CN211655960U - 抽油机专用高低双额定转矩电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种抽油机专用高低双额定转矩电机，该抽油机专用高低双额定转矩电机包括转子，定子，第一前端盖、第一后端盖和控制箱，该转子通过该第一前端盖和该第一后端盖两端支撑与该定子固定在一起，该定子中镶嵌两套独立绕组，第一套绕组采用第一定子线圈，第二套绕组采用第二定子线圈，该第一定子线圈和该第二定子线圈分别连接于该控制箱。该抽油机专用高低双额定转矩电机根据抽油机的启动及运行特点，研制一种高低双额定转矩电机，即满足抽油机的启动要求，又提高抽油机的负载率，提高运行效率。

Description

抽油机专用高低双额定转矩电机

技术领域

本实用新型涉及油井抽油机配套的电动机领域，特别是涉及到一种抽油机专用高低双额定转矩电机。

背景技术

用于油井原油提升的抽油机，是油田的主要采油设备，绝大多数抽油机采用电动机驱动，由于抽油机的运行特点是启动转矩大，而实际运行时，需要的转矩较小，为了保证抽油机的正常启动，配套电机的功率按照能够满足正常启动需要的电机功率选型，这样在实际运行时，产生大马拉小车的问题，造成电动机运行效率低，功率因数低，以12型抽油机为例，为了保障正常启动，配套的电机一般为37KW或30KW,通过对油田在用运行的12型抽油机调查统计，大部分油井日平均耗电量大部分在160度左右,稠油井、高冲次、超深井耗电量在250度左右，电机轻载运行，导致电机的效率、功率因数大大降低。但为了满足抽油机的启动要求，不得不配套大动率电机、大容量变压器，近几年，部分油田陆续开发应用了多功率电机、双功率电机、变频电机、永磁同步电机，但一直未能根本解决抽油机配套电机功率过大、效率偏低的问题。

在申请号201720868389.0：的中国专利申请中，涉及一种塔式抽油机用内置型永磁同步电机，涉及塔式抽油机驱动电机技术领域，解决了塔式抽油机驱动***体积过大、占用空间多、***效率低、故障率高等技术问题。该塔式抽油机用内置型永磁同步电机包括定子和转子，定子包括有绕组定子铁芯和机壳，转子包括转子铁芯、转轴和永磁体，电机转轴位于机壳内，机壳两端均安装有端盖，电机非轴伸端连接有制动器，转轴输出端连接有减速机构；减速机构包括太阳轮、减速传动装置和减速输出轴，电机转轴输出端加工有花键，太阳轮上加工有与花键相适配的内花键。这件专利所述的塔式抽油机内置型永磁同步电机，仅仅适用于塔式抽油机，不适用于其他类型抽油机。

在申请号201811416374.6：的中国专利申请中，涉及到一种油田抽油机用电动机，涉及电动机技术领域，具体包括电机机箱，设置于电机机箱内部的转子、定子铁芯和定子绕组，位于电机机箱一侧的第一盖板，以及位于电机机箱另一侧的限位套板，所述电机机箱的底部固定安装有两个相互对称的支撑架，两个所述支撑架的底部通过机座的顶部固定连接，所述机座的顶部通过四个紧固螺栓与待安装板的内部螺纹连接。这件专利所述油田抽油机用电动机没有解决目前存在的配套电机功率过大的问题，仍然存在大马拉小车问题。

为此我们发明了一种新的抽油机专用高低双额定转矩电机，解决了以上技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种即满足抽油机的启动要求，又提高抽油机的负载率的抽油机专用高低双额定转矩电机。

本实用新型的目的可通过如下技术措施来实现：抽油机专用高低双额定转矩电机，该抽油机专用高低双额定转矩电机包括转子，定子，第一前端盖、第一后端盖和控制箱，该转子通过该第一前端盖和该第一后端盖两端支撑与该定子固定在一起，该定子中镶嵌两套独立绕组，第一套绕组采用第一定子线圈，第二套绕组采用第二定子线圈，该第一定子线圈和该第二定子线圈分别连接于该控制箱。

本实用新型的目的还可通过如下技术措施来实现：

该控制箱包括电机监控仪，低速运转控制接触器和高速运转控制接触器，该电机监控仪外接三相电源，该低速运转控制接触器的一端连接于该电机监控仪，另一端连接该第一定子线圈，该高速运转控制接触器的一端连接于该电机监控仪，另一端连接该第二定子线圈。

