CN103032052A - 飞轮储能抽油机 - Google Patents

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    • F16H33/02Rotary transmissions with mechanical accumulators, e.g. weights, springs, intermittently-connected flywheels

Abstract

本发明公开了一种飞轮储能抽油机,包括电动机、控制装置,还包括旋转主轴;提升滚筒,用于升降抽油杆,所述提升滚筒套装在所述旋转主轴上,所述旋转主轴与所述提升滚筒通过离合器实现离合;滚筒传动轮,所述滚筒传动轮和所述提升滚筒固定连接成一整体;能量调节飞轮;变速器,所述变速器的低速端和所述旋转主轴相连接,高速端和所述能量调节飞轮相连接;能量反馈装置。本发明的飞轮储能抽油机,其结构简单、成本低廉、体积小、重量轻,电动机装机容量小,能耗低、效率高、故障率低,对电网几乎没有污染。

Description

飞轮储能抽油机
技术领域
本发明涉及油田采油设备技术领域,更具体的说涉及一种飞轮储能抽油机。
背景技术
有杆抽油机的工作原理,是利用抽油杆上下垂直运动将石油从油井中抽出来,现有的有杆抽油机,一般都包括减速器、平衡系统、换向装置及各种机械传动装置,其能量传递途径是:电动机-皮带轮-减速器-平衡系统-换向装置-各种机械传动装置等,传递环节多,能耗高,浪费严重。这些抽油机在工作的时候,由于其结构特点使得其作功是不均匀的,抽油机上下冲程过程中,抽油杆需要的能量变化巨大,而电动机的输出功率必须与抽油杆运动所需功率对应,具体的说,电动机的功率必须满足上下冲程过程中的最大功率,因此,其装机容量大,一般均超过实际需要的平均功率数倍以上,有的达到七倍以上,同时,由于电动机启动的特性,对电网冲击很大,造成电网的严重污染。授权公告号为CN200982182Y、公告日为2007年11月28日的中国实用新型专利就公开了一种此类的抽油机。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足之处,提供一种飞轮储能抽油机,其结构简单、成本低廉、体积小、重量轻,电动机装机容量小,能耗低、效率高、故障率低,对电网几乎没有污染。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:飞轮储能抽油机,包括电动机、控制装置,还包括旋转主轴;
提升滚筒,用于升降抽油杆,所述提升滚筒套装在所述旋转主轴上,所述旋转主轴与所述提升滚筒通过离合器实现离合;
滚筒传动轮,所述滚筒传动轮和所述提升滚筒固定连接成一整体;
能量调节飞轮;
变速器,所述变速器的低速端和所述旋转主轴相连接,高速端和所述能量调节飞轮相连接;
能量反馈装置,用于将所述抽油杆下降时的能量通过变速器传递给所述能量调节飞轮,以实现所述能量调节飞轮的增速旋转而储能,所述能量调节飞轮的能量能在所述提升滚筒提升所述抽油杆时传递给所述提升滚筒,用于提升抽油杆。
本发明的飞轮储能抽油机,通过电动机来带动旋转主轴旋转,并通过变速器同时使得能量调节飞轮旋转,当能量调节飞轮转速达到一定值时,抽油机开始提升抽油杆,正式启动,开始工作。在抽油机工作的时候,其下冲程时抽油杆的势能,通过能量反馈装置传递给能量调节飞轮,能量调节飞轮将这些能量转化为能量调节飞轮的转速增加,从而将能量储存起来,同时,能量反馈装置还可以控制抽油杆下冲程时候的速度,使得其下冲程十分平稳、减小冲击;在抽油杆进行上冲程的时候,则利用能量调节飞轮的转动能量带动抽油杆上升,实现能量释放,这样,电动机的输出功率就不必和抽油杆上升时的即时消耗功率对应,因此,电动机的功率几乎可以接近理论最小值,从而使电动机装机容量大幅度降低,功率输出更加平稳,减小了对电网的冲击、大幅减低对电网的污染。此外,本发明的抽油机没有现有抽油机必不可少的平衡系统、四连杆等构件,因此结构简单,体积及重量都大幅度减小,可靠性大幅度提高。
