專利名稱：螺桿泵速度監(jiān)控與保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種螺桿泵速度監(jiān)控與保護裝置，具體針對螺桿泵速度監(jiān)控及其 保護方法，它可以用于大功率電機帶動的螺桿泵速度過快以及過慢故障保護。
背景技術(shù)：
螺桿泵是利用螺桿的回轉(zhuǎn)來吸排液體的。中間螺桿為主動螺桿，由原動機帶動回 轉(zhuǎn)，兩邊的螺桿為從動螺桿，隨主動螺桿作反向旋轉(zhuǎn)。主、從動螺桿的螺紋均為雙頭螺紋。由于各螺桿的相互嚙合以及螺桿與襯筒內(nèi)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。隨著螺桿的轉(zhuǎn)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，并自吸入室沿螺桿軸向連續(xù)地推移至排出端， 將封閉在各空間中的液體不斷排出。螺桿泵在各種實際的應(yīng)用場合可能由于一些原因造成阻塞或者其他一些故障。比 如抽油機是油田采油的主要生產(chǎn)設(shè)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(dāng)井下發(fā)生短時砂堵時，油井會出現(xiàn)各種情況，比如油井結(jié)蠟造 成活塞卡、閥卡、使抽油螺桿泵不能正常工作或?qū)⒂凸芏滤?；砂卡、砂堵；抽油桿的脫扣；抽 油桿的斷裂等等各種原因。那么通過速度監(jiān)控與保護裝置，對螺桿泵進行監(jiān)控以及保護將十分重要?，F(xiàn)有的 螺桿泵的保護裝置都是有關(guān)機械方面的保護，比如加入傳動軸，平移滑動機構(gòu)和止推軸承 機構(gòu)等機械結(jié)構(gòu)來對螺桿泵進行保護，缺少對螺桿泵的速度進行實時電氣監(jiān)控和保護的裝置。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實用新型提出了一種螺桿泵速度監(jiān)控與保護
直ο本實用新型具體采用以下技術(shù)方案一種螺桿泵速度監(jiān)控與保護裝置，包括螺桿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(qū)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的電源回路中，其特征在于螺桿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(guān)8，接近開 關(guān)8信號輸出端與所述光電耦合檢測電路7的輸入端相連，用于檢測變速箱的齒輪靠近接 近開關(guān)做圓周運動時所發(fā)出的變速箱齒輪脈沖信號；螺桿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 測的變速箱齒輪脈沖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(qū)動電路6相連，向繼電器驅(qū)動電路6輸 出繼電器控制信號用于根據(jù)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(dāng)變速箱5的齒輪靠近接近開關(guān)8做圓周運動時，接近開關(guān)信號正端9與接近開 關(guān)信號負端10之間將發(fā)出高低電平的脈沖信號，光電耦合檢測電路7將接近開關(guān)信號正端 9與接近開關(guān)信號負端10之間所發(fā)出高低電平脈沖信號進一步處理轉(zhuǎn)換為變速箱齒輪脈 沖信號12并送到中央處理器13，中央處理器13內(nèi)部的螺桿泵速度監(jiān)控與保護程序15將對 變速箱齒輪脈沖信號12進行計數(shù)和計算并得到變速箱齒輪速度14。速度監(jiān)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進行比較并 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(qū)動電路6相 連，當(dāng)中央處理器13所計算出變速箱齒輪速度14高于變速箱齒輪速度上限16或者低于變 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(qū)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。該螺桿泵速度監(jiān)控和保護裝置可以用于大功率電機帶動的螺桿泵速度過快以及 過慢故障保護。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，器件很少，成本低，非常容易與整體電機控制系統(tǒng)進行 集成。本實用新型用于任何電機所帶的螺桿泵的速度監(jiān)控與保護。通過接近開關(guān)8與光 電耦合檢測電路7將螺桿泵變速箱齒輪脈沖信號12傳送到中央處理器13，通過控制面板設(shè) 置變速箱齒輪速度上限16與變速箱齒輪速度下限17，根據(jù)螺桿泵變速箱齒輪速度脈沖信 號12，中央處理器程序通過計數(shù)和計算得到螺桿泵變速箱齒輪速度14，變速箱齒輪速度14 高于變速箱齒輪速度上限16或者低于變速箱齒輪速度下限17時，中央處理器13所發(fā)出繼 電器控制信號11將為低電平，通過繼電器驅(qū)動電路6，控制繼電器3關(guān)斷，保護電機及其負 載。通過螺桿泵速度監(jiān)控與保護裝置，電機所帶動的螺桿泵在速度過快，速度過慢等 故障時，螺桿泵監(jiān)控與保護裝置將迅速有效的檢測到故障信號，并對運行設(shè)備進行保護，防 止損壞電機、螺桿泵以及它們所連接的其它裝置，可有效地延長螺桿泵及其附屬設(shè)備的使 用壽命。

