CN107191161B - 一种风电混合驱动节能抽油机 - Google Patents

一种风电混合驱动节能抽油机 Download PDF

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Abstract

一种风电混合驱动节能抽油机，包括集风系统、液压回路系统和抽油机，所述集风系统通过传动机构依次连接液压回路系统和抽油机。本发明将风能通过液压能传递能量，液压传递可以实现无级调速，吸收风波动等特点，并且可以省去齿轮箱，直接驱动抽油机，达到节约成本的效果；同时，本发明还通过采用集风装置收集风能，将集风装置与垂直轴风机结合，可以显著提高风能的利用，且采用垂直轴风机结构也简单。

Description

一种风电混合驱动节能抽油机
技术领域
本发明属于石油开采机械设备领域，具体涉及一种风电混合驱动节能抽油机。
背景技术
据气象资料显示，我国大型油田大多处在风力资源丰富的地区，而在这些油田中，抽油机是最主要的采油设备，但抽油机的耗电量大，如何利用风能来节约抽油机的能耗是目前研究的热点之一。而且在我国，风能资源可利用区域的油田非常多，占到了整个油田的一半以上。因此，在我国绝大多数的油田都具有适合风能开发利用的前景。然而，我国油田的抽油系统效率较低，仅有16%～23%，而在采油成本中，抽油机电费则占30%左右，年耗电量占油田总耗电量的20%～30%，位居油田电耗第二位。我国目前有八万多口抽油机井，其能耗占油田总能耗的三分之一左右，因此，解决油田节能问题具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电混合驱动节能抽油机，这种风能与电能混合驱动式抽油机可以根据环境风速自动切换驱动方式，在风力足够时采用风力驱动，在风力不足时采用电力驱动，既可保证抽油机连续运转，又可节约电能。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种风电混合驱动节能抽油机，包括集风系统、液压回路系统和抽油机，所述集风系统通过传动机构依次连接液压回路系统和抽油机。
所述节能抽油机还包括竖直设置的筒形塔架，所述传动机构包括垂直传动轴和水平传动轴，所述垂直传动轴通过下端设置的推力球轴承与塔架的底部连接，垂直传动轴的上端伸出塔架与集风系统连接；所述垂直传动轴上通过传动锥齿轮组与水平传动轴相连，所述垂直传动锥齿轮组包括套设在垂直传动轴上的主动轮和与主动轮配合的从动轮，从动轮套设在水平传动轴上，水平传动轴穿过塔架通过联轴器与液压回路系统连接。
所述集风系统包括与垂直传动轴平行且绕垂直传动轴等距分布的风扇叶片，风扇叶片的周围均匀布置集风叶片，各风扇叶片通过风扇连接杆与垂直传动轴固定连接，且各风扇叶片与风扇连接杆所在的圆相外切，同时各风扇叶片的走向一致；各集风叶片的上、下端均设置集风翼固定圈，且下端设置的集风翼固定圈上设置斜支架，各集风叶片通过斜支架与塔架固定连接。
相邻的集风叶片间设置集风翼加强杆，相邻的风扇叶片间设置风扇加强杆。
所述风扇叶片和集风叶片的横截面均呈倒披针形，各集风叶片的针形一侧朝向垂直传动轴，且各集风叶片的针形一侧与各风扇叶片针形一侧相对设置。
集风叶片与风扇叶片的数目均为3。
所述液压回路系统包括变量泵、变量马达、补油泵油箱和电动补油泵，变量泵的动力输入端与输入联轴器连接，变量泵的油路输出端通过油管上依次设置的单向阀III、溢流阀II和电磁阀与变量马达连接，变量马达通过输出联轴器与抽油机连接；变量泵的油路输入端通过溢流阀I与变量马达连接；电动补油泵的油路输入端通过滤油器与补油泵油箱连接，电动补油泵的油路输出端通过单向阀I与溢流阀I与变量马达之间的油管连通。
所述液压回路系统还包括定量泵、定量泵电动机、蓄能器和三相交流电，定量泵通过定量泵电动机与三相交流电连接，定量泵的油路输出端通过单向阀II与蓄能器油管连接，蓄能器接入溢流阀II与电磁阀之间的油管；定量泵的油路输入端连接冷却器，冷却器接入溢流阀I与变量马达之间的油管。
所述抽油机为油梁式抽油机。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：
1）本发明将风能通过液压能传递能量，液压传递可以实现无级调速，吸收风波动等特点；并且可以省去齿轮箱，直接驱动抽油机，达到节约成本的效果；
2）同时，本发明还通过采用集风装置收集风能，将集风装置与垂直轴风机结合，可以显著提高风能的利用，且采用垂直轴风机结构简单。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明中集风系统的结构示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是本发明中垂直传动轴与塔架之间的结构示意图；
图5是本发明中液压混合动力系统结构图；
图6是本发明中液压混合动力系统结构框图。
图中，集风叶片1、风扇叶片2、集风翼加强杆3、风扇连接杆4、塔架5、三相交流电6、液压回路系统7、抽油机8、变量泵9、溢流阀I 10、电动补油泵11、单向阀I 12、滤油器13、 补油泵油箱14、冷却器15、变量马达16、电磁阀 17、定量泵18、蓄能器19、单向阀II 20、溢流阀II 21、单向阀III 22、定量泵电动机23、联轴器24、集风翼固定圈25、传动轴26、传动锥齿轮27、推力球轴承28、输出联轴器29、水平传动轴30、风扇加强杆31、斜支架32。