作为本发明的一种优选技术方案,所述能量反馈装置包括传动轴及设置在所述传动轴上的第一传动轮和第二传动轮,所述第一传动轮或所述第二传动轮通过能量反馈离合器和所述传动轴相连接,所述第一传动轮和所述滚筒传动轮为一对相啮合的齿轮;所述第二传动轮和所述变速器相连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述能量反馈装置包括转轴、第一传动轮和第二传动轮,所述转轴通过能量反馈离合器和第二传动轮相连接,所述第一传动轮、第二传动轮及所述滚筒传动轮均为齿轮,所述第一传动轮位于所述滚筒传动轮和所述第二传动轮之间,并同时和所述滚筒传动轮及所述第二传动轮相啮合,所述第二传动轮和所述变速器相连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述能量反馈装置包括传动轴和第一传动轮,所述传动轴通过能量反馈离合器和第一传动轮相连接,所述第一传动轮通过传动带和所述滚筒传动轮相连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述能量反馈装置包括传动轴、和所述旋转主轴固定连接的过渡轮及设置在所述传动轴上的第一传动轮和第二传动轮,所述第一传动轮或所述第二传动轮通过能量反馈离合器和所述传动轴相连接,所述第一传动轮和所述滚筒传动轮为一对相啮合的齿轮;所述第二传动轮通过传动带和所述过渡轮连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述能量反馈装置包括传动轴、和所述旋转主轴固定连接的过渡轮及设置在所述传动轴上的第一传动轮和第二传动轮,所述第一传动轮或所述第二传动轮通过能量反馈离合器和所述传动轴相连接,所述第二传动轮和所述过渡轮为一对相啮合的齿轮;所述第一传动轮通过传动带和所述滚筒传动轮连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述能量反馈装置包括传动轴、和所述旋转主轴固定连接的过渡轮及设置在所述传动轴上的第一传动轮和第二传动轮,所述第一传动轮或所述第二传动轮通过能量反馈离合器和所述传动轴相连接,所述第一传动轮、第二传动轮及所述滚筒传动轮均为齿轮,所述第一传动轮和所述滚筒传动轮相啮合,所述过渡轮设有内齿,所述第二传动轮和所述内齿相啮合。
作为本发明的一种优选技术方案,所述电动机输出轴通过电动机离合器安装有电动机齿轮,所述电动机齿轮和所述内齿相啮合;或,所述电动机输出轴通过电动机离合器和所述变速器连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述能量反馈离合器为超越离合器。
能量反馈离合器的选择,可以采用机械方式的离合器,例如,将整个离合器分成固定部和滑动部,相互之间能够卡合,利用油缸或气缸等推动滑动部,使得滑动部和固定部相接合;而采用超越离合器,使得整个能量反馈装置结构更加简单,可以直接采购标准件。
作为本发明的一种优选技术方案,所述抽油杆下降时的能量通过所述能量反馈装置经过变速器传递给所述能量调节飞轮,实现所述能量调节飞轮的增速旋转;或,所述抽油杆下降时的能量通过所述能量反馈装置经过旋转主轴后再经过变速器传递给所述能量调节飞轮,以实现所述能量调节飞轮的增速旋转。
能量反馈装置作为本发明中的重要部件,其能够将抽油杆下降时候的能量传递给能量调节飞轮,转化为能量调节飞轮的增速旋转,实现能量存储,因此就要尽可能少的减少传递环节,提高效率,降低故障率,上述的两种传递方式,其中间环节少,效率高。
本发明有益效果在于:
1、结构简单、效率高,电动机装机容量小,对电网无污染,故障率低,可靠性高;