圖1螺桿泵速度監(jiān)控與保護裝置系統(tǒng)連接圖；圖2光電耦合檢測電路圖；圖3螺桿泵速度監(jiān)控與保護程序框圖；圖4繼電器驅(qū)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(dāng)螺桿泵工作時，變速箱齒輪5 作圓周運動，當(dāng)變速箱齒輪5靠近接近開關(guān)8時，接近開關(guān)8將感應(yīng)出速度信號正端9相對 于速度信號負端10為高電平的信號，變速箱齒輪5離開接近開關(guān)時，接近開關(guān)8將感應(yīng)出 速度信號正端9相對于速度信號負端10為低電平的信號，通過變速箱齒輪5連續(xù)的圓周運 動，接近開關(guān)8將一系列的高電平和低電平脈沖信號發(fā)送給光電耦合檢測電路7。通過光電耦合檢測電路7的轉(zhuǎn)換，螺桿泵變速箱齒輪速度脈沖信號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沖信號12進行計數(shù)并通過螺桿泵速度監(jiān)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(dāng)變速箱速度14低于變速箱齒輪速度上限16并且高于變速箱齒 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(dāng)變速箱速 度14高于變速箱齒輪速度上限16或者低于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、螺桿泵及其負載。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(guān)信號正端9通過限流電阻19接發(fā)光二極管20的陽極，接近開關(guān)信 號負端10接發(fā)光二級管20的陰極，所述輸出上拉電阻22連接在受光三極管21的集電極 和正電源之間，當(dāng)通過接近開關(guān)8感測的信號正端9相對于信號負端10為高電平時，輸出 的變速箱齒輪脈沖信號12為低電平，當(dāng)信號正端9相對于信號負端10為低電平時，輸出的 變速箱齒輪脈沖信號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(dāng)中央處理器13檢測到變速箱齒輪脈沖信號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(yù)先設(shè)置的變速箱齒輪速度上限16以及變速箱 齒輪速度下限17，并判斷計數(shù)器是否為零，如果計數(shù)器為0，則將計數(shù)器賦值為時間基準 值，然后計算變速箱齒輪速度14，當(dāng)變速箱速度14低于變速箱齒輪速度上限16并且高于變 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(dāng)變速箱速度14高于變速箱 齒輪速度上限16或者低于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(shù)器大于零，首先計數(shù)器自減1，然后速度檢測值自加1，然后返回到主程序，等待下 一次中斷子程序運行。圖4所示為繼電器驅(qū)動電路6，當(dāng)繼電器控制信號11為高電平時，發(fā)光二極管24 導(dǎo)通發(fā)光，受光三極管26開通，受光三極管26集電極通過上拉電阻27輸出低電平，功率開 關(guān)器件MOSFET 28關(guān)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(dāng) 繼電器控制信號11為低電平時，發(fā)光二極管24不導(dǎo)通，受光三極管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(guān)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(quán)利要求一種螺桿泵速度監(jiān)控與保護裝置，包括螺桿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(qū)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回路中，其特征在于螺桿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(guān)，接近開關(guān)信號輸出端與所述光電耦合檢測電路的輸入端相連，用于檢測變速箱的齒輪靠近接近開關(guān)做圓周運動時所發(fā)出的變速箱齒輪脈沖信號；螺桿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沖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(qū)動電路相連，向繼電器驅(qū)動電路輸出繼電器控制信號用于根據(jù)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(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿泵速度監(jiān)控與保護裝置，其特征在于所述光電耦合檢 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(guān)速度信號正端通過限流 電阻接發(fā)光二極管的陽極，接近開關(guān)速度信號負端接發(fā)光二級管的陰極，所述輸出上拉電 阻連接在受光三極管的集電極和正電源之間，當(dāng)通過接近開關(guān)感測的速度脈沖信號正端相 對于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沖信號為低電平，當(dāng)接 近開關(guān)速度信號正端相對于接近開關(guān)速度信號負端為低電平時，輸出的變速箱齒輪脈沖信 號為高電平。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的螺桿泵速度監(jiān)控與保護裝置，其特征在于所述中央處理器選用 DSP 或 FPGA。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺桿泵速度監(jiān)控與保護裝置，其特征在于其中限流電阻在 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于螺桿泵速度監(jiān)控與保護電路。該螺桿泵速度監(jiān)控與保護電路可以用于大功率電機帶動的螺桿泵速度過快以及過慢故障保護。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，器件很少，成本低，非常容易與整體電機控制系統(tǒng)進行集成。本實用新型用于任何電機所帶的螺桿泵的監(jiān)控和保護。通過接近開關(guān)將螺桿泵變速箱齒輪的轉(zhuǎn)速信息傳送到中央處理器，通過設(shè)置變速箱齒輪的速度上限以及變速箱齒輪速度下限，根據(jù)接近開關(guān)傳送的信號，中央處理器程序?qū)β輻U泵變速箱齒輪速度進行計算和監(jiān)控，當(dāng)超出變速箱齒輪速度上限或者低于變速箱齒輪速度下限，中央處理器發(fā)出指令，提示故障并發(fā)出繼電保護信號給整個控制系統(tǒng)。
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(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者周紅燕, 宮宏, 王樂生 申請人:青島理工大學(xué)