第一篇：抽油機節能方式探討

抽油機節能方式探討

摘要：從平衡方式、結構型式、驅動電機型式和驅動控制技術等方面分析目前游梁式抽油機以及部分新型節能抽油機所采用的節能方式和原理。綜合各種節能方式，采取塔架式結構易于構建直接平衡方式，可達到理想的平衡效果；驅動系統采用變頻驅動永磁同步電機或采用開關磁阻電機，可顯著降低電機的損耗功率實現節能目的。

關鍵詞：節能；平衡方式；結構型式；驅動電機型式；驅動控制技術

目前油田原油開采普遍采用游梁式抽油機，其具有結構簡單、操作簡便、可靠性高的優點，但同時也存在能耗高、效率低、整機笨重和調參難等不足之處。抽油機是油田的耗能大戶，其用電量約占油田用電量的40%，且其拖動電機普遍存在著功率利用率低、能源浪費嚴重的情況，目前我國有近8萬臺抽油機井，電動機平均負荷率30%左右，部分電動機負荷率更低。因此，抽油機的節能問題已引起了廣泛重視，并出現了形式不同的節能產品。但目前各種節能產品，特別是電機控制裝置因沒有有效針對游梁式抽油機的實際特性進行設計，因此從油田的實際使用情況看，各種節能產品遠沒有達到理想的節能水平。

國內油田應用的有眾多類型的節能型抽油機，有的是在常規游梁式抽油機的基礎上優化改進，如調整平衡方式，或采用高轉差電機、雙速電機等。新型節能抽油機大多采用塔架式結構，傳動方式有皮帶式、鏈條式、鋼絲繩等，驅動方式有永磁同步電機、開關磁阻電機等。

抽油機實現節能的方式主要有改進平衡方式、改進結構型式、采用節能驅動設備和采用節能控制裝置等。針對常規游梁式抽油機和目前小批量出現的節能型抽油機的所采用的節能方式和原理作出探討。

1、平衡方式

抽油機采用的平衡方式效果的優劣可通過減速器及電機輸出力矩的波動大小來評價。在輸出力矩平穩的情況下電機的效率較高，繞組的發熱損耗和供電線路損耗均較低。

抽油機通常采用的平衡方式有曲柄平衡、游梁平衡、雙驢頭平衡、直接平衡、變矩平衡及相位平衡等。

1.1 常規曲柄平衡與游梁平衡

游梁式抽油機較多采用曲柄平衡、游梁平衡或二者結合的方式，如圖1所示。

圖1 圖2 圖3 圖4 其特點是懸點載荷的力臂長度是固定的，而平衡重的力臂是變化的。游梁平衡重的力矩隨游梁擺角的變化而變化，水平位置最大，上下死點處最小；曲柄平衡力矩隨曲柄的圓周運動通過連桿產生周期性波動載荷。因此驅動電機也承受周期性波動載荷，輸出力矩和電流按近似正弦曲線周期性變化，電機損耗較大。

1.2 異形游梁平衡

游梁采用彎梁結構（圖2），當懸點運行到下死點時平衡重相對于游梁轉軸處于同一水平高度，此時平衡重可以提供最大的平衡力矩，即最大平衡力矩發生在懸點最大載荷位置，減小了減速器扭矩峰值和電機輸出力矩。采用這種平衡原理的抽油機有彎梁抽油機、調徑變矩抽油機、下偏杠鈴抽油機等。

1.3 異相曲柄平衡

基本結構與常規曲柄平衡方式相同，對其尺寸參數進行優化設計，使其運動特性與動力特性優于常規曲柄平衡。異相曲柄平衡結構懸點在下死點時曲柄具有較大的初始角度，即在上沖程初始位置懸點載荷開始增大時曲柄提供較大的平衡力矩，以減小減速器和電機的輸出力矩。同時，上沖程對應曲柄轉角大于下沖程曲柄轉角，即上沖程時間較長，其懸點加速度和動載荷都較小，因此，電機的負載波動趨于平緩，減少了電機的損耗。

1.4 雙驢頭平衡

雙驢頭平衡方式也是游梁式抽油機較長采用的平衡方式（圖3），其平衡重的力矩是恒定的，不產生動載荷，有利于降低電機損耗。

1.5 直接平衡

直接平衡指的是平衡重與懸點載荷直接相連，平衡重產生的力矩不隨抽油機的運轉

發生變化。新型節能型抽油機多采用塔架式結構，易于采用直接平衡方式，圖4所示平衡重與井口負載采用皮帶或鋼絲繩繞過天輪連接，類似于定滑輪結構，平衡重直接與負載相連，力矩是恒定的，不產生交變載荷。

綜合比較上述幾種平衡方式，天平式平衡的平衡力矩是恒定的，能夠達到理想的平衡效果。雙驢頭平衡雖然其平衡力矩不發生變化，但電機需通過曲柄連桿裝置傳遞動力，因此，電機仍存在交變載荷。其他類型的節能平衡方式降低了減速器的最大扭矩，但平衡力矩仍然是周期交變的。

2、結構型式

2.1 游梁式抽油機

游梁式抽油機包括常規型、雙驢頭型、前置型和彎梁型等多種型式，它采用四連桿機構將電機的圓周運動轉換為直線運動。這種傳動方式造成懸點運動速度呈正弦曲線變化，電機輸出力矩和電流周期性波動，電機損耗較大。

2.2 無游梁式抽油機

無游梁式抽油機機架大多為塔架式結構，采用電機驅動滾筒并帶動皮帶、鋼絲繩或鏈條等傳動，它直接將電機的圓周運動轉換為直線運動，具有勻速運動段長、載荷變化小、運行平穩等特點，因此電機輸出力矩和電流較為恒定，具有明顯的節能特性。[1]