该控制箱还包括空气开关、电源指示灯和熔断器，该电机监控仪通过该空气开关外接三相电源，该熔断器的一端连接于该空气开关，另一端连接于该电源指示灯的一端，该电源指示灯的另一端连接于该电机监控仪。

该控制箱还包括低速指示灯和高速指示灯，该低速指示灯的一端连接于该电机监控仪，另一端连接于该低速运转控制接触器的辅助常开触点，该高速指示灯的一端连接于该电机监控仪，另一端连接于该高速运转控制接触器的辅助常开触点。

该控制箱还包括启动按钮和停止按钮，该启动按钮和该停止按钮分别连接于该电机监控仪。

该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括第一螺栓，第一弹簧垫圈和轴伸挡圈，该轴伸挡圈通过该第一螺栓与该转子固定在一起，该第一弹簧垫圈与该第一螺栓配合使用，防止该第一螺栓松动。

该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括键，安装固定在该转子的键槽中。

该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括深沟球轴承、轴承内盖和轴承外盖，该深沟球轴承支撑该转子做圆周运动，该轴承外盖与该前端盖连接在一起，固定和密封该深沟球轴承；该轴承内盖与该前端盖安装在一起，固定和密封该深沟球轴承，支撑固定电机转子做圆周运动。

该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括第二前端盖，第二后端盖，该第二前端盖连接在该定子外壳壳体，支撑固定该转子、并密封该定子，该第二后端盖与该定子连接固定在一起，固定支撑该转子做圆周运动。

该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括第二螺栓、第二弹簧垫圈和第三螺栓，该第二螺栓连接固定该第二前端盖与该定子外壳，该第二弹簧垫圈与该第二螺栓连接，防止该第二螺栓松动；该第三螺栓连接固定该第二后端盖与该定子。

该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括风扇，风罩和轴用弹簧挡圈，该风扇连接安装在该转子的后部轴伸端，该轴用弹簧挡圈安装在该转子的后部轴伸端，以固定该风扇，该风罩与该定子连接固定在一起，以防护该风扇。

该定子由矽钢片制造。

本实用新型中的抽油机专用高低双额定转矩电机，根据抽油机的启动及运行特点，研制一种高低双额定转矩电机，即满足抽油机的启动要求，又提高抽油机的负载率，提高运行效率。与现有技术相比,本实用新型的主要优点为：

1、同一台异步电机通过改变电机极数，达到增加额定转矩的设计方法，降低抽油机匹配功率的目的，提高电机负载率，提高电机效率，解决大马拉小车问题，实现节能降耗。

2、通过交流接触器及其控制单元，实现高低转矩、高低转速之间的自动切换。同时还有调节电机转速即调油井冲次的功能，调整方便快捷，省时省力。

附图说明

图1为本实用新型的抽油机专用高低双额定转矩电机的一具体实施例的主视图；

图2为本实用新型的抽油机专用高低双额定转矩电机的一具体实施例的侧视图；

图3为本实用新型的一具体实施例中高低双额定转矩电机16极绕组接线图；

图4为本实用新型的一具体实施例中高低双额定转矩电机8极绕组接线图；

图5为本实用新型的一具体实施例中8极与16极控制箱接线盒内的控制接线图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

