CN116398410B - 一种平衡方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气采集技术领域，具体地，涉及一种平衡方法及装置。平衡方法用于抽油机调平衡，计算抽油机的平衡度，若平衡度在低能耗区间，则仅对抽油机的曲柄的平衡进行调节；若平衡度在高能耗区间，则同时对曲柄和游梁的平衡进行调节，其中，通过曲柄平衡机构对抽油机的曲柄的平衡进行调节，曲柄平衡机构包括设置在曲柄上的曲柄平衡块和用于控制曲柄平衡块移动的第一电缸，在曲柄的转动轴向处同轴设置有导电滑环，第一电缸通过导电滑环与电源连接。本发明能够降低抽油机的能耗。

Description

一种平衡方法及装置

技术领域

本发明属于油气采集技术领域，具体地，涉及一种平衡方法以及一种平衡装置。

背景技术

游梁式抽油机的工作原理是：由动力机供给动力，经减速箱将动力机的高速转动变为抽油机曲柄的低速转动，并由曲柄—连杆—游梁机构将旋转运动变为抽油机驴头的上、下往复运动，经悬绳器总成带动深井泵工作。

游梁式抽油机普遍存在平衡效果差的问题，传统的游梁式抽油机采用人工调整的方式：通过计算平衡率是否位于85%-105%，若否，人站在减速箱上，卸掉平衡快定位锁块螺栓，取下锁块，找下手套用大锤，由高到低依次卸松平衡块备帽和固定螺丝。用撬杠或专用摇把慢慢将平衡块移动到预定位置，放入定位锁块，并上紧锁块螺栓，砸紧平衡块固定螺丝，由高到低一次砸紧螺栓和备帽，涂油防腐，另一块也是如此。综上所述，传统的游梁式抽油机采用人工调平衡方式，工人劳动强度大、调整效率低，且平衡度达标率仅60％左右；造成抽油机不平衡运行、电机倒发电、耗能高、大幅影响传动系统寿命。

目前，存在一些智能抽油机，比如Lufkin 及 Theta 公司采用一个能够计算抽油机平衡度的软件Cblance，能够以不同型号的抽油机，预测和诊断出一个最大 mcm 值，根据其调整平衡块，进而调整抽油机的平衡度。

BAKER、APS、DELTA-X 等公司，能够实时测量数据，实时调节抽油机平衡度。

Theta公司研发的智能化管理系统xspoc和xbal软件的结合，迅速的对抽油机的扭矩进行分析。

上述智能抽油机基本能够实现冲次的智能调控，但自动调平衡、自动调冲速等功能还有待开发。且针对不同的井况和采油需求，在调平衡的过程中需要停机，操作麻烦且易造成枯井或卡井，无法实现实时监测、诊断油井运行工况。

目前，游梁式抽油机基于调整平衡度研究存在人工调平衡困难、平衡度达标率低、智能化控制水平低等问题。现阶段，电流平衡法常用于判断抽油机是否平衡。实际上，电流法抽油机平衡测试方法在理论和实际操作上有着很大的缺陷，准确度较差，存在虚假平衡的问题。利用这种方法对抽油机平衡度进行改善，效果较差，并且出现抽油机能耗增大的情况。相关的“功率平衡法”和“电流平衡法”不能很好地解决有关抽油机节能的问题。

因此，针对油田开发形式及节能降耗需要，亟需研发一种能够实现游梁式抽油机智能调平衡的装置及平衡方法，以达到提高抽油机运行效率，节能降耗的目的。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种平衡方法，其能够降低抽油机的能耗。

本发明还提出了一种平衡装置，该装置能够适用于本发明提出的平衡方法，降低抽油机的能耗。

根据本发明，提供了一种平衡方法，用于抽油机调平衡，计算抽油机的平衡度，若平衡度在低能耗区间，则仅对抽油机的曲柄的平衡进行调节；若平衡度在高能耗区间，则同时对曲柄和游梁的平衡进行调节，

其中，通过曲柄平衡机构对抽油机的曲柄的平衡进行调节，所述曲柄平衡机构包括设置在曲柄上的曲柄平衡块和用于控制所述曲柄平衡块移动的第一电缸，在所述曲柄的转动轴向处同轴设置有导电滑环，所述第一电缸通过所述导电滑环与电源连接，

所述导电滑环包括从内到外相互同轴转动式套设的内圈、中圈和外圈，所述中圈与所述曲柄固定连接，所述中圈包括相互绝缘的第一半圈和第二半圈，在所述第一半圈上固定设置有用于与所述外圈滑动连接的电刷，在所述第二半圈上固定设置有用于与所述内圈滑动连接的电刷，所述第一半圈和所述第二半圈分别连接所述第一电缸的正负极，所述内圈和所述外圈分别与所述电源的正负极连接。