具体实施方式
下面以具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1-图4所示的一种风电混合驱动节能抽油机，包括集风系统、液压回路系统7和抽油机8，所述集风系统通过传动机构依次连接液压回路系统7和抽油机8，所述抽油机8为油梁式抽油机。
所述节能抽油机8还包括竖直设置的筒形塔架5，所述传动机构包括垂直传动轴26和水平传动轴30，所述垂直传动轴26通过下端设置的推力球轴承28与塔架5的底部连接，垂直传动轴26的上端伸出塔架5与集风系统连接；所述垂直传动轴26上通过传动锥齿轮组27与水平传动轴30相连，所述垂直传动锥齿轮组27包括套设在垂直传动轴26上的主动轮和与主动轮配合的从动轮，从动轮套设在水平传动轴30上，水平传动轴30穿过塔架5通过联轴器24与液压回路系统7连接。
所述集风系统包括与垂直传动轴26平行且绕垂直传动轴26等距分布的风扇叶片2，风扇叶片2的周围均匀布置集风叶片1，各风扇叶片2通过风扇连接杆4与垂直传动轴26固定连接，且各风扇叶片2与风扇连接杆4所在的圆相外切，同时各风扇叶片2的走向一致；各集风叶片1的上、下端均设置集风翼固定圈25，且下端设置的集风翼固定圈25上设置斜支架33，各集风叶片1通过斜支架33与塔架5固定连接。
相邻的集风叶片1间设置集风翼加强杆3，相邻的风扇叶片2间设置风扇加强杆32。
所述风扇叶片2和集风叶片1的横截面均呈倒披针形，各集风叶片1的针形一侧朝向垂直传动轴26，且各集风叶片1的针形一侧与各风扇叶片2针形一侧相对设置。
集风叶片1与风扇叶片2的数目均为3。
所述液压回路系统7包括变量泵9、变量马达16、补油泵油箱14和电动补油泵11，变量泵9的动力输入端与输入联轴器连接，变量泵9的油路输出端通过油管上依次设置的单向阀III 22、溢流阀II 21和电磁阀与变量马达16连接，变量马达16通过输出联轴器29与抽油机8连接；变量泵9的油路输入端通过溢流阀I 10与变量马达16连接；电动补油泵11的油路输入端通过滤油器13与补油泵油箱14连接，电动补油泵11的油路输出端通过单向阀I 12与溢流阀I 10与变量马达16之间的油管连通。
所述液压回路系统7还包括定量泵18、定量泵电动机23、蓄能器19和三相交流电6，定量泵18通过定量泵电动机23与三相交流电6连接，定量泵18的油路输出端通过单向阀II20与蓄能器19油管连接，蓄能器19接入溢流阀II 21与电磁阀17之间的油管；定量泵18的油路输入端连接冷却器15，冷却器15接入溢流阀I 10与变量马达16之间的油管。
其工作过程为：
1）当风速在额定风速以上时，可以独立驱动抽油机6。此时，风轮1正常工作，图2中风轮1带动与主轴相连的变量泵9，通过单向阀和变量马达16相连，通过调整变量泵9的排量来实现风机恒功率输出，通过调整变量马达16的排量来实现与抽油机8的功率匹配，通过管路中蓄能器吸收多余的能量；
2）当风速在启动风速和额定风速之间时，风机与电机联合供能，图5定量泵电动机23带动与之相连的定量泵18通过单向阀II与变量马达16相连，同时风扇叶片2带动与水平传动轴相连的变量泵9，通过单向阀III和变量马达16相连。风能与电能通过液压回路耦合驱动同一个变量马达16输出转矩；
3）当风速很小时，风机停机。由定量泵电动机23带动定量泵18独立驱动；
4）液压回路为闭式回路，因此在系统缺油时通过补油泵油箱14供油；
5）集风装置工作过程，如图2所示，由3个集风叶片（曲面集风翼板）构成，并固定在塔架5上，通过浓缩风能，将风能能流密度加大，从而提高风能的品质。垂直轴风机采用H型风轮，叶片与风机主轴为刚性结构连接。风机主轴通过传动锥齿轮组27实现动力的传递；
因此，本发明装置中，采用垂直轴风轮+集风装置可收集更多的风能。其中，由风扇叶片2、垂直传动轴和连接风扇叶片2与垂直传动轴26的支架构成的垂直轴风轮可以接受来自四面八方的风能且不需要调向，由集风叶片1、集风翼固定圈和塔架5等构成的集风装置可以将风能浓缩形成高品质风资源，将集风装置与垂直轴风轮结合，可显著增加对风能的捕获和能量的利用；之后垂直轴风轮的输出端与变量泵9相连，再将收集的风能转化成液压能，这样通过变量泵9-变量马达16系统传递能量，通过变量马达16直接驱动油梁式抽油机实现采油；
其次，变量泵9-变量马达16传递能量系统可以实现无级调速，可以吸收风速波动，减小震动、噪声，具有高可靠性和高效率，实现节能。通过采用蓄能器和节流阀联合工作，可以有效吸收变量泵9的脉动，减少管路震动的频率和振幅。同时，通过电动机驱动变量泵9，将电机-变量泵9回路并入风机-变量泵9-变量马达16系统回路当中。实现风机-电机液压混合驱动模式，通过调整电机-变量泵9排量，可以实现电机恒速转动的同时实现变排量控制。当风能足够独立驱动抽油机时，电机不工作。抽油机所需能量由风机提供。当风机不能独立驱动抽油机工作时，电机启动并和风机同时驱动抽油机，此时可以通过调整变量马达16的排量来实现系统流量和压力与负载的匹配达到混合驱动的目的。当风速达不到风机的启动风速时，电机独立驱动抽油机工作；
当抽油机8启动时需要带载启动，启动转矩大，此时通过电机和蓄能器19联合驱动实现抽油机8的启动，因此与传统电机驱动抽油机相比，可实现降低电机的等级，节约成本。而且，可将传动系统抽油机齿轮箱省略，通过采用低速大扭矩变量泵9，可以直接驱动抽油机8工作。

