带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置,属电机技术。解决了游梁式抽油机效率低、能耗大和以大拖小的问题。该运行装置包括:第一叠片定子(6-1)、实心转子(7-1)、第二叠片定子(6-2)、叠片转子(7-2)、机壳(5)、转轴(10)、散热风扇(11)、第一、二轴承(9-1、9-2)、左端盖(16-1)和右端盖(16-2)。所述的实心转子(7-1)和第一叠片定子(6-1)构成第一电机;叠片转子(7-2)和第二叠片定子(6-2)构成第二电机。第一、二电机的转轴(10)经齿轮箱(4)风轮机转轴(15)与风轮机(2)连接构成该电动-发电联合运行装置。使用该装置,提高了电机的功率因数和效率,降低了能耗。
1.带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置,其特征在于:该装置包括双定子电机、齿轮箱和风轮机;所述的双定子电机包括:第一叠片定子(6-1)、实心转子(7-1)、第二叠片定子(6-2)、叠片转子(7-2)、机壳(5)、转轴(10)、散热风扇(11)、第一、二轴承(9-1、9-2)、左端盖(16-1)和右端盖(16-2);所述的第一叠片定子(6-1)固定在机壳(5)内的一侧,第二叠片定子(6-2)固定在机壳(5)内的另一侧,构成双定子电机的定子;所述的实心转子(7-1)通过安装在转轴(10)上的实心转子键槽(19)中的键连接,散热风扇(11)通过安装在转轴(10)上的散热风扇键槽(20)中的键连接,叠片转子(7-2)通过安装在转轴(10)上的叠片转子键槽(21)中的键连接;所述的实心转子(7-1)、散热风扇(11)、叠片转子(7-2)、转轴(10)构成双定子电机的转子;将双定子电机的转子放置在双定子电机的定子内,左、右端盖(16-1、16-2)通过第一、二轴承(9-1、9-2)与转轴(10)连接,并固定于机壳(5)上;所述的实心转子(7-1)和第一叠片定子(6-1)构成第一电机;叠片转子(7-2)和第二叠片定子(6-2)构成第二电机;所述的双定子电机的转子和双定子电机的定子关于轴线完全对称;所述的转轴(10)的输入端通过安装在其输入端键槽(18)中的键与齿轮箱的输出端齿轮(25)连接,齿轮箱的输入端齿轮(24)通过安装在风轮机转轴的输出端键槽(17)中的键与风轮机(2)连接;所述的风速传感器(3)与风轮机转轴(15)的一端端面上螺纹连接;辨向传感器(1)固定在风轮机转轴(15)的中部;所述的第一定子叠片(6-1)与第二定子叠片(6-2)尺寸完全相同,所述的实心转子(7-1)采用鼠笼式结构;实心转子(7-1)两端设有短路环(8),鼠笼条(12)和短路环(8)相连;所述的实心转子(7-1)和叠片转子(7-2)上设实心转子通风沟(14-1)、叠片转子通风沟(14-2),叠片转子(7-2)采用永磁结构,永磁体(13)均布其内。技术领域
本发明涉及一种带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置,属于电机技术领域,适用于游梁式抽油机。
背景技术
游梁式抽油机结构简单、易损件少、可靠性高、耐久性好、操作维修方便。然而随着各大油田逐渐进入石油开采的中后期,油井含水量不断上升,使生产成本不断增加,随着老油田油井的注水开发,油田已经开始进入高含水采油期。不断提高产液量,以液保油,这是注水开采油田保证原油稳产的必要趋势。这种开采特点要求抽油机的冲程越长越好,因此就需要开发各种新型节能抽油机来满足降低成本、节能降耗的要求。据统计在油用生产成本中约有三分之一为电能消耗,而抽油机消耗的电能约占总电能消耗的80%;目前中国抽油机电动机的总装机容量在3500兆瓦以上,年耗电量超过百亿千瓦时;而且抽油机的运行效率较低。所以最大限度的挖掘节电潜力,可带来相当可观的经济效益。常规的游梁式抽油机具有结构简单、易损件少、可靠性高、耐久性好、操作维修方便等优点。然而游梁式抽油机的悬点载荷为周期性变化载荷,悬点载荷在减速器曲柄轴上的扭矩曲线与曲柄平衡的正弦曲线差别很大,使曲柄轴上的净扭矩曲线波动很大,甚至出现负值。而普通的三相异步电动机输出的转速和扭矩基本上恒定不变,为满足峰值扭矩的要求,抽油机不得不配用较大功率的电动机,造成电动机功率因数和工作效率降低。游梁式抽油机工作效率不高的主要原因是其载荷特性与所用的普通三相异步电动机的工作特性不匹配。笼型感应电动机运行性能较好,但起动性能较差;而实心转子感应电机虽然起动性能特别优越,但其运行效率很低;永磁同步电动机效率和功率因数均较高。