在一个优选的实施例中，将平衡度在90%～110%时，定义为低能耗区间；将平衡度小于90%或者大于110%时，定义为高能耗区间。

在一个优选的实施例中，当平衡度小于90%时，曲柄平衡块与游梁平衡块同时向远离轴心的位置移动，并且游梁尾部平衡机构向上转动，直至平衡度达到90%；当平衡度位于90%～100%范围内时，仅曲柄平衡块向远离轴心的方向移动；当平衡度位于100%～110%范围内时，仅曲柄平衡块向靠近轴心的方向移动；当平衡度大于110%时，曲柄平衡块与游梁平衡块同时向接近轴心的位置移动，游梁尾部平衡机构向下转动，直至平衡度达到110%。

根据本发明，还提供了一种平衡装置，包括：

设置在所述抽油机的曲柄上的曲柄平衡机构，所述曲柄平衡机构包括沿曲柄的长度方向移动式设置的曲柄平衡块；

设置在所述抽油机的游梁上的游梁平衡机构，所述游梁平衡机构包括沿游梁的长度方向移动式设置的游梁平衡块，以及通过铰接的方式设置在所述游梁上的尾部平衡机构。

在一个优选的实施例中，所述曲柄平衡机构包括设置在所述曲柄上的第一电缸，所述第一电缸的伸缩端与所述曲柄平衡块连接。

在一个优选的实施例中，所述曲柄平衡机构还包括导电滑环，所述导电滑环与所述曲柄的转动轴线同轴设置，所述导电滑环将所述第一电缸与电源连接。

在一个优选的实施例中，所述曲柄通过转轴与减速箱连接，所述导电滑环包括同轴转动式套设在所述转轴上的内环和外环，所述内环与所述曲柄固定连接，所述外环与所述减速箱固定连接，在所述内环与所述外环之间设置有电刷。

在一个优选的实施例中，所述游梁平衡机构包括设置在所述游梁上的第二电缸，所述第二电缸的伸缩端与所述游梁平衡块连接。

在一个优选的实施例中，所述尾部平衡机构包括固定设置在所述游梁尾部的固定连接件以及通过铰接的方式与所述固定连接件连接的摆动连接件，在所述摆动连接件的尾部设置有尾部平衡块。

在一个优选的实施例中，在所述固定连接件上固定设置有大齿轮，所述固定连接件和所述摆动连接件的铰接中心与所述大齿轮的中心轴线重合，在所述摆动连接件上固定设置有电机，所述电机通过尾部减速器与所述大齿轮连接。

与现有技术相比，本申请至少具备如下优点。

本发明提供一种平衡方法，在不同的情况通过游梁平衡机构以及曲柄平衡机构分别对游梁和曲柄的平衡进行调节，达到节省能耗的目的。

此外，本发明还提供一种平衡机构，能够对游梁和曲柄的平衡分别进行调整，配合本发明提供的平衡方法，达到节省能耗的目的。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的平衡装置的一种实施例的示意图；

图2显示了根据本发明的平衡装置的曲柄平衡机构的一种实施例的示意图；

图3显示了根据本发明的平衡装置的游梁平衡机构的一种实施例的示意图；

图4显示了根据本发明的导电滑环的一种实施例的示意图。

图中：1、曲柄平衡机构；11、曲柄平衡块；12、第一电缸；121、第一伸缩杆；13、导电滑环；131、内圈；132、中圈；133、外圈；134、第一半圈；135、第二半圈；136、绝缘块；137、第一绝缘球；138、第二绝缘球；14、导轨；15、固定块；16、法兰板；17、减速箱；18、第一转轴；

2、游梁平衡机构；21、游梁平衡块；22、第二电缸；221、第二伸缩杆；

3、尾部平衡机构；31、固定连接件；32、摆动连接件；34、尾部减速器；35、大齿轮；36、尾部电机；

4、曲柄；

5、游梁；

100、平衡装置。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

需要说明的是，本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等均是针对所参照的附图而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

抽油机包括减速箱17、曲柄4、游梁5等，抽油机的结构为现有技术，不是本发明的技术要点，在此不再赘述。

图1显示了根据本发明的平衡装置100的结构。如图1所示，平衡装置100包括设置在曲柄4上的曲柄平衡机构1、设置在游梁5上的游梁平衡机构2以及尾部平衡机构3。

在使用平衡装置100时，首先计算抽油机的平衡度，若平衡度在低能耗区间，则仅通过曲柄平衡机构1对抽油机的曲柄4的平衡进行调节；若平衡度在高能耗区间，则通过曲柄平衡机构1、游梁平衡机构2以及尾部平衡机构3同时对曲柄4和游梁5的平衡进行调节，平衡方法详见下文。