2、整个抽油机结构大幅度简化,节省了大量的钢材,降低了成本,增加了竞争力,其体积小,便于运输、安装,可以采用外壳将整个抽油机防护起来,提高了其防护等级;
3、适应性强,不仅可用于常规油井,也可用于稠油开采;可用于陆地采油,还可用于海上采油;
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明:
图1为本发明实施例1的结构示意图;
图2为本发明实施例2的结构示意图;
图3为本发明实施例3的结构示意图;
图4为本发明实施例4的结构示意图;
图5为本发明实施例5的结构示意图;
图6为本发明实施例6的结构示意图;
图7为本发明实施例7的结构示意图。
图中:
1-电动机;2-旋转主轴;3-控制装置;4-提升滚筒;5-离合器; 6-滚筒传动轮;7-能量调节飞轮,8-变速器;9-能量反馈装置;901-传动轴,902-过渡轮,902a-内齿,903-第一传动轮,904-第二传动轮,905-能量反馈离合器,906-传动带;10-电动机齿轮;11-电动机离合器。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例,并非对本发明的范围进行限定。
实施例1,见附图1,飞轮储能抽油机,包括电动机1、控制装置3,还包括旋转主轴2;提升滚筒4,滚筒传动轮6;能量调节飞轮7;变速器8;能量反馈装置9;控制装置3包括PLC控制器、位置开关、连接线缆等,用于对整个抽油机的动作进行控制,电动机1可以采用普通的电动机,也可以采用变频电动机,旋转主轴2为一根整体轴,当然,也可以是多个分轴通过联轴器、焊接等方式固定成一体的。
通过电动机1带动旋转主轴2旋转;而提升滚筒4通过软连接物和抽油杆(图中未画出)连接,通过提升滚筒4的正向旋转带动抽油杆上升,而抽油杆下降时,抽油杆带动提升滚筒4反向旋转,完成整个抽油机的上冲程和下冲程动作,进而完成抽油工作,提升滚筒4套装在旋转主轴2上,使得提升滚筒4和旋转主轴2能够产生相对旋转;旋转主轴2与提升滚筒4通过离合器5实现离合,离合器5可以采用电磁离合器、摩擦离合器、液压离合器等各种公知的离合器,在本实施方式中,采用机械式离合器,离合器5数量为两个,设置在提升滚筒4的两端,当然也可以采用一个。每个离合器5包括两个部分,一部分是固定部,直接固定在提升滚筒4上,另一部分是滑动部,以花键的形式和旋转主轴2相连接,两个部分设有相互卡合的卡槽和卡齿,通过气缸、油缸或其他装置推动,使滑动部沿轴向左右滑动,从而实现提升滚筒4和旋转主轴2的结合与分离;滚筒传动轮6和提升滚筒4固定连接,可以焊接、螺接等公知的固定方式进行固定连接;变速器8可以有多种形式,可以是两级、三级、四级、五级等的有极变速器,也可以是无级变速器、综合变速器,但,不管何种形式的变速器,其都具有低速端和高速端,变速器8的低速端和旋转主轴2相连接,旋转主轴2的转速相对较低,一般每分钟几十转;高速端和能量调节飞轮7相连接,能量调节飞轮7和高速端连接后,转速很高,每分钟可以达到几百转、几千转;能量调节飞轮7可以直接固定在变速器8高速端的轴上,也可以专门设置在轴上,然后再和变速器8高速端的轴连接。
能量反馈装置9,用于将抽油杆下降时的能量传递给能量调节飞轮7,以实现能量调节飞轮7的增速旋转,能量调节飞轮7的能量在提升滚筒4提升抽油杆时传递给提升滚筒4,用于提升抽油杆;能量反馈装置9至少包括传动轴901和能量反馈离合器905;能量反馈离合器905一般选择超越离合器;抽油杆下降时的能量通过能量反馈装置9有多种途径,其中,较佳的,抽油杆下降时的能量通过能量反馈装置9经过变速器8传递给能量调节飞轮7,实现能量调节飞轮7的增速旋转;或者,抽油杆下降时的能量通过能量反馈装置9经过旋转主轴2后再经过变速器8传递给能量调节飞轮7,以实现能量调节飞轮7的增速旋转;在本实施方式中,抽油杆下降时的能量通过能量反馈装置9经过变速器8传递给能量调节飞轮7,实现能量调节飞轮7的增速旋转,在抽油杆完成上冲程和下冲程过程中,旋转主轴2的旋转方向始终不变,能量调节飞轮的旋转方向始终不变。
