CN103573221A - 电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机，属机电一体化应用新领域。该机包括机架底座上由电动作业让位装置移动的机架和机架顶平台上由永磁联轴器将带电磁刹车的电动机、减速器、驱动轮串联在一起的驱动装置、卸载挂抽辅助装置以及机架下部控制柜内设置的由传感器控制行程的智能控制器，其中驱动轮轴向两侧绳槽内披复一端悬挂抽油杆，另一端悬挂带防坠落装置平衡重的驱动绳，驱动轮轴向中部绳槽内固定另一端连接带防坠落装置平衡重的失载保护和防打滑钢丝绳。该机具有降本增效、节能环保、安全可靠、智能高效的优点，可广泛应用于立式抽油机采油和其它频繁换向的提升作业。
Description
技术领域
本发明为一种电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机，属机电一体化应用新领域。
背景技术
石油是国民经济的动力之源，是不可或缺的重要战略物资，而开采石油的主要手段是抽油机。据不完全统计，全世界目前有机械采油井150多万口，其中传统四连杆游梁式抽油机占90％左右，成为机械采油的主导机型。随着地球环境的恶化，人类对节能高效、低碳、环保的需求越来越迫切，各类节能省材、不停机智能调参、安全、环保的天平平衡立式抽油机相继诞生，尤以中国石油王钢教授发明的《超低速大扭矩异型电机拖动塔架式高效低耗智能抽油机》具有独创性和导向作用(ZL00246414.4、ZL02257259.7、ZL200510123422.9、ZL200920222339.0、ZL201020111249.7)。
与传统四连杆游梁式抽油机相比，天平平衡立式抽油机节能30-70％，省材30-60％，不停机智能调参提高工效大于1000倍，适于长冲程、低冲次的工作制度，维护工作量减少60％以上，这些明显的技术优势决定了天平平衡立式抽油机大有取代传统四连杆游梁式抽油机的发展趋势。但总结近20年抽油机的发展历程，技术优势如此明显的天平平衡立式抽油机仍旧处于中小规模推广阶段，始终未能将传统四连杆游梁式抽油机取而代之，矿场应用情况表明，其制约因素如下：
一是作业让位不如传统四连杆游梁式抽油机方便快捷；
二是卸载挂抽依靠自身动力系统不容易实现，现场往往借助吊车；
三是失载保护不如传统四连杆游梁式抽油机可靠；
四是电机频繁正反转传递扭矩，一般刚性联轴器故障率偏高；
五是摩擦传动驱动绳寿命需要提高；
六是载荷端与平衡端严重不匹配时，驱动绳易打滑。
上述六项因素，制约了天平平衡立式抽油机的发展，亟待开发一种更适于现场应用的立式抽油机取代现有机型。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的是在作业让位、卸载挂抽、失载保护、非接触传动等方面攻克上述六项制约瓶颈，提供一种电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机，开创天平平衡立式抽油机规模应用的里程碑。
本发明的技术解决方案是：
所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机包括机架底座上由电动作业让位装置(13)移动的机架(8)和机架(8)顶平台(7)上由永磁联轴器(4)将带电磁刹车(5)的电动机(6)、减速器(2)、驱动轮(1)串联在一起的驱动装置、卸载挂抽辅助装置(3)以及机架(8)下部控制柜内设置的由传感器(10)控制行程的智能控制器(12)，其中驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复一端悬挂抽油杆，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)的驱动绳(9)，驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定另一端连接带防坠落装置平衡重(11)的失载保护和防打滑钢丝绳。
所述的电动作业让位装置(13)包括固定在机架底座四周骑在基础预埋轨道上的设有螺杆或千斤顶微升降机构的限位滚轮、电动减速装置，其中限位主动滚轮由万向传动杆连接电动减速装置，并预设断电棘轮或螺杆手动牵引装置。
所述的卸载挂抽辅助装置(3)包括置于机架(8)顶平台(7)上的卸载挂抽支架和悬挂于该支架上的微型电动提升装置。
所述的永磁联轴器(4)为轴向非接触联接或径向非接触联接，其结构为以下五种类型之一：
第一种为主、从动转子表面按N、S极性对称交互密集或分散排列永磁体的盘式轴向或轮式径向同步永磁联轴器；
第二种为将从动转子表面改为铜环，靠永磁主动转子转动使从动转子上的铜环切割磁力线产生涡流磁场而随动传递扭矩的涡流转差式永磁连轴器；
第三种为将从动转子永磁体改为软磁材料，靠主、从动转子交变磁化产生的磁场传递扭矩的磁滞式永磁联轴器；