3、驅動電機的型式

3.1 三相異步電動機

游梁式抽油機普遍采用三相異步電動機，一般采用6極（同步轉速1000r/min）或8極（同步轉速750r/min）異步電動機，滿載狀態下功率因數為0.8～0.95。由于抽油機啟動時的靜不平衡性和巨大的慣性，異步電動機的啟動電流非常大，采用的裝機功率遠大于實際運行功率，一般運行功率僅為裝機功率的三分之一，在輕載狀態下功率因數大多小于0.4。異步電動機在額定負載狀態下運行時，其機電轉換效率可達95%，但當在輕載狀態下運行時，其機電轉換效率可低至20%。因此，常規游梁式抽油機能耗大的主要原因在于異步電動機處于負載率和功率因數過低的狀態運轉。

3.2 高轉差電機與多速電機

其原理是依靠降低電機啟動轉速增加扭矩以減小抽油機啟動時的峰值載荷，從而降低裝機功率，避免大馬拉小車，改善整機動力匹配，提高電機的負載率和功率因數，減少線損和無功損耗。

3.3 開關磁阻電機

開關磁阻電機是一種新型調速電機，主要有開關磁阻電機、控制器與位置檢測器等組成。應用于抽油機的驅動具有突出的優點是高起動轉矩、低起動電流，低速時更為突出。與異步電動機相比，開關磁阻電機起動電流為15%額定電流時起動轉矩即達到100%，起動電流為30%時，起動轉矩可達額定值的150%；而三相異步電動機起動電流達額定電流的4～7倍，起動轉矩僅為額定值。抽油機采用開關磁阻電機驅動可顯著降低裝機功率，配合控制器的使用功率因數達0.98以上。[2]

3.4 永磁同步電機

與異步電動機不同的是永磁同步電機的勵磁由永磁體來實現的，不需要定子繞組提供勵磁電流，因而電機的功率因數可以達到很高，理論上可以達到1，在輕載狀態運行時效率和功率因數仍保持很高。同時永磁同步電機的轉子不產生感應電流，不存在轉子損耗問題，一般比異步電動機減少45%～60%的損耗。

4、驅動控制技術

4.1 調壓節電技術

一般采用晶閘管相控調壓電路來控制電機電壓的大小。通過檢測電路對電機的負載狀況進行實時檢測與跟蹤，實時控制晶閘管的導通角，為電機提供合適的工作電壓與電流，使電機的輸出功率與實時負載相匹配，從而有效地降低電機的功率損耗，達到節電的效果。但晶閘管相控調壓使供電線路電流波形發生畸變，電網諧波污染嚴重。

4.2 變頻調速驅動

采用變頻器驅動電機，可以低速輕載啟動，降低電機的裝機功率，實現真正的軟啟動；同時變頻器可以實時跟蹤電機負載變化情況，對電機供電進行調壓節流，實現電機輸出力矩跟隨負載自動調節，電機的功率因數可達0.9以上，顯著降低電機功耗。

5、總結

1、游梁式抽油機采用四連桿機構傳動，無法避免平衡力矩的周期性交變，電機的動載荷較大、損耗高。各種平衡方式只能降低減速器的峰值扭矩，節能效果一般只有10%左右。

2、采取塔架式結構易于構建直接平衡方式，可達到理想的平衡效果。

3、采用變頻驅動配合永磁同步電機，或開關磁阻電機，可顯著降低電機的損耗功率。同時電機轉速可調，抽油機調參容易。

我公司研制的新型長沖程節能抽油機，采用塔架式結構，直接平衡方式，驅動系統采用低速大扭矩永磁同步電機與變頻控制相結合，電機的功率因數達0.99以上，井場實測節電率達40%。雖然驅動系統成本增加，但由于傳動系統僅采用一級皮帶減速，不

需要減速箱，因此綜合成本與游梁式抽油機相比增加不多，值得推廣使用。同時抽油機沖程與速度調節簡便，特別適合于采油效率較低的老油田，可顯著降低采油能耗成本和便于井口調參。

參考文獻：

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第二篇：抽油機節能

一、游梁式抽油機的工作原理和能耗分析

1.工作原理游梁式抽油機的工作原理是動力機經由傳動皮帶將高速旋轉運動傳遞到減速箱,做三軸減速,后由曲柄連桿將動力機產生的高速旋轉運動轉變為使游梁上下擺動的垂直運動,最后懸繩器通過抽油桿帶動抽油泵柱塞上、下循環往復運動,將原油汲取上來。

2.能耗分析電動機損耗:包含各種熱損失,摩擦損失以及材質損失。電動機功率越大,銅損越大,影響抽油機平衡。經測算,多數抽油機僅能達到最佳狀態的六七成,具有巨大節能潛力。傳動損失:機械摩擦傳動損耗與潤滑條件和抽油機平衡有關。但目前使用的傳動皮帶轉動效率高,在潤滑條件好的狀態下節能空間有限。減速箱損失:主要有減速箱的齒輪與軸承之間的摩擦造成。減少減速箱損失最關鍵在于潤滑,潤滑不足不僅會使能耗上升,還會加速齒輪跟軸承的磨損,縮短使用壽命。換向及平衡損失:在換向結構一定的條件下,能量損耗較小,運行速率高,節能空間不大,而平衡方式的選擇不同,對扭矩曲線的峰值有重要影響。

二、游梁式抽油機的節能指標和思路

1.節能衡量指標(1)電控技術水平包含電動機特性,負荷率,功率因素等指標。目前游梁式電動機主要通過改良電源頻率,機械性能來提高節能水平。

(2)光桿載荷由抽油機本身的運動性能影響,可以通過改變抽油機的結構,以降低光桿最大載荷值,實現節能的目的。

(3)曲柄軸凈扭矩由抽油機的平衡性能影響,改善平衡性的主要方法是改變抽油機平衡方式,如由原來游梁,曲柄及復合平衡改為連桿,隨動等新的平衡方式。2.節能思路(1)通過改進抽油機的結構來實現節能這種思路的重點在于完善抽油機四桿機構的優化設計和改進抽油機平衡方式來使曲柄軸凈扭矩曲線的形狀以及大小得到調節,獲得波動更平穩,負扭矩更小的理想效果,降低抽油機的周期載荷數,提高電動機運作效率,達成節能目的。

