CN107035736A - 新型节能液压抽油机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的节能液压抽油机，属于采油机械中的抽油机技术领域。其技术方案是：该液压抽油机主要包括变量泵、电机、液压缸、比例溢流阀、负载敏感阀、抽油杆、定滑轮、钢丝绳、电磁换向阀等部件，全液压系统驱动抽油杆实现抽油。正常工况下双井工作，两台抽油杆经钢丝绳在液压缸的活塞杆两端达到平衡，电磁换向阀控制液压缸往复运动使两台油井交替工作而连续抽油；单井工作时解除检修井侧的钢丝绳，同时在配重托盘的夹层中放置与抽油杆的重量相等的配重达到平衡。该抽油机结构简单、制造成本低，通过双井平衡和配重平衡，大大减小了安装功率，电液比例负载敏感液压控制系统不但可使抽油杆的速度得到准确控制，且仅向系统实时提供负载所需的功率，节能效果非常显著。
Description
技术领域
本发明是一种新型的全液压采油设备，该设备采用了节能的机械设计和液压控制技术并应用于油田采油工程领域。
背景技术
传统的游梁式抽油机不仅具有机械结构复杂、体积大、传动环节多、制造成本大等缺点，并且传统游梁式抽油机的工作效率很低，在国内一般只有12-23%，而国外的这类抽油机也平均仅为30%左右；相反，液压抽油机有更好的经济性和工作性能，具有质量轻、体积小、冲程长度及冲程次数可无级调节等特点,尤其是具有工作效率高、适应性好、明显的节能优势。在目前的研究中，实现液压抽油机节能的方法主要是通过蓄能器先回收抽油杆下落的重力势能，然后在抽油杆上升抽油时重新利用，但是该方法存在明显的缺点，即能量储存再释放过程中的多次能量转换使得节能效果下降，而且增加了能量转换元件使得结构复杂、成本增加。在此背景下，提出并设计了新型的液压抽油机。
发明内容
为了解决现有游梁式抽油机结构庞大复杂、效率低下的问题，并避免液压抽油机中采用蓄能器储能再释放过程造成的能量损失，本发明专利采用了双井相互平衡和单井配重平衡的机械设计，并运用了电液比例负载敏感技术的液压控制策略，实现系统仅提供负载所需的压力和流量，完成双井交替作业抽油或检修时单井作业抽油。
本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一是新型的结构设计。该液压抽油机包括两套抽油杆和一个双作用双活塞杆液压缸，液压缸水平放置，两个抽油杆与钢丝绳连接通过高位定滑轮后再通过低位定滑轮后与液压缸的活塞杆端连接并对称布置在其两侧，当一侧抽油杆上升抽油时，另一侧抽油杆同步返回。二是采用电液比例负载敏感液压驱动系统，液压抽油机中的负载敏感阀能够实时感受负载压力的变化，从而通过调整变量活塞才控制变量泵的斜盘角度的变化，最终控制变量泵的输出的压力变化，通过调整电流信号的大小来控制比例节流阀的开口变化，使液压泵输出的流量与输入的信号成正比，并达到控制抽油杆的速度的目的使其按预定速度曲线运行。当两台井中的一个需要检修时，从液压缸活塞杆端解除其钢丝绳，另一侧钢丝绳中间设置有配重夹层，双井时两个配重夹板通过短螺栓直接相连接，单井运行时，夹板中间加上配重，这时通过长螺栓将上下夹板及配重加固为一体连接，配重与抽油杆的重量相当起到平衡作用，此后进行单井抽油。
本发明专利的节能效果是，在考虑系统效率的前提下，双井运行时，抽油杆加速阶段消耗功率最大，理论计算值为18.1kW，仿真值为20.2 kW，在匀速阶段消耗功率较小，理论计算值为6.7kW，仿真值为9.88 kW；单井运行时，理论计算消耗的最大功率为16.5kW，仿真值为19.4kW，匀速阶段消耗的功率理论值和仿真值分别为5.1kW和7.87 kW；装机功率与现有抽油机的平均装机功率32.6kW相比，降低了34%，匀速和减速运行时节能更加明显。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明电液比例负载敏感控制原理图；
图1和2中1.过滤器 2.变量泵 3.电动机 4.变量缸 5.比例溢流阀 6.液阻 7.负载敏感阀8.比例节流阀 9.电磁换向阀 10.溢流阀 11.单向阀 12.抽油杆 13.定滑轮 14.定滑轮 15.定滑轮 16.配重托盘 17.定滑轮 18.安全阀 19.比例节流阀 20.油箱
具体实施方式
【实施例1】
