螺杆泵速度监控与保护装置 【技术领域】
本发明涉及一种螺杆泵速度监控与保护装置，具体针对螺杆泵速度监控及其保护方法，它可以用于大功率电机带动的螺杆泵速度过快以及过慢故障保护。
背景技术
螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。中间螺杆为主动螺杆，由原动机带动回转，两边的螺杆为从动螺杆，随主动螺杆作反向旋转。主、从动螺杆的螺纹均为双头螺纹。
由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在各空间中的液体不断排出。
螺杆泵在各种实际的应用场合可能由于一些原因造成阻塞或者其他一些故障。比如抽油机是油田采油的主要生产设备，我国的油田绝大部分要靠注水来压油入井，靠抽油机把油从地层中提升上来。当井下发生短时砂堵时，油井会出现各种情况，比如油井结蜡造成活塞卡、阀卡、使抽油螺杆泵不能正常工作或将油管堵死；砂卡、砂堵；抽油杆的脱扣；抽油杆的断裂等等各种原因。
那么通过速度监控与保护装置，对螺杆泵进行监控以及保护将十分重要。现有的螺杆泵的保护装置都是有关机械方面的保护，比如加入传动轴，平移滑动机构和止推轴承机构等机械结构来对螺杆泵进行保护，缺少对螺杆泵的速度进行实时电气监控和保护的装置。
【发明内容】
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种螺杆泵速度监控与保护装置。
本发明具体采用以下技术方案：
一种螺杆泵速度监控与保护装置，包括螺杆泵变速箱齿轮速度检测电路、中央处理器13、三相继电器3及继电器驱动电路6，其中所述三相继电器3串接在电机控制器2与三相电机4的电源回路中，其特征在于：
螺杆泵变速箱齿轮速度检测电路包括光电耦合检测电路7和接近开关8，当变速箱5的齿轮靠近接近开关8做圆周运动时，接近开关信号正端9与接近开关信号负端10之间将发出高低电平的脉冲信号，光电耦合检测电路7将接近开关信号正端9与接近开关信号负端10之间所发出高低电平脉冲信号进一步处理转换为变速箱齿轮脉冲信号12并送到中央处理器13，中央处理器13内部的螺杆泵速度监控与保护程序15将对变速箱齿轮脉冲信号12进行计数和计算并得到变速箱齿轮速度14。速度监控与保护程序15将变速箱齿轮速度14与变速箱齿轮速度上限16和变速箱齿轮速度下限17进行比较并输出继电器控制信号11，所述中央处理器13的继电器控制信号11与继电器驱动电路6相连，当中央处理器13所计算出变速箱齿轮速度14高于变速箱齿轮速度上限16或者低于变速箱齿轮速度下限17时，所述中央处理器13所输出的继电器控制信号11为高电平，继电器控制信号11所输出的高电平信号至继电器驱动电路6，控制三相继电器3断开，从而保护大功率电机4及其负载。
所述中央处理器可以使用DSP或FPGA或同样功能的其它芯片。
该螺杆泵速度监控和保护装置可以用于大功率电机带动的螺杆泵速度过快以及过慢故障保护。其特点是结构简单，器件很少，成本低，非常容易与整体电机控制系统进行集成。
本发明用于任何电机所带的螺杆泵的速度监控与保护。通过接近开关8与光电耦合检测电路7将螺杆泵变速箱齿轮脉冲信号12传送到中央处理器13，通过控制面板设置变速箱齿轮速度上限16与变速箱齿轮速度下限17，根据螺杆泵变速箱齿轮速度脉冲信号12，中央处理器程序通过计数和计算得到螺杆泵变速箱齿轮速度14，变速箱齿轮速度14高于变速箱齿轮速度上限16或者低于变速箱齿轮速度下限17时，中央处理器13所发出继电器控制信号11将为低电平，通过继电器驱动电路6，控制继电器3关断，保护电机4及其负载。