第四种为将从动转子永磁体改为软磁材料凸极，靠主动转子对从动转子产生的吸力传递扭矩的磁阻式永磁联轴器；
第五种为将主动转子改为可磁场叠加和抵消的永磁吸盘，从动转子为软磁材料圆盘或柱面圆盘的同步轴向或径向永磁联轴器。
所述的驱动轮(1)轴向两侧和中部的绳槽内镶嵌耐磨延寿降噪的橡胶块，与驱动绳(9)的装配方式至少为以下四种类型之一：
第一种为驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复驱动绳(9)，该驱动绳(9)一端悬挂抽油杆，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定失载保护和防打滑钢丝绳一端，另一端连接带防坠落装置平衡重(11)；
第二种为驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复强力纤维带，该强力纤维带一端悬挂抽油杆，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定失载保护和防打滑强力纤维带一端，另一端连接带防坠落装置平衡重(11)；
第三种为驱动轮(1)轴向两侧绳槽内固定驱动绳(9)或强力纤维带一端，另一端悬挂抽油杆；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定驱动绳(9)或强力纤维带一端，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)；
第四种为驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复驱动绳(9)，该驱动绳(9)一端通过悬挂抽油杆的前动滑轮固定在顶平台(7)上，另一端通过悬挂带防坠落装置平衡重(11)的后动滑轮固定在顶平台(7)上；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定失载保护和防打滑钢丝绳一端，另一端连接带防坠落装置平衡重(11)。
所述的电磁刹车(5)结构形式至少为以下二种类型之一：
第一种为电磁刹车(5)固定端置于电机壳体上，活动端置于电机带滑键的尾轴上的断电盘式或锥盘式电磁刹车；
第二种为电磁刹车(5)固定端置于减速器输入轴壳体上，活动端置于减速器带滑键的输入轴上的送电盘式电磁刹车。
所述的带防坠落装置平衡重(11)与电磁刹车(5)为联动双保险保护装置，带防坠落装置平衡重(11)包括基础平衡重与其上部的吊耳，以及用吊耳销轴固定的带长销孔和活动刹车块的对称刹车臂，该对称刹车臂与基础平衡重内设置的预紧弹簧三线汇于一点与驱动绳(9)悬挂。
所述的驱动轮(1)、减速器(2)、永磁联轴器(4)、带电磁刹车(5)的电动机(6)的装配关系至少为以下四种结构类型之一：
第一种为驱动轮(1)、减速器(2)、永磁联轴器(4)、带电磁刹车(5)的电动机(6)依次用永磁连轴器(4)或刚性联轴器串联；
第二种驱动轮(1)、减速器(2)输出轴为同轴一体联结，减速器(2)输入轴与电动机(6)输出轴用永磁联轴器(4)非接触联接；
第三种减速器(2)、电动机(6)为一体式内置于电动滚筒内的密闭式联接；
第四种为由带断电制动器的电动葫芦改装的滚筒式密封联接。
采用以上技术方案，本发明不但比传统四连杆游梁机具有节能降耗、安全环保、智能调参的明显技术优势，而且克服了立式抽油机作业让位、卸载挂抽、失载保护、联轴器时效、驱动绳寿命、载荷与平衡严重不匹配驱动绳易打滑的诸多制约瓶颈，是总结百多年管式泵机械采油理论和经验发明创新的较理想的全天候免维护方向性换代机型。
附图说明
图1为本发明电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机结构示意图；
图中：1.驱动轮；2.减速器；3.卸载挂抽辅助装置；4永磁联轴器；5.电磁刹车；6.电动机；7.顶平台；8.机架；9.驱动绳；10.传感器；11.带防坠落装置平衡重；12.智能控制器；13.电动作业让位装置。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示：本发明电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机包括机架底座上由电动作业让位装置(13)移动的机架(8)和机架(8)顶平台(7)上由永磁联轴器(4)将带电磁刹车(5)的电动机(6)、减速器(2)、驱动轮(1)串联在一起的驱动装置、卸载挂抽辅助装置(3)以及机架(8)下部控制柜内设置的由传感器(10)控制行程的智能控制器(12)，其中驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复一端悬挂抽油杆，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)的驱动绳(9)，驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定另一端连接带防坠落装置平衡重(11)的失载保护和防打滑钢丝绳。