以12型抽油机为例，一般配套的电机功率为8极30KW，而12型抽油机正常运行后，油井大部分抽油机的平均运行功率在6-10KW左右，造成大马拉小车问题，针对抽油机要求启动转矩大，实际正常运行转矩小的特点，充分利用异步电机的性能特点，发明设计一种小功率双额定转矩电机，异步电机转矩T＝9550*P/n,T为转矩，P为功率，n为转速，在功率不变的情况下，转速越高，转矩越小，转速越低、转矩越大。异步电机在一种功率下，设计发明一种双绕组新型异步电机，一台电机内设计两组独立绕组，一组绕组主要用于启动运行，另一组绕组用于运行，并配套设计自动控制***，完成两套绕组的自动转换，电机的接线方式与普通异步电机相同，启动时，使用低速绕组，启动完成后，通过控制***自动切换到运行绕组正常运行，停机时，通过控制***自动复位到启动绕组状态。用于启动的一组绕组设计为16极或12极，用于正常运行的一组绕组设计为8极或6极，根据电机的转矩计算公式T＝9550*P/n,(P为功率、n为额定转速)在功率降低一半的情况下，转速同样降低一半，额定转矩保持不变，因此，普通电机为8极30KW与16极15KW的额定转矩相同，普通电机为8极30KW能够启动的负载，16极15KW同样能够启动运行。这样高低双额定转矩小功率电机利用16极绕组完成启动正常运行后，通过电机自身携带的控制***，自动切换到8极运行绕组正常运行，这样就解决了大马拉小车问题，实现了低速大转矩启动，正常转速、高负载率运行。这种电机即满足了抽油机大扭矩启动的要求，又适应了抽油机轻负载运行的特点。这样，8极15KW绕组正常运行，与原抽油机配套电机8极30KW电机相比，电机负载率提高1倍，运行效率、功率因数大幅度提升，由于配套电机功率下降一半，配套的变压器容量就能降低一半，既满足抽油机的启动问题，又提高了抽油机负载率，同时又降低了配套变压器和电力线路的容量，实现了抽油机的小功率电机运行，解决了抽油机大马拉小车的难题。

如图1和2所示，图1和2为本实用新型的抽油机专用高低双额定转矩电机的结构图。

该抽油机专用高低双额定转矩电机包括：

1、螺栓，按国标要求制造，主要作用是固定轴伸挡圈,把轴伸挡圈3与转子4连接在一起；

2、弹簧垫圈，按国标要求制造，主要作用是防止螺栓1松动，与螺栓1配合使用；

3、轴伸挡圈，按国标要求制造，通过螺栓1与转子4固定在一起，主要作用是轴向固定电机皮带轮；

4、转子，按电机国标制造，主要作用是在电磁场的作用下，做旋转运动，传递电机扭矩，通过前端盖9、后端盖13两端支撑与定子12固定在一起；

5、键，国标制造，主要作用连接转子轴与皮带轮做旋转运动，安装固定在转子4的键槽中；

6、轴承外盖，按照国标制作，与前端盖9连接在一起，主要作用是固定和密封深沟球轴承；

7、深沟球轴承，按照国标制作，与前端盖9安装在一起，主要作用是支撑转子做圆周运动；

8、轴承内盖，按国标制造，与前端盖9安装在一起，固定和密封该深沟球轴承7，主要作用支撑固定电机转子在电磁场的作用下，做圆周运动；

9、前端盖，按照国标制作，连接在定子外壳壳体，主要作用是支撑固定转子、密封定子的作用；

10、螺栓，按照国标制作，连接固定前端盖9与定子外壳12；

11、弹簧垫圈，按国标制造，与螺栓10连接，主要作用是防止螺栓10松动；

12、定子，定子由优质矽钢片制造，定子铁芯设计制作为偶数个槽,在一实施例中,为96槽，镶嵌两套独立绕组，第一套绕组采用第一定子线圈22，第二套绕组采用第二定子线圈23，第一定子线圈22和第二定子线圈23的级数为偶数,在一实施例中,图3所示是16极绕组展开接线图，图4所示是8极绕组展开接线图，根据实际需要也可以6极与12极；

