点 直线电机驱动抽油机的特点：直线电机驱动抽油机的特点：无减速器、连杆、曲柄和常规无减速器、连杆、曲柄和常规的游梁式地面装置。的游梁式地面装置。直接推动式直线电机无无效行直接推动式直线电机无无效行程和磨损。程和磨损。速度范围广和运行平稳。速度范围广和运行平稳。无内部运动件，维修方便。无内部运动件，维修方便。具有好的散热性、效率较高。具有好的散热性、效率较高。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机驱动抽油机的工作原理及特点冲程和冲次的控制：冲程和冲次的控制：这种特点在长冲程的抽油这种特点在长冲程的抽油机上的优势更为明
35、显。通机上的优势更为明显。通过增减线圈数量的方式，过增减线圈数量的方式，可以方便地调节电机的冲可以方便地调节电机的冲程；通过对抽油机上下冲程；通过对抽油机上下冲程的运行速度的控制而调程的运行速度的控制而调节冲次。节冲次。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机驱动抽油机的工作原理及特点控制电路控制电路选用脉冲供电的控制电路的方选用脉冲供电的控制电路的方案。触发控制脉冲可用一种普案。触发控制脉冲可用一种普通而简单的工业用可编程控制通而简单的工业用可编程控制器（器（PCPC或或PLCPLC）来产生。可编）来产生。可编程控制器具有很高的可
36、靠性，程控制器具有很高的可靠性，编程简单，使用方便，具有很编程简单，使用方便，具有很强的输入和输出接口，因此用强的输入和输出接口，因此用它作为电机的触发控制装置是它作为电机的触发控制装置是可取的。可取的。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.2.2直线电机驱动抽油机的工作原理及特点直线电机驱动抽油机的工作原理及特点 整个系统由机整个系统由机架、横梁、平衡重物、架、横梁、平衡重物、钢丝绳滚轮、直线电钢丝绳滚轮、直线电机及控制柜等几部分机及控制柜等几部分组成。通过选择适当组成。通过选择适当的平衡重可以使抽油的平衡重可以使抽油杆自重升降所消耗的杆自重升降所消耗的能量减少到最小。能量减
37、少到最小。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.3.3直线电机驱动抽油机的试验情况直线电机驱动抽油机的试验情况 由江汉石油机械厂与华北大卡公司由江汉石油机械厂与华北大卡公司共同研制、江汉石油机械厂生产的直线共同研制、江汉石油机械厂生产的直线电机抽油机，是在总结游梁抽油机和无电机抽油机，是在总结游梁抽油机和无游梁抽油机的优缺点的基础上研制开发游梁抽油机的优缺点的基础上研制开发的一种新产品。它利用直线电机将电能的一种新产品。它利用直线电机将电能直接转换成直线往复运动，简化了传动直接转换成直线往复运动，简化了传动方式，减少了传动能量损失，利用天平方式，减少了传动能量损失，利用天平式平
38、衡方式改善了平衡效果式平衡方式改善了平衡效果。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.3.3直线电机驱动抽油机的试验情况直线电机驱动抽油机的试验情况 该项技术拥有独立的知该项技术拥有独立的知识产权，并申请了识产权，并申请了7 7项国家专项国家专利。利。20042004年年5 5月生产出第一台月生产出第一台直线电机抽油机样机，并在直线电机抽油机样机，并在厂内进行运行试验。厂内进行运行试验。20042004年年1010月移至华北油田采油一厂月移至华北油田采油一厂做现场试验，一直运行情况做现场试验，一直运行情况良好。良好。20052005年年3 3月生产了第二月生产了第二台台ZXCY2
39、0-8ZXCY20-8型直线电机油机。型直线电机油机。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.3.3直线电机驱动抽油机的试验情况直线电机驱动抽油机的试验情况 2005 2005年年4 4月月2929日移至江汉日移至江汉油田江汉采油厂王油田江汉采油厂王9-49-4井作现井作现场试验，运行情况良好。节场试验，运行情况良好。节能效果可达能效果可达45%45%，将大大减小，将大大减小油田开采的成本，且大大降油田开采的成本，且大大降低抽油机的制造成本，直线低抽油机的制造成本，直线电机抽油机与常规型游梁式电机抽油机与常规型游梁式抽油机相比，每年可节约电抽油机相比，每年可节约电费和维修费用费和