图2显示了根据本发明的平衡装置100的曲柄平衡机构1的结构。如图2所示，曲柄平衡机构1设置在抽油机的曲柄4上，包括曲柄平衡块11和第一电缸12。

其中，曲柄平衡块11移动式设置在曲柄4上，曲柄平衡块11的移动方向与曲柄4的长度方向平行。在这种设置下，当需要调节抽油机的平衡时，可以将曲柄平衡块11移动至曲柄4的任意位置，从而更加精准、高效地完成抽油机的平衡调节。

在本实施例中，沿曲柄4的长度方向设置有导轨14，在曲柄平衡块11上设置有用于与导轨14配合的导向块（图中未示出），从而使曲柄平衡块11能够沿着曲柄4的长度方向移动。

第一电缸12固定设置在曲柄4上，第一电缸12的伸缩方向与曲柄平衡块11的移动方向相同，并且第一电缸12的第一伸缩杆121与曲柄平衡块11固定连接。在这种设置下，通过第一电缸12的伸缩长度，就能够对曲柄平衡块11的位置进行调节。

在本实施例中，第一电缸12的第一伸缩杆121端部设置有外螺纹，在曲柄平衡块11上设置有与第一伸缩杆121的外螺纹适配的内螺纹，如图1所示，第一伸缩杆121的外螺纹旋入曲柄平衡块11的内螺纹内，从而使第一伸缩杆121与曲柄平衡块11通过螺纹连接的方式相互固定。

进一步地，在第一电缸12的第一伸缩杆121上设置有法兰板16，法兰板16与第一伸缩杆121的中心轴线垂直。第一电缸12的第一伸缩杆121的外螺纹安装进入曲柄平衡块11的内螺纹之后，法兰板16与曲柄平衡块11接触，法兰板16通过铆钉与曲柄平衡块11连接，从而进一步加强第一伸缩杆121与曲柄平衡块11的连接。

根据本发明，如图1所示，在抽油机的减速箱17的前后两侧分别设置有一个曲柄4，两个曲柄4在减速箱17的作用下同步转动，从而使减速箱17的前后两侧受力平衡。

两个曲柄平衡机构1分别设置在两个曲柄4上。以图1中减速箱17前侧的曲柄4为例，沿曲柄4的长度方向并垂直于曲柄4的转动轴线的两侧分别设置有曲柄平衡机构1和固定块15。

其中，固定块15的形状与曲柄平衡机构1的曲柄平衡块11的形状类似，区别在于，固定块15通过固定连接的方式与曲柄4连接，优选地，固定块15可以通过铆接的方式与曲柄4固定连接。而曲柄平衡块11移动式设置在曲柄4上。通过这种方式，在调节平衡时，仅需要对该曲柄4一侧的曲柄平衡块11进行位置调整，其目的是为了减少平衡调整机构的数量，降低生产成本，增加整体实用性。

在一个优选的实施例中，两个曲柄平衡机构1分别设置在两个曲柄4的异侧。如图1所示，在位于减速箱17前侧的曲柄4的上侧设置有曲柄平衡机构1，相应地，在位于减速箱17后侧的曲柄4的下侧设置有曲柄平衡机构1。在这种设置下，两个曲柄平衡机构1位置动态平衡，有利于抽油机的稳定运行。

在根据本发明的一个具体的实施例中，为了给第一电缸12供电，曲柄平衡机构1还包括导电滑环13，导电滑环13设置在曲柄的第一转轴18处，通过导电滑环13将第一电缸12与电源（图中未示出）连接。

如图4所示，导电滑环13包括从内到外相互同轴转动式套设的内圈131、中圈132和外圈133，中圈132与曲柄固定连接，中圈132包括相互绝缘的第一半圈134和第二半圈135，在第一半圈134上固定设置有用于与外圈133滑动连接的电刷（图中未示出），在第二半圈135上固定设置有用于与内圈131滑动连接的电刷（图中未示出），第一半圈134和第二半圈135分别连接第一电缸12的正负极，内圈131和外圈133分别与电源的正负极连接。

中圈132与曲柄4相对固定连接，外圈133和内圈131与减速箱17相对固定连接，当曲柄4相对于减速箱17转动时，中圈132跟随曲柄4相对于外圈133和内圈131转动，解决向第一电缸12供电的问题。

