螺杆泵抽油机使用的是单螺杆泵。如图7-53所示（螺杆泵结构图）。由于螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，就会被分隔成多个密封空间。随着螺杆的转动，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在各空间中的液体不断排出，犹如一螺母在螺纹回转时被不断向前推进的情形那样，这就是螺杆泵的基本工作原理。螺杆泵优点是损耗小，经济性能好，压力高而且均匀，流量均匀，转速高，能与原动机直联。螺杆泵比较简单，其性能和工作寿命取决于定子的构成材料弹性体特性，受包括摩擦磨损，气态碳氢化合物扩散到弹性材料中改变机械特性和工作温度的影响。其运行速度受限制于转子动平衡。抽油杆长度可达数千米，惯量大负载波动大。油气伴生，供液量波动，注蒸气热采等工作状况使井况复杂。在这种条件下，在不影响设备寿命，不影响设备安全性和可靠性的前提下实现最高效率的生产，设备需要实时性的调速控制。如果发生沙卡或者抽空，很有可能发生扭断井杆的事故，所以安全保护的控制功能也是至关重要的。为了更好地满足生产安全以及工艺需求，变频器在螺杆泵上的应用应该处理以下几个问题：
1.起动过程的柔性起动 起动的阶段，由于油柱的势能以及井杆惯量的作用，起动转矩要求高。电动机工频直接起动，起动电流大，机械冲击非常大，往往导致皮带打滑、冒烟，使抽油机寿命受到很大的影响。为了避免直接起动使皮带打滑的剧烈冲击的现象发生，变频器的斜坡起动方式成为解决起动问题的最佳解决方案。
2.实时智能调速控制 运行阶段，由于井况非常复杂。主要影响因素包括液量变化、油气伴生、油水伴生、出沙等等。抽油机的速度是需要随时调节才能够实现最大泵效的安全生产需求。
很多自动控制系统选用井口流量计，液面传感器，监测液面位置和供液量。同时监测电动机电压，电动机电流，电动机速度，电动机转矩，抽油杆扭矩，管网压力。构成闭环的控制系统。由于具有传感器的控制系统较无传感器的控制系统的可靠性低很多，而且造价高，维护复杂，所以无传感器的内部闭环控制更受青睐。
图7-53 螺杆泵结构图
3.停车过程中的转矩控制 螺杆泵抽油机停止过程中，当电动机速度降到零后，抽油杆上依然蓄积着扭转弹性变形能量。如果任由其自然释放，所产生的倒转惯量很可能使连接螺母松脱，导致抽油杆脱节。为了避免这种状况出现，螺杆泵抽油机设计了防倒转刹车或者防倒转棘轮。但是这种安全机械结构在抽油机出现卡死故障时却隐藏着巨大的安全隐患，人工释放卡死的螺杆泵抽油机曾经有伤害事故发生。取消防倒转机械结构便可消除生产安全隐患。机械方面已经有使用盘式液压制动系统的解决方案。
电气解决方案介绍如下两种，速度控制方式和转矩控制方式。速度控制方式是在速度达到零以后，在一定时间内变频器给出一个低速反转控制，然后自由停车。这种方式的优点是控制简单，但是需要初始调试，确保倒转速度与时间符合井况。转矩控制方式是在停止过程中，控制转矩有当前转矩值斜坡减小到零的过程。电动机的运行速度会减速到零，然后反转再停止。反转是由于井杆的反向扭矩大于电动机的扭矩所致。
4.上限转矩限制控制 螺杆泵抽油机在抽空和沙卡发生时，电动机转矩会急剧上升，导致机械故障，严重时可能发生断杆现象。所以对于上限转矩的控制是保证安全生产，避免机械故障的行之有效的安全手段。在应用中，达到上限转矩并且以下限速度运行设定时间后，需要控制变频器安全停机。避免超转矩运行造成的机械故障。
通过变频器实现以上控制功能，可以满足安全生产，提高设备寿命，提高生产率，节约电能的目的。
7.10.1.1 变频器的选型
变频器类型的选择：选择螺杆泵抽油机使用的变频器，在遵循一般性野外环境选用原则以外，我们还需要特别关注变频器的转矩控制能力。由于U/f控制模式的变频器只有上限转矩的限制功能，而没有与转矩控制有关的性能，所以为了更好地控制螺杆泵抽油机，我们最好选择第三代空间矢量控制模式的变频器或者直接转矩控制变频器。具有转矩控制能力的变频器能实现实时自动速度控制的功能。而且实现停止过程的转矩控制。为了适应速度控制的实时性，最好选择具有数据通信接口的变频器，这样可以提高数据获取和控制响应的速度以及准确性。
变频器容量的选择：传统的螺杆泵抽油机的电动机负载率一般在30%以下，这是由于设计者当时没有考虑使用变频器，考虑到保证电动机足够的起动转矩和非正常工作状态留有相对大的余量。所以针对螺杆泵抽油机，可以考虑选用小一些容量的变频器。
7.10.1.2 应用实例
系统构成主要由数字控制器、变频器、执行机构三大部分组成。
1.数字控制器 通过RS-485通信接口与变频器相连接，读取变频器内部关于电动机转速与转矩的数据进行分析处理，其主要作用是实现停止时的转矩斜坡给定安全停车时的转矩控制，并且在设备正常工作时依据转矩变化进行运行速度的调整，实现对抽油机优化运行的控制。
介绍一种简单的在实践中使用的无传感器实时调节运行速度的控制方法。
式中 运行频率——是变频器输出的运行频率，该频率是随着电动机实际转矩的变化而变化的频率；
基础频率——油井在优化状态下的运行频率。比如动液面合理，管路压力合理，油气比和油水比合理，产液量符合理论供液量的优化状态下的运行频率。这是运转频率；
基础转矩——油井在优化状态下的运行平均转矩。即变频器初始优化标定阶段，在基础频率下输出的平均转矩；
浮动频率——是当输出转矩变化100%时输出频率的变化量；(www.xing528.com)
电动机输出转矩——电动机运行状态输出的真实转矩；
电动机额定转矩——电动机铭牌上的转矩值；
例如：初始优化标定时，基础频率为30Hz，基础转矩为30%，浮动频率为
50Hz，运行中输出转矩达到50%，此时变频器的实际输出频率为
2.空间矢量变频器 选用英泰驱动控制生产的ODP-44220-CN第三代空矢量变频器，其显著的特点是速度与转矩可以同时分别控制。只有这种第三代空间矢量变频器才能实现内部闭环无传感器的自动调速控制。
3.执行机构18.5kW普通Y系列6级感应电动机。
应用这种控制系统的螺杆泵抽油机作业量减少，没有出现机械故障，调试方便，运行稳定可靠。在安全生产和提高运行效率方面获得预期的效果。
变频器参数设定见表7-6。
表7-6a 基本参数设定
表7-6b 扩展参数设定
表7-6c 矢量控制用参数
表7-6d
表7-6e ModBus地址列表
（续）
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