(2)通過改變動力機的工作特性來實現節能目前游梁式抽油機所使用的動力機大多數都是電動機,使用高轉差率或者超高轉差率電動機從理論上有利于動力機的節能。但根據文獻[1]的測算,雖然使用高轉差率和超高轉差率的電動機減小了電流和功率曲線的平均值,但是高轉差率電動機的工作效率要低于常規使用的轉差率電動機,同時超高轉差率電動機的高價也是阻礙此種節能方法推廣的因素。(3)通過增加抽油機的轉動慣量來實現節能 此種節能思路旨在通過增肌抽油機的轉動慣量來發揮其動能均衡的作用,降低電動機所要承受的扭矩波動量,實現節能。然而現今條件下,動力機多數依然采用常規轉差率電動機,輸出轉速變化和抽油機的動能變化都很小,所以單純依靠動能的變化來均衡所承受扭矩的波動,效果不是十分理想。

三、游梁式抽油機的節能技術1.電動機及曲柄電動機的改造是節能技術的重中之重,主要有以下四種改造方法:(1)人為改變電動機的機械特性,柔性配合其負荷特性,從而提高系統運行效率。(2)從設計上改變電動機的機械特性,(如使用高轉差電動機和超高轉差電動機)從而改善電動機與機桿泵整個系統的配合,減少系統能耗。

(3)換用高效節能電動機,擴大高效區范圍,提高電動機效率,降低裝機功率,從而減少電動機損失

(4)采用節能型抽油機電動機控制裝置(如可控硅調壓式節能控制器,變頻節能控制器等),對電動機的電壓進行動態調節和無功補償,降低網絡電能損失。2.平衡方式平衡對能量損失產生較大的影響,作為節能的重點,可采取多種形式,通過游梁偏置,調徑變矩下偏等平衡方式的合理運用能夠在不同程度上降低扭矩曲線的峰值,減小曲線波動。

3.傳動皮帶可推廣聯組傳動皮帶各種的能量損失更小,動力大,摩擦系數小,丟轉少,且能夠明顯減小帶輪的直徑與寬度,傳動各種的能量損失更小。

4.抽油桿柱對于井液黏度較大的油井,可以利用沖程長,沖次低的工況降低抽油桿的運動速度,采用能降低井液黏度的措施,降低抽油桿柱和液柱之間的摩擦力,對于井筒坡度較大或者井筒彎曲程度較大的油井,可以將扶正器安裝在抽油桿上,以減少桿管之間的摩擦損耗。

5.抽油泵選取合適柱塞泵筒之間的間隙,在不增加柱塞泵筒摩擦力的條件下,縮小液體漏失量,采用耐磨耐沖擊質地堅實,開關性能良好,水力損失小的閥球和閥座,降低抽油泵部分的能耗。

總結本文從游梁式抽油機的工作原理,耗能分析和節能指標出發,沿著改造思路尋求游梁式抽油機的節能技術,給出了節能建議。各油田可根據油井實際情況進行抽油機節能改造提高負載率和功率因數,改善采油區電能緊張局面,減少開采成本,實現健康可持續發展。

試論游梁式抽油機的節能技術@黃兆丹$河南油田第一采油廠雙河采油管理區!河南南陽474780 @羅愛武$河南油田第一采油廠雙河采油管理區!河南南陽474780 @董飛飛$河南油田第一采油廠雙河采油管理區!河南南陽474780 @張清露$河南油田第一采油廠雙河采油管理區!河南南陽474780游梁式抽油機整體結構合理,承載能力強,運行平穩,操作簡便,使用周期長,為全球廣泛使用的抽油機類型之一,但其能耗大,運行效率不足百分之三十,造成石油開采區供電緊張的局面。本文從游梁式抽油機能耗分析入手,著力探究提升游梁式抽油機能效的方法,降低開采成本,以增加經濟效益。游梁式;;抽油機;;節能技術[1]張清林.抽油機的現狀、發展方向及其節能技術的探索[J].科技創新導報,2008(2):97—97.[2]周封,胡洋,孫志剛.抽油機節能方法與變頻技術合理應用研究[J].節能技術,2010,28(3):218=221.[3]王貴生.勝利油田節能技術發展現狀與展望[J].節能,2010(3):53—56.

第三篇：游梁式抽油機的節能探討

游梁式抽油機的節能探討

來源:www.tmdps.cn

摘要：游梁式抽油機是原油開采最主要的設備之一。由于其驅動電機在實際運行中負載率和工作效率不高，致使油區配電系統的功率因數偏低，增加了電能的損耗。目前普遍采用的節能方式是對單臺抽油機進行電容器的固定無功補償。針對傳統無功補償方式的缺陷，本次設計提出提出了動態無功補償和進行Y—△轉換相結合的節能方案，設計了動態跟蹤的無功補償裝置，利用實時檢測得到的系統負載率以及無功需求量來控制電容器的分組投切，實現了無功功率的“按需”補償，取得了較為理想的補償效果。

關鍵詞：抽油機；節能；控制器引言

目前，抽油機是應用最普遍的石油開采機械之一，它將石油從地底提升到地面上來，從而完成采油任務。在抽油機的各種類型中，游梁式抽油機又占主要的地位，它是油田使用最廣泛的一種舉升設備，約占油井人工舉升設備的95％[1]。雖然游梁式抽油機與無游梁式抽油機相比有很多弊端，但是由于數量多、采油成本較低等原因，游梁式抽油機在一段時期內還會占據抽油機市場的主導地位。所以，本次就以游梁式抽油機的節能作為研究的方向。

抽油機作為油田的主要生產設備，其驅動電機用電量占油田總用電量的比例很大，是油田的耗電大戶，其用電量約占油田總用電量的40％，且總體效率很低（據有關調查一般效率在30％左右），導致了電能的大量浪費，提高了采油的成本。

綜上所述，我們找到了抽油機節能設計的突破口，可以通過無功補償和Y-△轉換調節電機電壓相結合的裝置來實現抽油機的節能。這樣提高了電機效率和功率因素，減小電機損耗，降低了電費成本，減少了能源的浪費[2]。工作原理和設計思路