在本实施方式中,能量反馈装置9包括传动轴901及设置在传动轴901上的第一传动轮903和第二传动轮904,第一传动轮903通过能量反馈离合器905和传动轴901相连接,也就是说,第一传动轮903和第二传动轮904之中,有一个通过能量反馈离合器905和传动轴901相连接,另外一个和传动轴固定连接,在本实施方式中,第一传动轮903和滚筒传动轮6为一对相啮合的齿轮;且,第一传动轮903通过能量反馈离合器905和传动轴901相连接,能量反馈离合器905采用的是楔块式超越离合器,第二传动轮904和变速器8相连接,第二传动轮904和变速器8的连接,可以和变速器8的低速端连接,也可以和除了变速器高速端以外的其他端连接,尤其是,变速器8采用多级变速的时候。在本实施方式中,第二传动轮904是齿轮,其和变速器8低速端的齿轮相啮合,在旋转主轴2上固定有过渡轮902,过渡轮902可以采用齿轮,和变速器8的低速端的齿轮相啮合。电动机1输出轴通过电动机离合器11安装有电动机齿轮10,电动机齿轮10和变速器8的高速端的齿轮相啮合,当然,也可以通过电动机离合器11使得电动机1和变速器8的高速端的轴相连接。
下面,结合本实施方式,简述飞轮储能抽油机的工作原理:将本实施方式的抽油机安装在底座上,在开始工作之前,先开启电动机1,电动机1带动旋转主轴2旋转,旋转主轴2上固定有过渡轮,过渡轮可以采用齿轮,和变速器8的低速端的齿轮相啮合,通过过渡轮的旋转经过变速器8带动能量调节飞轮7旋转,能量调节飞轮7开始积蓄能量,当能量调节飞轮7的转速达到设定值的时候,在控制装置3的控制下,离合器5开始动作,由分离状态变为结合状态,从而使得旋转主轴2和提升滚筒4接合,提升滚筒4带动抽油杆提升,进行上冲程,在此过程中,能量调节飞轮7的部分能量被消耗,转速降低,当抽油杆被提升到预定高度的时候,控制装置3按预设程序指令离合器5分离,旋转主轴2和提升滚筒4脱离,在抽油杆重力的作用下,抽油杆下落,进行下冲程,拖动提升滚筒4带动滚筒传动轮6作反向旋转,滚筒传动轮6带动第一传动轮903旋转,且转速随着抽油杆下落速度的增加而加大,当第二传动轮904和第一传动轮903转速相同时,由于超越离合器的作用,第二传动轮904和第一传动轮905同轴同速旋转,进而通过变速器8带动能量调节飞轮7加快旋转,能量得以储存;同时使得抽油杆的自由下落速度得到控制,使之平稳下落,将其冲击力降低到最小。本发明的飞轮储能抽油机,由于其结构特点,使它的冲程长度不受结构制约,因而不仅适用于普通冲程长度的油井,而且适用于冲程在10m以上的油井。
实施例2,见附图2,在本实施方式中,能量反馈装置9为另一种结构,而且,随着能量反馈装置9的结构变化,变速器8也会进行结构变化,能量反馈装置9包括转轴907和第一传动轮903、第二传动轮904,变速器8为多级变速器,变速器8中除了高速端、低速端外,还具有多个连接端,其中的一个连接端的连接轴和转轴907固定连接,当然,转轴907也可以就是该连接轴延伸出来的一部分,转轴907通过能量反馈离合器905和第二传动轮904相连接,其中,能量反馈离合器905为楔块式超越离合器,第一传动轮903、第二传动轮904及滚筒传动轮6均为齿轮,第一传动轮903位于滚筒传动轮6和第二传动轮904之间,并同时和滚筒传动轮6及第二传动轮904相啮合,第一传动轮903固定在一根传动轴上,能够进行旋转,电动机1通过电动机离合器11和变速器8的高速端的轴相连接,其余同实施例1。
实施例3,见附图3,能量反馈装置9包括传动轴901,传动轴901通过能量反馈离合器905和第一传动轮903相连接,变速器8中除了高速端、低速端外,还可以具有多个连接端,其中的一个连接端的连接轴和传动轴901固定连接,当然,传动轴901也可以就是该连接轴延伸出来的一部分,能量反馈离合器905为超越离合器,第一传动轮903通过传动带906和滚筒传动轮6相连接,其余同实施例2。
