基于磁悬浮技术的抽油机设计.pdf

基磁是獰技术前抽机
ロ焦裕玺』口黄鶴松』ロ卢正通口卫璐ロ马坤2口李炜
1.山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590
2.胜利油田技术检测中心山东东营257000
摘要:通过对现有机械采油系统的能耗分析,设计了一款基于磁悬浮技术与直线电机技术相结合的新型抽油机。经
过实验分析发现,该抽油机应用于机械采油系统,可提高工作效率,完成精准控制,实现节能减排,在各大油区可广泛推广
使用。
关键词;磁悬浮直线电机抽油机节能
中图分类号:TH122;TF933
文献标识码:B
文章编号:1000-498(2015)04-0014-02
1机械采油现状分析
目前我国除少数油井为自喷油井外,几乎所有油
井采用抽油机或螺杆泵举升工艺进行机械采油,效率
低(见表1),能耗大,机械采油系统能耗约占采油总成
车身
本的50%。当前,原油产量处于快速增长期,能源消费
悬浮间隙
总量逐年增加,増幅接近20%。国内各大油田都在进
轨道线
行节能降耗的研究,因此提高机采系统效率,优化机采
系统的能源利用效率,对降低生产成本、实现低碳生产
具有重要意义
运行轨道
车身线圈
表1抽油机效率汇总表
▲图1磁悬浮列车基本原理
序号单位神油れ/台电机利用率偏系統效率%斥”原理设计。下面以磁悬浮列车为例,介绍磁悬浮工
胜利
2000
作的基本原理。磁悬浮列车悬浮间隙上下两側安装电
江苏
磁线圈,并分别放置磁化感应钢板和反作用板,以增强
华东
51
00266
26
磁化面积与磁化能力,通过控制电磁线的电流使列
江汉
208
车车身产生的磁场极性与轨道产生的电磁极性相同,
河南
由此列车轨道和列车间出现强大排斥力,该力与列车
6
中原
187
重力相互平衡,使列车车身和轨道间保持1cm的间
机采系统能耗主要是由井下杆柱和液桂的质量加隙,列车悬浮在轨道上运行2,如图1所示
载给电机所引起的载荷能耗,其余系统能耗包括电机
磁悬浮列车的驱动和同步直线电机运行原理一
自损耗、抽油机传动磨损以及其它摩擦阻力。电机自损样,在位于轨道两側的线圈与车身底部的线圈中通入
耗包括热损失和机被损失;抽油机传动磨损有:皮带传交流电,两套线得电后变成电磁体,轨道电磁体与车
动部件的摩擦损失,减速箱内部传动摩擦损失,四连杆身电磁体相互作用,根据异性相吸同性相斥的原理,使
装置的轴承摩擦损失和钢丝绳变形损失,抽油杆部分列车开动。假若列车车身的电磁体被磁化为N极,会
的摩擦损失和弹性变形损失。因此,提高机采系统效被安装在车身前方轨道上电磁体S极所吸引,同时又
率的主要措施是减少能量传递过程中各环节的能量损被安装在车身后方轨道上的电磁体N极所排斥,在这
耗,使抽油机的电能尽可能多地转换为机被能,用于原对引力与斥力的共同作用下,列车开动。由于线圈中通
油的举升开采。
的是交流电,在接下来半个电周期中,之前的S极变成
2磁悬浮原理介绍
N极,N极变成S极,循环往复,使列车向前弃驰。
磁悬浮是一种斥力悬澤系统,利用“磁体同性相
3磁悬浮抽油机方案设计
收稿日期:2014年10月
借鉴目前常用抽油机的先进技术,结合磁悬浮技
2015/4
机械制造53卷第609期
?5E
直接传动,因而可以消除中间坏节
所带来的各种定位误差,若采用微
机控制,则可以大大提高整个系统
的定位精度η。现场实际对比游梁
配重
式抽油机与直线电机抽油机,结果
柔性连绳
见表2。可以发现,直线电机抽油机
直线电机
的节电率达到54.7%,节能效果显
动子
著。直线电机在每个冲程中的90%
抽油机连杆
气围
时间都是匀速运动,系统效率高
隙
定子
直线电机容易做到其动子用
悬浮支撑,因而使动子和定子之
河始终保持一定的空气隙而不接
基座
触,这就消除了定、动子间的接触
摩擦阻力。磁悬浮直线电机可以实
▲图2磁悬浮机采系统结构
▲图3抽油机3D效果图
现无接触传递力,机械摩擦损耗几
术与直线电机的特点,设计了如图2所示的机械采油乎为零,所以工作效率高。磁悬浮技术用于机械采油将
系统。直线电机悬浮运动系统置于机架内部,可以避免是抽油机未来发展的主要方向
恶劣环境和雨雪天气对设备的影响。采用传统的天轮
与配重设计,可以进一步提升机采系统的平衡性,提高5结束语
能量转化率和系统效率磁悬浮抽油机3D效果图如
磁悬浮技术与直线电机技术结合应用,可最大限
图3所示。
度地少电机损失、皮带传动损失、减速箱机械损失
4性能分析
四连杆传动损失,提高能量转化效率和系统效率,节约
了能源。使用直线电机技术,可实现对运动的精准控
由于利用了磁悬浮技术,使部件间没有接触,因此制,以获得最佳冲程冲次。该技术的运用,可以有效推
无摩擦、无机械磨损、低能耗、低噪声;不需要支撑介动油田节能减排和智能化建设工作的进程,其社会效
质,可在各种特殊条件下应用,而且可以长期工作,无益和经济效益显著。
需润滑和维;易于实现计算机控制,进而实现运动、
参考文献
监控及自动检测和诊断,自动化程度高;受力分布均
周正友,刘吉明,李清振.孤岛油田抽油机采油系统的能耗
匀,因为磁悬浮支撑力是均匀分布在整个磁极面上,大
分析及系统最优配置[J].石油工程建设,2005,31(3):8-
大减小了应力,提高了使用寿命和可靠性。
直线电机与传统抽油机旋转电机相比,由于直线[2]王辉解,钟晓波,沈钢.一种新型磁悬浮线路设计方案及悬浮
电机没有把旋转运动变成直线运动的附加装置,因而
控制方法[J].同济大学学报(自然科学版),2013,41(7):
使机械采油系统能量传递效率提高,去除了复杂的传
1112-1118.
动结构,其本身的结构大为简化?;直线电机可以实现[3]秦伟,范瑜,李硕,等,电磁电动式磁悬浮装置的磁场分析
表2直线电机测试结果
和力特性研究「J].电机与控制学报,2012,16(1):67-71
测试结果
4]何畏,王向涛,孙宇,等.抽油机连杆的力学分析及结构改
测试项目
游梁式抽油机
直线电机抽油机
进J].天然气与石油,2013,31(3):71-74.
CYJ14-4.8
ZXCY12-6.0
5]朱熙,范瑜,秦伟,等.旋转磁场电动式磁悬浮装置的力和
频率/H
工频
变频
损耗特性分析[J].中国电机工程学报,2012,32(12):90
冲次/min
4.01
3.98
有功功率/kW
16.07
7,91
6]许德福,樊军,郭书军.直线电机抽油机悬点运动特性的动
无功功率/kVar
44.51
态仿真分析[J].机械工程与自动化,2012(3):43-45.
功率因数
0.34
7]杨继军,李洪由,刘延平,等.直线电机智能抽油机研制
日产液/(t