永磁传动技术在抽油机系统中的节能效果分析.pdf

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1、北京石油化工学院学报第22卷第1期Vo1．22NO．1JournalofBeijingInstituteof2014年3月Mar．2014Petro—chemicalTechnology永磁传动技术在抽油机系统中的节能效果分析刘华伟，李濂岸，刘郁聪。(1．中海油能源发展工程技术公司增产作业分公司，天津300452；2．中国石油大学(北京)机械与储运工程学院，北京102249；3．中海油能源发展工程技术公司实验中心深圳分公司，广东深圳，51810O)摘要：分析了永磁传动技术在抽油机系统中应用的节能效果，首先阐述了永磁传

2、动器系统构造与工作原理，根据其安装前后所采集的抽油机系统的生产参数对电机的转差率进行叠加并绘出其转矩特性曲线，分析悬点载荷和曲柄轴的运动规律，并研究抽油机系统的光杆功率和有功功率的变化特点，数据比对与分析结果表明，永磁传动器改善了抽油系统的动力性能，减少载荷和扭矩波动，降低了抽油机的驱动电机的装机功率，从理论分析和试验结果两方面证实了永磁传动技术在抽油机系统应用中的节能效果。关键词：永磁传动；抽油系统；叠加转差率；节能中图分类号：TE08文献标志码：A有杆抽油是国内外石油工业传统的机械采少冲击和振动，协调驱动电机的负

3、荷分配，有效油方式之一，也是至今一直在机械采油方式中地提高系统的安全性和可靠性。同时，永磁传占绝对主导地位的人工举升方式。目前，机械动器体积小，安装方便，具有带缓冲的软启动的采油系统的能耗费用已经成为影响采油成本的功能，减少电机的冲击电流，延长设备使用寿主要因素之一。降低有杆抽油系统的耗电量，命，具有一定的节能效果。提高有杆抽油的系统效率对于油田节能降耗，1永磁传动器的系统构成与工作提高油田开发的综合经济效益具有重要的现实原理意义。在传统的抽油机拖动系统上，电机轴与负载轴通过机械联接传递扭矩，具有很强的冲永磁传动技术

4、的基本原理是电磁感应定击和振动载荷，所以，他们不仅应有足够的静强律，即安装在电机与负载之间的铜盘与磁盘的度，而且应耐疲劳，有时还要具有密封性，才能磁场相互作用产生转矩，把电机一侧的力矩传保证抽油系统安全有效运行。抽油系统匹配不递给负载。合理，“大马拉小车”现象严重，设备长期低负荷运行。随着科技的发展，永磁传动技术逐步地发展起来，到目前已经形成了多种多样的传动形式[]。永磁传动是以现代磁学的基本理论，应用永磁材料所产生的磁力作用，来实现力或转矩无接触传递的一种新技术。永磁传动器是一种常见的永磁传动结构，电机与负载设备转

5、轴之间实现了无机械连结的转矩传输，减小了减速机、电机轴承设备密封及联轴器的磨损，减图1永磁传动器的系统构成收稿日期：201309—29永磁传动器主要由一个安装在电动机轴上作者简介：刘华伟(1985)，男，工程师，主要从事油田增产和节能技术研究工作，Email：zhunliuhejun@163．corn。的铜盘(导体转子)、一个安装在负载轴上的镶第1期刘华伟等．永磁传动技术在抽油机系统中的节能效果分析27有永磁磁铁的钢盘(永磁转子)两部分组成，如矩特性曲线，如图3所示。从图3中可以看出，图1所示。导体转子固定在电动机轴

6、上，永磁永磁传动器安装前后转矩特性有了一定的变转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子化，额定转差率由3提高到了l5。抽油机之间有间隙(称为气隙)。这样电动机和负载由采用高转差率电动机驱动时，曲柄角速度波动原来的硬(机械)链接转变为软(磁)链接。增加，所以有必要研究曲柄变角速度下的抽油由于电机旋转时，带动铜盘在磁盘所产生机的运动规律。的强磁场中切割磁力线，因而在铜盘中产生涡O·7流电流，该涡流电流反过来在铜盘周围产生反0．6感磁场，阻止铜盘与磁盘的相对运动，调整磁盘0．5—昌与铜盘之间气隙，可实现电机与负载之间的调0

7、．4速和扭矩传输。永磁传动器运行时，如图2所0．3婢示，拖动电机启动时，气隙很大，电机转负载不O2转，电机空载启动；拖动电机全速运行后，气隙0．1减小，负载加速。磁感应是通过磁体和导体之0020．4060．81．0间的相对运动产生的，永磁传动器的输出转速转差率始终比输入转速小，转速差称为滑差。在电动图3安装永磁传动器前后的电机转矩特性曲线机满转时，永磁传动器的滑差在1％～42．1曲柄变角速度时的运动分析之间。曲柄变角速度时，在曲柄轴上作用有阻力矩和从电动机传来的主动力矩T77，设曲柄轴的等效转动惯量为‘，，则曲柄轴的

8、运动方程为]：+叫二汀一Td(1)l。一∞2永磁传动器应用于抽油机拖动【0l。一0o，COlo—COo式中：i为从电动机轴到减速器输出轴的总传系统的节能原理动比；T为电动机轴的输出扭矩，kN·m；r／在有杆抽油系统中安装永磁传动器，由于为由电动机轴到曲柄轴的传动效率；m为指其滑差的存在，相当于间接增加了拖动电机的数，Ta>O，m一1，<0。m一