CN116607921B - 一种直驱塔架式抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田采油工程技术领域，尤其涉及一种直驱塔架式抽油机，包括支撑机构、传动机构、配重机构以及中控模块。本发明通过在中控模块内设置标准驱动拉力差，并对实时驱动拉力和实时配重拉力进行判定，以确定是否对抽油机的运行状态进行调整，从而稳定抽油机持续采用天平平衡方式作业；通过中控模块自动控制配重块移入或移出配重箱进行平衡调节，操作简便直接且节省人力，通过设置连接有液压推杆的配重导轨，实时调整配重导轨的倾斜角度，避免了由于传动机构两侧拉力差造成的不平衡，导致磁阻电机输出扭矩变动范围大的问题，从而保障传动机构运转平稳，节省磁阻电机的能耗。

Description

一种直驱塔架式抽油机

技术领域

本发明涉及油田抽油设备技术领域，尤其涉及一种直驱塔架式抽油机。

背景技术

目前，在石油行业仍普遍采用游梁式抽油机进行地下原油的开采。但游梁式抽油机除具备高可靠性、操作简单的优点外，还存在以下主要缺点：对于长冲程、大悬点负荷机型，其体积和钢耗量大，占地面积大，性价比较差；冲程、冲次等主要工作参数调节困难，工作量大；能耗较高，不易实现自动化和智能化。为解决上述问题，直线电机抽油机随之应运而生，但问题也日益暴露出来，如电机换向滚筒式抽油机底驱式结构需要较长的驱动柔性件，一定程度上增加了制造成本，顶驱式结构由于电机、传动系统、换向滚筒等上置所带来的管理、维护的不便，同时传动件上置，旋转部件偏心引起的振动和稳定性问题；液压式抽油机虽然减少了电机换向的环节，却增加了液压马达换向要求，对液压阀件提出了较高要求，整机结构变得复杂。

中国专利公开号：CN208534466U。公开了一种直联顶驱式塔架抽油机；其技术点为采用左右对称的双输出轴减速器结构，减速器输出轴安装驱动轮和配重轮，驱动轮和悬绳器通过驱动带连接，配重轮和配重箱通过配重带连接，具有可靠性高、寿命长、传动链短的优点；由此可见，在现有的抽油设备技术中，存在难以保证减速器输入轴与左、右输出轴同时维持垂直状态，从而传动机构两侧拉力差造成的不平衡，导致电机输出的力矩变动范围较大的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种直驱塔架式抽油机，用以克服现有技术中抽油机运行过程中由于传动机构两端配重绳索和抽油绳索所受的拉力差造成的不平衡，导致磁阻电机能耗较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种直驱塔架式抽油机，包括，

支撑机构，其包括底座、塔架和塔上平台；

传动机构，其包括与传动绳索相连的换向轮、驱动轮以及与所述驱动轮通过驱动轴相连的磁阻电机，所述传动机构设置在所述塔上平台上，所述磁阻电机用以驱动所述驱动轮转动；

抽油机构，包括与抽油管相连并设置有抽油拉力检测装置的抽油绳索，所述抽油拉力检测装置用以检测所述抽油绳索的实时抽油拉力；

配重机构，其包括设置在所述塔架内部的若干配重块、设置在所述塔架外部与液压推杆相连的配重导轨以及与设置有配重拉力检测装置的配重绳索相连的带有滚轮的配重箱，所述配重拉力检测装置用以检测所述配重箱的实时配重拉力，所述配重箱用以平衡所述抽油管的重量，任一所述配重块用以增减所述配重箱的重量；

中控模块，其与所述支撑机构、所述传动机构以及所述配重机构分别相连，所述中控模块内设置有标准驱动拉力差和最大平衡拉力，中控模块能够根据实时抽油拉力与实时配重拉力计算实时驱动拉力差，并根据标准驱动拉力差对实时驱动拉力差进行判定，以确定是否对所述抽油机的运行状态进行调整；所述中控模块能够在第一预设修正条件下，实时调小所述配重导轨的实时倾斜角度，并在所述配重箱移动至所述配重导轨的顶部或底部时，将所述塔架内部的配重块移入配重箱；所述中控模块还能够在第二预设修正条件下，实时调大所述配重导轨的实时倾斜角度，并在所述配重箱移动至所述配重导轨的顶部或底部时，将配重块移出配重箱。

进一步地，所述中控模块内设置有标准驱动拉力差ΔFb，在所述抽油机启动时，所述抽油拉力检测装置将检测所述抽油绳索的实时抽油拉力Fc，所述配重拉力检测装置将检测所述配重绳索的实时配重拉力Fp，所述中控模块将根据实时抽油拉力Fc与实时配重拉力Fp计算实时驱动拉力差ΔFs，ΔFs=|Fc-Fp|，并根据标准驱动拉力差ΔFb对实时驱动拉力差ΔFs进行判定，

