CN105507853A - 均衡扭矩之节能式游梁抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明申请提供的均衡扭矩之节能式游梁抽油机，以减速器的传动轴为运转轴，轴上设置有弹簧势能调整系装置，本弹簧势能调整系装置中的曲轴为至少设有一曲轴段的运转轴，各曲轴段上牵挂有外端端位固定的弹簧部，所述的各曲轴段及其弹簧部贡献的周期性运转反作用扭矩为：。本技术方案具有结构简单、体积和占用空间小、平衡效率高的技术优点，更方便对已有游梁式抽油机减速箱结构实施技术改良。

Description

均衡扭矩之节能式游梁抽油机

技术领域

本发明申请涉及石油竖井开采设备——游梁式抽油机，尤其涉及的是匹配扭矩、降低能耗为核心的游梁式抽油机。

背景技术

原油开采应用较多的仍是游梁式竖井抽油机,其基本组成包括底座、支架、游梁、游梁的曲柄连杆驱动机构、驴头及其悬绳器等。游梁式抽油机是石油开采设备中的耗能大户，用电量占油田总用电量的40％，而且其拖动电机的负荷率还极为低下，效率低下，加重了能源浪费；再者，游梁式抽油机采油工作中，因曲柄下降过程中负荷减轻，拖动电机拖动产生能量无法被负载吸收，而馈入电网，引发对电网的冲击，致使整体电网供电质量下降。

中国专利CN101598013A公开的游梁式抽油机技术方案，是于分级减速的传动轴上设置有一系列周期运转配重块的系列平衡块装置，用于稳定拖动电机扭矩的作用，提高拖动电机的负荷效率，以降低电耗量。但其系列平衡块装置的一系列运转配重块的结构设置，对抽油机结构改动较大，需要提供较大的回转空间，更为重要的是难以根据实际油井载荷变化状况来便捷、快速实施对应调整，也没有根本解决拖动电机能量馈入电网所产生的电网冲击影响技术问题。

发明内容

本发明申请的发明目的在于提供一种实现稳定拖动电机扭矩、提高拖动电机负荷率、降低能耗的同时，构成简单、占用空间小、并易于根据实际载荷变化对应实施快速调整的均衡扭矩之节能式游梁抽油机。本发明申请提供的均衡扭矩之节能式游梁抽油机技术方案，其主要技术内容是：一种均衡扭矩之节能式游梁抽油机，以减速器的传动轴为运转轴，轴上设置有弹簧势能调整系装置，本弹簧势能调整系装置中的曲轴为至少设有一曲轴段的运转轴，各曲轴段上牵挂有外端端位固定的弹簧部，所述的各曲轴段及其弹簧部贡献的周期性运转反作用扭矩为：

式中的A_r是第r个弹簧部贡献的反作用扭矩，是第r个弹簧部固定端距本曲轴段轴心的距离，k_r是第r个弹簧部的弹性系数，是第r个弹簧部牵挂端的旋转半径，是第r个弹簧部的自由长度，是第r个弹簧部曲轴牵挂端的旋转角速度，是初始角，t表示为时间;

由各弹簧部贡献的反作用扭矩：T(balance)=A₁+A₂+…+A_m来拟合和稳定拖动电机扭矩，即：

拖动电机输入扭矩T(input)=抽油机负载扭矩T(demand)-弹簧势能调整系装置提供的扭矩T(balance)=常量C,使拖动电机输入扭矩T(input)最小且接近常数。

在上述的整体技术方案中，所述的各曲轴段之间经行星齿轮减速器减速联接。

在上述的整体技术方案中，所述的运转轴上还设置有系列平衡块装置，本系列平衡块装置与弹簧势能调整系装置综合贡献的反作用扭矩为：

T(balance)=a₀sin(ω0t)+A₁+A₂+…+A_m，

利用T(balance)对已知的T(demand)进行曲线拟合，则可得到使得T(input)最小，且接近常数的一组ar，kr，Rr，Lr，r，以及r0(r=1,…,m)。

本发明申请公开的均衡扭矩之节能式游梁抽油机技术方案，实现了进一步稳定拖动电机输出功率的技术目的，在大幅度提高电动机负荷率、延长拖动电机使用寿命、实现节能技术目的、提高经济效益的同时，装置本身结构简单、体积和占用空间小、平衡效率高的技术优点，更方便对已有游梁式抽油机减速箱结构实施改良，而且便于根据油井开采的实际载荷变化简捷、快速的调整弹簧势能调整系装置的参数配置，最为方便调整本装置载荷特征的主要方式包括有调整弹簧部端位固定位置，以改变运转轴中心与弹簧部固定端间的距离，或者调整更换不同自由长度的弹簧，使得整套平衡装置提供与油井抽油开采负载相匹配的平衡扭矩；本技术方案的另一技术效果是选用小功率电机，进一步实现高效驱动、低耗工作的技术目的；本技术方案的再一技术优点是可以彻底解决拖动电机对馈入电网冲击影响的技术问题。