Claims (8)

1.一种风电混合驱动节能抽油机，其特征在于，包括集风系统、液压回路系统和抽油机，所述集风系统通过传动机构依次连接液压回路系统和抽油机；所述节能抽油机还包括竖直设置的筒形塔架，所述传动机构包括垂直传动轴和水平传动轴，所述垂直传动轴通过下端设置的推力球轴承与塔架的底部连接，垂直传动轴的上端伸出塔架与集风系统连接；所述垂直传动轴上通过传动锥齿轮组与水平传动轴相连，所述传动锥齿轮组包括套设在垂直传动轴上的主动轮和与主动轮配合的从动轮，从动轮套设在水平传动轴上，水平传动轴穿过塔架通过联轴器与液压回路系统连接。
2.如权利要求1所述的风电混合驱动节能抽油机，其特征在于，所述集风系统包括与垂直传动轴平行且绕垂直传动轴等距分布的风扇叶片，风扇叶片的周围均匀布置集风叶片，各风扇叶片通过风扇连接杆与垂直传动轴固定连接，且各风扇叶片与风扇连接杆所在的圆相外切，同时各风扇叶片的走向一致；各集风叶片的上、下端均设置集风翼固定圈，且下端设置的集风翼固定圈上设置斜支架，各集风叶片通过斜支架与塔架固定连接。
3.如权利要求2所述的风电混合驱动节能抽油机，其特征在于，相邻的集风叶片间设置集风翼加强杆，相邻的风扇叶片间设置风扇加强杆。
4.如权利要求2所述的风电混合驱动节能抽油机，其特征在于，所述风扇叶片和集风叶片的横截面均呈倒披针形，各集风叶片的针形一侧朝向垂直传动轴，且各集风叶片的针形一侧与各风扇叶片针形一侧相对设置。
5.如权利要求2所述的风电混合驱动节能抽油机，其特征在于，集风叶片与风扇叶片的数目均为3。
6.如权利要求1所述的风电混合驱动节能抽油机，其特征在于，所述液压回路系统包括变量泵、变量马达、补油泵油箱和电动补油泵，变量泵的动力输入端与输入联轴器连接，变量泵的油路输出端通过油管上依次设置的单向阀III、溢流阀II和电磁阀与变量马达连接，变量马达通过输出联轴器与抽油机连接；变量泵的油路输入端通过溢流阀I与变量马达连接；电动补油泵的油路输入端通过滤油器与补油泵油箱连接，电动补油泵的油路输出端通过单向阀I与溢流阀I与变量马达之间的油管连通。
7.如权利要求4所述的风电混合驱动节能抽油机，其特征在于，所述液压回路系统还包括定量泵、定量泵电动机、蓄能器和三相交流电，定量泵通过定量泵电动机与三相交流电连接，定量泵的油路输出端通过单向阀II与蓄能器油管连接，蓄能器接入溢流阀II与电磁阀之间的油管；定量泵的油路输入端连接冷却器，冷却器接入溢流阀I与变量马达之间的油管。
8.如权利要求1-7任一所述的风电混合驱动节能抽油机，其特征在于，所述抽油机为游梁式抽油机。
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