CN104047577A - 一种直线电机直驱抽油机 - Google Patents

Abstract

一种直线电机直驱抽油机，属于石油、天然气、煤层气抽取设备领域，包括机架（2）以及设置在机架（2）上的直线电机驱动装置，直线电机动子（5）设置抽油杆连接器。该抽油机采用直线电机直接驱动，配合多级弹簧储能器，取消了传统抽油机的中间传动和机械换向环节、弹桡性件及配重，提高了悬点精度，整机结构简单；冲程、冲次调节方便，移植性好，便于实现整机模块化设计，能量转化利用率更高，可靠性、寿命和整机效率大幅提升。

Description

一种直线电机直驱抽油机

技术领域

本发明属于石油、天然气、煤层气抽取设备领域，具体为使用单级和多级可伸缩弹簧储能器的直线电机直驱抽油机。

背景技术

抽油机是石油、天然气、煤层气开采的重要设备，要求其能在各种环境和气候条件下长期高效稳定运行。目前常用的抽油机有两种类型，可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。游梁式抽油机是当前应用的主力机型，但其存在速度不均匀程度大、启动转矩大、平衡效果差、冲程和冲次难以调节、中间环节多、系统效率低下等问题。针对这些问题，围绕高效节能的主题，出现了诸如链条式抽油机、立式滚筒抽油机、皮带抽油机、直线电机抽油机等无游梁抽油机机型，虽在一定程度上得以应用，但并未从根本上解决问题，效果欠佳；其中现有的直线电机抽油机，其动子仍然由钢丝绳绕过滑轮即天轮驱动抽油杆，且采用天平配重平衡的方式，结构复杂，整机寿命短于游梁式抽油机、效率较低及安全性较差，未能根本上发挥直线电机驱动的潜力。

发明内容

为了解决现有直线电机抽油机由于钢丝绳绕过天轮驱动抽油杆而造成的维修周期短、效率较低、结构复杂及安全性较差等技术问题，本发明提供一种直线电机直驱抽油机，包括机架2以及设置在机架2上的直线电机驱动装置，其特征在于：直线电机动子5设置抽油杆连接器12。

所述的直线电机驱动装置，包括直线电机定子、直线电机动子、安装在直线电机动子上的滑块或滚轮，直线电机定子沿机架的正面敷设固定，直线电机动子与直线电机定子表面平行并保持固定气隙，使直线电机动子与直线电机定子能够无接触的相对运动；直线电机动子的定位导向装置由滑块和直线导轨或轮轨方式完成，滑块沿直线导轨运动，或滚轮沿直线轨道运动，保证直线电机动子与直线电机定子之间的运动气隙。

所述机架与直线电机的动子之间设置制动装置。

所述制动装置，为机架的两个侧面沿竖直方向各设置一条制动轨，作为制动器的制动轨，制动器与直线电机动子固定。

所述机架的上部设置限位开关。

所述直线电机动子设置抽油杆连接器，直线电机动子固定在动子安装板5a上，动子安装板5a与动子基座3固定，动子基座3上设置抽油杆连接器；所述制动器与直线电机动子基座3固定安装，制动轨与机架基座1固定安装，或者制动轨与动子基座3固定安装，制动器与机架基座1固定安装。

所述直线电机的动子通过动子基座3与多级弹簧储能器4铰接连接。

所述多级弹簧储能器，为多级弹簧储能器4的底部安装在机架基座1上或者安装在机架顶部，多级弹簧储能器的顶部与动子基础固定连接。

所述多级弹簧储能器为多级螺旋弹簧储能器，由固定套筒4a，分级可伸缩套筒4b，弹簧4c，以及导向定位段4d构成，固定套筒4a固定在基座上，位于最顶部的分级可伸缩套筒4b与平台的底部相连，固定套筒4a、分级可伸缩套筒4b内部均安装弹簧4c。或者，在分级可伸缩套筒4b的外柱面安装弹簧4c。为提高多级可伸缩弹簧储能器寿命，导向段可设置滑动轴承，并可采用油、脂润滑。

