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石油机械2005年第33卷增刊 CHINA PETROLEUM MACHINERY 一167一=应用技术由API规范看抽油机用电动机选择赵允文(承德司达石油装备开发公司)摘要长期以来，国内对游梁式抽油机用电动机没有一个统一标准。2004年由中国石油天然 气集团公司质量安全环保部提出，石油节能节水专业标准化委员会归口修改采标API Spee llL6游梁毒抽油机用电动机规范为石油行业标准。对该标准涉及的主要问题，包括标准推荐高、超高转差率电动机的原因，对可靠性和寿命的要求，特别是不同于常规电动机的特殊要求进行了 探讨，以期为游梁式抽油机选配电动机提供参考。关键词API规范标准抽油机电动机抽油机一个冲次内的速度变化关系如图1所示。当引言电动机的速度变化在一个冲次内达到45左右时， 减速器的最大净扭矩具有最小值，可降低40。API规范已经成为国际石油行业公认的标准，对于给定抽油机，不但可以减少故障，延长其寿对驱动游梁式抽油机用电动机，API专门有一个规命，还可以提高抽油能力。 范API Spec l l L61 1(Specification for Electric MotorPrime Mover for Beam Pumping Unit Service，以下简 称API规范)，国际上绝大多数国家的油公司均要 求供应商提供满足该规范的产品。长期以来，国内对游梁式抽油机用电动机没有 一个统一标准。2004年由中国石油天然气集团公 司质量安全环保部提出，石油节能节水专业标准化委员会归口修改采标API Spec llL6游梁式抽油机用电动机规范为石油行业标准，完成的报批 稿正在报批之中。现就该标准涉及的不同于常规电 动机的特殊要求进行探讨。图1 减速器扭矩与速度变化关系 标准推荐高、超高转差 电动机的转差率越高，运行在抽油机一个冲次 率电动机的原因分析 内的速度变化越大。超高转差率电动机额定转差率为13一14，当接成低转矩型式且与抽油机合API规范211标准电动机规范和217 NE 理匹配时，其速度变化恰好可达到40一50。 MA电动机设计和起动特性中规定，用于游梁式抽 NEMA D电动机一般也可达到15一16的速度 油机的电动机为NEMA D(具有5一8转差率) 变化。通过对华北岔河集油田老抽油机上约200台 和超高转差率2种电动机，现在分析采用这2种电 减速器样本的跟踪调查，在一年半时间内使用普通 动机的原因。 电动机与超高转差率电动机减速器损坏的比例为1保护减速器 14：1。对于游梁式抽油机来说，减速器无疑是贵重的 2降低光杆载荷 部件。有关研究表明呤心】，减速器的最大净扭矩与 速度变化将改变光杆运行速度的规律，使得光二168一石 油机械 2005年第33卷增刊=：=： = ：杆在重载荷期间呈匀速运行趋势，减d,T力u速度。 自启动和遥控创造了条件。 质量与加速度的乘积为动载荷，因而悬点的动载荷 减小。杆上最大应力和应力变化范围相应减少，可塞23一减轻杆的疲劳及减少杆的断脱事故。810速度变化与光杆载荷的关系如图2所示。675一己540瑷 曩 霉405 需唧270135抽油机一个冲次内电动机热电流满载运行输出扭矩近似最大瞬时值U 2004006008001 0001 200一个冲次内逐厦变化电动机转j嘘(rmin-)图2速度变化与光杆载荷的关系图3 不同电动机的转矩-转速特性曲线华北二连油田和中原采油三厂换用超高转差率 图中下部与5条曲线的交叉线表明了在抽油机一 电动机后断脱事故及其作业量都明显减少。对于油 个冲次内5种电动机分别在名牌满负荷电流运行时输 田采油成本说来，更换减速器和断脱作业费用很出给减速器的最大扭矩，进一步证明了随着电动机转 高，延长抽油设备使用寿命，减少停机和维修作业 差率的增加，减速器的最大净扭矩会明显降低。 费用至关重要。5较好的节电效果3增加产量。提高泵效从图3可以看出，随着电动机转差率增大，配用 由于最大载荷和载荷变化范围减小，使抽油杆 电动机的额定功率减小，其中普通电动机约50 kW， 和油管的弹性变形减小；在上、下死点附近较大的NEMA D电动机为37 kW，而3型超高转差率电动机 加速度使泵活塞产生超位移效应，从而使泵的有效高转矩和4型超高转差率电动机则只有17 kW。较小冲程和充满系数增加，提高泵效，在相同冲次下增额定功率的电动机的固定损耗相应减少。加产液量。一般电动机用在抽油机上的平均功率约为额定4启动性能优越 功率的，高负荷运行时间很短。高、超高转差率 图3是5种不同电动机的转矩一转速特性曲 电动机恰好在这个负荷下具有高的效率(见图4 线。