实施例4,见附图4,能量反馈装置9包括传动轴901、和旋转主轴2固定连接的过渡轮902及设置在传动轴901上的第一传动轮903和第二传动轮904,第一传动轮903通过能量反馈离合器905和传动轴901相连接,第二传动轮904直接固定在传动轴901上,第一传动轮903和滚筒传动轮6为一对相啮合的齿轮;第二传动轮904通过传动带906和过渡轮902连接,电动机1通过电动机离合器11和变速器8的高速端的轴相连接,抽油杆下降时的能量通过能量反馈装置9经过旋转主轴2后再经过变速器8传递给能量调节飞轮7,以实现能量调节飞轮7的增速旋转,其余同实施例1。
实施例5,见附图5,能量反馈装置9包括传动轴901、和旋转主轴2固定连接的过渡轮902及设置在传动轴901上的第一传动轮903和第二传动轮904,第一传动轮903通过能量反馈离合器905和传动轴901相连接,第二传动轮904和过渡轮902为一对相啮合的齿轮;第一传动轮903通过传动带906和滚筒传动轮6连接,其余同实施例4。
实施例6,见附图6,能量反馈装置9包括传动轴901、和旋转主轴2固定连接的过渡轮902及设置在传动轴901上的第一传动轮903和第二传动轮904,第一传动轮903通过能量反馈离合器905和传动轴901相连接,第二传动轮904直接固定在传动轴901上,第一传动轮903、第二传动轮904及滚筒传动轮6均为齿轮,第一传动轮903和滚筒传动轮6相啮合,过渡轮902设有内齿902a,第二传动轮904和内齿902a相啮合,电动机1输出轴通过电动机离合器11安装有电动机齿轮10,电动机齿轮10和内齿902相啮合,其余同实施例4。
实施例7,见附图7,滚筒传动轮6为齿轮,能量反馈装置9包括传动轴901和设置在所述传动轴上的能量反馈离合器905,变速器8至少具有低速端和高速端,变速器8的高速端的连接轴和传动轴901固定连接;变速器8中除了高速端、低速端外,还可以具有多个连接端,传动轴901也可以和其中的一个连接端的连接轴固定连接,当然,传动轴901也可以就是该连接轴延伸出来的一部分,能量反馈离合器905首选超越离合器,当能量反馈离合器905为超越离合器时,其上安装和滚筒传动轮相啮合的第一传动轮,其余同实施例3。
以上说明仅仅是对本发明的解释,使得本领域普通技术人员能完整的实施本方案,但并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,这些都是不具有创造性的修改。但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.飞轮储能抽油机,包括电动机(1)、控制装置(3),其特征在于:还包括旋转主轴(2);
提升滚筒(4),用于升降抽油杆,所述提升滚筒(4)套装在所述旋转主轴(2)上,所述旋转主轴(2)与所述提升滚筒(4)通过离合器(5)实现离合;
滚筒传动轮(6),所述滚筒传动轮(6)和所述提升滚筒(4)固定连接成一整体;
能量调节飞轮(7);
变速器(8),所述变速器(8)的低速端和所述旋转主轴(2)相连接,高速端和所述能量调节飞轮(7)相连接;
能量反馈装置(9),用于将所述抽油杆下降时的能量通过变速器(8)传递给所述能量调节飞轮(7),以实现所述能量调节飞轮(7)的增速旋转而储能,所述能量调节飞轮(7)的能量能在所述提升滚筒(4)提升所述抽油杆时传递给所述提升滚筒(4),用于提升抽油杆。
2.根据权利要求1所述的飞轮储能抽油机,其特征在于:所述能量反馈装置(9)包括传动轴(901)及设置在所述传动轴(901)上的第一传动轮(903)和第二传动轮(904),所述第一传动轮(903)或所述第二传动轮(904)通过能量反馈离合器(905)和所述传动轴(901)相连接,所述第一传动轮(903)和所述滚筒传动轮(6)为一对相啮合的齿轮;所述第二传动轮(904)和所述变速器(8)相连接。
