羅克韋爾自動化 PowerFlex&#8482；400變頻器

一、引言
　　近幾年我國的油田開采取得了飛速的發(fā)展，在能源日益緊張的今天面臨著前所未有的巨大機(jī)遇，但相對于世界先進(jìn)的整機(jī)設(shè)備，也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力基本處于中低的工業(yè)自動化自動化軟件程度，主要原因是技術(shù)條件的限制。采油系統(tǒng)的螺桿泵抽油機(jī)裝置，是采油企業(yè)中主要的一種常見新型用電設(shè)備，在目前大部分油田中正進(jìn)行大量的設(shè)備和技術(shù)推廣，而且目前涉及節(jié)能改造的單位很多，螺桿泵抽油機(jī)裝置應(yīng)用變頻軟啟動器進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化運行運動控制效果非常顯著，所以推廣價值非常大。目前為止，已有大量的抽油裝置使用螺桿泵抽油，并使用變頻器控制，提高了設(shè)備的運行效率，控制了能源的浪費。
　　美國AB公司的PowerFlex™400交流變頻器對于在變轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性風(fēng)機(jī)和泵的速度控制是一款經(jīng)濟(jì)而且實用的變頻器。它的變轉(zhuǎn)矩速度控制可以極優(yōu)的方式控制螺桿泵的轉(zhuǎn)速，保證螺桿泵抽油機(jī)工作在合適的運行狀態(tài)，達(dá)到了節(jié)能的目的。節(jié)能作為企業(yè)增效降耗、降低經(jīng)營成本、提高競爭力的重要手段，已經(jīng)顯得特別有意義。
二、螺桿泵抽油機(jī)裝置介紹
　　螺桿泵問世于上世紀(jì)30年代，是由法國工程師發(fā)明的，在國內(nèi)也有稱其為曲桿泵的。由于單螺桿泵固有的優(yōu)點，現(xiàn)被廣泛地應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)各工業(yè)領(lǐng)域，特別是在油田采油裝置上已有更廣泛的應(yīng)用。
　　螺桿泵是按回轉(zhuǎn)嚙合容積式原理工作的轉(zhuǎn)子式容積泵，它是依靠螺桿與襯套相互嚙合在吸入腔和排出腔產(chǎn)生容積變化來輸送液體的。它是一種內(nèi)嚙合的密閉式螺桿泵，主要工作部件由具有雙頭螺旋空腔的襯套（定子）和在定子腔內(nèi)與其嚙合的單頭螺旋螺桿（轉(zhuǎn)子）組成。當(dāng)輸入軸通過萬向節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)子繞定子中心作行星回轉(zhuǎn)時，定子—轉(zhuǎn)子就連續(xù)地嚙合形成密封腔作勻速軸向運動，把輸送介質(zhì)從吸入端經(jīng)定子—轉(zhuǎn)子輸送至壓出端，吸入密閉腔內(nèi)的介質(zhì)流過定子而不被攪動和破壞。內(nèi)部流速代低，容積保持不變。壓力穩(wěn)定，因而不會產(chǎn)品渦流和攪動。每級泵的輸出壓力為0.6Mpa，揚程60m以上，自吸高度一般在3m以上。
　　因定子選用多種彈性材料制成，所以這種泵對高粘度流體的輸送和含有硬質(zhì)懸浮顆粒介質(zhì)或含有纖維介質(zhì)的輸送，有一般泵種所不能勝任的特性。這種泵零件少，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，維修簡單，轉(zhuǎn)子和定子是本泵的易損件，結(jié)構(gòu)簡單，便于裝拆。是應(yīng)用在當(dāng)前油田采油系統(tǒng)的先進(jìn)的采油泵。
　　對于采油企業(yè)來說，電耗是其生產(chǎn)成本的主要部分，電能消耗部分中，螺桿泵的用電量占整個螺桿泵抽油裝置用電量的絕大部分，所以降低其耗電量是螺桿泵抽油裝置節(jié)能的關(guān)鍵。我公司在大慶油田公司的采油系統(tǒng)中使用美國AB公司的PowerFlex™400交流變頻器的變轉(zhuǎn)矩速度控制可以極優(yōu)的方式控制螺桿泵的轉(zhuǎn)速，保證螺桿泵工作在合適的運行狀態(tài)，保證連續(xù)抽油，并達(dá)到了節(jié)能的目的。
三、PowerFlex™400變頻器在螺桿泵抽油裝置上的應(yīng)用
　　螺桿泵抽油裝置正常情況下運行的螺桿泵抽油裝置動作內(nèi)部的過程對機(jī)器的沖擊很大，影響抽油裝置的壽命很大，并且浪費電能。目前國內(nèi)采油企業(yè)中，采油設(shè)備都是按最大的生產(chǎn)能力設(shè)計，但是在生產(chǎn)的絕大部分過程中往往用不了那么大的功率。
　　在前期油井中，由于剛開采，儲油量大，提高轉(zhuǎn)速的方式，讓變頻器運行在高輸出狀態(tài)，頻率提高，相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速提高了，其采油量也相應(yīng)提高，其綜合采油率可比工頻情況下更高更好，工效提高有顯著提高。
　　在中、后期油井中，由于井儲量減少，電機(jī)若仍工頻運行，勢必浪費電能造成不必要的損耗，因而我們采用降低轉(zhuǎn)速的方式，減少沖程，一般將變頻器的頻率運行至30~40Hz之間，這樣電機(jī)轉(zhuǎn)速下降了30%，加之采油設(shè)備一般負(fù)荷較輕，節(jié)電率可達(dá)25%左右，而且提高了功率因數(shù)，減少了無功損耗。相比較抽油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持工頻運行，所輸出功率幾乎不變的情況，變頻控制方式可以避免采油生產(chǎn)中會出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象。因此可以避免造成大量電能浪費。
　　采用變頻器調(diào)節(jié)螺桿泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以提高采油效率，減少機(jī)械故障，延長機(jī)器使用壽命，高效運行。同時油田中采油機(jī)的數(shù)量非常大，變頻控制螺桿泵抽油裝置大量應(yīng)用，可節(jié)約大量的電能，達(dá)到節(jié)約成本。

圖1--- 螺桿泵抽油裝置電機(jī)控制電路圖