所述多级弹簧储能器4为多级气压弹簧储能器，由多级活塞，固定连接件，气室构成；各级活塞与各级的固定连接件相连，各级活塞可在各级的气室中运动，利用气体的压缩和释放实现储能。其与机架基座和动子基座的连接方式与上述多级机械弹簧储能器相同。

本发明取消了原有抽油机如毛辫子、钢丝绳、皮带等弹性件或桡性件连接、采用直接平衡的方式从而取消了现有无游梁式抽油机的换向装置天轮，进一步提高了抽油机的效率，降低了抽油机的高度和重量，提高了抽油机的寿命、可靠性及安全性。

该抽油机采用直线电机直接驱动，配合弹簧储能器，取消了传统抽油机的中间传动和机械换向环节、弹/桡性件及配重，提高了悬点精度，减小了整机重量，整机结构简单，可靠性、寿命和整机效率大幅提升；同时，通过增加直线电机和多级伸缩弹簧储能器的级数，方便实现更大的冲程和提升力；冲程、冲次调节方便，移植性好，便于实现整机模块化设计、制造、安装、调试等。此外，可通过对多级伸缩弹簧储能器的预紧，增加弹簧储存的能量，减小无配重工况下直线电机的功率。与传统带配重抽油机和无配重直线电机抽油机相比，本发明的带多级可伸缩弹簧储能器的直线电机直驱抽油机还有一个显著优点：无钢丝绳皮带断裂、动子意外坠落带来的严重冲击和危险，安全性显著提高，能量转化利用率更高。

与本发明采用的单级弹簧储能器直线电机直驱抽油机相比，本发明采用的多级弹簧储能器直线电机直驱抽油机具有如下优点：

1、在同样变形的条件下，减小了弹簧储能器的总高度，减小了弹簧的中径（几何尺寸）；

2、 设计时便于控制弹簧的刚度，同样的弹簧变形，恢复力（承载力）更大；

3、 易于采用不同刚度、不同长度、不同中径多级弹簧组成任意多级弹簧储能器，冲程易于调整，抽油机动态性能更易于控制；

4、 便于实现整机模块化设计，降低了制造成本。

 

附图说明

图1为本发明实施例立体结构示意图；

图2为本发明实施例的正视图；

图3为本发明实施例的侧视图；

图4为本发明实施例的俯视图；

图5（a）为本发明实施例的多级伸缩弹簧储能器结构示意图；

图5（b）为本发明实施例的一级伸缩弹簧储能器立体结构示意图；

图5（c）为图5（b）的剖视图；

图6为本发明实施例结构示意图；

图7为本发明实施例结构示意图；

图8为本发明实施例结构示意图；

图9为本发明实施例结构示意图；

图10（a）为多级伸缩气体弹簧储能器立体结构示意图；

图10（b）为图10（a）的剖视图；

图11（a）为本发明实施例的多级伸缩弹簧储能器外置弹簧结构的示意图；

图11（b）为本发明实施例的多级伸缩弹簧储能器外置弹簧结构的剖视图。

附图中：1. 机架基座，2. 机架，3. 动子基座，4. 多级伸缩弹簧储能器，4a. 固定套筒, 4b. 分级可伸缩套筒，4c. 弹簧，4d. 导向定位段，5. 直线电机动子，5a. 动子安装板，6. 直线电机定子，7. 直线导轨，8. 滑块，9. 制动器，10. 制动轨，11. 限位开关，12. 抽油杆连接器，13. 抽油杆，14. 活塞，15. 固定连接件，16. 气室。

具体实施方式

以下内容是结合附图对本发明作的详细说明，而不应被理解为是对本发明的限定。

本发明的一种直线电机直驱抽油机实施例1，如图1、图2、图3、图4所示，主要包括机架基座1、机架2、动子基座3、多级伸缩弹簧储能器4、直线电机驱动装置、定位导向装置、制动装置，抽油杆连接器12、抽油杆13。

