螺杆泵速度監控與保護裝置的製作方法

2023-12-02 10:20:21

專利名稱：螺杆泵速度監控與保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種螺杆泵速度監控與保護裝置，具體針對螺杆泵速度監控及其 保護方法，它可以用於大功率電機帶動的螺杆泵速度過快以及過慢故障保護。
背景技術：
螺杆泵是利用螺杆的迴轉來吸排液體的。中間螺杆為主動螺杆，由原動機帶動回 轉，兩邊的螺杆為從動螺杆，隨主動螺杆作反向旋轉。主、從動螺杆的螺紋均為雙頭螺紋。由於各螺杆的相互嚙合以及螺杆與襯筒內壁的緊密配合，在泵的吸入口和排出口 之間，就會被分隔成一個或多個密封空間。隨著螺杆的轉動和嚙合，這些密封空間在泵的吸 入端不斷形成，將吸入室中的液體封入其中，並自吸入室沿螺杆軸向連續地推移至排出端， 將封閉在各空間中的液體不斷排出。螺杆泵在各種實際的應用場合可能由於一些原因造成阻塞或者其他一些故障。比 如抽油機是油田採油的主要生產設備，我國的油田絕大部分要靠注水來壓油入井，靠抽油 機把油從地層中提升上來。當井下發生短時砂堵時，油井會出現各種情況，比如油井結蠟造 成活塞卡、閥卡、使抽油螺杆泵不能正常工作或將油管堵死；砂卡、砂堵；抽油杆的脫扣；抽 油杆的斷裂等等各種原因。那麼通過速度監控與保護裝置，對螺杆泵進行監控以及保護將十分重要。現有的 螺杆泵的保護裝置都是有關機械方面的保護，比如加入傳動軸，平移滑動機構和止推軸承 機構等機械結構來對螺杆泵進行保護，缺少對螺杆泵的速度進行實時電氣監控和保護的裝置。

實用新型內容針對現有技術中存在的上述問題，本實用新型提出了一種螺杆泵速度監控與保護
直ο本實用新型具體採用以下技術方案一種螺杆泵速度監控與保護裝置，包括螺杆泵變速箱齒輪速度檢測電路、中央處 理器13、三相繼電器3及繼電器驅動電路6，其中所述三相繼電器3串接在電機控制器2與 三相電機4的電源迴路中，其特徵在於螺杆泵變速箱齒輪速度檢測電路包括光電耦合檢測電路7和接近開關8，接近開 關8信號輸出端與所述光電耦合檢測電路7的輸入端相連，用於檢測變速箱的齒輪靠近接 近開關做圓周運動時所發出的變速箱齒輪脈衝信號；螺杆泵變速箱齒輪速度檢測電路7的輸出端與中央處理器13的輸入端相連將檢 測的變速箱齒輪脈衝信號上傳至所述中央處理器13，在中央處理器13中計算變速箱齒輪 速度； 所述中央處理器13的輸出與所述繼電器驅動電路6相連，向繼電器驅動電路6輸 出繼電器控制信號用於根據變速箱齒輪速度控制三相繼電器3斷開，從而三相電機4及其
3負載。當變速箱5的齒輪靠近接近開關8做圓周運動時，接近開關信號正端9與接近開 關信號負端10之間將發出高低電平的脈衝信號，光電耦合檢測電路7將接近開關信號正端 9與接近開關信號負端10之間所發出高低電平脈衝信號進一步處理轉換為變速箱齒輪脈 衝信號12並送到中央處理器13，中央處理器13內部的螺杆泵速度監控與保護程序15將對 變速箱齒輪脈衝信號12進行計數和計算並得到變速箱齒輪速度14。速度監控與保護程序 15將變速箱齒輪速度14與變速箱齒輪速度上限16和變速箱齒輪速度下限17進行比較並 輸出繼電器控制信號11，所述中央處理器13的繼電器控制信號11與繼電器驅動電路6相 連，當中央處理器13所計算出變速箱齒輪速度14高於變速箱齒輪速度上限16或者低於變 速箱齒輪速度下限17時，所述中央處理器13所輸出的繼電器控制信號11為高電平，繼電 器控制信號11所輸出的高電平信號至繼電器驅動電路6，控制三相繼電器3斷開，從而保護 大功率電機及其負載。