发明内容
为了解决普通游梁式抽油机效率低、能耗大的缺点,该发明采用了一种带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置。本发明的技术方案:带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置,该装置包括双定子电机、齿轮箱和风轮机。所述的双定子电机包括:第一叠片定子、实心转子、第二叠片定子、叠片转子、机壳、转轴、散热风扇、第一、二轴承和左端盖、右端盖。所述的第一叠片定子固定在机壳内的一侧,第二叠片定子固定在机壳内的另一侧,构成双定子电机的定子。所述的实心转子通过安装在转轴上的实心转子键槽中的键连接,散热风扇通过安装在转轴上的散热风扇键槽中的键连接,叠片转子通过安装在转轴上的叠片转子键槽中的键连接;所述的实心转子、散热风扇、叠片转子、转轴构成双定子电机的转子。将双定子电机的转子放置在双定子电机的定子内,左、右端盖通过第一、二轴承与转轴连接,并固定于机壳上;实心转子和第一叠片定子构成第一电机;叠片转子和第二叠片定子构成第二电机。所述的双定子电机的转子和双定子电机的定子关于轴线完全对称。所述的转轴的输入端通过安装在其输入端键槽中的键与齿轮箱的输出端齿轮连接,齿轮箱的输入端齿轮通过安装在风轮机转轴的输出端键槽中的键与风轮机连接。所述的风速传感器与风轮机转轴的一端端面上螺纹连接;辨向传感器固定在风轮机转轴的中部。所述的第一定子叠片与第二定子叠片尺寸完全相同,所述的实心转子采用鼠笼式结构;实心转子两端设有短路环,鼠笼条与短路环相连;所述的实心转子和叠片转子上设实心转子通风沟、叠片转子通风沟;叠片转子采用永磁结构。带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置的控制系统包括一个电源、两路三相逆变器和控制器。所述的两路三相逆变器分别与第一叠片定子和第二叠片定子的绕组相连。所述的齿轮箱设有电磁脱开装置,所述的变频电源、风速传感器、齿轮箱的电磁脱开装置都与控制器相连。本发明的有益效果:本发明是通过三种转子在结构的复合,并根据游梁式抽油机负载转矩的特性和油田环境风力充沛的特点,提出了一种带风轮机的双定子电动-发电联合运行装置。该装置既具有实心转子电机的起动性能,又有笼型转子感应电动机运行时力能指标高的优点,同时又兼备永磁同步电动机效率和功率因数较高的特点。此外可以根据负载特性采用不同的运行方式,既满足峰值扭矩的要求,又可以低容量运行、充分利用游梁式抽油机的下冲程和油田的风能进行发电,在一定程度上提高了游梁式抽油机的效率和降低了能耗。
附图说明
图1是带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置的主视图。图2是带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置的右视图。图3是图1中A-A剖面图。图4是图1中B-B剖面图。图5是图1中C-C剖面图。图6是图1中D-D剖视图。图7-1为输入端齿轮和输出端齿轮啮合时的示意图。图7-2为输入端齿轮和输出端齿轮无啮合时的示意图。图8为风轮机转轴结构图。图9为转轴结构图。图10为带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置的控制系统框图。图中:辨向传感器1、风轮机2、风速传感器3、齿轮箱4、机壳5、第一叠片定子6-1、第二叠片定子6-2、实心转子7-1、叠片转子7-2、短路环8、第一、二轴承9-1、9-2、转轴10、散热风扇11、鼠笼条12、永磁体13、实心转子通风沟14-1、叠片转子通风沟14-2、风轮机转轴15、左端盖16-1、右端盖16-2、风轮机转轴的输出端键槽17、输入端键槽18、实心转子键槽19、散热风扇键槽20、叠片转子键槽21、齿轮箱的输入端齿轮24、齿轮箱的输出端齿轮25。