CN102900400B

CN102900400B - 采用复合式气液缸的紧凑型液压抽油机

Info

Publication number: CN102900400B
Application number: CN201210353897.7A
Authority: CN
Inventors: 周华; 劳立明; 谢安桓
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: CN102900400A

Abstract

本发明公开了一种采用复合式气液缸的紧凑型液压抽油机，包括动力单元和抽油单元两大部分。抽油单元是液压抽油机的执行部分，直接放置在井口驱动光杆。动力单元通过油管和控制电缆与抽油单元相连，用于控制和驱动抽油单元运动。采用变转速泵控制三腔复合式气液缸的闭式液压回路，复合式气液缸活塞杆的上下运动带动动滑轮，动滑轮提升绕在其上的钢丝绳末端的悬绳器，实现有杆泵的采油过程。复合式气液缸的配重腔接氮气罐，实现气动平衡。三腔复合式气液缸和氮气罐既是功能部件又是抽油机支架，无需游梁和桁架。采用三腔复合式气液缸同时实现气动平衡和变频无阀直驱，具有载荷能力大、结构紧凑、冲程冲次无级调节、电机无功损耗小、采油效率高。

Description

采用复合式气液缸的紧凑型液压抽油机

技术领域

本发明涉及一种抽油机，尤其是涉及油田有杆泵采油地面驱动设备的一种采用复合式气液缸的紧凑型液压抽油机。

背景技术

有杆泵采油是目前占主导地位的采油技术，其地面驱动设备分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。游梁式抽油机具有结构简单、可靠性高等优点，是现在最常用的抽油机种。但是存在结构决定的固有缺点：体积庞大、采油效率低、平衡效果差、电能消耗大、冲程冲次调节性差、不易实现自动化采油等。现有少数油田采油的无游梁式抽油机，虽然解决了游梁式抽油机的采油效率和冲程冲次调节问题，但是桁架结构带来的质量大、空间体积大的问题仍十分突出。液压抽油机利用电液技术，容易实现抽油机的长冲程、大载荷和智能控制，同时液压技术突出的功率密度高的优点也是液压抽油机占地面积、机身重量都大大降低。

经过对现有技术的检索发现，申请号为200410018250.4的中国发明专利公开了一种采用变频技术的闭式回路液压抽油机，它应用变频技术来控制电动机的转速，从而控制液压泵输出流量，进而控制抽油机运行速度。但是在抽油机配重上，它采用带隔板的双活塞液压缸和液压蓄能器配合实现气动平衡。受蓄能器容积限制，只适用于小冲程的抽油机型。同时双活塞液压缸长度等于冲程长度、大容积液压蓄能器体积十分庞大，不仅没有解决抽油机的笨重问题，而且加工可行性低、成本高、可靠性低、实用性差。因此需要设计出更合理的液压抽油机结构及控制方式，以提高液压抽油机可行性、可靠性和实用性。

发明内容

针对现有各类型抽油机体积庞大、效率低、控制性能差等缺点，本发明的目的在于提供一种采用复合式气液缸的紧凑型液压抽油机，克服游梁式抽油机效率低、控制性能差的缺点，解决其他无游梁抽油机体积庞大的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括转速控制器、变转速电机、双向定量泵、两个补油单向阀、双向溢流阀、下行油管、位移传感器、两个动滑轮、两组钢丝绳、悬绳器、氮气罐、配重气管、复合式气液缸、上行油管、控制电缆、可编程控制器、油箱、电气箱、液压柜和底座；转速控制器经变转速电机接双向定量泵，双向定量泵的一个油口经上行油管与复合式气液缸的底部的上行油口连接，双向定量泵的另一个油口经下行油管与复合式气液缸上部的下行油口连接，第一补油单向阀的进油口和第二补油单向阀的进油口并接后接油箱，两个补油单向阀的出油口分别接在上行油管和下行油管靠近双向定量泵的一端，双向溢流阀的两个压力油口分别接在上行油管和下行油管远离双向定量泵的一端，氮气罐通过配重气管与复合式气液缸底部的配重气口连接，复合式气液缸的活塞杆上部轴的两端分别对称安装有动滑轮，两组钢丝绳的一端固定在底座上，两组钢丝绳的另一端分别绕过各自的动滑轮固接在悬绳器两侧，位移传感器安装在复合式气液缸上，通过控制电缆与电气箱连接；转速控制器和可编程控制器放置在电气箱内；复合式气液缸底部安装在底座上，复合式气液缸顶部通过连接板和氮气罐固连。

所述的底座呈“A”字形，复合式气液缸底部安装在“A”字形底座的横杠上，氮气罐底部安装在“A”字形底座的尖部。

所述的“A”字形的底座和氮气罐上的三个支撑脚固定放置在三个混凝土墩子上，“A”字形底座两端的两支撑脚放置在外侧的两混凝土墩子上，氮气罐底部的支撑脚放置在中间的混凝土墩子上。

