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油田抽油机传动系统控制原理与设计
作者：尹振军
来源：《中国新技术新产品》2017年第18期
摘 要：针对系统控制自动化需求以及节能降耗的要求，提出一种基于DSP的智能传动控制系统。为实现对该系统的设计，首先对目前主流的抽油机类型进行了简单的介绍，然后对传动系统调速的原理进行了分析，最后结合DSP在智能控制方面的优势，利用DSP芯片作为主处理器，从硬件和软件的角度对系统进行了设计。由此通过设计，为抽油机的节能和自动化控制提供了参考。
关键词：抽油机；节能；控制原理；软件
中图分类号：TM301 文献标识码：A
随着现代智能技术的发展，电力电子控制被广泛应用，其中也包含石油领域。而抽油机作为石油开采领域中的一个重要机械设备，其成为采油中能量消耗最大的一个设备之一。同时，抽油机的动力主要依靠传动系统，通过传动系统电机的转动，以此不断地对岩层下的石油进行抽取。由此，如何对传动系统进行控制，成为保障抽油机工作的重点。
1.抽油机类型概述
目前，针对我国国内的抽油机类型中，使用比较广泛的包括有游梁式和无游梁式两类。在抽油机结构中，其传动系统主要由电机、变速箱部分组成，并且配备的电动机大部分都是Y系列为主。
对于抽油机来讲，其配备的电机大部分都处在轻载运行的状态，这样其负载率很低，并且功率的损耗非常大。对抽油机的电耗来讲，其用在生产中的用电比例会很大，并且对其进行冲程冲次调节显得十分不便。因此，提出对抽油机进行技术技能改造，使其在各种工况下都具备良好的节电效果。而在本研究中，则提出采用开关磁足电机对其转速进行优化控制，并借助DSP的智能处理，实现抽油机上冲程和下冲程的速度调节。
2.开关磁阻电动机调速的工作原理
对开关磁阻电机调速来讲，其主要包括控制器、功率变换器、开关磁阻电机、电流和位置检测装置。其中，开关磁阻电机的控制主要是通过控制器对功率进行调节，进而实现对SR电机转速的控制。同时，结合抽油机的功率和实际采油需求，可以将其运行状态分为启动运行、稳定运行和制动运行3个状态。在不同的状态下，其采取的控制策略又有所不同，但总结起来，其基本的控制策略可以分为低速运行斩波控制和高速运行角度位置控制。而在这两种控制策略中，斩波方式和角度结合的控制策略，被认为是控制效果较好的一种方式，由此被大量运用。如在启动运行的阶段，以12/8结构的三相开关磁阻电机来讲，通常采用斩波控制的方龙源期刊网
设计题目——油田抽油机
1. 机器的用途及功能要求
抽油机是一种采油机械，主要用于当油井不能自喷或自喷能力不能满足采油需要时，从地下抽取石油。图1是游梁式抽油机的工作原理图。工作时，抽油机的执行机构通过钢丝绳牵引抽油杆，带动活塞上、下往复运动。当活塞上移（上冲程）时，抽油泵泵体下部形成负压，使得排出阀关闭，吸入阀打开，油液被吸入泵体内；当活塞下移（下冲程）时，泵体下部压力增大，使得吸入阀关闭，排出阀打开，泵体内的石油被压入活塞体内。在活塞不断往复运动的过程中，油液从活塞体内进入抽油泵上部的油管，最后从井口排入集油管线（图1a）。
抽油机在一个运动循环中所受的生产阻力变化很大。在上冲程中，生产阻力不仅包括抽油杆和活塞以上环形液柱的重量，而且还包括抽油杆和环形液柱的惯性动载荷（悬点E承受了最大载荷）；而在下冲程时，抽油杆在其自重作用下克服浮力下行，生产阻力为零。此外，执行机构的总惯性力和总惯性力矩也不平衡。这些因素使抽油机在工作过程中产生有害振动，同时造成其速度波动，影响抽油杆和抽油泵的正常工作，影响抽油机的工作寿命。因此，必须对抽油机进行动平衡。
2. 设计要求和原始数据
设计以电动机为原动机的抽油机。
⑴ 抽油机结构简单，加工容易，便于维护，受力好，效率高，执行机构的许用压力角[α]≤40°；