如图1所示，该新型节能液压抽油机主要由变量泵2、电机3、比例节流阀8、电磁换向阀9、抽油杆12、定滑轮13、液压缸14、钢丝绳15、配置托盘16、定滑轮17、安全阀18、油箱20等组成。正常工作时双井交替作业抽油，且双井的抽油杆经过钢丝绳15与液压缸14活塞杆两端连接后达到相互平衡。启动时，液压变量泵2处于最大排量，当电磁换向阀9左位得电时，压力油液进入液压缸14的左腔并推动其向右运动，液压缸的活塞杆通过钢丝绳15经过定滑轮17拉起左侧抽油杆12向上升起实现抽油，而右侧抽油杆同步下降，其重力势能直接辅助左侧抽油杆抽油。设定比例节流阀8一定的输入信号，以控制节流阀阀口的开度，从而使抽油杆按照预定的速度曲线运动，即先逐步开大节流阀阀口完成加速过程，达到最大速度时，保持节流口不变使抽油杆匀速上升，此后关闭比例节流阀阀口，并调节比例节流阀19的开度，使抽油杆减速运动，此时液压缸的左腔可通过单向阀11吸油以防止出现真空，溢流阀10可在液压缸的右腔压力过高时溢流泄压。减速结束后电磁换向阀9换向，右侧抽油杆开始上升抽油并重复以上过程，形成循环抽油工作。
【实施例2】
该液压抽油机的电液比例负载敏感控制系统使泵出口的压力随负载变化而改变，仅向系统提供近似于负载所需压力和流量，如图2所示，其主要由变量泵2、电机3、变量缸4、比例溢流阀5、负载敏感阀7、比例节流阀8等组成。其负载敏感控制的节能原理如下：
1)压力自适应
当负载力减小时，比例节流阀8两侧的压差增大，推动负载敏感阀7的阀芯向左运动，油液通过该阀并流向变量缸4的大腔，推动变量斜盘角减小，使泵的流量减小，直至阀芯回复到原来的位置，比例节流阀8的压差也恢复到原来的值，即泵的压力也随之减小。
2)流量按需供应
当比例节流阀8的开度减小时，表明负载的需求减小，比例节流阀8两侧的压差增大，负载敏感阀7的阀芯向左运动，液压油进入变量缸4的大腔，推动泵的斜盘角减少，泵的流量随之减小。相反，当比例节流阀的开度增大时，泵的输出流量小于负载所需流量，此时节流阀两侧的压差减小，敏感阀7的阀芯向右运动，变量缸4的大腔的油液流向油箱，在变量缸4弹簧力的作用下泵的斜盘角增大，泵的流量相应增大。设定比例节流阀的电流变化，系统按预定需求输出一定的流量，实现节能。
【实施例3】
当一台井需要检修时，另一台井进行单井作业，此时需从液压缸14的活塞杆上解除检修井侧的钢丝绳，同时在配重托盘16的夹层中放置配重并使其与抽油杆的重量相平衡，工作过程与上述双井单侧抽油过程相同，下降回程时不抽油。
Claims (2)
1.新型节能液压抽油机，包括两台抽油杆12、钢丝绳15、电磁换向阀9、液压缸14及变量泵2、电机3、比例溢流阀5、负载敏感阀7、比例节流阀8等；其特征在于：系统中安装有两套抽油装置并在正常工况下进行双井工作，两台抽油杆经过钢丝绳15后在双作用双活塞杆液压缸14的两端达到相互平衡，一台井的抽油杆上升抽油时，另一台的抽油杆同步下降，其运行由电液比例液压控制系统实时控制液压输出的功率来负载要求，没有多余能量产生及损失；该抽油机也可在一井检修时单井工作，此时需从液压缸14的活塞杆上解除检修井侧的钢丝绳，同时在配重托盘16的夹层中放置配重并使其与抽油杆的重量相平衡，其运行过程与双井相同，只是单侧油井抽油工作。
2.根据权利要求1所述的液压抽油机，其特征在于：负载敏感阀7能够实时自动感受负载需求的变化，并反馈给变量柱塞4，进而控制变量泵2的斜盘使得比例节流阀8前后的压差不变，达到系统输出流量不变的情况下压力随负载变化而变化，通过控制输入比例节流阀8的电流大小而控制其阀口的开度来控制系统输出的流量，使系统输出的压力和流量刚好满足负载的需要，达到节能的目的。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN108005973A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-08 | 常熟华威履带有限公司 | 一种挖掘机负载敏感系统及其节能控制方法 |
| CN109915441A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-06-21 | 中国飞机强度研究所 | 大容积伺服油缸卸载防冲击方法及装置 |
| CN111706301A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-09-25 | 李文斌 | 一种两井一机自动换向液压抽油机及其控制系统 |
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