同步电机驱动螺杆泵地面装置设计.docx

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1、本科毕业设计（论文）题 目同步电机螺杆泵地面装置设计学生姓名 黄红丽专业班级07机电班学 号 200729050所在系电子工程系指导教师 吕刚磊完成时间年 月 日同步电动机驱动螺杆泵地面装置设计摘要据目前的实际应用及有关资料显示，螺杆泵的应用范围很广，它的特点是流量平稳、压力脉动小、有自吸能力、噪声低、效率高、寿命长、体积小、工作可靠。突出的优点是输送介质时不形成涡流、可输送粘度范围宽广的各种介质，既可以输送各种粘度的润滑性或腐蚀性介质，也可以输送各种粘度的非牛顿液体，还可以气液混输、固液混输。它广泛应用于海上平台工程、石油化工、航运、电力、机械液压系统、食品、造纸、制糖、军工和污水处理等工业

2、部门。本篇文章主要从螺杆泵在石油化工方面的用途进行研究设计。螺杆泵能有效的处理高粘度及高含砂的原油，而随着原油粘度的增螺杆泵必须在低转速下才能有效地工作，其最佳旋转速度一般在100500r/min。异步螺杆泵电动机的转速较高，不能很好的适应螺杆泵的采油要求。因此，需要研究低转速、大扭矩、高性能的螺杆泵同步电动机。螺杆泵专用同步电动机是一种立式工作的三相八动机，它采用定转子分段的细长结构，各定子段之间轴向用非磁性材料连接，有扶正轴承，定转子之间充满专用润滑油，转子上则镶嵌有体。文章根据螺杆泵专用同步电动机的特殊结构研究了其定转子分段、内充润滑油的特点对电机设计及性能的影响。经过分析电机采用36槽

3、10极结构，定子绕组采用了分数槽绕组；由于此种电机主要尺寸比范围较大，定子内径不易确定，本文给出了简单可行的确定电机定子内径法。分析了温度对螺杆泵专用同步电动机的性能影响：通过研究分析得出螺杆泵专用同步电动机的端部漏抗随转子段数增加的变化规律，并得到计算公式；给出了螺杆泵专用同步电动机机械损耗的简便计算方法；文章给出了体的选择方法和体的放置方式;并利用Matlab编制了螺杆泵专用同步电动机的电磁计算程序，得出愀咐性能参数：利用Ansoft对样机进行了仿真，得出了气隙磁密、反电势等波形，并仿真得出了隔磁桥宽度对电机性能的影响。实验证明样机的性能良好，比原来的异步螺杆泵电机的效率提高了 124个百

4、分点；最大转矩倍数由原来异步螺杆泵电动机的L67提高到2.420通过对比螺杆泵专用同步电动机实验所得数据和应用Matlab程序设计计算结果，证明了程序的正确可行、简单方便。木文的研究工作对于进一步完善和发展同步电动机的设计方法和设计理论具有重要意义。关键词：同步电动机，螺杆泵，Mat lab, AnsoftElectronic Code LockABSTRACTAbstract: The design of integrated circuits for electronic locks is to ensure the floor,blending the safety, so as to

5、avoid losses. This locks the use of electronic digital logiccircuit, the electronic door control, and there are a variety of additional circuitry to ensuresafe operation the circuit, there is a high safety factor. Electronic code lock when the bodyis close to close the switch, the power supply autom

6、atically connected, if you enter thepassword and the same procedure to set the password, the door was open; when peopleleave, the power cut off, in order to achieve the energy-saving purposes; if you enter wrongpassword more than 3 consecutive times, the keyboard is locked, prohibit the importpasswo

7、rd, buzzer alarm.The idea of the design when the subject of two programs: one is for the AT89C2051 MCUas the core control program; the other one is for the 74LSU2 dual JK flip-flop composedof digital logic circuits control program. MCU programs, taking into account thecomplexity theory, and debug mo

8、re cumbersome, so this paper, the latter program.KEY WORDS electronic code lock voltage comparator 555 monostable circuit JKflip-flop counter UPS power supply.摘要-1-目 录一4 -绪论-5-1.1课题来源-5-L2选题依据-5-L 3课题意义-8-1.5本课题研究的内容-10-第二章螺杆泵同步电动机的结构和设计特点-12-2螺杆泵专用同步电动机的设计特点-16-第三章 螺杆泵专用同步电动机设计-21-3. 1电磁负荷的确定-21-3.

9、 2主要尺寸的确定-22-3.3气息和定子槽型的确定:-25-第四章 螺杆泵专用同步电动机实验结果-27-4.1螺杆泵专用同步电动机的实验-27-4. 2实验数据与设计值和原异步螺杆泵电动机的对比-32-致 谢一34-参考文献一34-附录1电路原理图一36-绪论1.1 课题来源本课题来源于河南科技大学自考本科毕业论文设计要求，现行的螺杆泵电动机为三相异步电动机，由于异步电动机转速较高，且自身存在的一些弱点（如转差等，使其运行效率较低。而同步电动机的性能则明显优于异步电动机。为了适应社会需求，本课题进行同步电动机驱动螺杆泵地面装置设计。1.2 选题依据在目前的机械采油方式中，使用较多的是有杆泵采