該螺杆泵速度監控和保護裝置可以用於大功率電機帶動的螺杆泵速度過快以及 過慢故障保護。其特點是結構簡單，器件很少，成本低，非常容易與整體電機控制系統進行 集成。本實用新型用於任何電機所帶的螺杆泵的速度監控與保護。通過接近開關8與光 電耦合檢測電路7將螺杆泵變速箱齒輪脈衝信號12傳送到中央處理器13，通過控制面板設 置變速箱齒輪速度上限16與變速箱齒輪速度下限17，根據螺杆泵變速箱齒輪速度脈衝信 號12，中央處理器程序通過計數和計算得到螺杆泵變速箱齒輪速度14，變速箱齒輪速度14 高於變速箱齒輪速度上限16或者低於變速箱齒輪速度下限17時，中央處理器13所發出繼 電器控制信號11將為低電平，通過繼電器驅動電路6，控制繼電器3關斷，保護電機及其負 載。通過螺杆泵速度監控與保護裝置，電機所帶動的螺杆泵在速度過快，速度過慢等 故障時，螺杆泵監控與保護裝置將迅速有效的檢測到故障信號，並對運行設備進行保護，防 止損壞電機、螺杆泵以及它們所連接的其它裝置，可有效地延長螺杆泵及其附屬設備的使 用壽命。

圖1螺杆泵速度監控與保護裝置系統連接圖；圖2光電耦合檢測電路圖；圖3螺杆泵速度監控與保護程序框圖；圖4繼電器驅動電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，螺旋泵變速箱的齒輪5的原料為鐵，當螺杆泵工作時，變速箱齒輪5 作圓周運動，當變速箱齒輪5靠近接近開關8時，接近開關8將感應出速度信號正端9相對 於速度信號負端10為高電平的信號，變速箱齒輪5離開接近開關時，接近開關8將感應出 速度信號正端9相對於速度信號負端10為低電平的信號，通過變速箱齒輪5連續的圓周運 動，接近開關8將一系列的高電平和低電平脈衝信號發送給光電耦合檢測電路7。通過光電耦合檢測電路7的轉換，螺杆泵變速箱齒輪速度脈衝信號12送傳給中央處理器13，中央處 理器13將對速箱齒輪速度脈衝信號12進行計數並通過螺杆泵速度監控與保護程序15計 算出實際變速箱速度14，變速箱速度14將與變速箱齒輪速度上限16以及變速箱齒輪速度 下限17時進行比較判斷，當變速箱速度14低於變速箱齒輪速度上限16並且高於變速箱齒 輪速度下限17時，繼電器控制信號11輸出為低電平，此時三相繼電器3閉合。當變速箱速 度14高於變速箱齒輪速度上限16或者低於變速箱齒輪速度下限17時，繼電器控制信號11 輸出為高電平，三相繼電器3打開，從而保護大功率電機、螺杆泵及其負載。所述中央處理 器13可以使用DSP或FPGA。如圖2所示，所述光電耦合檢測電路包括光電耦合器18，一個限流電阻19和輸出 上拉電阻22，接近開關信號正端9通過限流電阻19接發光二極體20的陽極，接近開關信 號負端10接發光二級管20的陰極，所述輸出上拉電阻22連接在受光三極體21的集電極 和正電源之間，當通過接近開關8感測的信號正端9相對於信號負端10為高電平時，輸出 的變速箱齒輪脈衝信號12為低電平，當信號正端9相對於信號負端10為低電平時，輸出的 變速箱齒輪脈衝信號12為高電平。其中限流電阻19在0. 01歐姆到100兆歐姆之間，上拉 電阻22在0. 01歐姆到100兆歐姆之間，光電耦合器18上跳沿以及下跳沿延時在In秒到 1秒之間。如圖3所示，當中央處理器13檢測到變速箱齒輪脈衝信號12從高電平跳變到低 電平時，中斷子程序開始運行，首先保存預先設置的變速箱齒輪速度上限16以及變速箱 齒輪速度下限17，並判斷計數器是否為零，如果計數器為0，則將計數器賦值為時間基準 值，然後計算變速箱齒輪速度14，當變速箱速度14低於變速箱齒輪速度上限16並且高於變 速箱齒輪速度下限17時，繼電器控制信號11輸出為低電平。