13、后端盖，按照国标制作，与定子12连接固定在一起，主要作用是固定支撑转子做圆周运动；

14、十字槽盘头螺钉，按照国标制作固定风罩，连接固定在定子12外壳上面；

15、平垫圈为国标制造，与十字槽盘头螺钉14连接在一起，主要作用是防止十字槽盘头螺钉14松动；

16、风罩，按照国标制作，与定子12连接固定在一起，起到防护风扇的作用；

17、风扇，按照国标制作，连接安装在转子4的后部轴伸端，随转子的旋转而转动，起到冷却电机的目的；

18、轴用弹簧挡圈，按照国标制作，安装在转子4的后部轴伸端，主要作用是固定风扇；

19、螺栓，按照国标制作，连接固定后端盖13与定子12，主要作用是连接后端盖13；

20、柳钉，按照国标制作，安装在定子12外壳侧面，主要作用是连接固定电机铭牌；

21、电机铭牌，按照国标制作，安装在定子12外壳侧面，主要作用是标识电机参数及制造厂家；

22、接线盒，配套专用控制配电箱，图5所示是控制箱控制接线图，主要由箱体、DZ10-63A空开、DBH-8型55A电机专用监控仪、第一套绕组使用的交流接触器KM1、第二套绕组使用的交流接触器KM2、电源电缆、控制电缆、启动按钮、停止按钮组成。接线盒内分为主回路与控制回路，主回路的接线及工作过程为：三相电源U，V，W接入接线盒内接线板上，从接线板连到空气开关DZ10上，通过DZ10空气开关再从DBH-8监控仪的三个孔(即电流互感器)中穿过，监控仪由此获得主回路电流变化信号。然后主回路分成两路﹑一路与低速运转控制接触器KM1连接，通过KM1接到电动机低速绕组上，另一路与高速运转控制接触器KM2连接，通过KM2接到电动机高速绕组上。当KM1接通时，电动机低速运转，当KM2接通时，电动机高速运转。

控制回路的接线及工作过程为：控制回路由熔断器RT14﹑电源指示灯(红色)﹑低速指示灯(绿色)﹑高速指示灯(绿色)﹑DBH-8监控仪组成。它们之间采用并联形式连接到主回路上。其中低速指示灯由KM1的辅助常开触点控制，高速指示灯由KM2的辅助常开触点控制，接触器KM1和KM2由DBH-8监控仪控制通﹑断，起动和停止按钮接到监控仪上。

DBH-8监控仪控制逻辑规律为：DBH-8监控仪的1﹑2接线柱连接电源，DBH-8监控仪的3接线柱连接到接触器KM1，DBH-8监控仪的4接线柱连接到接触器KM2，DBH-8监控仪的5﹑6接线柱连接到起动按钮，DBH-8监控仪的7﹑8接线柱连接到停止按钮。DBH-8监控仪通过自带的三个电流互感器获取电动机的实时运行电流值并经运算除去瞬时干扰再与设定值比较判定接通哪一个接触器。起动时接通KM1，如果主回路中电流小于设定值就断开KM1而接通KM2，如果主回路中电流大于设定值就一直接通KM1。当设定值为最小(如2A)时，电动机电流不可能小于2A，所以一直接通KM1即低速运行，当设定值为最大(如32A)时，DBH-8监控仪先接通KM1然后转换到接通KM2.即低速起动然后转换到高速运行。

当电动机过载时，电流超过设定的保护电流值则DBH-8监控仪快速切断KM1和KM2，及时保护停机。

23、第一定子线圈，按照国标制作，安装在定子12槽内，主要作用是通电后，产生电磁场，带动转子做旋转运动产生动力；

24、第二定子线圈，按照国标制作，安装在定子12槽内，主要作用是是通电后，产生电磁场，带动转子做旋转运动产生动力；

图5所示是控制箱控制接线图，主要作用是接入三相电源、控制电机的运行方式，实现高极数启动、低极数运行。高低双额定转矩电机的工作过程为：三相电源接到图4的U、V、W三相接线柱处，检查无问题后，把工作旋钮旋转到低速挡，操作启动按钮启动，首先KM1处连接启动电机，第一套绕组工作产生磁场，带动转子旋转转动，工作正常运行3分钟左右，操作停止按钮停止电机，把工作旋钮旋转到高速挡，操作启动按钮启动，KM2处连接启动电机，第二套绕组工作产生磁场，带动转子旋转转动，电机长期连续低功率运行工作。

以下为应用本发明的具体实施例。

实施例1，根据油田生产实际，12型抽油机配套电机目前可以是8极30KW电机，采用专用高低双转矩节能电机配套后，可以配套16极/8极15KW电机，配套电机功率是原来的1/2，采用16极绕组启动，根据异步电机转矩T＝9550*P/n计算公式,8极30KW电机与16极15KW启动转矩基本一样，启动运行正常后，手动控制切换到8极15KW电机高速旋钮处运行，这样，就完成了专用高低双转矩节能电机的正常运行，根据油井大部分抽油机的平均运行功率在6-10KW左右的特点，额定功率15KW的电机完全满足油井负荷需要。超深井、超稠油井负荷较重，平均运行功率可能较大，高低双转矩节能电机不适用，可以继续使用原配套电机。