10、油系统。缴我国石油工业的发展，定向井、水平井等新技术的应用，难动用含砂井、稠油井逐渐增多，给现在使用有杆抽油泵的油井带来了较多的问题。特别是有杆抽油设备在稠油重负荷井中，经常会造成光杆下行困难等；在含沙井中，还会出现砂卡。螺杆泵是一种井下大排量举升”由C无杆采油设备，是油田一种重要的机械采油设备。我国采用螺杆泵实践证明，螺杆泵具有结构简单、效率高、抽油量大、融保养简单方便、占地面积小、容易实现自动控制等特点，已经成为我国油田稳产、高产和获得更好经济效益的采油设备。目前，我国各油田在用螺杆泵数量已超过刀&,根据技术发展预测，今后还会更加广泛地采用螺杆泵举升石油。利用螺杆泵采油可以实现石油高产，例

11、如大庆油田，到1988年底为止，螺杆泵采油井数占总井数的1饶，而采油量占总数的37.27%胜利油田螺杆泵采油井数占7%,而采油量占总数的20.9%。1989年，我国螺杆泵采油井数占全国总油井数的1佻，但是采油量占全国石油总产量的25%以上。这说明尽管我国螺杆泵井不多，但是石油产量占全国的四分之一。可见，螺杆泵是增产石油，提高产量的较好采油设备。目前，我国有许多油田己经进入中、后期开采阶段，需要进行注水强采。螺杆泵是一种较好的注水强采抽油设备，所以应用前景相当可观。对于复杂断块油田来说,油水井的对应连通性差，部分螺杆泵井出现供液不足,影响到螺杆泵的正常生产及井下机组运转寿命。为了延长电泵井的检泵

12、周期，保证电泵井的正常生产，需要降低螺杆泵电动机的转速，对泵的排量进行调节，使螺杆泵的工作特性和油井的产能相匹配、电泵机组在最佳工作区内工作,达到减少机械及电气故障、延长电泵井寿命、增产及节能的效果。止匕外，螺杆泵除可用于陆地采油之外，还可用于海洋油田、沙漠油田、极地油田进行采油，具有同样好的使用效果和经济效益。因此，可以认为，今后螺杆泵具有很好的技术发展前景。由上可知，使用螺杆泵采油是油气生产的一个重要手段，在“占有举足轻重的地位，是目前油田采油的重要设备。而螺杆泵电动机是嫖杆泵采油装置中保障机组正常运转的关键，也是油田主要的耗能设备之一。其性能直接影响螺杆泵机组乃至电泵井的质量和寿命，同时

13、影响到原油产量及各项采油成本。为此，改善螺杆泵电机的性能指标，提高螺杆泵电机的运行效率，从而更好地实现节能增效，改善电网的供电状况 对螺杆泵行业的发展起着举足轻重的作用。通用的螺杆泵电机是异步，效率和功率因数都比较低，耗电量较大，导致油田电费开支庞大。同时，现在螺H泵电机一般为三相异步电动机，通常为两极简单结构，转速较高。而八杆泵的优势在于能处理高粘度及高含砂的原油,而随着原油粘度的增力-泵必须在低转速下才能有效地工作，其最佳旋转速度一般在100-500r/niino因此，研究螺杆泵电机首先需要解决的问题就是将螺杆泵的转速降下来以满足螺杆泵低转速、大扭矩的要求。最直接的办法就是使用低速电机直接

14、驱动螺杆泵。如前苏联研制的电动螺杆泵。但其转速高达1500r/min,难以发挥螺杆泵处理稠油的优点；再加上油井井况对电机和电缆的限制一次性投资大等原因导致螺杆泵泵效低、工作寿命短，一直未能推广使用。普通螺杆泵电机为两极结构时，则在工频下电机的同步转速为300r/min而螺杆泵的转速一般只需要每分钟几百转，欲使螺杆泵电机的转速降低，有两个途径，一是使用减速机；二是降低电源频率使用减速机将带来以下一系列的问题：系统整体效率低：由于减速机多级齿轮减速传动其效率很低，意味着电源输入系统的能量有很大一部分被减速机所消耗；(2系统体积重量变大：由于减速机的存在，使整个螺杆泵的体积重量都变大；(3)振动和噪

15、声严重；(4)调整维护困难：减速机需要定时添加润滑油等都给生产带来巨大的不便，并且每个操作都是重体力劳动；用变频器降低电源的频率以降低电机的转速，这是螺杆泵电发展方向，其原理就是根据井下供液状况来调整运行电流频率，从而提高或降低机组的运转速度，以适应井下供液的需要。由于变频机组始终保持在较合适的优占下工作，所以提高了机组的综合效率，并延长了寿命。在本文中采取变频机组的方法。异步螺杆泵电动机定子外径较小，定子所开蹴有限，一般为两极结构，以降低电机的谐波，改善电机的性能。如果把螺H泵电机做成多极，每极每相槽数将变小，这将使得电机的谐波变大，性能变坏。所以电动机不宜做成多极。而同步电动机则可以做成多极，即把电机做成低速的。这可通过合理设计磁极的形状，改变气隙的磁导，使气隙磁场波嫄征以肖谕皆波，同时还可采取分数槽绕组、斜槽等措施消除谐波。同时.，电力公司对用，用电的质量要求越来越高，为了减少电磁污染，这使得油田迫切需要采用高效的电动机，故可以预测高效的螺杆泵电机必然会被大面积的推广和应用为止轩发性能高，节能