2.1 游粱式抽油機工作原理

游梁式抽油機的類型很多，但其基本結構和工作原理是基本相同的。這類抽油機主要由游粱一連桿一曲柄機構、減速裝置、動力設備和輔助裝置等四大部分組成.游梁式抽油機的工作原理：電動機將其高速旋轉運動傳遞給減速箱的輸入軸，并經中間軸帶動輸出軸，輸出軸帶動曲柄作低速旋轉運動。同時，曲柄通過連桿經橫梁拉著游梁后端上下擺動(或者是連桿直接拉著游梁后端)。游梁前端裝有驢頭，活塞、液柱及抽油桿等載荷均通過懸繩器懸掛在驢頭上，由于驢頭隨同游梁一起上下的擺動，結果驢頭帶動活塞作上下的垂直往復運動，就將油抽出井筒[3]。

2.2 總體設計思路

游梁式抽油機占據了抽油機市場的主導地位，故本文的研究主要是針對游梁式抽油機。

同時游梁式抽油機的拖動裝置絕大部分是交流三相異步電動機，其中鼠籠型異步電動機結構簡單、堅固、慣量小、運行可靠、維修少、制造成本低及可應用于惡劣工作環境等優點，使其作為油梁式抽油機動力驅動裝置，得到了廣泛的應用。由于抽油機在工作時負荷匹配不合理，大多數電機處于輕載狀態，造成大量的電能浪費，系統效率低下。因此，本文采用了一種以無功補償為主，并和Y 一△轉換調節電機電壓相結合的裝置來實現抽油機的節能。通過對抽油機工作時的負載率的分析，確定電機是否處于重載狀態，實現了電機在啟動時和高負載時功率因素的提高；同時通過補償電容器組的投切來實現無功補償，從而達到抽油機的節能。游粱式抽油機的節能設計

針對目前的節能方案，考慮到當前油田的管理水平和工人的技術素質以及現場環境和員條件，缺少一種成本低，可靠性高，節能幅度大，又能提高原油產量的節能方法。因此，針對上述這些情況，本次提出了一種以無功補償為主，并和Y—△轉換調節電機電壓相結合的節能裝置，使得抽油機節能控制箱的裝配和使用盡量的簡單，并具有較高的可靠性。

3.1 Y—△轉換調壓控制和無功補償節能的原理

3.1.1 Y—△轉換調壓的節能原理

由于三相異步電動機的總損耗為：ΣP=P1-P2=Pfe+Pcu1+Pcu2+Pmac+Pad，其中，P為輸入電功率，P2為電機軸輸出功率。Pcu1為定子銅損耗，2 2Pcu1 = 3I1 R1 式中I1為定子每相電流，R1為定子每相電阻值；Pcu2為轉子銅損耗，2 2Pcu2 = 3I′2 R′2 式中I′

2、R′2為轉子每相的折算值；Pfe為電機的鐵芯損耗： 2fe mP =P1 50（f）β B50，式中P1 50 為鐵耗系數，其值范圍為1.05~2.50； β 為頻率指數，隨硅鋼片的含硅量而異，其值范圍1.20~1.60；f 為磁通交變頻率；Bm為鐵芯中磁通密度；Pmac為機械損耗。通常認為其是大小不變的常量。由于Bm∞φ m∞E1 ≈ U1，可知鐵損耗Pfe正比于電機端電壓的平方[4]。

Pad為附加損耗，主要由于定、轉子有齒槽存在，當電機旋轉時磁通發生脈振而在定轉子鐵芯中產生附加損耗，其大小也與磁通密度大小成正比。

從上述可以看出，若要提高電機的運行效率η，則必須降低ΣP。而降低電機端電壓可以使鐵損耗大為降低，降低電機線電流，則可減少銅耗，從而使效率η 增加。

電動機轉入Y 接狀態運行時，定子相電流降低，定子銅耗Pcu1和轉子銅耗Pcu2也相應降低。同時，Bm∞φ m∞E1 ≈ U1，隨著U1下降，Bm減少，使得鐵耗Pfe和附加損耗Pad也相應降低，所以總損耗ΣP下降。而電機從電網輸入的電功率P1=ΣP + P2，轉軸上所帶負載沒變，即輸出功率P2沒變，但ΣP減少，使得從電網吸取的有功功率P1減少，電機效率η = P2 P1得以提高，星形及三角形接法運行時的效率特性如圖3.1 所示。出圖3.1 可得，當電動機的負載率β 小于40％時，η Y>η在不考慮電機鐵芯磁路飽和時，磁通與輸入電壓成正比，當換接運行后U1下降為原來的1 3，磁通也降為原來的1 3。電機設計時，與額定電壓對應的磁路通常處于飽和狀態，所以線電壓降低，磁通減少，鐵芯飽和程度降低。磁通以及飽和程度降低，使產生磁通的激中國科技論文在線磁無功電流減少，因而換接后的激磁電流比三角形連接時的1/3 還要低一些。激磁電流的降低，使電機向電網吸取的空載無功功率Q0減少，由功率三角形可知，無功功率Q減少，P值一定時，功率因數角? 減小，功率因數cos? 增大。同時，電動機在Y 形連接和△形連接時的功率因數與負載率β 的關系曲線如圖3.2 所示。可見，當β <70%的時候，Y 形連接的功率因數明顯高于△形連接時的功率因數。

3.1.2 無功補償的節能原理

游梁式抽油機的異步電機可看作電阻R 與電感L 串聯的電路并聯電容后電壓U與I的相位差變小了，即供電回路的功率因數提高了。此時供電電流I的相位滯后于電壓U,這種情況稱為欠補償。電容 C 的容量過大，使得電流I的相位超前于電壓U，這種情況稱作過補償，此時會引起變壓器二次電壓升高，而且容性無功功率在線路上傳輸也會增加電能損耗。同時電壓升高還會增大電容器本身的功率損耗，使溫度上升，影響電容器的壽命。對電機進行無功補償，可以大大減少起動電流和運行電流，減少損耗，并且相關電氣設備溫度降低、噪音減少，可以延長電動機的使用壽命[5]。

