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浅析抽油机井控制柜的改造

文章编辑:【郑州聚光自动化技术有限公司】发布日期:2018-09-17 16:10:44

    抽油机曲柄的旋转方向正确与否,直接影响到抽油机变速箱内齿轮的使用寿命。由于游梁式抽油机变速箱两侧的曲柄销子在机械构造上存在正扣与反扣的差别,方向不正确则大大增加了曲柄销子退扣脱出,造成游梁式抽油机翻机的危险。三相异步电动机的旋转方向与电源的相序有关,根据三相交流电的特性,采用集成元件搭建控制电路,能达到三相交流电相对于电动机恒相序、确保不管电源相序如何变动电动机旋转方向保持不变的目的。
  关键词:三相交流电动机 集成模块
  引言
  油田采油设备中,三相交流电动机的使用占绝大多数,在日常的电气故障处理、更换自控箱等维护工作中,经常出现相序变更等现象,致使三相交流电动机反转,对单向运行的采油机械造成不利,易引发严重的机械事故、生产事故。
  1 现状调查
  1.1三相交流电动机使用情况
  各式各样的抽油设备占孤岛采油厂生产设备的绝大部分,而作为提供动力的三相交流电动机更是广泛应用,平均一个注采管理站能达到100余台,确保三相交流电动机正常运转意义重大。
  1.2游梁式抽油机的结构特性
  游梁式抽油机的工作原理是通过电动机提供旋转动力-减速箱进行二级减速(高速旋转变为低速旋转)-曲柄连杆机构、游梁、驴头等装置将旋转运动变为直线往复运动-通过光杆带动深井泵将原油从地下采出。
  抽油机的减速箱一般为二级减速,内部齿轮的配合有点啮合式、渐开线式等方式,不同的旋转方向,齿轮间的受力面是不一样的。在大负荷下,频繁改变减速箱齿轮转向,易对齿轮造成伤害,影响抽油机减速箱使用寿命。
  减速箱两侧的曲柄销子是曲柄与连杆连接的重要部件,工艺设计上存在正扣与反扣的差别,正常工作时,曲柄销子的冕形螺帽不存在倒扣问题,一旦抽油机减速箱齿轮反转,那么曲柄销子反转,冕形螺帽就存在倒扣的危险,极易造成曲柄销子退扣脱出、抽油机翻机的严重事故。
  2 电动机工作特性
  2.1电动机的种类
  孤岛采油厂的抽油机目前广泛采用的是三相交流异步电动机、三相交流同步电动机、高效永磁同步电动机等,直流电动机应用较少。
  2.2三相交流电动机转向特性
  三相交流电动机对运转方向没有要求,正反两个方向均可运转,现场根据生产设备的要求进行三相交流电动机转向的选择。影响三相交流电动机转向的唯一因素是三相交流电动机旋转磁场的旋转方向,任意改变三相交流电动机电源相序就能改变电动机旋转磁场的旋转方向,使电动机向相反的方向旋转。
  3 相关集成模块
  3.1 HCF4011四与非门集成电路
  HCF4011四与非门集成电路(与CC4011只是生产厂家不同而已可以通用)CC4011是常用的CMOS四输入与非门集成电路,他的内部含有4个与非门,常用在各种数字逻辑电路和单片机系统中,功耗很小, CC4011的逻辑功能和管脚图顺序(如图1)。
  3.2CD4027 双J-K触发器
  CD4027是包含了2个相互独立的、互补对称的J-K主从触发器的单片集成电路(图3)。每个触发器分别提供了J、K置位、复位和时钟输入信号及经过缓冲的Q和Q反输出信号,输入输出引出端排列与CC4013双D型触发器相似。CC4027可用于性能控制、寄存器和触发器等电路。加在J、K输入端的逻辑电平通过内部自行调整来控制每个触发器的状态,在时钟脉冲上升沿改变触发器状态,置位和复位功能与时钟无关,均为高电平有效。
  4 调整器工作原理(相序监视电路、控制电路)
  4.1相序监视电路
  该三相电相序监视器由相序检测电路、触发控制电路和LED显示电路组成(图4)。
  相序检测电路由整流二极管,电阻器、稳压管组成;触发控制电路由四与非门集成电路构成;LED显示电路又四与非门集成电路中的非门D4、发光二极管、晶体管、电阻器构成。
  在三相交流电相序正确时,非门D4输出脉冲宽度约3mm的负矩形波脉冲信号,使晶体管导通,绿色发光二极管点亮;若三相交流电相序错误,则D4输出高电平,使红色发光二极管点亮,而晶体管截止,绿发光二极管不亮,从而保证该装置按照正确相序安装。
  4.2相序调整调整器控制电路
  该电路由电源电路、相序检测电路、控制电路构成。电源电路由电源变压器、整流桥堆、电阻器、稳压二极管、滤波电容组成;相序检测电路由整流二极管、限流电阻器、稳压二极管、六非门施密特触发器构成;控制电路由双JK主从触发器集成电路、电阻器、晶体管、二极管、继电器、交流接触器构成。
  工作时,接通电源,通过电源电路降压整流、稳压后为集成模块以及直流继电器提供+12V工作电压。三相交流电压分别经过整流二极管整流,电阻器限流,稳压管消波限幅以及六非门施密特触发器集成电路反向整形、变换为交流电负半周对应的方脉冲信号,分别加至双JK主从触发器集成电路的J、CP、K端。
  当输入三相交流电相序为正相序时,经施密特触发器整形后的方波信号便依次滞后120度相位角,在双JK主从触发器集成电路的CP端输入脉冲的上沿到来时,J端为高电平,K端为低电平,Q端输出高电平,晶体管饱和导通,直流继电器吸合,常开触点闭合、常闭触点断开,接触器KM1动作,三相交流电动机正向旋转。
  当输入三相交流电的相序为逆相序时。无论怎样的逆相序,双JK主从触发器集成电路的Q端均输出低电平,晶体管无法导通,直流继电器处于释放状态,其常开断开KM1控制电路,常闭接通KM2控制电路,经过KM2倒相序,保证三相交流电动机仍按正方向旋转,从而达到三相交流电动机恒转向的控制(图5所示)。
  5 实施效果:
  抽油设备绝大部分散布在野外,这是由油田的工作特性决定的,由于自然环境的恶劣、施工时动力电缆误损伤、更换电气设备、雷击、雨雪损害等一系列因素,造成三相电源相序常常产生变化,一旦相序连接错误,又没有被及时发现,很容易造成抽油机减速箱齿轮损坏,缩短抽油机减速箱使用寿命,曲柄销子退扣脱出造成抽油机翻机事故。
  采用相序调整器对三相交流电动机控制电路进行改造,保证了电机的恒转向运转,大大增强了抽油机的生产安全性,减轻了现场工人的劳动强度,具有经济、社会双重效益,应用前景广阔。
  6 结束语:
  创新永无止境,作为一名工人,我唯有不断努力工作、不断努力创新来回报企业,为企业做出更大的贡献!

 

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