抽油机用永磁磁力耦合器试验研究.pdf

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1、２０１４年第４３卷石油矿场机械第１１期第６１页犗犐犔犉犐犈犔犇犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０１４，４３（１１）：６１６５文章编号：１００１３４８２（２０１４）１１００６１０５抽油机用永磁磁力耦合器试验研究何富君１，仲于海１，常忠伟２，张子华１（１．东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆１６３３１８；２．大庆石化公司水汽厂，黑龙江大庆１６３７１４）摘要：针对抽油机用永磁磁力耦合器开展了有限元仿真和试验分析，建立了三维有限元仿真模型，进行了永磁磁力耦合器的传动性能仿真研究，获得了传递转矩与间隙、

2、转速差之间的关系；建立了永磁磁力耦合器试验平台，对永磁磁力耦合器实物样机进行试验研究，验证了有限元仿真的可行性，同时验证了永磁磁力耦合器在抽油机上使用的可行性。关键词：抽油机；永磁耦合器；有限元；试验研究中图分类号：ＴＥ９３３．１文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３８４２．２０１４．１１．０１５犚犲狊犲犪狉犮犺狅犳犘犲狉犿犪狀犲狀狋犕犪犵狀犲狋犻犮犆狅狌狆犾犲狉狅狀犗犻犾犘狌犿狆犻狀犵犕犪犮犺犻狀犲１，ＺＨＯＮＧＹｕｈａｉ１，ＣＨＡＮＧＺｈｏｎｇｗｅｉ２，ＺＨＡＮＧＺｉｈｕａ１ＨＥＦｕｊｕｎ（１．犆狅犾犾犲犵犲狅犳犕犲犮犺犪狀犻犮犪犾犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犈狀

3、犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犖狅狉狋犺犲犪狊狋犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犘犲狋狉狅犾犲狌犿，犇犪狇犻狀犵１６３３１８，犆犺犻狀犪；２．犞犪狆狅狌狉犪狀犱犠犪狋犲狉犘犾犪狀狋，犇犪狇犻狀犵犘犲狋狉狅犾犲狌犿犆犺犲犿犻犮犪犾犐狀犱狌狊狋狉狔犆狅犿狆犪狀狔，犇犪狇犻狀犵１６３７１４，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｆｏｒｏｉｌｐｕｍｐｉｎｇｍａｃｈｉｎｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙｃｏｕｐｌｅｒ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｅｓｔａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａ

4、ｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｓｅｔｕｐ，ａｎｄｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｍｏｎｇｄｒｉｖｉｎｇｔｏｒｑｕｅ，ａｉｒｇａｐａｎｄｓｐｅｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｄｏｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｃｏｕｐｌｅｒｐｒｏｔｏｔｙｐｅ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｈａｓｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｃ

5、ｏｕｐｌｅｒｕｓｅｄｉｎｏｉｌｐｕｍｐｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｏｉｌｐｕｍｐｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ；ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｅｒ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈ抽油机是我国油田最主要的机械采油设备，目载荷冲击，而且造成电动机负载的波动，影响电机寿前抽油机井总数已超过２０万台，日耗电量０．５×命及节能效果。８［１］１０ｋＷ·ｈ。但是，抽油机在工作过程中存在以从油田节能的角度出发，将永磁耦合器应用到下问题：抽油机上，以期改善以上问题。由于永磁耦合器利１）要求较高的启动转矩。抽油机的转动惯量用磁场实现非接触传动，不但减小载荷对

6、电机产生很大，且又带载启动，对电动机的启动性能要求很的冲击，而且还具有延迟启动的特性。经过大量的高，但稳定运转后要求的输出转矩比较小。为了满调研发现，目前还没有发现在抽油机上应用此类足大启动转矩的需要，需要配置较大功率的电动机，装置。不但提高了装机成本而且功率因数低，效率也较低，１技术分析导致能源的浪费。２）抽油机载荷的波动性。抽油机减速器输出１．１工作原理轴转矩呈明显的周期性变化，不但对机械系统产生永磁磁力耦合器利用感应磁场实现转矩的传递收稿日期：２０１４０５１３作者简介：何富君（１９７０），男，黑龙江铁力人，教授，博士，主要从事油田机器人技术及油田机械装备方面的研究。·６２·石油矿场

7、机械２０１４年１１月功能，耦合器的驱动端和负载端分别连接导体盘和表１永磁磁力耦合器样机主要参数磁体盘，在工作时两盘之间必须存在转速差。当输结构参数尺寸／ｍｍ备注入轴转动时，磁体盘与导体盘之间产生相对运动，导内径１３８相对磁导率：１环形铜盘外径３００电导率：５．８×１０７Ｓ／ｍ体盘切割磁力线，在导体盘