3.根据权利要求1所述的飞轮储能抽油机,其特征在于:所述能量反馈装置(9)包括转轴(907)、第一传动轮(903)和第二传动轮(904),所述转轴(907)通过能量反馈离合器(905)和第二传动轮(904)相连接,所述第一传动轮(903)、第二传动轮(904)及所述滚筒传动轮(6)均为齿轮,所述第一传动轮(903)位于所述滚筒传动轮(6)和所述第二传动轮(904)之间,并同时和所述滚筒传动轮(6)及所述第二传动轮(904)相啮合,所述第二传动轮(904)和所述变速器(8)相连接。
4.根据权利要求1所述的飞轮储能抽油机,其特征在于:所述能量反馈装置(9)包括传动轴(901)和第一传动轮(903),所述传动轴(901)通过能量反馈离合器(905)和第一传动轮(903)相连接,所述第一传动轮(903)通过传动带(906)和所述滚筒传动轮(6)相连接。
5.根据权利要求1所述的飞轮储能抽油机,其特征在于:所述能量反馈装置(9)包括传动轴(901)、和所述旋转主轴(2)固定连接的过渡轮(902)及设置在所述传动轴(901)上的第一传动轮(903)和第二传动轮(904),所述第一传动轮(903)或所述第二传动轮(904)通过能量反馈离合器(905)和所述传动轴(901)相连接,所述第一传动轮(903)和所述滚筒传动轮(6)为一对相啮合的齿轮;所述第二传动轮(904)通过传动带(906)和所述过渡轮(902)连接。
6.根据权利要求1所述的飞轮储能抽油机,其特征在于:所述能量反馈装置(9)包括传动轴(901)、和所述旋转主轴(2)固定连接的过渡轮(902)及设置在所述传动轴(901)上的第一传动轮(903)和第二传动轮(904),所述第一传动轮(903)或所述第二传动轮(904)通过能量反馈离合器(905)和所述传动轴(901)相连接,所述第二传动轮(904)和所述过渡轮(902)为一对相啮合的齿轮;所述第一传动轮(903)通过传动带(906)和所述滚筒传动轮(6)连接。
7.根据权利要求1所述的飞轮储能抽油机,其特征在于:所述能量反馈装置(9)包括传动轴(901)、和所述旋转主轴(2)固定连接的过渡轮(902)及设置在所述传动轴(901)上的第一传动轮(903)和第二传动轮(904),所述第一传动轮(903)或所述第二传动轮(904)通过能量反馈离合器(905)和所述传动轴(901)相连接,所述第一传动轮(903)、第二传动轮(904)及所述滚筒传动轮(6)均为齿轮,所述第一传动轮(903)和所述滚筒传动轮(6)相啮合,所述过渡轮(902)设有内齿(902a),所述第二传动轮(904)和所述内齿(902a)相啮合。
8.根据权利要求7所述的飞轮储能抽油机,其特征在于:所述电动机(1)输出轴通过电动机离合器(11)安装有电动机齿轮(10),所述电动机齿轮(10)和所述内齿(902a)相啮合;或,所述电动机(1)输出轴通过电动机离合器(11)和所述变速器(8)连接。
9.根据权利要求2或3或4或5或6或7所述的飞轮储能抽油机,其特征在于:所述能量反馈离合器(905)为超越离合器。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的飞轮储能抽油机,其特征在于:所述抽油杆下降时的能量通过所述能量反馈装置(9)经过变速器(8)传递给所述能量调节飞轮(7),实现所述能量调节飞轮(7)的增速旋转;或,所述抽油杆下降时的能量通过所述能量反馈装置(9)经过旋转主轴(2)后再经过变速器(8)传递给所述能量调节飞轮(7),以实现所述能量调节飞轮(7)的增速旋转。
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