[发明专利]螺杆泵运行控制方法及其控制系统

说明书

本发明提供了一种螺杆泵运行控制方法，该方法应用于具有与螺杆泵同步转动的电动马达及马达驱动器的控制系统，控制方法包含：监控直流总线电压；若检测直流总线电压小于第一阀值，则将螺杆泵上的储存位能转换为发电电能而提供给马达驱动器；控制螺杆泵的反转运行；限制直流总线电压大于第二阀值；检测电力是否恢复，若未恢复时则监控反向发电转矩的等级；检测反向发电转矩的等级是否小于预设转矩值；若是则允许螺杆泵的反转运行以自然的方式停止。本发明同时还提供了一种螺杆泵运行控制系统。本发明提供的螺杆泵运行控制方法及其控制系统可解决在电能中断而导致设备容易损坏、工作人员的安全性不佳，环境污染以及螺杆泵的生产力显著降低等问题。

技术领域

本发明涉及一种螺杆泵运行控制领域，尤其涉及一种螺杆泵运行控制方法及其控制系统。

背景技术

螺杆泵(screw pumps或progressive cavity pumps)常用于石化工业中，以从油井中抽吸石油。一般而言，螺杆泵的运行是由一控制系统控制，其中控制系统包含一电动马达及一马达驱动器，而螺杆泵则包含具有一转子及一定子的一泵杆，螺杆泵的泵杆实体上是位于油井的深处，以抽吸石油至表面，转子与定子的组合所形成的几何形状则构成两个或更多组螺旋形而独立的腔体。当转子在定子内转动时，腔体是由定子的一端以螺旋状方式移动至另一端而建立正位移(正转)的抽吸作动，藉此将石油吸出至表面。

当螺杆泵正转而进行正常的抽吸运行时，由电动马达所驱动的螺杆泵将提供电能而卷取泵杆，以将石油吸出至表面。然而当瞬间的电力中断使螺杆泵的抽吸作动为反转时便遭遇到许多显著的问题，亦即当电力失效时，螺杆泵将因乘载于泵杆上的石油而失去控制储存于泵杆的电能的能力，然而在螺杆泵的泵杆上仍存在庞大的储存能量，使得螺杆泵类似于卷绕的螺旋弹簧，故储存能量将通过螺杆泵的泵杆反向转动而释放，并使得螺杆泵的转子改为转向相反的方向，而螺杆泵的泵杆也将旋转于相反的方向，直到所有的石油已经下降至生产管内，且因为重力因素，最后在生产管中的石油液面的高度将与在油井中的石油液面的高度相等。而螺杆泵反转的时间可以持续几个小时，端看螺杆泵的具体应用。在前述情况下，当电力恢复而再次供应时，螺杆泵的抽吸作动并不能立即重新启动，因此在反转的过程以及等待石油重新再被抽吸至地表所花费的时间皆失去生产力，故电力中断或遗失便造成螺杆泵的生产力显著的降低。

此外，当马达驱动器被使用者关闭时，螺杆泵的抽吸作动速度将减缓，并进而根据预定的关闭排程而被煞车装置中止，当马达驱动器停止提供驱动电压至电动马达而使电动马达被关闭时，所储存的能量将通过螺杆泵的泵杆以高速反转而被释放，且因电动马达的驱动机制通常与螺杆泵的转子直接电连接，故电动马达也将被驱动而反转，然不受控制的反转将严重破坏电动马达的驱动机制及其它生产设备，例如反转可能导致设备损坏。再者，若此损坏发生在油井的地平面，将可能造成工作人员受伤及环境污染。

因此，如何发展一种可在电力失效时，控制螺杆泵的抽吸作动而消除反转所具有的影响，进而改善上述公知技术缺失的螺杆泵的控制方法及其适用的控制系统，实为相关技术领域者目前所迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺杆泵运行控制方法及其控制系统，其可在电力失效时，通过使用由螺杆泵上的储存位能所转换的发电电能而维持马达驱动器及电动马达的作动，以进行螺杆泵的反转控制，且可利用煞车装置的煞车单元及煞车电阻将螺杆泵在进行反转时所产生的多余的储存位能消耗掉，进而缩短螺杆泵的煞车时间，解决传统控制系统在电能中断而导致螺杆泵进行反转时所具有的电动马达的驱动机制或设备等容易损坏、工作人员的安全性不佳，环境污染以及螺杆泵的生产力显著降低等缺失。