所述的电动作业让位装置(13)包括固定在机架底座四周骑在基础预埋轨道上的设有螺杆或千斤顶微升降机构的限位滚轮、电动减速装置，其中限位主动滚轮由万向传动杆连接电动减速装置，并预设断电棘轮或螺杆手动牵引装置。
所述的卸载挂抽辅助装置(3)包括置于机架(8)顶平台(7)上的卸载挂抽支架和悬挂于该支架上的微型电动提升装置。
所述的永磁联轴器(4)为主、从动转子表面按N、S极性对称交互密集或分散排列永磁体的盘式轴向同步永磁联轴器。
所述的驱动轮(1)轴向两侧和中部的绳槽内镶嵌耐磨延寿降噪的橡胶块，驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复驱动绳(9)，该驱动绳(9)一端悬挂抽油杆，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定失载保护和防打滑钢丝绳一端，另一端连接带防坠落装置平衡重(11)。
所述的电磁刹车(5)固定端置于电机壳体上，活动端置于电机带滑键的尾轴上的断电盘式或锥盘式电磁刹车。
所述的带防坠落装置平衡重(11)与电磁刹车(5)为联动双保险保护装置，带防坠落装置平衡重(11)包括基础平衡重与其上部的吊耳，以及用吊耳销轴固定的带长销孔和活动刹车块的对称刹车臂，该对称刹车臂与基础平衡重内设置的预紧弹簧三线汇于一点与驱动绳(9)悬挂。
所述的驱动轮(1)、减速器(2)、永磁联轴器(4)、带电磁刹车(5)的电动机(6)的装配关系为驱动轮(1)、减速器(2)、永磁联轴器(4)、带电磁刹车(5)的电动机(6)依次用永磁连轴器(4)串联。
所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机设计参数为：
最大提升载荷：50kn；
电动机功率：11kw；
冲程：1-3m无级调节；
冲次：0-5r/min无级调节；
整机重量：5000kg；
外型尺寸：2.0×1.2×6.5(m)。
实施例2：
如图1所示：本发明电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机的主体结构同实施例1，只对下述传动机构进行了改进：
所述的驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复强力纤维带，该强力纤维带一端悬挂抽油杆，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定失载保护和防打滑强力纤维带一端，另一端连接带防坠落装置平衡重(11)。
所述的永磁联轴器(4)为主、从动转子表面按N、S极性对称交互密集或分散排列永磁体的轮式径向同步永磁联轴器。
所述的电磁刹车(5)固定端置于减速器输入轴壳体上，活动端置于减速器带滑键的输入轴上的送电盘式电磁刹车。
所述的减速器(2)、电动机(6)为一体式内置于电动滚筒内的密闭式联接。
所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机设计参数为：
最大提升载荷：120kn；
电动机功率：22kw；
冲程：1-6m无级调节；
冲次：0-5r/min无级调节；
整机重量：12000kg；
外型尺寸：2.5×1.4×9.5(m)。
实施例3：
如图1所示：本发明电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机的主体结构同实施例1，只对下述传动结构进行了改进：
所述的驱动轮(1)轴向两侧绳槽内固定驱动绳(9)一端，另一端悬挂抽油杆；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定驱动绳(9)一端，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)。
所述的永磁联轴器(4)为将从动转子表面改为铜环，靠永磁主动转子转动使从动转子上的铜环切割磁力线产生涡流磁场而随动传递扭矩的涡流转差式永磁连轴器
所述的电磁刹车(5)固定端置于电机壳体上，活动端置于电机带滑键的尾轴上的断电锥盘式电磁刹车。
所述的减速器(2)、电动机(6)为由带断电制动器的电动葫芦改装的滚筒式密封联接。
所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机设计参数为：
最大提升载荷：140kn；
电动机功率：37kw；
冲程：1-6m无级调节；
冲次：0-5r/min无级调节；
整机重量：13000kg；
外型尺寸：2.5×1.6×9.5(m)。
实施例4：
