CN1088293A - 长冲程均平衡抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型的有杆抽油设备。它主 要由电机(15)、制动器(16)、减速器(14)、监测齿轮 (18)、滚筒(6)、舵轮(4、5、7、8)、钢丝绳胶带(3、3′)、 控制系统(17)、井架(13)、平衡重(11)、小绞车(21)等 组成。控制系统控制电机正、反向转动，控制信号取 自与滚筒同轴的监测齿轮。滚筒上绕有正反向两根 钢丝绳胶带，其中一根通过舵轮与光杆连接，另一根 通过舵轮连接平衡重，平衡重的重量可随工况调节， 使电机在上下冲程负载均衡，平衡重由一个铁箱做 成，内部用钢渣压制块或混凝土块充填，节省大量的 铁材，箱子上装有导轮。该抽油机具有调平方便，平 衡效果好，成本低，效率高，能根据油井抽吸工况调整 冲程和冲次，以及修井作业方便等优点。

Description

本发明提供了一种新的机械采油设备。

目前，机械采油设备常用的有有杆采油设备和无杆采油设备，有杆采油设备是用得最多的一种，有杆采油设备主要有游梁式抽油机和链条抽油机。这两种抽油机都各有不足之处：游梁式抽油机平衡效果差，且扭矩大，冲程小，用钢量大;链条抽油机平衡效果虽较好，但气平衡系统和机械换向系统复杂，成本高，易出故障。

针对以上问题，本发明提出了一种新型的长冲程均平衡抽油机，旨在改善抽油机的平衡效果和提高整体效率，并节省钢材，降低成本，增大抽油机的冲程以增大排液量。

本发明的目的是这样实现的：主要组成部分有电机、减速器、制动器、滚筒、平衡重、井架、转向舵轮、小胶车、钢丝绳胶带、缓冲器和控制系统等。电机与减速器用联轴器连接，减速器与滚筒之间用联轴器连接，滚筒是双向滚筒，正向绕的钢丝绳胶带通过转向舵轮接悬绳器，反向绕的钢丝绳胶带通过转向舵轮与平衡重联接;滚筒的另一端装有与滚筒同轴的齿轮，齿轮旁边有监测传感器，控制信号取自该监测齿轮。电机、制动器、监测传感器均与控制系统电连接，受控制系统控制。平衡重是一个铁箱，内部由重量适当的若干块钢渣压制块或混凝土块充填。钢渣是炼钢中的废品，钢渣压制块比重较大，且成本低。平衡重的重量可以方便地调节。从而能保证电机在上下冲程中负载均衡，故此种抽油机称为均平衡抽油机。

图1是本发明所提出的长冲程均平衡抽油机的结构示意图。

图2是本发明所提出的长冲程均平衡抽油机的原理图。

图3是本发明所提出的长冲程均平衡抽油机的控制系统原理图。

图中，1-光杆，2-悬绳器，3-钢丝绳胶带，4-转向舵轮，5-转向舵轮，6-滚筒，7-转向舵轮，8-转向舵轮，9-导轨，10-导轮，11-平衡重，12-弹簧缓冲器，13-井架，14-减速器，15-电机，16-制动器，17-控制系统，18-监测齿轮，19-监测传感器，20-滚筒支臂，21-小绞车，22-液压千斤顶，23-平衡重安全围栏，24-控制系统电源，25-过流、断相、短路保护电路（电流监测电路），26-控制驱动电路，27-不间断电源（UPS），28-控制执行电路（KS），29-主机CPU，30-信息显示和手动控制板，31-与CPU独立的应急控制电路，32-平面铰链支座，33-前舵轮横支杆。

下面结合附图详细描述本发明的具体结构及工作过程。

该抽油机的结构及传动过程是：电机（15）轴的输出端用联轴器与减速器（14）联接，减速器（14）的输出端与滚筒（6）之间用联轴器联接，滚筒（6）上正向绕钢丝绳胶带（3），通过转向舵轮（4）（5）接悬绳器;滚筒上反向绕钢丝绳胶带（3′），通过转向舵轮（7）（8）与平衡重（11）连接，平衡重（11）沿导轨（9）作上下运动;滚筒（6）的另一端装有与滚筒同轴的监测齿轮（18），齿轮（18）旁边装有监测传感器（19）。