具体地，在第一半圈134和第二半圈135之间设置有绝缘块136，绝缘块136一方面将第一半圈134和第二半圈135固定连接，另一方面将第一半圈134和第二半圈135绝缘。

在内圈131和中圈132之间设置有多个设置有多个第一绝缘球137，一方面，第一绝缘球137能够将内圈131和中圈132绝缘，另一方面，当内圈131与中圈132相对转动时，第一绝缘球137能够将内圈131和中圈132之间的滑动摩擦转为转动摩擦，从而减小摩擦力。

在外圈133和中圈132之间设置有多个设置有多个第二绝缘球138，一方面，第二绝缘球138能够将外圈133和中圈132绝缘，另一方面，当外圈133与中圈132相对转动时，第二绝缘球138能够将外圈133和中圈132之间的滑动摩擦转为转动摩擦，从而减小摩擦力。

在一个具体的实施例中，第一绝缘球137和第二绝缘球138可以用碳化硅材料。内圈131、中圈132和外圈133的材料可以使用铜镍合金。

根据本发明，平衡装置100还包括设置在抽油机的游梁5上的游梁平衡机构2，如图3所示，游梁平衡机构2包括游梁平衡块21和第二电缸22。

其中，游梁平衡块21移动式设置在游梁5上，游梁平衡块21的移动方向与游梁的长度方向平行。第二电缸22固定设置在游梁5上，第二电缸22的伸缩方向与游梁平衡块21的移动方向相同，第二电缸22的第二伸缩杆221与游梁平衡块21固定连接。

具体地，如图2所示，游梁平衡块21设置为套状，游梁平衡块21滑动式套设在游梁5上。

游梁平衡机构2还包括尾部平衡机构3，尾部平衡机构3通过铰接的方式与游梁5的尾部连接，尾部平衡机构3通过改变其自身与游梁5的夹角，对游梁5的平衡进行调节。

尾部平衡机构3包括固定设置在游梁5尾部的固定连接件31以及通过铰接的方式与固定连接件连接的摆动连接件32，在摆动连接件32的尾部设置有尾部平衡块（图中未示出）。

在固定连接件31上固定设置有大齿轮35，固定连接件31和摆动连接件32的铰接中心与大齿轮35的中心轴线重合，在摆动连接件32上固定设置有尾部电机36，在摆动连接件32上还设置有尾部减速器34，尾部电机36通过尾部减速器34与大齿轮35连接。

尾部电机36启动之后，改变摆动连接件32与固定连接件31的夹角，达到调节游梁5平衡的目的。

根据本发明，提供了一种平衡方法，使用本发明提供的平衡装置100对抽油机的平衡进行调节，具体如下。

计算抽油机的平衡度，若平衡度在低能耗区间，则仅对抽油机的曲柄的平衡进行调节；若平衡度在高能耗区间，则同时对曲柄和游梁的平衡进行调节。

在一个优选的实施例中，将平衡度在90%～110%时，定义为低能耗区间；将平衡度小于90%或者大于110%时，定义为高能耗区间。

具体地，当平衡度小于90%时，曲柄平衡块与游梁平衡块同时向远离轴心的位置移动，并且游梁尾部平衡机构向上转动，直至平衡度达到90%；当平衡度位于90%～100%范围内时，仅曲柄平衡块向远离轴心的方向移动；当平衡度位于100%～110%范围内时，仅曲柄平衡块向靠近轴心的方向移动；当平衡度大于110%时，曲柄平衡块与游梁平衡块同时向接近轴心的位置移动，游梁尾部平衡机构向下转动，直至平衡度达到100%。

容易理解，平衡度的计算方法为现有技术，不是本发明的技术要点，比如可以采用现有技术中的“功率平衡法”和“电流平衡法”等。

表1本发明的平衡方法的效果对比

现有的抽油机在没有使用本发明提供的平衡方法之前，平衡度的调节精度仅能达到76%左右，并且抽油机的耗电量达到89kW·h。

使用本发明提供的平衡方法之后，平衡度的调节精度能够达到98%，并且抽油机的耗电量仅为68 kW·h。

因此，本发明的平衡方法与传统方法相比，平衡度的调节精度由76%提升至98%，日耗电量由89kW·h下降至68kW·h，节电23.6%。

本发明平衡方法以及平衡装置的应用，使抽油机始终运行在最佳平衡状态，延长了油井免修期，同时抽油机平衡区间得到了细分优化，平衡度的调节精度几乎接近100%，节电可达23.6%，起到了节能降耗的作用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平衡方法，用于抽油机调平衡，其特征在于，计算抽油机的平衡度，若平衡度在低能耗区间，则仅对抽油机的曲柄的平衡进行调节；若平衡度在高能耗区间，则同时对曲柄和游梁的平衡进行调节，将平衡度在90%～110%时，定义为低能耗区间；将平衡度小于90%或者大于110%时，定义为高能耗区间，