所述的复合式气液缸包括底端盖、不动活塞杆、伸出活塞杆和缸筒；不动活塞杆顶部固定在底端盖上，缸筒底部和底端盖连接，伸出活塞杆活塞端的内腔套在不动活塞杆的活塞上，伸出活塞杆通过其上的导向套和不动活塞杆上的导向套在缸筒与不动活塞杆之间的环形柱状空间内上下运动；复合式液压缸被分隔为三腔，伸出活塞杆内腔与有杆腔面积相等，接液压油，配重腔接氮气罐；两活塞杆上的密封结构采用气液两相密封。

本发明具有的有益效果是：

本发明由于采用三腔复合式气液缸同时实现气动平衡和变频无阀直驱，具有载荷能力大、结构紧凑、质量小、冲程冲次无级调节、电机无功损耗小、采油效率高、运行平稳等优点。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图2是本发明的结构正视图。

图3是本发明的结构俯视图。

图中：A、动力单元，B、抽油单元，1、转速控制器，2、变转速电机，3、双向定量泵，4、两个补油单向阀，5、双向溢流阀，6、下行油管，7、位移传感器，8、两个动滑轮，9、两组钢丝绳，10、悬绳器，11、氮气罐，12、配重气管，13、复合式气液缸，14、上行油管，15、控制电缆，16、可编程控制器，17、油箱，18、电气箱，19、液压柜，20、底座，21、三条混凝土墩子。

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1、图2、图3所示，包括转速控制器1、变转速电机2、双向定量泵3、两个补油单向阀4、双向溢流阀5、下行油管6、位移传感器7、两个动滑轮8、两组钢丝绳9、悬绳器10、氮气罐11、配重气管12、复合式气液缸13、上行油管14、控制电缆15、可编程控制器16、油箱17、电气箱18、液压柜19和底座20；转速控制器1经变转速电机2接双向定量泵3，双向定量泵3的一个油口经上行油管14与复合式气液缸13的底部的上行油口连接，双向定量泵3的另一个油口经下行油管6与复合式气液缸13上部的下行油口连接，第一补油单向阀的进油口和第二补油单向阀的进油口并接后接油箱17，两个补油单向阀4的出油口分别接在上行油管14和下行油管6靠近双向定量泵3的一端，双向溢流阀5的两个压力油口分别接在上行油管14和下行油管6远离双向定量泵3的一端，氮气罐11通过配重气管12与复合式气液缸13底部的配重气口连接，复合式气液缸13的活塞杆上部轴的两端分别对称安装有动滑轮8，两组钢丝绳9的一端固定在底座20上，两组钢丝绳9的另一端分别绕过各自的动滑轮8固接在悬绳器10两侧，位移传感器7安装在复合式气液缸上，通过控制电缆15与电气箱18连接；转速控制器1和可编程控制器16放置在电气箱18内；复合式气液缸13底部安装在底座20上，复合式气液缸13顶部通过连接板和氮气罐11固连。氮气罐11通过配重气管12连接到复合式气液缸8的配重腔，起气动平衡作用。复合式气液缸8的活塞杆顶升动滑轮8，通过钢丝绳9提升悬挂在悬绳器10上的光杆，实现有杆泵抽油过程。

变转速电机2、双向定量泵3、两个补油单向阀4、双向溢流阀5安装在液压柜19内；转速控制器1、变转速电机2、双向定量泵3、两个补油单向阀4、双向溢流阀5、可编程控制器16、油箱17、电气箱18、液压柜19组成动力单元A，位移传感器7、两个动滑轮8、两组钢丝绳9、悬绳器10、氮气罐11、配重气管12、复合式气液缸13、A字形底座20、三条混凝土墩子21组成抽油单元B，动力单元A和抽油单元B通过上行油管14、下行油管6和控制电缆15相连。

所述的底座20呈“A”字形，复合式气液缸13底部安装在“A”字形底座20的横杠上，氮气罐11底部安装在“A”字形底座20的尖部。

所述的“A”字形的底座20和氮气罐11上的三个支撑脚固定放置在三个混凝土墩子21上，“A”字形底座20两端的两支撑脚放置在外侧的两混凝土墩子上，氮气罐底部的支撑脚放置在中间的混凝土墩子上。

所述的复合式气液缸13包括底端盖、不动活塞杆、伸出活塞杆和缸筒；不动活塞杆顶部固定在底端盖上，缸筒底部和底端盖连接，伸出活塞杆活塞端的内腔套在不动活塞杆的活塞上，伸出活塞杆通过其上的导向套和不动活塞杆上的导向套在缸筒与不动活塞杆之间的环形柱状空间内上下运动；复合式液压缸被分隔为三腔，伸出活塞杆内腔与有杆腔面积相等，接液压油，配重腔接氮气罐；两活塞杆上的密封结构采用气液两相密封。