3.2 本次設計節能裝置的實施

3.2.1 Y—△轉換調壓控制的方案電動機 Y 一△接法轉換，就是根據電動機負載變化的情況，用改變繞組接線的方式來調整繞組電壓。判斷電動機負載變化的參數為負載率。負載率是指電機的實際輸出功率與其額定功率之比，也稱負載系數，通常以百分比表示.3.1 給出了不同電機的臨界負載率：Y 形接線和△形接線電機損耗相同的負載率就是臨界負載率。通過繪制各臺電機不同接法時的損耗與負載率的關系曲線，找出其交點，即為臨界負載率的切換點。同時可用經驗公式求出電機在工作下的負載率。計算電機負載率有兩種方法，一種是功率法，一種是電流法。

在功率法測負載率中，首先測量電機的輸入功率P1，再由公式計算出電機的輸出功率P2，之后就可以求出負載率。公式如下：

P2 = P1? P0 ? PR（10）

2PR = PRN(P2 P2N)（11）

其中，P2為輸出功率，P1為電機的輸入功率，P0為不變損耗，額定電壓時為P0N，PR可變損耗，額定運行狀態下為PRN。由于在用功率法測量負載率的方法中計算比較麻煩，因此功率法較為少用。在電流法測負載率中，先測量電機的輸入電流I，之后計算出電機的負載率。通過上面的論述，在知道了電機臨界負載率以及通過檢測電流求出實際運行時電機的負載率后，就可以通過比較來決定Y 一△的轉換時刻。當電機的實際負載率大子臨界負載率，即β >β k 的時候，電機接成△形接法；當實際負載率小于臨界負載率，即β < β k 的時候，電機接成Y 形接法。這種方法適合于定子繞組△形連接，有6 個接線柱，且適合于長期輕載運行或重載一輕載交替運行的電動機。它既可節約電能，又可改善電網的功率因數。但是由于電機轉換頻繁進行容易使觸點損壞，因此為了減少轉換頻率一般在轉換點的負載率之間設置一定的回差ε，通常采用負載率β < β k 一ε 時進行△-Y轉換，而當β > β k +ε，進行Y—△轉換，這可以通過軟件的設置進行變換。

3.2.2 無功補償的方案確定

無功補償的方法是多種多樣的，本次設計是從提高功率因數的方面來確定是否需要進行補償。在抽油機日常工作中，節能控制器采用功率因數控制的方式工作，根據功率因數要求確定補償容量。首先節能控制器可以判斷功率因數的符號，以確定當前系統中的負載特性為感性還是容性，并根據是否過補償以及和期望補償后系統功率因數值進行計算比較，從而可以確定是否投切電容。

在前面論述過，當系統負載為容性時，說明可能當前系統處于過補償狀態。如果當前電機的功率因數絕對值比期望的功率因數絕對值大，說明過補償容量在系統允許的范圍內，可以不采取任何動作；如果當前電機的功率因數絕對值比期望的功率因數絕對值小，說明過補償容量超出系統允許的范圍內，則應該切除部分電容即當前補償的電容與系統達到理想的功率因數為1 的運行狀態時相比多補償的容量[6]。

當系統負載為感性時，說明當前可能需要進行電容補償。如果當前功率因數值大于期望功率因數值，則不需要進行無功功率補償；若當前功率因數小于期望功率因數時，說明需要進行無功容量補償。如果抽油機電機的有功功率實測值為P1，補償前的功率因數為cos? 1，補償后的功率因數為cos? 2，則補償容量可用下述公式計算：Qc = P1(tan?1 ? tan? 2)（14）由此可以將Qc與當前補償電容容量計算比較，從而確定該補償或切除的電容量。

在抽油機正常工作狀態下，會遇到大量的干擾，容易造成控節能制器頻繁發出補償與切除電容的指令。因此，為了避免電容的頻繁投切而產生投切震蕩，可以使控制器在軟件上采取連續多次計算結果取平均值的方法來避免電容的頻繁投切。具體方法如下：

首先確定一個負載率的上限基礎值，使得節能控制器發現負載率大于此值后執行補償程序，若實際負載率小于此值后，則不執行補償程序，因此可以認為這個負載率的基礎值為執行補償程序的起點；其次，在確定實際負載率大于設定值后啟動補償程序，連續進行5 至10 次的測量計算，求得的平均值作為電容投切的指令；最后，不僅要關注實際負載率大于上限設定值，而且還要關注實際負載率小于下限設定值時的情況。若實際負載率小于下限設定值時，節能控制器要檢測系統是否處于過補償狀態，在這種情況下可以適當切除電容或者完全切除補償電容，避免系統對電網的影響；另外，cos? 2的確定要適當，通常將功率因數從0.9 提高到1 所需的補償容量與將功率因數從0.72 提高到0.9 所需的補償容量相當。因此，在高功率因數下進行補償其效益將顯著下降。這是因為在高功率因數下，cos? 曲線的上升率變小，故而提高功率因數所需的補償容量將要相應的增加。

通過上述兩節的論述，介紹了游梁式抽油機節能裝置的節能原理，并提出了Y—△轉換控制和無功補償相結合的節能方案，為接下來的硬件及軟件設計做好了鋪墊。結論與展望

本文圍繞游梁式抽油機節能和無功補償進行研究，對抽油機的負載特性進行了較為詳細的分析，對比其它的節能及補償方式，提出了以無功補償為主并結合Y-△轉換節能的控制策略，最后根據這個思路就可以設計出游梁式抽油機節能裝置的硬件和軟件。

然而，本文雖然對抽油機無功補償技術進行了論述和研究，提出了較為合理的控制策略，但仍有一些工作需要完善：

首先，補償方案的控制策略和技術參數還需要進一步的優化；其次，補償裝置的可靠性、穩定性和抗干擾能力還需進一步的提高；最后，補償裝置的許多功能還需進一步的完善，在現有的硬件基礎上實現更多的功能。

抽油機補償技術是一項較為實用、涉及面廣、針對性強的技術，需要在今后的學習中進行更多、更深入的研究和探討。

第四篇：林泉高節能智能型抽油機項目匯報

林泉高節能智能型抽油機項目

匯報

一、產品簡介：

林泉高節能智能型抽油機采用立式結構，以低速大扭矩的永磁電機作驅動元件，去掉了傳統抽油機的減速箱、四連桿機構等復雜傳動方式，采用智能變頻控制，與傳統抽油機相比具有以下特點：