40、维修费用3.23.2万元万元。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 1 1.3.3直线电机驱动抽油机的试验情况直线电机驱动抽油机的试验情况 大庆成泰科技有大庆成泰科技有限公司研制的限公司研制的ZTTZTT系系列直线电机抽油机于列直线电机抽油机于20052005年年1010月月1515日在大日在大庆油田采油二厂的南庆油田采油二厂的南6-40-6236-40-623井安装试验，井安装试验，采用的是圆筒型直线采用的是圆筒型直线电机。电机。二、常用的节能型抽油机二、常用的节能型抽油机 直线电机驱动抽油机泵直线电机驱动抽油机泵 利用直线电机原理将利用直线电机原理将直线电机动子与抽油泵的直线电机动
41、子与抽油泵的柱塞相连接，利用电缆传柱塞相连接，利用电缆传输电能给直线电机，电机输电能给直线电机，电机动子直接驱动柱塞式抽油动子直接驱动柱塞式抽油泵往复运动，完成抽汲。泵往复运动，完成抽汲。由于没有减速和换向机构，由于没有减速和换向机构，降低了实际功率的消耗，降低了实际功率的消耗，达到节能的目的。达到节能的目的。节能型抽油机五大要素节能型抽油机五大要素 1 1、皮实可靠，牢固耐用，能和抽油装置使用、皮实可靠，牢固耐用，能和抽油装置使用状况同步。状况同步。2 2、维护费用低，维护操作简单，尽可能的做、维护费用低，维护操作简单，尽可能的做到免维护或低费用。到免维护或低费用。3 3、节电率高：、节电率
42、高：1212型以上抽油机节电型以上抽油机节电30%30%以上。以上。4 4、调整容易，操作管理简单，调平衡、调参、调整容易，操作管理简单，调平衡、调参、维护保养操作方便，易于掌握。维护保养操作方便，易于掌握。5 5、物美价廉，费用低，新型机最好不高于原、物美价廉，费用低，新型机最好不高于原抽油机价格（节能配件），费用最低年内从节能费抽油机价格（节能配件），费用最低年内从节能费中收回。中收回。抽油机赞歌抽油机赞歌仰首迎春仰首迎春 俯首拾秋俯首拾秋你默然站立在你默然站立在苍茫的大地苍茫的大地三百六十五个日日夜夜三百六十五个日日夜夜往往复复往往复复 不知疲倦不知疲倦仿佛仿佛 一头老黄牛一头老黄牛悠闲
43、的啃着青草悠闲的啃着青草其实其实 你是在任劳任怨你是在任劳任怨无私的奉献无私的奉献风雨中风雨中 你昂起头你昂起头夕阳下夕阳下 你默默垂首你默默垂首一年又一年一年又一年 你你 始终站成始终站成一道美丽的风景一道美丽的风景三、电动机的机械特性及节能原理三、电动机的机械特性及节能原理 通常油田用于拖动抽油机的动力设备都是电动机，通常油田用于拖动抽油机的动力设备都是电动机，极少数是用燃气发动机等设备。常用的是异步电动机及极少数是用燃气发动机等设备。常用的是异步电动机及其派生的各种节能电动机，近些年，永磁同步电动机也其派生的各种节能电动机，近些年，永磁同步电动机也得到大量的应用。得到大量的应用。三、电动
44、机的机械特性及节能原理三、电动机的机械特性及节能原理 电动机的机械特性是指其转速与转矩之间的关系，它反电动机的机械特性是指其转速与转矩之间的关系，它反映了电动机传动的性能与特点。根据转速随转矩增加而下降映了电动机传动的性能与特点。根据转速随转矩增加而下降的程度的不同，电动机的机械特性分为的程度的不同，电动机的机械特性分为硬特性硬特性和和软特性软特性种。种。1-同步电动机同步电动机;2-直流并励电动机直流并励电动机;3-普通异步电动机普通异步电动机;4-直流串励电动机直流串励电动机;5-高转差电动机高转差电动机.三、电动机的机械特性及节能原理三、电动机的机械特性及节能原理 1-同步电动机同步电动