复合式气液缸13和氮气罐11既是功能部件，同时又直接组成抽油机支架。两者通过底部的底座20和顶部的联接板固连，无需游梁和桁架，结构紧凑、迎风面积小。

氮气罐11中的高压氮气作用在复合式气液缸活塞上产生配重力。

本发明的工作过程如下：

一、抽油杆上行：

可编程控制器16根据人工输入的工作参数和实测工况，输出最优控制信号给转速控制器1。转速控制器1输出频率变化的驱动电流，使得变转速电机2从零速加速到预定速度。变转速电机2带动双向定量泵3同步转动，泵的输出流量成斜坡上升，避免了换向启动时的液压冲击。双向定量泵3输出的高压油经过上行油管14进入复合式气液缸13的上行腔，推动活塞杆往上运动。低压油从复合式气液缸13下行腔通过下行油管6回到双向定量泵3的吸油口。上行过程中，配重腔承受向上的配重力，配重力和液压驱动力一起举升抽油杆。由于复合式气液缸13上下行腔面积相等，需要补偿的泄漏流量很小，补充油液从油箱经过补油单向阀4进入液压主回路。

二、抽油杆下行：

当位移传感器7检测到复合式气液缸13活塞杆的行程达到预定冲程时，可编程控制器16输出换向信号给转速控制器1。转速控制器1控制变转速电机2减速到零，然后反向加速到预定速度。双向定量泵3输出高压油到下行油管6，进入复合式气液缸13的下行腔。同时低压油液从上行油管14回到双向定量泵3的吸油口。在下行过程中，液压驱动力和抽油杆的下行载荷一起向下压缩配重腔，对高压氮气做功，使得电机所做的功和抽油杆的重力势能得到回收，大大减小了装机功率。

Claims

1.一种采用复合式气液缸的紧凑型液压抽油机，其特征在于，包括转速控制器（1）、变转速电机（2）、双向定量泵（3）、两个补油单向阀（4）、双向溢流阀（5）、下行油管（6）、位移传感器（7）、两个动滑轮（8）、两组钢丝绳（9）、悬绳器（10）、氮气罐（11）、配重气管（12）、复合式气液缸（13）、上行油管（14）、控制电缆（15）、可编程控制器（16）、油箱（17）、电气箱（18）、液压柜（19）和底座（20）；转速控制器（1）经变转速电机（2）接双向定量泵（3），双向定量泵（3）的一个油口经上行油管（14）与复合式气液缸（13）的底部的上行油口连接，双向定量泵（3）的另一个油口经下行油管（6）与复合式气液缸（13）上部的下行油口连接，第一补油单向阀的进油口和第二补油单向阀的进油口并接后接油箱（17），两个补油单向阀（4）的出油口分别接在上行油管（14）和下行油管（6）靠近双向定量泵（3）的一端，双向溢流阀（5）的两个压力油口分别接在上行油管（14）和下行油管（6）远离双向定量泵（3）的一端，氮气罐（11）通过配重气管（12）与复合式气液缸（13）底部的配重气口连接，复合式气液缸（13）的活塞杆上部轴的两端分别对称安装有动滑轮（8），两组钢丝绳（9）的一端固定在底座（20）上，两组钢丝绳（9）的另一端分别绕过各自的动滑轮（8）固接在悬绳器（10）两侧，位移传感器（7）安装在复合式气液缸上，通过控制电缆（15）与电气箱（18）连接；转速控制器（1）和可编程控制器（16）放置在电气箱（18）内；复合式气液缸（13）底部安装在底座（20）上，复合式气液缸（13）顶部通过连接板和氮气罐（11）固连。

2.根据权利要求1所述的一种采用复合式气液缸的紧凑型液压抽油机，其特征在于：所述的底座（20）呈“A”字形，复合式气液缸（13）底部安装在“A”字形底座（20）的横杠上，氮气罐（11）底部安装在“A”字形底座（20）的尖部。

3.根据权利要求2所述的一种采用复合式气液缸的紧凑型液压抽油机，其特征在于：所述的 “A”字形的底座（20）和氮气罐（11）上的三个支撑脚固定放置在三个混凝土墩子（21）上，“A”字形底座（20）两端的两支撑脚放置在外侧的两混凝土墩子上，氮气罐底部的支撑脚放置在中间的混凝土墩子上。

4.根据权利要求1所述的一种采用复合式气液缸的紧凑型液压抽油机，其特征在于：所述的复合式气液缸（13）包括底端盖、不动活塞杆、伸出活塞杆和缸筒；不动活塞杆顶部固定在底端盖上，缸筒底部和底端盖连接，伸出活塞杆活塞端的内腔套在不动活塞杆的活塞上，伸出活塞杆通过其上的导向套和不动活塞杆上的导向套在缸筒与不动活塞杆之间的环形柱状空间内上下运动；复合式液压缸被分隔为三腔，伸出活塞杆内腔与有杆腔面积相等，接液压油，配重腔接氮气罐；两活塞杆上的密封结构采用气液两相密封。