机架基座1固定在地面上，机架2沿竖直方向安装在机架基座1上，机架2的正面安装直线电机驱动装置的直线电机定子6和直线导轨7。机架2的两个侧面沿竖直方向各设置一条制动轨10，作为制动器9的制动轨。多级伸缩弹簧储能器4的底部安装在机架基座1上，多级伸缩弹簧储能器4的顶部与动子基座3相连。机架2的最上部设置限位开关11，用于限位，防止过冲。当然，多级伸缩弹簧储能器4也可以由现有技术的其它储能器代替。

对于大家公知的直线电机，一般定义：有电枢绕组的一侧称为直线电机初级，有磁体或者感应板的一侧称为直线电机次级，还定义：运动部分为直线电机动子，固定部分为直线电机定子。直线电机的工作原理为：直线电机初级绕组中通入电流，产生一个可以相对磁体或者感应板运动的行波磁场，该行波磁场与次级同步运动，进而带动直线电机动子做直线运动。

本发明所述的直线电机驱动装置由直线电机定子6、直线电机动子5、安装在直线电机动子上的滑块8组成。直线电机定子6沿机架2的正面敷设固定；直线电机动子5与直线电机定子6表面平行并保持固定气隙，使直线电机动子5与直线电机定子6之间能够无接触的相对运动。直线电机动子5的定位导向装置由滑块8和直线导轨7完成，滑块8沿直线导轨7运动，保证直线电机动子5与直线电机定子6之间的运动气隙。所述定位导向装置可以是轮轨导向定位方式。

本发明的一种直线电机直驱抽油机，所述的直线电机驱动装置采用直线电机次级运动、初级固定的布置方式，或者采用直线电机初级运动、次级固定的布置方式。所述直线电机驱动装置可以采用平板式或者圆筒式结构型式。此外，直线电机驱动装置可为两组或多组直线电机，并将制动轨10设置于两组或多组直线电机定子之间。

本发明的一种直线电机直驱抽油机的运动部分主要由动子基座3、多级伸缩弹簧储能器4、直线电机动子5、钳式制动器9组成。直线电机动子5安装在动子安装板5a上。动子安装板5a与动子基座3相连。所述多级伸缩弹簧储能器4为单级或多级结构，如图5所示，由固定套筒4a，分级可伸缩套筒4b，弹簧4c，以及导向定位段4d构成，固定套筒4a固定在机架基座1上，位于最顶部的分级可伸缩套筒4b与动子基座3的底部相连，固定套筒4a、分级可伸缩套筒4b内部均安装弹簧4c。上述多级伸缩弹簧储能器4为内置弹簧结构，其也可以配置为外置弹簧结构，如图11所示，弹簧4c与分级套筒4a轴线同心放置，弹簧4c位于分级套筒4a的外圆面，工作原理与内置结构的多级伸缩弹簧储能器相同。制动器9固定在动子基座3上，作用于制动轨10。抽油杆连接器12与动子基座3的底部相连，抽油杆13接在抽油杆连接器12上。

所述弹簧储能器4不局限于机械弹簧，也可以是气体、永磁等其它种类的弹簧。如图10所示为多级伸缩气体弹簧储能器实施例，由多级活塞14，固定连接件15，气室16构成。各级活塞14与各级的固定连接件15相连，第一级固定连接件15固定在机架基座1上，各级活塞14可在各级的气室16中运动，利用气体的压缩和释放实现储能。