⑵ 执行机构具有急回性能，行程速比系数1＜k≤1.15；
⑶ 抽油杆的冲程长度可调；
⑷ 采用曲柄平衡方式对抽油机进行动平衡，平衡重G 作用于B点（图1b）；
3. 设计内容
⑴ 确定总体设计方案，包括传动系统中各传动的类型、传动路线、总传动比和传动比分配；
⑵ 选择执行机构的型式，确定各构件尺寸，计算机构自由度；
⑶ 用电算法作执行机构的运动分析，求出在一个运动循环中，步长为π/36弧度的抽油杆的位置、速度和加速度，以及抽油杆在一个运动循环中的平均速度Vm、最大速度Vmax、最小速度Vmin和速度不均匀系数δv（此处所说速度均指速度的大小）；
浅谈皮带式抽油机的结构原理及其特点
【摘要】皮带式抽油机技术源自于美国威泽福公司，是一种具有国际领先水平的长冲程、慢冲次、纯机械传动的抽油机，操作简单，维护方便，使用安全，其良好的采油工艺性能和可靠的机械性能使得该抽油机在是世界上应用最广泛的一种无游梁抽油机。它既可以实现深抽，也可以进行大排量提液，还特别适合稠油井的开采，其完善的配套工艺和不断的技术升级能够不断地满足各种工况的油井，高效、安全、可靠和节能的特点，为用户带来良好的经济效益。
【关键词】皮带式抽油机 节能 换向平衡
1 机架底座
抽油机机架采用高强度型钢组焊而成，抗弯折性能强，结构稳定可靠。斜撑杆分别连接抽油机塔梁和底座，形成稳定的三角形结构，进一步保证了抽油机塔梁的稳定性。
底座通过地脚螺栓与抽油机专用基础牢固连接，可有效防止抽油机的倾覆，保证机组运行安全平稳。
图1？皮带式抽油机的结构组成
2 刹车控制
采用安全系数最高的盘式刹车系统。配备手动刹车和电磁自动刹车两套刹车系统。手动刹车系统用于人工检修和作业维护时的制动操作，控制平衡箱和悬绳器位置，同时可用于突发情况的紧急制动。电磁自动刹车系统，保证抽油机在无人看守时抽油机突发问题的停机保护，最大限度的保证采油系统的安全。
3 动力传递
原动机：电动机、内燃机等，效率80%以上；
皮带传动：联组窄V带，效率96%以上；
减速箱：齿轮传递，效率98%以上；轨迹链条：链传动，效率96%以上；
负荷皮带：等效为定滑轮，效率96%以上；
图2？抽油机平衡图
5 润滑系统
皮带抽油机具有润滑点少，保养周期长的特点，极大的减少了工人日常维护的工作量。日常巡检时只需通过油位窗观察抽油机减速箱和链条箱内油位是否充足，除非发生渗漏一般情况下不需要维护；滚筒轴承座需每半年左右打一次润滑脂；上链轮处每季度打一次润滑脂，部分机型已经将上链轮的润滑形式改为油润滑，通过刮油板将链条携带的润滑油刮下后引流至上链轮轴承处，实现对上链轮轴承的润滑。
抽油机工作原理
抽油机是一种用来抽取和移除液体或气体的设备。它的工作原理主要基于流体力学和压力差的原理。以下是抽油机的工作原理的详细描述。
1. 机械驱动力：抽油机通常通过电动机、柴油机或其他能源提供的动力来驱动。这种机械驱动力产生的动能会转化为机械能，以驱动抽油机的运转。
2. 轴和叶轮：抽油机内部有一根轴，轴上安装有叶轮。当机械驱动力作用在轴上时，轴会旋转，带动叶轮一起旋转。
3. 叶轮旋转：叶轮通常具有多个叶片，当叶轮旋转时，叶片会使周围的液体或气体产生剪切力和动能。
4. 压力差：由于叶轮的旋转，液体或气体被迫通过叶片间隙或叶片表面的通道。这个过程会产生压力差，即在叶轮进口和出口之间形成的差压。
5. 流体抽取：叶轮旋转时产生的压力差会导致液体或气体流动，并被抽入抽油机的进口。随着叶轮的旋转，流体被强制排出抽油机的出口。
6. 排液或排气：抽油机将液体或气体移到出口，然后将其排放到另一个位置，如储罐、管道或其他设备中。这样就实现了液体或气体的抽取和移除。
总结：抽油机基于机械驱动力、轴和叶轮的旋转以及压力差的产生，通过带动液体或气体流动，实现了液体或气体的抽取和移除。它广泛应用于石油、化工、水处理等行业中。