如图1所示：本发明电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机的主体结构同实施例1，只对下述传动结构进行了改进：
所述的驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复驱动绳(9)，该驱动绳(9)一端通过悬挂抽油杆的前动滑轮固定在顶平台(7)上，另一端通过悬挂带防坠落装置平衡重(11)的后动滑轮固定在顶平台(7)上；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定失载保护和防打滑钢丝绳一端，另一端连接带防坠落装置平衡重(11)。
所述的永磁联轴器(4)为将主动转子改为可磁场叠加和抵消的永磁吸盘，从动转子为软磁材料圆盘或柱面圆盘的同步轴向或径向永磁联轴器。
所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机设计参数为：
最大提升载荷：200kn；
电动机功率：45kw；
冲程：1-8m无级调节；
冲次：0-3次/分无级调节；
整机重量：15000kg；
外型尺寸：2.5×1.6×10.8(m)。
上述4例实施方案为本发明电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机以驱动载荷50、120、140、200kn为设计模板的标准化设计，根据上述设计模板软件可优化载荷为30、50、80、100、120、140、160、180、200kn电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机的技术系列。
Claims (8)
1.一种电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机，其特征在于：该机包括机架底座上由电动作业让位装置(13)移动的机架(8)和机架(8)顶平台(7)上由永磁联轴器(4)将带电磁刹车(5)的电动机(6)、减速器(2)、驱动轮(1)串联在一起的驱动装置、卸载挂抽辅助装置(3)以及机架(8)下部控制柜内设置的由传感器(10)控制行程的智能控制器(12)，其中驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复一端悬挂抽油杆，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)的驱动绳(9)，驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定另一端连接带防坠落装置平衡重(11)的失载保护和防打滑钢丝绳。
2.根据权利要求1所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机，其特征在于：所述的电动作业让位装置(13)包括固定在机架底座四周骑在基础预埋轨道上的设有螺杆或千斤顶微升降机构的限位滚轮、电动减速装置，其中限位主动滚轮由万向传动杆连接电动减速装置，并预设断电棘轮或螺杆手动牵引装置。
3.根据权利要求1所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机，其特征在于：所述的卸载挂抽辅助装置(3)包括置于机架(8)顶平台(7)上的卸载挂抽支架和悬挂于该支架上的微型电动提升装置。
4.根据权利要求1所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机，其特征在于：所述的永磁联轴器(4)为轴向非接触联接或径向非接触联接的永磁联轴器，其结构为以下五种类型之一：
第一种为主、从动转子表面按N、S极性对称交互密集或分散排列永磁体的盘式轴向或轮式径向同步永磁联轴器；
第二种为将从动转子表面改为铜环，靠永磁主动转子转动使从动转子上的铜环切割磁力线产生涡流磁场而随动传递扭矩的涡流转差式永磁连轴器
第三种为将从动转子永磁体改为软磁材料，靠主、从动转子交变磁化产生的磁场传递扭矩的磁滞式永磁联轴器；
第四种为将从动转子永磁体改为软磁材料凸极，靠主动转子对从动转子产生的吸力传递扭矩的磁阻式永磁联轴器；
第五种为将主动转子改为可磁场叠加和抵消的永磁吸盘，从动转子为软磁材料圆盘或柱面圆盘的同步轴向或径向永磁联轴器。
5.根据权利要求1所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机，其特征在于：所述的驱动轮(1)轴向两侧和中部的绳槽内镶嵌耐磨延寿降噪的橡胶块，与驱动绳(9)的装配方式至少为以下四种类型之一：
第一种为驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复驱动绳(9)，该驱动绳(9)一端悬挂抽油杆，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定失载保护和防打滑钢丝绳一端，另一端连接带防坠落装置平衡重(11)；