当ΔFs≤ΔFb时，所述中控模块判定实时驱动拉力差未超出标准驱动拉力差，中控模块不对所述抽油机的运行状态进行调整；

当ΔFs＞ΔFb时，所述中控模块判定实时驱动拉力差已超出标准驱动拉力差，中控模块将对实时抽油拉力与实时配重拉力进行判定，以确定所述抽油机的运行状态。

进一步地，所述中控模块在判定实时驱动拉力差已超出标准驱动拉力差时，将实时抽油拉力Fc与实时配重拉力Fp进行对比，并对所述抽油绳索的运行状态进行判定，

在第一预设条件下，中控模块将根据实时配重拉力与实时抽油拉力对所述配重机构进行调整；

在第二预设条件下，中控模块将对实时抽油拉力和实时配重拉力进行判定，以确定是否对所述配重机构进行调整；

其中，第一预设条件为实时抽油拉力大于实时配重拉力且所述抽油绳索为上升状态，或者实时抽油拉力小于实时配重拉力且所述抽油绳索为下降状态；第二预设条件为实时抽油拉力小于实时配重拉力且所述抽油绳索为上升状态，或者实时抽油拉力大于实时配重拉力且所述抽油绳索为下降状态。

进一步地，所述中控模块内设置有最大平衡拉力Fz，在第二预设条件下，中控模块根据最大平衡拉力对实时抽油拉力和实时配重拉力进行判定，

在第三预设条件下，中控模块不对所述配重机构进行调整；

在第四预设条件下，中控模块将根据实时配重拉力与实时抽油拉力对所述配重机构进行调整；

其中，第三预设条件为在所述抽油绳索为上升状态时，实时抽油拉力小于实时配重拉力且实时配重拉力未超出最大平衡拉力，或者在所述抽油绳索为下降状态时，实时配重拉力小于实时抽油拉力且实时抽油拉力未超出最大平衡拉力；第四预设条件为在所述抽油绳索为上升状态时，实时抽油拉力小于实时配重拉力且实时配重拉力已超出最大平衡拉力，或者在所述抽油绳索为下降状态时，实时抽油拉力大于实时配重拉力且实时抽油拉力已超出最大平衡拉力。

进一步地，在第一预设修正条件下，所述中控模块获取所述配重导轨的实时倾斜角度Ca，并根据实时抽油拉力与实时配重拉力计算所述配重导轨的第一修正倾斜角度Ci，Ci=Ca×[1-（Fc-Fp）×Fc]；

其中，第一预设修正条件为第一预设条件中所述抽油绳索为上升状态时，或者第四预设条件中所述抽油绳索为下降状态时。

进一步地，所述中控模块设置有所述配重导轨的最小倾斜角度Cm，并根据最小倾斜角度对第一修正倾斜角度进行判定，

若第一修正倾斜角度未超出最小倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆收缩将所述配重导轨的实时倾斜角度调整为第一修正倾斜角度；

若第一修正倾斜角度已超出最小倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆收缩将所述配重导轨的实时倾斜角度调整为最小倾斜角度，并根据实时配重拉力增加所述配重箱内的配重。

进一步地，在第一修正倾斜角度已超出最小倾斜角度时，所述中控模块将计算所述配重块移入数目K，K=[Fc×（1-cosCm）-Fp]/G，其中，G=mg,m为单个配重块的质量，g为当地重力加速度，G为单个配重块所受重力，并在所述抽油绳索移动至顶部或底部时，将所述塔架内部的配重块移入配重箱至数目K。

进一步地，在第二预设修正条件下，所述中控模块获取所述配重导轨的实时倾斜角度Ca，并根据实时配重拉力与实时抽油拉力计算所述配重导轨的第二修正倾斜角度Ci’，Ci’=Ca×[1+（Fp-Fc）×Fp]；

其中，第二预设修正条件为第一预设条件中所述抽油绳索为下降状态时，或者第四预设条件中所述抽油绳索为上升状态时。

进一步地，中控模块内设置有最大倾斜角度Cx，并根据最大倾斜角度对第二修正倾斜角度进行判定，

若第二修正倾斜角度未超出最大倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆伸出将所述配重导轨的实时倾斜角度调整为第二修正倾斜角度；

若第二修正倾斜角度已超出最大倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆伸出将所述配重导轨的实时倾斜角度调整为最大倾斜角度，并根据实时配重拉力减小所述配重箱内的配重。