其中，通过曲柄平衡机构（1）对抽油机的曲柄的平衡进行调节，所述曲柄平衡机构（1）包括设置在曲柄上的曲柄平衡块（11）和用于控制所述曲柄平衡块（11）移动的第一电缸（12），在所述曲柄的转动轴向处同轴设置有导电滑环（13），所述第一电缸（12）通过所述导电滑环（13）与电源连接，

所述导电滑环（13）包括从内到外相互同轴转动式套设的内圈（131）、中圈（132）和外圈（133），所述中圈（132）与所述曲柄固定连接，所述中圈（132）包括相互绝缘的第一半圈（134）和第二半圈（135），在所述第一半圈（134）上固定设置有用于与所述外圈（133）滑动连接的电刷，在所述第二半圈（135）上固定设置有用于与所述内圈（131）滑动连接的电刷，所述第一半圈（134）和所述第二半圈（135）分别连接所述第一电缸（12）的正负极，所述内圈（131）和所述外圈（133）分别与所述电源的正负极连接。

2.根据权利要求1所述的平衡方法，其特征在于，当平衡度小于90%时，曲柄平衡块与游梁平衡块同时向远离轴心的位置移动，并且游梁尾部平衡机构向上转动，直至平衡度达到90%；当平衡度位于90%～100%范围内时，仅曲柄平衡块向远离轴心的方向移动；当平衡度位于100%～110%范围内时，仅曲柄平衡块向靠近轴心的方向移动；当平衡度大于110%时，曲柄平衡块与游梁平衡块同时向接近轴心的位置移动，游梁尾部平衡机构向下转动，直至平衡度达到110%。

3.一种平衡装置，用于根据权利要求1或2所述的平衡方法，其特征在于，包括：

设置在所述抽油机的曲柄上的曲柄平衡机构（1），所述曲柄平衡机构（1）包括沿曲柄的长度方向移动式设置的曲柄平衡块（11）；

设置在所述抽油机的游梁上的游梁平衡机构（2），所述游梁平衡机构（2）包括沿游梁的长度方向移动式设置的游梁平衡块（21），以及通过铰接的方式设置在所述游梁上的尾部平衡机构。

4.根据权利要求3所述的平衡装置，其特征在于，所述曲柄平衡机构（1）包括设置在所述曲柄上的第一电缸（12），所述第一电缸（12）的伸缩端与所述曲柄平衡块（11）连接。

5.根据权利要求4所述的平衡装置，其特征在于，所述曲柄平衡机构（1）还包括导电滑环（13），所述导电滑环（13）与所述曲柄的转动轴线同轴设置，所述第一电缸（12）通过所述导电滑环（13）与电源连接。

6.根据权利要求5所述的平衡装置，其特征在于，所述导电滑环（13）包括相互同轴转动式套设的内圈、中圈和外圈，所述中圈包括第一半圈和第二半圈，在所述第一半圈上固定设置有用于与所述外圈滑动连接的电刷，在所述第二半圈上固定设置有用于与所述内圈滑动连接的电刷，所述第一半圈和所述第二半圈分别与所述第一电缸的正负极连接，所述内圈和所述外圈分别与电源内的正负极连接。

7.根据权利要求6所述的平衡装置，其特征在于，在所述第一半圈和所述第二半圈之间设置有绝缘块，在所述内圈、中圈和外圈之间设置有绝缘球。

8.根据权利要求3所述的平衡装置，其特征在于，所述游梁平衡机构（2）包括设置在所述游梁上的第二电缸（22），所述第二电缸（22）的伸缩端与所述游梁平衡块（21）连接。

9.根据权利要求3所述的平衡装置，其特征在于，所述尾部平衡机构包括固定设置在所述游梁尾部的固定连接件以及通过铰接的方式与所述固定连接件连接的摆动连接件，在所述摆动连接件的尾部设置有尾部平衡块。

10.根据权利要求9所述的平衡装置，其特征在于，在所述固定连接件上固定设置有大齿轮，所述固定连接件和所述摆动连接件的铰接中心与所述大齿轮的中心轴线重合，在所述摆动连接件上固定设置有电机，所述电机通过尾部减速器与所述大齿轮连接。