當變速箱速度14高於變速箱 齒輪速度上限16或者低於變速箱齒輪速度下限17時，繼電器控制信號11輸出為高電平。 如果計數器大於零，首先計數器自減1，然後速度檢測值自加1，然後返回到主程序，等待下 一次中斷子程序運行。圖4所示為繼電器驅動電路6，當繼電器控制信號11為高電平時，發光二極體24 導通發光，受光三極體26開通，受光三極體26集電極通過上拉電阻27輸出低電平，功率開 關器件MOSFET 28關斷，三相繼電器等效線圈電阻31無電流通過，三相繼電器3斷開。當 繼電器控制信號11為低電平時，發光二極體24不導通，受光三極體26不開通通，受光三極 管26的集電極通過上拉電阻27輸出高電平，功率開關器件MOSFET 28開通，三相繼電器等 效線圈電阻31有電流通過，三相繼電器3閉合。
權利要求一種螺杆泵速度監控與保護裝置，包括螺杆泵變速箱齒輪速度檢測電路、中央處理器、三相繼電器及繼電器驅動電路，其中所述三相繼電器串接在電機控制器與三相電機的電源迴路中，其特徵在於螺杆泵變速箱齒輪速度檢測電路包括光電耦合檢測電路和接近開關，接近開關信號輸出端與所述光電耦合檢測電路的輸入端相連，用於檢測變速箱的齒輪靠近接近開關做圓周運動時所發出的變速箱齒輪脈衝信號；螺杆泵變速箱齒輪速度檢測電路的輸出端與中央處理器的輸入端相連將檢測的變速箱齒輪脈衝信號上傳至所述中央處理器，在中央處理器中計算變速箱齒輪速度；所述中央處理器的輸出與所述繼電器驅動電路相連，向繼電器驅動電路輸出繼電器控制信號用於根據變速箱齒輪速度控制三相繼電器斷開，從而保護大功率電機及其負載。
2.根據權利要求1所述的螺杆泵速度監控與保護裝置，其特徵在於所述光電耦合檢 測電路包括光電耦合器，一個限流電阻和輸出上拉電阻，接近開關速度信號正端通過限流 電阻接發光二極體的陽極，接近開關速度信號負端接發光二級管的陰極，所述輸出上拉電 阻連接在受光三極體的集電極和正電源之間，當通過接近開關感測的速度脈衝信號正端相 對於速度信號負端為高電平時，光電耦合器所輸出的變速箱齒輪脈衝信號為低電平，當接 近開關速度信號正端相對於接近開關速度信號負端為低電平時，輸出的變速箱齒輪脈衝信 號為高電平。
3.根據權利1所述的螺杆泵速度監控與保護裝置，其特徵在於所述中央處理器選用 DSP 或 FPGA。
4.根據權利要求2所述的螺杆泵速度監控與保護裝置，其特徵在於其中限流電阻在 0. 01歐姆到100兆歐姆之間，上拉電阻在0. 01歐姆到100兆歐姆之間，光電耦合器上跳沿 以及下跳沿延時在In秒到1秒之間。
專利摘要本實用新型公開了一種用於螺杆泵速度監控與保護電路。該螺杆泵速度監控與保護電路可以用於大功率電機帶動的螺杆泵速度過快以及過慢故障保護。其特點是結構簡單，器件很少，成本低，非常容易與整體電機控制系統進行集成。本實用新型用於任何電機所帶的螺杆泵的監控和保護。通過接近開關將螺杆泵變速箱齒輪的轉速信息傳送到中央處理器，通過設置變速箱齒輪的速度上限以及變速箱齒輪速度下限，根據接近開關傳送的信號，中央處理器程序對螺杆泵變速箱齒輪速度進行計算和監控，當超出變速箱齒輪速度上限或者低於變速箱齒輪速度下限，中央處理器發出指令，提示故障並發出繼電保護信號給整個控制系統。
文檔編號F04C14/28GK201730825SQ200920279558
公開日2011年2月2日 申請日期2009年11月6日 優先權日2009年11月6日
發明者周紅燕, 宮宏, 王樂生 申請人:青島理工大學