1、2、整機設備結構簡單，維護方便，可靠性高。

節能、環保：占地面積小（50%），整機重量輕（50%），有效提高系統效率，節電50%以上，噪聲低（小于50dB），同時相關配套投入也大為減少（電網容量、變電設備等）。

3、4、控制系統操作簡便，智能化程度高，保護功能完善。沖程、沖次無級可調，可方便實現長沖程、低沖次，上快下慢等調節以適應油田應用。特別適合大泵、深抽及稠油的開采，5、具有自動讓位功能，修井作業無需吊車等設備，操作簡便可靠。

該抽油機目前已在大慶油田、大港油田、中原油田、新疆油田、冀東油田、遼河油田、勝利油田等裝井應用，共計76臺，得到了油田用戶的一致好評。該產品同時通過了國家油氣田井口設備質量監督檢驗中心的檢測，各項指標全部合格。同時獲得了國家四部委頒發的國家重點新產品證書及中石油能源一號網入網證。

二、市場現狀和預測

1、重要客戶及合作情況

經過多方面的努力，截止至目前，我們林泉高節能智能型抽油機先后在大港油田27臺、大慶油田21臺、勝利油田4臺、新疆油田3臺、遼河油田、冀東油田2臺、中原油田（包括內蒙）19臺，共計安裝運行76臺。主要合作伙伴：中石油渤海裝備新世紀公司，中原油田雙發實業公司，勝利油田勝動集團公司，新疆油田機械總公司等。

2、在同行業中的市場占有率及排名

由于塔架式抽油機在油田的應用還處于起步階段，油田對此有一個認識和接受的過程，令人欣慰的是不僅國內越來越多的油田認可，而且國外油田對我們產品也十分關注。塔式抽油機的優勢和生命力通過多年的歷練和發展已經顯現無疑。中石油已正式吸納七家塔式抽油機生產廠家為中國石油天然氣集團物資供應商（能源一號網準入證）。今年4月26日我們參加了國家石油天然氣井口設備檢測中心和有關部門召集塔式抽油機生產廠家宣貫有關法規的會議，明確塔式機生產必須取得全國工業產品生產許可證，否則不允許生產制造和銷售。這一舉措也表明國家權威部門對塔式抽油機不在是觀望和限制，而是承認和肯定并納入了規范管理程序。

3、面臨的主要競爭對手及競爭優勢分析

據不完全統計，現全國生產抽油機廠家有六十余家，其中生產無游梁抽油機廠家有十余家，目前中石油正在清理加工企業（據說要清掉三分之一）不達標的淘汰出局，顯然對于新加入陣營的廠家來說肯定提高了門檻。市場競爭首先來自企業之間的競爭，以下是主要生產抽油機廠家的情況：

1）大慶石油裝備制造集團抽油機制造廠

該廠年生產能力3000臺，2005年生產抽油機1807臺，出口138臺；2006生產抽油機2100臺，出口1055臺。銷售收入2.5億元人民幣。山東新興石油裝備的塔式抽油機與其聯合制造，已運行108臺，年內又簽定200臺定單。2）長慶石油勘探局機械制造總廠

該廠主要生產異相曲柄平衡式、復合平衡式、擺輪式、彎梁變矩式等第一代至第四代共24種規格的節能型抽油機，2003年共制造各型抽油機1206臺，銷售收入14331.4萬元，2005年共制造各型抽油機1820臺，銷售收入2.6億元，同比增長33.1％。2008年年產突破3000臺，產量同比增長27.66%，這是繼2007年抽油機年產2800臺躍居國內第一后，又一新的里程碑。3）渤海石油裝備機械制造公司

該公司年產抽油機能力3000臺，2008年完成2600臺，實現銷售4.5億元，產品近百分之九十出口國外。4）新疆第三機床廠

新疆第三機床廠生產調徑變矩、下偏杠鈴和懸掛偏置三大系列節能抽油機（3型-16型）共28個品種，具有年生產抽油機1000臺的能力。年銷售收入1.2億元人民幣。5）遼寧金盤科技有限公司

遼寧金盤科技生產的14-7-40f型立式機在冀東油田銷售150臺。實現銷售收入5000萬元。6）勝利石油管理局工程機械總廠 勝利石油管理局工程機械總廠抽油機年制造能力500臺。7）武漢江漢石油機械廠

武漢江漢石油機械廠生產的力馬直線電機抽油機是生產立式機較早的廠家，先后銷售百余臺。08年在新疆塔里木油田一次安裝32臺。但故障率高、維護工作量大。8）勝利高原機械廠

高原公司的皮帶式抽油機采用的是美國專利技術。該公司是目前我們的主要競爭對手。現有總資產35億元，設有四個銷售公司，其中三個公司分別負責南北美、非洲、中東；獨聯體國家；大洋州、東南亞、伊朗。另外一公司負責國內銷售。同時有百余人的售后服務隊伍。該公司生產的皮帶抽油機因其具沖程長、沖次低、平衡效果好、節能效果好（節能率20%-40%）、操作簡單，維護保養方便，運行安全可靠等優點，在油田得到了廣泛的應用。該機型可代替部分200m3/d以內的電泵實現大排量提液；可采用φ38mm、φ44mm、φ56mm泵進行油井深抽，該機長沖程、低沖次的特點能夠滿足油田稠油開采的機采工藝。目前產能在2000臺左右。2008年銷售抽油機860臺，實現銷售收入3.1億元。

9）北京天弈新能科技有限公司

北京天弈新能科技有限公司生產的w型曳引14型抽油機只需14.5KW電機就可正常運行。現已經在中原、遼河、華北等油田運行。并承諾三年內設備運行維護由本公司負責。10）沈陽金田石油機械廠

沈陽金田石油機械廠生產的摩擦換向立式抽油機累計生產800余臺在多家油田使用，但近年由于故障率頻繁加上維修和服務不能滿足油田需要，逐步退出油田市場。目前國內與我們產品相近的抽油機還有遼寧橡塑機械廠生產的立式重載長沖程抽油機及鞍山鑫宇生產的塔架式抽油機和東營創新科技公司生產的電動滾筒驅動抽油機等也以低成本優勢搶占市場。新疆的挺立式抽油機近來也批量投入市場。