本发明的一种直线电机直驱抽油机，通过固定在机架2上的供电电缆、供电轨接触方式或者供电轨无接触方式提供直线电机、动子基座3所需的电源。

如图6所示，多级伸缩弹簧储能器4布置于机架2的顶部。其余同实施例1。

如图6所示，多级伸缩弹簧储能器4对称布置于动子基座3的两侧。

如图7所示，所述机架2、多级伸缩弹簧储能器4、直线电机驱动装置、定位导向装置、制动装置，对称布置。所述抽油杆连接器12连接于平台3的底部，抽油杆13与抽油杆连接器12相连。如图9所示，抽油杆连接器12布置于多级伸缩弹簧储能器4的中心位置，并与位于多级伸缩弹簧储能器4顶端的分级可伸缩套筒4b固定连接。

上述实施例的技术方案，优先采用多级弹簧储能器。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直线电机直驱抽油机，包括机架（2）以及设置在机架（2）上的直线电机驱动装置，其特征在于：直线电机动子（5）设置抽油杆连接器（12）。

2.如权利要求1所述直线电机直驱抽油机，其特征在于：所述的直线电机驱动装置，包括直线电机定子（6）、直线电机动子（5）、安装在直线电机动子上的滑块（8），直线电机定子（6）沿机架（2）的正面敷设固定，直线电机动子（5）与直线电机定子（6）表面平行并保持固定气隙，使直线电机动子（5）与直线电机定子（6）之间能够无接触的相对运动；直线电机动子（5）的定位导向装置由滑块（8）和直线导轨（7）完成，滑块（8）沿直线导轨（7）运动，保证直线电机动子（5）与直线电机定子（6）之间的运动气隙。

3.如权利要求2所述直线电机直驱抽油机，其特征在于：所述机架（2）与直线电机动子（5）之间设置制动装置。

4.如权利要求3所述直线电机直驱抽油机，其特征在于：所述制动装置，为机架（2）的两个侧面沿竖直方向各设置一条制动轨（10），作为制动器（9）的制动轨，制动器（9）与直线电机动子（5）固定。

5.如权利要求1所述直线电机直驱抽油机，其特征在于：所述直线电机动子（5）设置抽油杆连接器（12），直线电机动子（5）固定在动子安装板（5a）上，动子安装板（5a）与动子基座（3）固定，动子基座（3）设置抽油杆连接器（12）；所述制动器（9）与直线电机动子（5）固定，为制动器（9）与动子基座（3）固定，或者制动轨与动子基座3固定安装，制动器与机架基座1固定安装。

6.如权利要求5所述直线电机直驱抽油机，其特征在于：直线电机驱动装置为两组直线电机，制动轨（10）设置于两组直线电机定子之间。

7.如权利要求1-6之一所述直线电机直驱抽油机，其特征在于：所述直线电机动子（5）与多级弹簧储能器连接。

8.如权利要求7所述直线电机直驱抽油机，其特征在于：所述直线电机动子（5）与多级弹簧储能器连接，多级弹簧储能器（4）的底部安装在机架基座（1）上或者倒置安装在机架（2)顶部基座上，多级弹簧储能器(4)的顶部与动子基座 (3)铰接。

9.如权利要求8所述直线电机直驱抽油机，其特征在于：所述多级弹簧储能器为多级螺旋弹簧储能器，由固定套筒(4a)，分级可伸缩套筒(4b)，弹簧(4c)，以及导向定位段(4d)构成，固定套筒(4a)固定在机架基座(1)上，位于最顶部的分级可伸缩套筒(4b)与动子基座 (3)的底部相连，固定套筒(4a)、分级可伸缩套筒(4b)内部均安装弹簧(4c)，或者，在分级可伸缩套筒4b的外柱面安装弹簧4c。

10.如权利要求8所述直线电机直驱抽油机，其特征在于：所述多级弹簧储能器为多级气压弹簧储能器，由多级活塞(14)，固定连接件(15)，气室(16)构成；各级活塞(14)与各级的固定连接件(15)相连，第一级固定连接件(15)固定在机架基座(1)上或倒置安装在动子基座(3)上，各级活塞(14)在各级的气室(16)中运动。