实施例2，根据油田生产实际，12型抽油机配套电机目前可以是6极37KW电机，采用专用高低双转矩节能电机配套后，可以配套12极/6极18.5KW电机，配套电机功率是原来的1/2，采用12极绕组启动，根据异步电机转矩T＝9550*P/n计算公式,6极37KW电机与12极18.5KW启动转矩基本一样，启动运行正常后，手动控制切换到高速旋钮处运行，应用6极18.5KW电机长期运行，这样，就完成了专用高低双转矩节能电机的正常运行，根据油井大部分抽油机的平均运行功率在6-10KW左右的特点，额定功率18.5KW的电机完全满足油井负荷需要。超深井、超稠油井负荷较重，平均运行功率可能较大，高低双转矩节能电机不适用，可以继续使用原配套电机。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，非用以限定本实用新型的专利范围，其它运用本实用新型的专利精神的等效变化，均应俱属本实用新型的专利范围。

Claims (12)

1.抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该抽油机专用高低双额定转矩电机包括转子，定子，第一前端盖、第一后端盖和控制箱，该转子通过该第一前端盖和该第一后端盖两端支撑与该定子固定在一起，该定子中镶嵌两套独立绕组，第一套绕组采用第一定子线圈，第二套绕组采用第二定子线圈，该第一定子线圈和该第二定子线圈分别连接于该控制箱。

2.根据权利要求1所述的抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该控制箱包括电机监控仪，低速运转控制接触器和高速运转控制接触器，该电机监控仪外接三相电源，该低速运转控制接触器的一端连接于该电机监控仪，另一端连接该第一定子线圈，该高速运转控制接触器的一端连接于该电机监控仪，另一端连接该第二定子线圈。

3.根据权利要求2所述的抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该控制箱还包括空气开关、电源指示灯和熔断器，该电机监控仪通过该空气开关外接三相电源，该熔断器的一端连接于该空气开关，另一端连接于该电源指示灯的一端，该电源指示灯的另一端连接于该电机监控仪。

4.根据权利要求3所述的抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该控制箱还包括低速指示灯和高速指示灯，该低速指示灯的一端连接于该电机监控仪，另一端连接于该低速运转控制接触器的辅助常开触点，该高速指示灯的一端连接于该电机监控仪，另一端连接于该高速运转控制接触器的辅助常开触点。

5.根据权利要求4所述的抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该控制箱还包括启动按钮和停止按钮，该启动按钮和该停止按钮分别连接于该电机监控仪。

6.根据权利要求1所述的抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括第一螺栓，第一弹簧垫圈和轴伸挡圈，该轴伸挡圈通过该第一螺栓与该转子固定在一起，该第一弹簧垫圈与该第一螺栓配合使用，防止该第一螺栓松动。

7.根据权利要求1所述的抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括键，安装固定在该转子的键槽中。

8.根据权利要求1所述的抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括深沟球轴承、轴承内盖和轴承外盖，该深沟球轴承支撑该转子做圆周运动，该轴承外盖与该前端盖连接在一起，固定和密封该深沟球轴承；该轴承内盖与该前端盖安装在一起，固定和密封该深沟球轴承,支撑固定电机转子做圆周运动。

9.根据权利要求1所述的抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括第二前端盖，第二后端盖，该第二前端盖连接在该定子外壳壳体，支撑固定该转子、并密封该定子，该第二后端盖与该定子连接固定在一起，固定支撑该转子做圆周运动。

10.根据权利要求9所述的抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括第二螺栓、第二弹簧垫圈和第三螺栓，该第二螺栓连接固定该第二前端盖与该定子外壳，该第二弹簧垫圈与该第二螺栓连接，防止该第二螺栓松动；该第三螺栓连接固定该第二后端盖与该定子。

11.根据权利要求1所述的抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该抽油机专用高低双额定转矩电机还包括风扇，风罩和轴用弹簧挡圈，该风扇连接安装在该转子的后部轴伸端，该轴用弹簧挡圈安装在该转子的后部轴伸端，以固定该风扇，该风罩与该定子连接固定在一起，以防护该风扇。

12.根据权利要求1所述的抽油机专用高低双额定转矩电机，其特征在于，该定子由矽钢片制造。

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