目前市場上在用節能抽油機有幾十種，真正能大面積占領市場的節能產品不多，相對而言，林泉高節能智能型抽油機在技術上有明顯的優勢，它是唯一一款不帶任何減速裝置的直驅式抽油機，同時有航天的品牌優勢和雄厚實力。

隨著全世界能源的緊缺，節能降耗成為各國的國民經濟的一大主題，現在高耗能的常規抽油機將逐漸被節能型且性價比符合市場需求的新型抽油機所取代是勢在必然，其市場前景是不可估量的。

4、產品的年市場需求預測

全國油田現有抽油機運行設備30萬臺。每年新機井抽油機在15000臺以上。加上老設備的更新，全年國內抽油機需求量在20000臺以上。而現有生產廠絕大多數仍在生產傳統的游梁式抽油機。而國際上抽油機的需求量更加巨大，僅歐佩克組織每年就大約需要15000臺。墨西哥、哈薩克斯坦、印度等發展中國家大多都從中國進口抽油機設備。市場份額愈60億人民幣的抽油機大市場無疑給我們抽油機制造廠家帶來了空前的機遇和挑戰。

由于油田市場的特殊性，而抽油機又屬于一類物資，進入門檻很高，這需要我們整合優質資源，在保證產品質量的前提下，通過高層介入，打通壁壘，以期快速達到規模化。在拓展國內市場的同時，力爭突破國際市場。

目標：2015年達到3000臺，銷售收入5億元。

第五篇：淺談評價抽油機節能的幾個誤區

淺談評價抽油機節能的幾個誤區

吉效科，許麗，張浩

摘要：從六個方面闡述了一些判別抽油機節能的方法和觀點，明確了抽油機的節能主要是通過一些手段優化調整油井參數達到節能的目的，參數調整是抽油機節能的關鍵，此外，正確認識節能抽油機或者配套節能裝置的效果，讓時間和實踐檢驗節能抽油機或者配套節能裝置，真正為油田推出經得起考驗的節能抽油機或者節能技術。

關鍵詞：節能抽油機；節能技術；抽油機評價

近些年，隨著國家對節能環保的重視，節能型設備的開發與推廣不斷為人們所接受，各行各業都在提倡設備的節能技術。油田作為生產性企業是耗能大戶，從原油開采、輸送、處理都需要消耗能量，油田裝備制造企業也開展了研發和制造采油、輸油等方面的新型節能設備，各種節能設備相繼出爐，種類繁多，據不完全統計，2000年以來國家新型節能抽油機及其套設備專利有100多項，一些抽油機廠家努力推薦自己的節能產品和技術，拿著正規的國家或地方的專業檢測機構的節能檢測報告，從節能數據反映都有很好的節能效果，但是，其實不然。那么，如何去辨別是否真的節能，節能數據是否可靠可信，設備是否適合油田使用在實際工作中評價抽油機節能工作存在很多誤區。節能測試報告缺乏可靠性

設備是否節能經常需要和其他同類型設備做比較才能知道，對于抽油機節能通常需要選擇常規或者其他節能抽油機做比較，比較的前提是要有相同的條件。抽油機對比有兩種方式，即同井不同機比較、不同井不同機比較。不同井不同機需要平衡度、參數(沖程、沖次、懸載)、井口回壓、測試時間、控制方式、測試手段等一致或接近，同井不同機需要沖次、沖程、平衡度、測試時間、控制方式、測試手段等一致，而且油井工況要穩定。但是我們常常會看到在權威節能檢測機構提供的節能監測報告中不明確抽油機對比方式，油井工況參數、抽油機沖程、沖次等參數不盡一致，對比抽油機不平衡而節能抽油機處于最佳平衡，在這些情況下測試得出的節能數據是不可靠的，不具有說服力。因此我們在看節能測試報告的時候不能只看綜合節電率等結論性的數據，一定要看節能測試的條件和重要參數，看二者是否具有可比性，如果甲抽油機嚴重不平衡，參數過大，而乙抽油機平衡良好，參數合理，則不能說乙抽油機比甲抽油機節能。節能效果人為因素擴大化

這種誤區主要有兩個方面的情況，一是抽油機節能的效果被人為擴大。抽油機節能的原理大致有結構優化、控制方式、參數優化、配套電機等，這些節能的原理和方式是有區別的，在通常情況下，一些研發和制造廠家將抽油機井參數調整、改變控制方式等實現油井節能誤認為是抽油機節能，新型抽油機真正意義上的節能應該是結構優化使得本身的效率提高而實現節能，在目前油田使用的采油裝備中，無桿泵由于沒有桿柱和地面能量損耗，因此節能效果比有桿采油裝備好，無游梁抽油機由于沒有了游梁式抽油機具有的曲柄配重的旋轉和游梁驢頭的擺動而產生的換向功，因此其節能效果比游梁式抽油機好，游梁式抽油機中游梁平衡比復合平衡節能，復合平衡比曲柄平衡節能，原因就是三者隨著曲柄配重的增加使得換向功增加而造成的。另外抽油機本身的節能主要是在減少摩擦損耗，但是如電機、減速器、軸承等部件存在能耗是難免的，只能優化減小不能完全消除。因此抽油機本身的節能是比較小的，新型節能抽油機本身綜合節電率每提高5％都是非常好的效果，通常我們看到一些新型節能抽油機綜合節電率30％、40％、50％以上，系統效率提高15％以上等等這些數據都是虛假的，并不是新型抽油機本身節能，肯定參人了參數調整、改變控制方式等實現的節能。