这5种电动机具有相同的驱动游梁式抽油机的的电动机工作特性)。因此在抽油机上运行可获得能力。其中曲线I是具有2转差率的常规电动比普通电动机高的平均效率。 机，如普通Y系列；曲线2为NEMA D电动机，承、q转差率8；曲线4和5分别为3型超高转差率电岜C口n 、，0N_ o口动机高转矩和4型超高转差率电动机低转矩；而曲o 害_ on线3为具有4转差率的NEMA C电动机，由于国内很少应用，在此不做详细讨论。 葛 o ot由图3可以看出，NEMA D和超高转差率电动 o口 on机最大转矩在启动时出现，启动力矩与额定力矩的比值对NEMA D电动机可达到275，超高转差率 Nn ot oN 电动机可达到3倍以上，与此同时，启动时的电流 口_ oN o_【 要小于普通电动机。以超高转差率电动机为例，启081624 32 4048动电流仅为35倍额定电流，而普通电动机是5Pdkw7倍，单位电流所形成的启动力矩约是普通电动图4 高、超高转差率电动机工作特性 机的6倍。这些特性从根本上解决了抽油机启动困P2输出功率；，1定子电流；P1输入功 难的问题，可一次平稳启动抽油机，也为抽油机的率；s。转差率；c妒功率因数；田效率2005年第33卷增刊赵允文：由API规范看抽油机用电动机选择一169一此外，由于电动机的软特性，可减少乃至消除 设计这些加热器维持(电动机内部)比环境温度 抽油机的发电现象，也减少了损耗。在与抽油机匹 高5，用来防止电动机绕组凝露。 配合理的油井上，电能消耗可降低1530。(3)用户可指定电动机过温保护，应在绕组 整个系统效率可提高5一30。大量现场试验和 的每相内最少安装一个有效的、密封温度检测器进 研究也证明了这些j。行保护。设置当绝缘系统超过允许最大运行温度综上所述，可以看出采用高、超高转差率电动时，操作断开控制电路停止电动机运行。 机驱动游梁式抽油机可取得机械和电气明显的综合(4)电动机的出厂试验增加了振动测试要求，效益。而常规电动机是型式检验项目。 (5)用户有要求时应提供特殊试验的报告，对可靠性和寿命的要求 即进行110、105同步转速和25、50、75、100、125、150、175、200额定电动机除轴承是易损件外，其寿命主要取决于 扭矩时的速度、扭矩、电流和功率因数测试。 绝缘寿命，而绝缘寿命与温度有关。在超过绝缘系 统等级允许的温度下工作，电动机的绝缘寿命将急国内贯标问题及对策 剧下降。API规范为保证可靠性和寿命做出了相应规定。石油节能节水专业标准化委员会原准备等同采 首先规定用于游梁式抽油机的电动机的额定功标，但API Spec 11L6中英制尺寸、机座规格等问 率应该是基于连续工作制，而用于一般场合的高转题国内不好解决，最后确定为修改采标，已经充分 差率电动机都给出40或60的负载持续率。其考虑了这些国内的现状，因此国内电动机制造行业 次是规定用于游梁式抽油机的电动机最低应采用F执行本标准是可行的。目前国内已经有制造企业能级绝缘，并应通过盐雾试验。对全封闭的NEMA D 够生产完全符合本标准的产品。 电动机的温升不能超过80 K(B级绝缘的温升)， 执行该标准的主要难度在于既要满足转差率指 对超高转差率电动机的温升应不超过绝缘等级允许 标，又要实行连续工作制，高转差率电动机还要有 的温升105 K。对NEMA D电动机要求具有11525 K的温升欲度。这可以通过电磁设计、通风散 服务系数，即超过额定功率15连续运行时不产 热结构设计以及采用适宜的材料来解决。生有害温升。超高转差率电动机应具有10服务系参考文献数。业内人士都知道，如果不采用特殊的材料和工艺，常规电动机设计制造方法根本达不到这些要1API Speeification 1 1L6Specification for Electric Motor求。三是要求轴承应能最少无故障运行26 280 hPrime Mover for Beam Pumping Unit Service，API，First edition June l，1993(连续3 a)。国际上很多油公司标书中甚至要求运2 Hughes J WHish slip motor reduce loading on beam pum行40 ooo h。ping installations，SheU Oil Company，1972实现上述要求的电动机对于长期连续运行、冲3项复兴大转差率电动机在抽油机上的应用石油机击性周期载荷和野外恶劣工况的游梁式抽油机负荷械，1986，14(4)：2937来说，无疑具有高的可靠性和长寿命。4自连平，马文忠，杨艳等关于游梁式抽油机用电动 机节能的讨论石油机械，1999，27(3)：4144其它特殊要求(1)对可重新润滑型轴承应不需对电动机进 作