通过螺杆泵速度监控与保护装置，电机所带动的螺杆泵在速度过快，速度过慢等故障时，螺杆泵监控与保护装置将迅速有效的检测到故障信号，并对运行设备进行保护，防止损坏电机、螺杆泵以及它们所连接的其它装置，可有效地延长螺杆泵及其附属设备的使用寿命。
【附图说明】
图1螺杆泵速度监控与保护装置系统连接图；
图2光电耦合检测电路图；
图3螺杆泵速度监控与保护程序框图；
图4继电器驱动电路图。
【具体实施方式】
如图1所示，螺旋泵变速箱的齿轮5的原料为铁，当螺杆泵工作时，变速箱齿轮5作圆周运动，当变速箱齿轮5靠近接近开关8时，接近开关8将感应出速度信号正端9相对于速度信号负端10为高电平的信号，变速箱齿轮5离开接近开关时，接近开关8将感应出速度信号正端9相对于速度信号负端10为低电平的信号，通过变速箱齿轮5连续的圆周运动，接近开关8将一系列的高电平和低电平脉冲信号发送给光电耦合检测电路7。通过光电耦合检测电路7的转换，螺杆泵变速箱齿轮速度脉冲信号12送传给中央处理器13，中央处理器13将对速箱齿轮速度脉冲信号12进行计数并通过螺杆泵速度监控与保护程序15计算出实际变速箱速度14，变速箱速度14将与变速箱齿轮速度上限16以及变速箱齿轮速度下限17时进行比较判断，当变速箱速度14低于变速箱齿轮速度上限16并且高于变速箱齿轮速度下限17时，继电器控制信号11输出为低电平，此时三相继电器3闭合。当变速箱速度14高于变速箱齿轮速度上限16或者低于变速箱齿轮速度下限17时，继电器控制信号11输出为高电平，三相继电器3打开，从而保护大功率电机、螺杆泵及其负载。
如图2所示，所述光电耦合检测电路包括光电耦合器18，一个限流电阻19和输出上拉电阻22，接近开关信号正端9通过限流电阻19接发光二极管20的阳极，接近开关信号负端10接发光二级管20的阴极，所述输出上拉电阻22连接在受光三极管21的集电极和正电源之间，当通过接近开关8感测的信号正端9相对于信号负端10为高电平时，输出的变速箱齿轮脉冲信号12为低电平，当信号正端9相对于信号负端10为低电平时，输出的变速箱齿轮脉冲信号12为高电平。其中，限流电阻在0.01欧姆到100兆欧姆之间，上拉电阻在0.01欧姆到100兆欧姆之间，光电耦合器上跳沿以及下跳沿延时在1纳秒到1秒之间。
如图3所示，当中央处理器13检测到变速箱齿轮脉冲信号12从高电平跳变到低电平时，中断子程序开始运行，首先保存预先设置的变速箱齿轮速度上限16以及变速箱齿轮速度下限17，并判断计数器是否为零，如果计数器为0，则将计数器赋值为时间基准值，然后计算变速箱齿轮速度14，当变速箱速度14低于变速箱齿轮速度上限16并且高于变速箱齿轮速度下限17时，继电器控制信号11输出为低电平。当变速箱速度14高于变速箱齿轮速度上限16或者低于变速箱齿轮速度下限17时，继电器控制信号11输出为高电平。如果计数器大于零，首先计数器自减1，然后速度检测值自加1，然后返回到主程序，等待下一次中断子程序运行。
图4所示为继电器驱动电路6，当继电器控制信号11为高电平时，发光二极管24导通发光，受光三极管26开通，受光三极管26集电极通过上拉电阻27输出低电平，功率开关器件MOSFET 28关断，三相继电器等效线圈电阻31无电流通过，三相继电器3断开。当继电器控制信号11为低电平时，发光二极管24不导通，受光三极管26不开通通，受光三极管26的集电极通过上拉电阻27输出高电平，功率开关器件MOSFET 28开通，三相继电器等效线圈电阻31有电流通过，三相继电器3闭合。