天平游梁式抽油机中驱动电机的选取

郑严

摘 要 天平游梁式抽油机是一种新型抽油机，驱动电机为永磁同步电动机。抽油机的野外工作条件恶劣、负载变动大，对电动机的要求较高。针对此情况，提出了永磁同步电动机的选取原则，并对其现场应用情况加以监测和分析，得出永磁同步电动机性能可靠、节能降耗的特点。

关键词 永磁同步电动机；永磁体；品质因数；效率

中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0200-01

1 天平游梁式抽油机简介

游梁式抽油机在我国石油生产设备中占有绝对地位，约占机械采油井总数的90%。普通游梁式抽油机是把异步电动机的动力经减速箱降速后传递给曲柄连杆机构，从而带动横梁、驴头和抽油杆做上下往复运动，完成采油过程。要把电机的旋转运动变为抽油杆的上下往复运动，需要曲柄连杆机构和井口装置共同来完成，这样势必会增加生产成本且耗能较大。据统计，普通游梁式抽油机的总效率平均为30%；在油田生产过程中，电能消耗较大，约占生产成本的33%左右，其中有85%为抽油机所消耗的电能。因此，抽油机的节能降耗是目前亟待解决的问题。

经过多年的研究和创新，抽油机的结构形式发生了巨大的变化。天平游梁式抽油机取消了普通游梁式抽油机的齿轮减速结构，用支架连接游梁和前后驴头，利用工作驴头和配重驴头重量对称的平衡方式取代了普通游梁式抽油机的离心力平衡方式。天平游梁式抽油机工作时，电动机通过皮带把动力传递给驱动轮，使驱动轮上的驱动绳移动，从而带动抽油杆上下运动，完成采油过程。由于天平游梁式抽油机采用对称平衡方式，所以驱动电机的动力只需要克服机械摩擦力即可，使得电动机的输出功率变小，效率得到提高。

2 永磁同步电动机的选取

基于天平游梁式抽油机的机械结构特点，选用新型材料和加工工艺制造的特种电动机—永磁同步电动机作为驱动装置。由于抽油机的工作环境恶劣，载荷变化大，因此对抽油机的驱动电机性能要求比较高。

2.1 永磁同步电动机简介

永磁同步电动机主要由定子总成、转子总成和机座三个部分组成。定子绕组为三组线圈，在定子铁心上均匀分布，空间位置上相差120度角。定子绕组接通三相交流电后，会产生一个旋转磁场。转子由永久磁体按一定对数组成，它在旋转磁场的作用下开始转动，保证了电动机的转速与电源频率保持同步。定子绕组外加电源频率的大小可以改变电机的转速，基于这一特点，使得抽油机的控制方式变得简单易行，可操作性强。天平游梁式抽油机可以根据油田生产实际，借助变频器及控制技术任意调整永磁同步电动机参数，改变电动机的速度和出力，提高采收率。

2.2 永磁同步电动机的选取原则

2.2.1 必须选用正规生产厂家的永磁体

永磁体是永磁同步电动机的主要部件，在选择时应严格把关。正规生产厂家的设备先进，工艺标准高，产品质量好，各项性能指标可以长期达标。

2010年，工作人员对永磁同步电动机进行检测。随机抽取几台油田正常使用的永磁同步电动机，对电动机中的永磁体进行剩磁、磁感矫顽力等参数的检测，所检测的永磁体全部达到国家标准。这充分说明，经过多年的使用，永磁同步电动机的永磁体基本没有退磁，性能稳定可靠。因此，选择正规厂家生产的永磁体，可以提高永磁同步电动机的使用寿命。

2.2.2 适当加大永磁同步电动机的轴径和轴承

作为抽油机的动力装置，永磁同步电动机的性能必须符合抽油机的工作要求。由于井下抽油杆和油柱的重量较大，抽油机最显著特点是工作负载大，这样会使永磁同步电动机上转轴和轴承的故障率明显升高。例如：功率为30 kW的永磁同步电动机，它的转轴直径为60 mm，所用轴承为2313；可以与之替代的异步电动机功率为55 kW，转轴直径为75 mm，所用轴承为2314～2317。通过以上数据可以看出，要满足抽油机的使用要求，就应该将永磁同步电动机的轴径和轴承适当加大1-2个规格。

2.2.3 用品质因数评价永磁同步电动机的启动性能

永磁同步电动机的启动转矩倍数越大，抽油机在选择驱动电机时，可以选择额定功率相对较低的电动机，这样在提高负载率的同时，降低了成本。但是，在抽油机实际生产过程中，电动机经常会在严重欠压的情况下启动，因此，要想合理、准确地评价永磁同步电动机的启动性能，只考虑启动转矩倍数是不科学的，还应当考虑启动电流对电动机的影响。综合考虑，引用品质因数来评定电动机的启动性能会更加合理，品质因数越大则电动机的启动性能越好。

3 永磁同步电动机应用效果分析

在油田生产过程中，通过天平游梁式抽油机的各项数据和指标，对永磁同步电动机的使用寿命及节能效果进行分析。

3.1 永磁同步电动机的节能效果

2012年，对350口抽油机井的永磁同步电动机进行测试。测试数据表明，大部分永磁同步电动机呈容性，平均功率因数大于0.9，累计节约电量746万度，综合节电10%～30%。

3.2 永磁同步电动机的故障率

2012年底，对350口抽油机井的永磁同步电动机进行监测，有325台电动机能够正常运行，25台电动机出现过故障。25台故障电机中有6台是转轴断裂，16台是轴承损坏，2台是定子线圈烧毁，1台是永磁体退磁。永磁同步电动机的年平均故障率为7%，明显低于异步电动机的年平均故障率8%，能适应油田生产的恶劣环境，可逐步替代异步电动机。

4 结束语

天平游梁式抽油机是采油机械设备的一个新突破，作为抽油机的驱动装置，永磁同步电动机结构可靠、性能稳定、高效节能等特点会被更多的研究者所关注。随着高性能材料与高科技工艺的研发，会使抽油机驱动电机的结构和性能得到完善和改进，继而优化抽油机的性能，提高油田生产效率。

参考文献

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