第二种为驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复强力纤维带，该强力纤维带一端悬挂抽油杆，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定失载保护和防打滑强力纤维带一端，另一端连接带防坠落装置平衡重(11)；
第三种为驱动轮(1)轴向两侧绳槽内固定驱动绳(9)或强力纤维带一端，另一端悬挂抽油杆；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定驱动绳(9)或强力纤维带一端，另一端悬挂带防坠落装置平衡重(11)；
第四种为驱动轮(1)轴向两侧绳槽内披复驱动绳(9)，该驱动绳(9)一端通过悬挂抽油杆的前动滑轮固定在顶平台(7)上，另一端通过悬挂带防坠落装置平衡重(11)的后动滑轮固定在顶平台(7)上；驱动轮(1)轴向中部绳槽内固定失载保护和防打滑钢丝绳一端，另一端连接带防坠落装置平衡重(11)。
6.根据权利要求1所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机，其特征在于：所述的电磁刹车(5)结构形式至少为以下二种类型之一：
第一种为电磁刹车(5)固定端置于电机壳体上，活动端置于电机带滑键的尾轴上的断电盘式或锥盘式电磁刹车；
第二种为电磁刹车(5)固定端置于减速器输入轴壳体上，活动端置于减速器带滑键的输入轴上的送电盘式电磁刹车。
7.根据权利要求1所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机，其特征在于：所述的带防坠落装置平衡重(11)与电磁刹车(5)为联动双保险保护装置，带防坠落装置平衡重(11)包括基础平衡重与其上部的吊耳，以及用吊耳销轴固定的带长销孔和活动刹车块的对称刹车臂，该对称刹车臂与基础平衡重内设置的预紧弹簧三线汇于一点与驱动绳(9)悬挂。
8.根据权利要求1所述的电动作业让位和卸载挂抽联动永磁驱动立式抽油机，其特征在于：所述的驱动轮(1)、减速器(2)、永磁联轴器(4)、带电磁刹车(5)的电动机(6)的装配关系至少为以下四种结构类型之一：
第一种为驱动轮(1)、减速器(2)、永磁联轴器(4)、带电磁刹车(5)的电动机(6)依次用永磁连轴器或刚性联轴器串联；
第二种驱动轮(1)、减速器(2)输出轴为同轴一体联结，减速器(2)输入轴与电动机(6)输出轴用永磁联轴器(4)非接触联接；
第三种减速器(2)、电动机(6)为一体式内置于电动滚筒内的密闭式联接；
第四种为由带断电制动器的电动葫芦改装的滚筒式密封联接。
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Denomination of invention: Permanent magnet driven vertical pumping unit with linkage for electric operation, displacement and unloading, hanging and pumping Effective date of registration: 20230421 Granted publication date: 20161116 Pledgee: Weihai commercial bank Limited by Share Ltd. revitalization branch Pledgor: SHANDONG MINGLIU PUMP POLYTRON TECHNOLOGIES Inc. Registration number: Y2023980038751 |
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Denomination of invention: Permanent magnet driven vertical pumping unit with linkage for electric operation, displacement and unloading, hanging and pumping Granted publication date: 20161116 Pledgee: Weihai commercial bank Limited by Share Ltd. revitalization branch Pledgor: SHANDONG MINGLIU PUMP POLYTRON TECHNOLOGIES Inc. Registration number: Y2024980014106 |
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