控制系统（17）与电机（15）、制动器（16）、监测传感器（19）电连接。控制系统（17）是以单片机为核心的微机控制系统，控制信号取自监测齿轮（18），用双向晶闸管来控制电机换向。

平衡重（11）是一个铁箱子，在箱子上装有导轮，箱子内充填重量适当的若干块钢渣压制块或混凝土块。在平衡重（11）的下面装一个弹簧缓冲器（12），以抵消平衡重到达最低点时的冲击，使得整个系统在运行过程中比较平稳，在平衡重（11）的周围设有安全围栏，以免发生危险。

平衡重的重量G取悬点最小载荷（Pmin）加上悬点最大载荷（Pmax）与悬点最小载荷（Pmin）之差的一半，即

G＝Pmin+（Pmax-Pmin）/2

由于平衡的均匀性，电机的功率取决于（Pmax-Pmin）/2和光杆平均速度。

为补偿无功功率，提高功率因素，在电机（15）上并联电容器。

该抽油机的工作过程是：开始时，平衡重（11）在最低点，光杆（1）在最高点，电机（15）正向起动，起动后电机（15）拉平衡重（11）开始上行，光杆（1）开始下行，当平衡重上行到接近最高点时，控制系统（17）指令电机（15）断电，这时平衡重（11）的重量大于光杆的下行载荷（即最小载荷Pmin），但由于系统动能（惯性）的作用，平衡重（11）仍能向上滑行一段距离，滑行一段距离后停止，光杆（1）到达下死点，结束了光杆（1）的下冲程。当平衡重（11）到达最高点停止后，电机（15）反向起动，起动后电机（15）拉光杆（1）上行，平衡重（11）下行。当光杆（1）接近上死点时，控制系统（17）指令电机（15）断电。这时平衡重的重量小于光杆上行载荷（即最大载荷Pmax），平衡重（11）滑行后在缓冲器（12）作用下平稳地停在最低点，完成光杆的上冲程。此时，电机（15）又正向起动，开始下一个冲程。在换向过程中，当系统本身平稳地停止以后，电机再反向起动。因此大大减小了机械冲击，可以延长抽油机的使用寿命。

该抽油机控制系统的功能：①当抽吸工况发生变化时，根据电机（上、下冲程）电流的变化，主机CPU可将电流差转换成平衡重的平衡的偏差，并显示在显示板上，如规定这个偏差大于5%时（或者说平衡效果低于95%时），控制系统将自动将平衡重停在最低点，并发出调平信息，显示平衡重需要增或减的重量;②当电机发生过流、断相、短路等故障时，控制系统将指令电机停止，并显示故障原因;③当电源突然断电时，不间断电源支持主机不致丢失检测数据。电力液压制动器自动上闸;④当发生突然断杆（指抽油杆），监测传感器将立即发出信息，CPU将立即指令制动器制动。一般这种故障发生在光杆的上冲程的开始;⑤当某一个冲程不到位电机停止，CPU将会使下一个冲程自动补回冲程损失，同时，光杆到达极限位置时，CPU出现误操作，应急控制电路（31）会立即驱动制动器制动，并指令电机断电;⑥控制系统可以在手动控制板上设置换向时的停留时间，因此，可以在平衡重在最低点时设置适当的停留时间，以实现根据不同的抽吸工况，选择不同的冲次。同时控制系统也可以确定不同的冲程。

该抽油机的修井作业方法：①当测示功图时，先在手动控制板上令平衡重停在最高点，卡住光杆。装上滚筒支臂，用液压千斤顶顶起支臂，使平衡重再上升一段高度，悬绳器（2）处于松开状态，加上压力传感器，缓慢地放下支臂，撤走千斤顶，以测出示功图;②修井时，仍是先将平衡重停在最高点，卡住光杆，再用千斤顶顶起支臂，从悬绳器处摘下钢丝绳胶带，作业人员沿井架扶梯爬上去。先用细钢丝绳将前舵轮（4）挂在小绞车轴勾上，再松开舵轮（5）轴上的螺母，摘下前舵轮横支杆右边的挂勾，用小绞车拉回前舵轮后，棘爪卡住棘轮。修井后，将前舵轮放回，挂上横支杆挂勾，旋紧螺母即可。