附图说明

图1为本发明申请的总构造图。

图2为弹簧势能调整系装置的一实施结构图。

图3为每一曲轴段和其弹簧部贡献的反作用扭矩特性曲线图。

图4为各曲轴段以三种整数倍于抽油机原平衡块转速的特征曲线图。

图5为弹簧势能调整系装置与原负荷扭矩相弥合前、后的特征曲线图。

具体实施方式

本发明申请提供的均衡扭矩之节能式游梁抽油机，包括有底座1、游梁5、游梁支架2、驴头4及悬挂器3、减速器6和曲柄连杆驱动机构，于分级减速器6的传动轴为运转轴设置有弹簧势能调整系装置。所述的弹簧势能调整系装置中的曲轴传动联接于减速器的传动轴，该减速器的传动轴可以是减速器输入轴11、输出轴12或其内各级传动轴上。所述的曲轴为至少设有一曲轴段的运转轴7，如图2所示，各曲轴段上牵挂有外端端位固定的弹簧部9，运转轴7的各曲轴段及其弹簧部9周期性运转所贡献的反作用扭矩为：

参见图3，是一种不规则的特性正弦曲线，其中，A_r是第r个弹簧部贡献的反作用扭矩，是第r个弹簧部固定端距本曲轴段轴心的距离，k_r是第r个弹簧部的弹性系数，是第r个弹簧部牵挂端的旋转半径，是第r个弹簧部的自由长度，是第r个弹簧部牵挂端的旋转角速度，是初始角，t是时间。

弹簧势能调整系装置的各弹簧部贡献的扭矩：T(balance)=A₁+A₂+…+A_m共同来弥合、稳定拖动电机扭矩，即：

电动机输入扭矩T(input)=抽油机负载扭矩T(demand)-弹簧势能调整系装置提供的扭矩T(balance)=常量C，使拖动电机输入扭矩T(input)最小且接近常数。其中的各曲轴段之间经确定不同减速比的行星齿轮减速器10减速联接，输出传动至游梁5。

各曲轴段和弹簧部9的设置参数可以根据实际情况、以最终弥合拖动电机输入扭矩来选择确定的。以曲轴的旋转角速度为减速器输出轴角速度的整数倍为例，所设置的曲轴段及其弹簧部数目越多，与负载拟合度就越好。如图4给出的是在现有游梁式抽油机结构基础上，分别增设三种弹簧势能调整系装置的拟合曲线图，一是一曲轴段与原平衡块15相同转速，见曲线a，二是一曲轴段为两倍于原平衡块15的转速，见曲线b，三是一曲轴段且四倍于原平衡块15的转速，见曲线c，旋转时提供扭矩曲线图，曲线D为原平衡块15的扭矩曲线。可知，转速越高于原平衡块转速，与负载拟合度就越好，电机输入曲线就越接近直线。

三者组合后形成的总平衡扭矩如图5所示。图中的虚线A是假定负载的负荷扭矩曲线，其实线是根据假定的负荷扭矩曲线确定的平衡块加上述三曲轴段弹簧部构成的弹簧势能调整系装置所产生的平衡扭矩曲线，该平衡扭矩曲线与负荷扭矩曲线之差即为电机输入之扭矩，为虚线B。可以看出,虽然虚线B还不是直线,但已经非常平稳，提高了负载率,且无负值,即拖动电机无发电过程,克服了现有技术存在的拖动电机对电网的冲击的技术问题。

在增设弹簧势能调整系装置的游梁式抽油机基础上，于分级减速器的传动轴为运转轴上还可设置有中国专利CN101598013A公开的系列平衡块装置，本系列平衡块装置与弹簧势能调整系装置贡献的组合反作用扭矩为：

T(balance)=a₀sin(ω0t)+A₁+A₂+…+A_m，

利用T(balance)对已知的T(demand)进行曲线拟合，则可得到使得T(input)最小，且接近常数的一组ar，kr，Rr，Lr，r，以及r0(r=1,…,m)。

Claims (3)

1.一种均衡扭矩之节能式游梁抽油机，其特征在于以减速器的传动轴为运转轴，轴上设置有弹簧势能调整系装置，本弹簧势能调整系装置中的曲轴为至少设有一曲轴段的运转轴，各曲轴段上牵挂有外端端位固定的弹簧部，所述的各曲轴段及其弹簧部贡献的周期性运转反作用扭矩为：

式中的A_r是第r个弹簧部贡献的反作用扭矩，是第r个弹簧部固定端位距传动轴轴心的距离，k_r是第r个弹簧部的弹性系数，是第r个弹簧部牵挂端的旋转半径，是第r个弹簧部的自由长度，是第r个弹簧部牵挂端的旋转角速度，是初始角，t是时间;

由各弹簧部贡献的反作用扭矩：T(balance)=A₁+A₂+…+A_m来弥合和稳定拖动电机扭矩，即：

拖动电机输入扭矩T(input)=抽油机负载扭矩T(demand)-弹簧势能调整系装置提供的扭矩T(balance)=常量C,使拖动电机输入扭矩T(input)最小且接近常数。

2.根据权利要求1所述的均衡扭矩之节能式游梁抽油机，其特征在于所述的各曲轴段之间经行星齿轮减速器（10）减速联接。

3.根据权利要求1或2所述的均衡扭矩之节能式游梁抽油机，其特征在于减速器的传动轴为运转轴上还设置有系列平衡块装置，本系列平衡块装置与弹簧势能调整系装置综合贡献的反作用扭矩为：

T(balance)=a₀sin(ω0t)+A₁+A₂+…+A_m，

利用T(balance)对已知的T(demand)进行曲线拟合，则可得到使得T(input)最小，且接近常数的一组ar，kr，Rr，Lr，r，以及r0(r=1,…,m)。