二是人為想辦法讓抽油機具有較好的節能效果，每個研發和制造新型節能抽油機及節能技術的廠商盼望取得良好的節能效果，只許成功不許失敗，因此在委托節能監測機構時可能要進行關系溝通，作為監測機構礙于面子問題，會給廠商一定的照顧，即使測試節能效果不明顯，也常常會看到一些新型節能抽油機廠家介紹的節能效果好的離譜。為了消除人為因素的影響，我們對試驗的新型節能抽油機編制測試方案，自行進行對比測試，節能測試數據都比廠家介紹的節能數據要低，甚至有些新型節能抽油機或者節能技術不具有節能效果。因此所謂新型節能抽油機或者節能技術是否真正有節能效果，還需要用戶自己測試，真抓實干，甩開人為因素的影響，真實體現客觀事實，防止人為誤導。節能宣傳報道過于激進化

通常一項先進技術、一種新型設備從研發到批量推廣都需要經歷較長的時間，需要實踐的檢驗，很多新產品成熟前都會有這樣那樣的問題，需要不斷的改進、試驗、定型，而在油田新型設備在試驗期間或者剛安裝投產，就有“應用成功”和“取得效果”的報道，太過于搶先，而這些激進的報道過早的下結論后導致設備推廣決策的失誤。復式永磁電機抽油機曾經在2009年3月《貴州商報》上以題為《貴州造抽油機成油田節能王》報道，被譽為“綠色抽油機”的電機抽油機，綜合節能率可以達到50％。這一報道距離該抽油機研發現場試驗只有1年多的時間，但是這種抽油機的造價、實用性等受到很大考驗，其結構主要是采用復式永磁電機及控制系統解決了立式抽油機的換向、低速度的問題。其實，現在成熟推廣的開關磁阻電機、變頻調速電機、鏈條換向、齒條換向配套控制系統照樣實現了復式永磁電機解決的問題，而且他們組成的抽油機價格、結構、體積等都比復式永磁電機抽油機有優勢。一味追求節能忽視可靠性、安全性等綜合因素

結構簡單、安全可靠、便于維修操作、易損件壽命、投資與維護費用低、節能高效等是評價抽油機是否具備推廣價值的主要依據。但是在實際管理中，大家對抽油機一味的追求節能高效，卻忽視了可靠性、安全性等重要因素。目前，國內對抽油機的可靠性要求暫時還沒有一個明確的標準。據統計，拉夫金生產的抽油機，在加拿大應用中故障率在7％以下，平均每臺抽油機年累計用于維護、潤滑及故障處理的時間不超過2小時。中國石油所用的抽油機對該時間沒有進行系統的統計，預計累計時問不會低于10小時，也就是說抽油機由于設備的原因開機率99．86％。假設以10小時計算，中國石油在用的10萬臺抽油機，則需要有340多個維修隊伍365天(8小時／天)忙于抽油機的維護。目前正在試用的一些新型節能抽油機，可靠性遠遠達不到上述要求，保守一點說，這些機型年累計維護時間不會少于5天。在試驗階段因為應用的數量小，這5天的維護時間并沒感覺到有什么大問題，假如推廣到1000臺，將意味著需要有40多個維修隊伍365天(8小時／天)忙于抽油機的維護；推廣到1萬臺，將意味著需要有400個維修隊伍365天(8小時／天)忙于抽油機的維護。這不僅是維護的人力、直接費用難以支撐，同時將意味著每年要影響上百萬噸的原油產能、幾十億元收入。由此也可以看出抽油機可靠性、安全性等其它因素的重要。節能產品高價投入短期收回成本

通常所見節能抽油機價格都要比同機型游梁式抽油機價格要高，要價高的理由就是高價投入短期內就會收回成本，將節能降低成本作為價格的籌碼。比如，10型游梁式抽油機配套的Y系列三相異步電動機價格3200元左右，而稀土永磁電機、雙功率電動機、高(超高)轉差電動機等的價格10000～15000元左右，是Y系列三相異步電動機的3～5倍；Y系列三相異步電動機在油區維修技術簡單成熟，維修單位較多，方便維修，而特殊電機維修技術和工序復雜，油區較少有專業維修隊伍和手段，很多需要專業廠家返廠維修，維修費用高，維護時間是游梁抽油機的10倍以上。目前，由于各油田采油廠成本壓力均較大，維修人員較為緊張，雖然一些特殊電機配套抽油機節能效果也不錯，但與普通Y系列三相異步電動機相比，不僅維修時間長、費用高，同時還因停機時間較長影響原油產量，而且對采油維修人員素質等要求更高，不一定能適應油田的實際。片面追求抽油機配置最小化

抽油機井節能是一個系統工程，只有綜合優化才能有效果，如抽油機電機為了追求降低無功損耗，而降低電機配置功率，甚至低于抽油機正常運行所需電流，導致電機燒壞的問題，故障率增加，其實無功在計算綜合節電率時所占有的損耗是非常小的部分，如二種配11kW普通電機的8型抽油機對比，噸液百米提升高度有功耗電量從5．84 kW·h／(102ITI·t)降至4．54 kW·h／(102 m·t)，噸液百米提升高度無功耗電量從7．88 kW·h／(102 m·t)降至3．88 kW·h／(102 ITI·t)，綜合節電率為24．72％，但是無功在綜合節電率中僅占4．38％，不能一味追求無功損耗低而降低電機配置功率，引發抽油機別的不可靠方面的問題。抽油泵從+32 mm下降至+28 mm，現在有人提出來+25 mm，可能導致泵的部件強度降低，性能下降，甚至引起因加工難度增加而使成本增加，其實對于低液量油井在配有+28mm抽油泵，抽油機低沖次的情況下完全可以實現高效率的。

總之，抽油機的節能主要是通過一些手段優化調整油井參數，使抽油機運行貼近理想工況的目標值，使得抽油機系統效率最大化，從而達到節能的目的，因此參數調整是抽油機節能的關鍵。評價抽油機節能需要錄取第一手資料，綜合排除影響因素，系統分析可靠的數據，正確認識節能抽油機或者配套節能裝置的效果，切莫輕易聽信別人所言節能，切莫人為擴大節能效果，切莫急于宣傳報道成功，切莫僅僅追求節能降耗，切莫片面追求最小配置，而應遵循客觀規律，讓時問和實踐檢驗節能抽油機或者配套節能裝置，真正為油田推出經得起考驗的節能抽油機或者節能技術。