本发明的特点：①由于平衡重（11）是由钢渣压制块或混凝土块充填而成，故可方便地调节其重量，使电机在上下冲程中负载均衡;②由于系统平衡效果好，使减速器扭矩大大减小，电机功率也大大减小，降低了成本，提高了效率;③井架和整机结构合理，平衡重用钢渣压制块或混凝土块来充填，整机重量减轻，节约了大量铁材。例如，12型的游梁抽油机，整机钢铁总重量为30余吨;12型的链条抽油机，整机钢铁总重量为14吨，而依据本发明所提出的同型号长冲程均平衡抽油机，整机总重量为15吨，其中钢铁总重量只有7吨。如果平衡重铁箱内用铁块充填，则铁箱的体积可以缩小一半，但每台抽油机的成本增加1.2-1.5万元;④采用电机换向，可选用能够适应频繁启动且启动性能好的YXQR新系列电机，克服了机械换向的机构复杂、冲击大、成本高之不足，且较大地提高了换向效率;⑤采用微机控制系统，控制信号取自与滚筒同轴的齿轮，控制精度高，而且安全可靠;⑥电机、减速器、滚筒、控制系统等安装在井架下面，便于安装和维修;⑦钢丝绳胶带用做传动带，耐疲劳性能好，使用寿命长，可靠性高;⑧控制系统可以根据不同的抽吸工况选择不同的冲程和冲次;⑨成本低于同型号的游梁抽油机和链条抽油机;⑩修井作业方便。

Claims (10)

1、一种抽油机，由电机、减速器、制动器、双向滚筒、监测齿轮、控制系统、平衡重、井架、导轨、转向舵轮、小绞车、滚筒支臂、千斤顶等组成，其特征在于，电机(15)与减速器(14)之间用联轴器联接；减速器(14)与滚筒(6)之间用联轴器连接；滚筒(6)上正向绕有钢丝绳胶带，通过转向舵轮(4、5)连接光杆(1)，滚筒上反向绕有钢丝绳胶带，通过转向舵轮(7、8)连接平衡重(11)；监测齿轮(18)与滚筒(6)同轴、齿轮旁边装有监测传感器；电机(15)、制动器(16)、监测传感器(19)都与控制系统(17)电连接；小绞车(21)、滚筒支臂(20)和液压千斤顶用于修井作业。

2、根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于控制系统（17）是以单片机为核心，加专用软件固化而成的微机控制系统，包括：控制系统电源（24），过流、断相、短路保护电路（25），控制驱动电路（26），不间断电源（27），控制执行电路（28），主机CPU（29），信息显示和手动控制板（30），与CPU独立的应急控制电路（31）。

3、根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于所说的平衡重（11）是一个铁箱，箱内用重量适当的若干块钢渣压制块或混凝土块充填，钢渣是炼钢中的废品，废物利用，节省铁材，降低成本，箱子的外面装有导轮。

4、根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于井架（13）旁边装有导轨（9），供平衡重（11）上下滑动，同时修井时又是平衡重的主要支承杆;导轨（9）下面的外侧有一个弹簧缓冲器（12），平衡重在井架（13）外面，使调节重量方便。

5、根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于制动器（16）是电力液压制动器，由控制系统（17）控制，在突然失载或需要的情况下，制动速度快，且稳定可靠。

6、根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于电机（15）采用YXQR新型电机，这种电机具有鼠笼电机结构上的优点，又具有绕线电机的高起动转矩、低起动电流的优点，电机上并联电容器，以补偿无功功率，提高功率因素。

7、根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于小绞车（21）轴上有棘轮和棘爪，前舵轮横支杆（33）的右端是一个挂钩，与舵轮（5）的轴用螺母固定在一起;前舵轮斜支杆下面与平面铰链支座（32）连接，因此，修井时前舵轮让位得以方便的实施。

8、根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于滚筒支臂（20）与滚筒（6）用螺栓连接，滚筒支臂（20）与千斤顶（22）在修井之后可以卸下拿走。

9、根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于井架（13）是一种塔架，其稳定性好，滚筒（6）、减速器（4）、电机（15）和控制系统（17）置于井架下面，以便安装和维修。

10、根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于传动带为钢丝绳胶带，这种胶带是高强度橡胶与多根较细的钢丝绳加工而成，其耐疲劳（弯曲疲劳、磨损疲劳和腐蚀疲劳）性能大大改善，因此使用寿命长。

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