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置,如图1所示,该装置包括双定子电机、齿轮箱和风轮机。所述的双定子电机包括:第一叠片定子6-1、实心转子7-1、第二叠片定子6-2、叠片转子7-2、机壳5、转轴10、散热风扇11、第一、二轴承9-1、9-2和左端盖16-1、右端盖16-2。所述的第一叠片定子6-1固定在机壳5内的一侧,第二叠片定子6-2固定在机壳5内的另一侧,构成双定子电机的定子。所述的实心转子7-1通过安装在转轴10上的实心转子键槽19中的键连接,散热风扇11通过安装在转轴10上的散热风扇键槽20中的键连接,叠片转子7-2通过安装在转轴10上的叠片转子键槽21中的键连接;所述的实心转子7-1、散热风扇11、叠片转子7-2、转轴10构成双定子电机的转子。将双定子电机的转子放置在双定子电机的定子内,左、右端盖16-1、16-2通过第一、二轴承9-1、9-2与转轴10连接,并固定于机壳5上。左、右端盖16-1、16-2上均布56个通风孔(14-3)。实心转子7-1和第一叠片定子6-1构成第一电机;叠片转子7-2和第二叠片定子6-2构成第二电机。所述的双定子电机的转子和双定子电机的定子关于轴线完全对称。所述的转轴10的输入端通过安装在其输入端键槽18中的键与齿轮箱的输出端齿轮25连接,齿轮箱的输入端齿轮24通过安装在风轮机转轴的输出端键槽17中的键与风轮机2连接。风速传感器3与风轮机转轴15的一端端面上螺纹连接;辨向传感器1固定在风轮机转轴15的中部。所述的第一定子叠片6-1与第二定子叠片6-2尺寸完全相同,所述的实心转子7-1采用鼠笼式结构;实心转子7-1两端设有短路环17,鼠笼条12与短路环8相连。所述的实心转子7-1和叠片转子7-2上设实心转子通风沟14-1、叠片转子通风沟14-2;叠片转子7-2轴向设扁形八个通孔,其内嵌有瓦片永磁体13构成永磁结构。转轴10右端的键槽22用于与游梁式抽油机的连接。带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置的控制系统包括一个电源、两路三相逆变器和控制器。所述的两路三相逆变器分别与第一叠片定子6-1和第二叠片定子6-2的绕组相连。所述的齿轮箱4设有电磁脱开装置,所述的变频电源、风速传感器3、齿轮箱4的电磁脱开装置都与控制器相连。一种带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置的工作方式如下:起动时,控制器控制两路三相逆变器给第一叠片定子6-1和第二叠片定子6-2的绕组同时供电,第一电机和第二电机同时起动,得到较高起动转矩和较低起动电流。当风速低于某一风速或无风时,通过控制器,控制齿轮箱4中的电磁脱开装置,使齿轮箱的输入端齿轮24和齿轮箱的输出端齿轮25脱开,使风轮机2与电机脱开。避免风轮机2成为额外负载。正常运行时,断开第二电机的励磁电源,使第一电机单独运行,当负载超过电机额定负载的70%时,控制器控制第二电机投入工作。当游梁式抽油机运行下冲程时,带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置处于发电状态时,控制器发出指令,将第二电机接入电网,与第一电机一起用于发电。当运行于其他冲程时,第二电机断开电源,只有第一电机工作。当风速处于正常范围时,若带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置处于工作状态,风轮机2转向和第一、二电机的转向一致时,辨向传感器1发一个信号给控制器,控制电磁脱开装置使齿轮箱的输入端齿轮24和齿轮箱的输出端齿轮25啮合,风轮机2起到驱动转矩作用;若风轮机2转向和第一、二电机的转向不一致时,辨向传感器1发一个信号给控制器,控制电磁脱开装置使齿轮箱的输入端齿轮24和齿轮箱的输出端齿轮25脱离,避免风轮机2称为额外负载。当游梁式抽油机不工作时,控制器将第二电机接入电网中,进行发电或对蓄电池充电。当风速高于带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置额定转速时,游梁式抽油机抽油,控制器发出指令使齿轮箱的输入端齿轮24和齿轮箱的输出端齿轮25脱开,避免风轮机干扰该装置的正常工作。