平行轴式螺杆泵驱动装置设计

摘要

螺杆泵是常见机械采油装置之一，常规式螺杆泵和直驱式螺杆泵是油田现阶段主要应用的螺杆泵采油系统。提高驱动效率以及停机时杆柱反转所带来的安全隐患是一直有待解决的问题。常规式螺杆泵一般采用皮带锥齿轮传动机构，因为皮带传动易打滑，造成传动丢转，能量损耗大效率低。另外通常采用棘轮棘爪这种机械式防反转装置，无法自动释放反转能量，需人工手动操作，存在安全隐患;直驱式螺杆泵通过电机连接光杆直接驱动，提高了传动效率，但由于缺少减速机构，同样功率的电机无法提供满足工作要求扭矩，而且当抽油杆柱反转时也无法减小电机端的反转扭矩。虽然应用能耗制动这种软刹车装置能够将反转自动释放，但该装置多是电子元件，使用寿命较短，更换频繁。因此研究带有高效传动机构的新型螺杆泵，以及防反转装置，对油田高效安全生产具有重要意义。
　　新型平行式螺杆泵驱动系统采用高效平面二级减速器，本文主要研究基于此新型驱动系统基础之上的电磁制动装置。经过计算，设计完成该电磁制动防反转装置，并进行了数值模拟分析。计算结果表明本文设计的电磁制动装置制动力矩达到438.16N·m，若按照减速机降速比10～15计算，到减速机输出轴即驱动杆的最大扭矩可达到4381～6572N·m，完全可以满足普通螺杆泵井由停机带来杆柱反转的制动需要。应力分析结果也表明该装置满足强度要求。通过对PLC的设计，完成电磁制动专用智能控制系统，在该系统控制下，电磁制动装置能有效的制止杆柱反转，并能自动释放反转扭矩，有效的减少由反转造成的抽油杆断脱等事故的发生，也延长了系统的使用周期，提高安全性能。
　　研究分析了螺杆泵井扭矩释放机理，详细阐明了杆柱反转的两部分原因所形成的两个作用阶段，一个是杆柱自身所储存的弹性势能反转阶段，另一个是由油套压差引起的类似于液压马达效应作用阶段。分别推导得出两个阶段杆柱无约束反转过程中角速度、角加速度与反转时间之间的计算关系式。对研究杆柱反转具有理论实际意义，也对本文研究的电磁制动装置的制动释放间隔时间具有指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 石油开采技术的历史发展

1．3 驱动系统发展现状

1．3．1 游梁式抽油机驱动系统

1．3．2 电潜泵抽油机驱动系统

1．3．3 常规式螺杆泵驱动系统

1．3．4 直驱式螺杆泵驱动系统

1．4 本文主要内容

第二章 平行式螺杆泵驱动系统

2．1 平行式螺杆泵驱动系统工作原理

2．2 平行式螺杆泵驱动系统结构

2．2．1 电磁刹车的防爆电机

2．2．2 高效平面减速机

2．2．3 智能控制系统

2．2．3 机械密封

2．2．4 密封器

2．3 平行式螺杆泵地面驱动装置特点

第三章 平行式螺杆泵驱动系统装置设计及分析

3．1 平行式螺杆泵驱动系统电机设计要求

3．1．1 平行式螺杆泵驱动系统电机特点

3．1．2 电机选型的参数

3．2 平行式螺杆泵驱动系统制动装置设计

3．2．1 平行式螺杆泵驱动系统制动装置要求

3．2．2 驱动系统制动装置设计的思路、结构及特点

3．2．3 制动装置主要参数

3．2．4 制动力

3．2．5 该制动装置技术特点

3．3 杆柱反转原因与防反转装置性能要求

3．4 有限元分析

3．4．1 环状刹车钢板应力分析

3．4．2 盘状刹车片应力分析

3．4．3 制动主体钢架应力分析

第四章 平行式螺杆泵智能控制系统设计

4．1 驱动系统控制器设计

4．1．1 控制器工作过程

4．1．2 电磁制动控制原理及工作过程

4．1．3 智能系统显示面板设计

4．2 控制系统程序设计

4．2．1 主要指令介绍

4．2．2 梯形图程序设计

4．3 制动系统时间间隔研究

4．3．1 螺杆泵扭矩释放机理

第五章 平行式螺杆泵驱动系统实地验证

5．1 实验设备实物及具体参数

5．2 实验结果

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间论文发表情况