45、机;2-直流并励电动机直流并励电动机;3-普通异步电动机普通异步电动机;4-直流串励电动机直流串励电动机;5-高转差电动机高转差电动机.当电动机的转矩在允许范围内变化时，电动机的转速变当电动机的转矩在允许范围内变化时，电动机的转速变化很小，机械特性的斜率很小。同步电动机的机械特性是一化很小，机械特性的斜率很小。同步电动机的机械特性是一条直线，其转速不随转矩的变化而变化，是典型的硬特性。条直线，其转速不随转矩的变化而变化，是典型的硬特性。硬特性硬特性三、电动机的机械特性及节能原理三、电动机的机械特性及节能原理 1-同步电动机同步电动机;2-直流并励电动机直流并励电动机;3-普通异步电动机普通异步
46、电动机;4-直流串励电动机直流串励电动机;5-高转差电动机高转差电动机.电动机的转速随着转矩的变化下降很快，机械特性的斜率较大，但其电动机的转速随着转矩的变化下降很快，机械特性的斜率较大，但其启动转矩也较大。启动转矩也较大。软特性软特性三、电动机的机械特性及节能原理三、电动机的机械特性及节能原理 工作特性工作特性 电动机的工作特性反映了各种电参量与输出功率之电动机的工作特性反映了各种电参量与输出功率之间的关系。随着电动机输出功率的增大，其电流、转矩、间的关系。随着电动机输出功率的增大，其电流、转矩、功率因数和效率也是增大的。功率因数和效率也是增大的。n-电机转速电机转速;-电机效率电机效率;c
47、os-功率因数功率因数;I-电流电流;M-转矩转矩;P-电机功率。电机功率。三、电动机的机械特性及节能原理三、电动机的机械特性及节能原理 由于抽油机的结构和动力特性，决由于抽油机的结构和动力特性，决定了其对电动机性能的要求，这就是启定了其对电动机性能的要求，这就是启动转矩大，并且在一个冲程内，负荷不动转矩大，并且在一个冲程内，负荷不均衡，会出现峰值功率和负功率。电动均衡，会出现峰值功率和负功率。电动机的有功功率利用率较低，功率因数较机的有功功率利用率较低，功率因数较低，只能低，只能“大马拉小车大马拉小车”。在电动机这个环节可采取的节能措施很多，在电动机这个环节可采取的节能措施很多，但节能的基本
48、原理差不太多，不外乎以下几个但节能的基本原理差不太多，不外乎以下几个方面：方面：改善电动机的软特性，降低启动电改善电动机的软特性，降低启动电流，减小装机功率，提高功率利用率。增加转流，减小装机功率，提高功率利用率。增加转差率是有效的方法之一。异步电动机的转速必差率是有效的方法之一。异步电动机的转速必须低于旋转磁场的转速，这样才能在转子上产须低于旋转磁场的转速，这样才能在转子上产生感应电动势，进而形成感应电流，产生电磁生感应电动势，进而形成感应电流，产生电磁转矩，拖动转子转动。转矩，拖动转子转动。一是一是 异步电动机的实际转速为异步电动机的实际转速为 n=ns（1-s）式中式中 s异步电动机的转
49、差率，一般为异步电动机的转差率，一般为25%；高转差电动机为高转差电动机为812%；超高转差电动机大于超高转差电动机大于12%，最大可达，最大可达 21%。提高功率因数，减少无功损耗。这提高功率因数，减少无功损耗。这是因为电动机的无功损耗，增加电网的有功损是因为电动机的无功损耗，增加电网的有功损耗。用无功经济当量计算。无功经济当量是指耗。用无功经济当量计算。无功经济当量是指电动机每吸收电动机每吸收1kvar1kvar的无功功率，相当于电网的无功功率，相当于电网所增加的有功损耗。引入无功经济当量的原因所增加的有功损耗。引入无功经济当量的原因是当电动机的功率因数小于是当电动机的功率因数小于1 1时
50、，由于电动机时，由于电动机吸收无功功率，在线路上产生无功电流，从而吸收无功功率，在线路上产生无功电流，从而在电网上造成有功损耗。无功经济当量的大小在电网上造成有功损耗。无功经济当量的大小与电动机在电网中的位置有关，对于二次变，与电动机在电网中的位置有关，对于二次变，取取0.050.050.07,0.07,对于三次变对于三次变,取取0.080.080.10.1。二是二是四、常用的节能电动机四、常用的节能电动机 1 1、永磁同步电动机、永磁同步电动机 稀土永磁电机是一种同步电稀土永磁电机是一种同步电动机，但不需要普通同步电动机动机，但不需要普通同步电动机的励磁线圈和集电环。结构上酷的励磁线圈和集电