进一步地，在第二修正倾斜角度已超出最大倾斜角度时，所述中控模块能够计算所述配重块移出数目K’，K’=[Fp×（1-cosCx）-Fc]/G，其中，G=mg，m为单个配重块的质量，g为当地重力加速度，G为单个配重块重力，并在所述配重箱移动至所述配重导轨的顶部或底部时，将配重块移出配重箱至数目K’。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过在中控模块内设置标准驱动拉力差，用以对实时驱动拉力差进行判定，在实时驱动拉力差超出标准驱动拉力差时，中控模块对抽油机的运行状态进行调整，稳定抽油机持续采用天平平衡方式作业，保障了“长冲程、低冲次”抽油方式，减小了冲程损失，提高了抽油机的工作效率和井下抽油泵充满程度，节省电能；通过中控模块自动控制配重块移入或移出配重箱进行平衡调节，操作简便直接且节省了人力，通过设置连接有液压推杆的配重导轨，实时调整配重导轨的倾斜角度，避免了由于传动机构两侧的拉力差造成的不平衡，导致磁阻电机输出扭矩变动范围较大，而影响磁阻电机稳定性，易出现抽油管运动范围大，导致抽油管易偏磨的问题，延长了抽油管使用寿命，节省了磁阻电机的能耗。

尤其，通过在中控模块内设置标准驱动拉力差，使其与根据实时抽油拉力与实时配重拉力计算的实时驱动拉力差进行对比，在中控模块判定实时驱动拉力差未超出标准驱动拉力差时，表示传动机构两侧绳索所受拉力差较小，传动机构运转平稳，不需要调整传动机构两侧绳索的拉力差；在中控模块判定实时驱动拉力差已超出标准驱动拉力差时，表示传动机构两侧绳索所受拉力差较大，需要根据磁阻电机的运行状态对传动机构两侧绳索的拉力差进行控制。

进一步地，通过中控模块获取磁阻电机的运行状态，在磁阻电机为顺时针转动时，中控模块判定抽油绳索为上升状态，在磁阻电机为逆时针转动时，中控模块判定抽油绳索为下降状态，并根据抽油绳索的运行状态、抽油绳索的实时抽油拉力与配重绳索的实时配重拉力设置第一预设条件与第二预设条件，第一预设条件表示抽油绳索上升或下降时，不能利用天平平衡方式工作，只能依靠磁阻电机驱动绳索往复运行；第二预设条件表示抽油绳索上升或下降时，能够利用天平平衡方式减少磁阻电机的能耗，但还需考虑抽油绳索所受的实时抽油拉力或者配重绳索所受的实时配重拉力是否过大，而需要磁阻电机克服抽油绳索或者配重绳索本身所受的拉力；通过中控模块设置第一预设条件与第二预设条件，保障判定精准性。

尤其，通过在中控模块内设置第三预设条件与第四预设条件，将第二预设条件清晰划分为两种不同的情况，保障判定精准性，第三预设条件表示抽油绳索上升或下降时，能够利用天平平衡方式减少磁阻电机的能耗，因此不需要中控模块对配重机构进行调整；第四预设条件表示抽油绳索上升或下降时，由于磁阻电机需要克服抽油绳索和配重绳索自身的拉力而不能减少磁阻电机的能耗，因此需要中控模块对配重机构进行调整。

进一步地，通过将第一预设条件与第四预设条件中对配重机构调整动作相同的情况进行组合，将需要增大配重机构一侧的配重效果的情况构成第一预设修正条件，第一预设修正条件表示抽油绳索在上升状态时，此时的抽油绳索带动油井内的抽油管进行抽油动作，因此，抽油绳索的实时抽油拉力受到油井内的抽油情况的影响，且实时抽油拉力大于实时配重拉力，此时的传动机构处于较大的功率带动抽油绳索上升，在抽油绳索在下降状态时，配重绳索与抽油绳索的拉力差已超出益于抽油机节能的范围，磁阻电机需要克服抽油绳索自身的拉力而增加磁阻电机的能耗；因此对配重机构进行调整，通过中控模块计算配重导轨的第一修正倾斜角度，使配重机构一侧产生较大的配重效果，减少磁阻电机电能的输出，从而减少能量损耗，保障了抽油机的节能效果。

尤其，通过在中控模块内设置配重导轨的最小倾斜角度，确保了中控模块对配重机构进行调整的可执行性，在第一修正倾斜角度已超出最小倾斜角度时，表示仅调整配重导轨的倾斜角度不能使配重机构一侧产生较大的配重效果，因此，中控模块还需控制增加配重箱内的配重，使传动机构两侧的平衡差得到有效地控制，从而减少磁阻电机的能量损耗，保障了抽油机的节能效果，同时避免了抽油管由于运动范围大，因而易偏磨受损的问题，延长了抽油管使用寿命。

进一步地，通过在第一修正倾斜角度已超出最小倾斜角度时，中控模块计算配重块移入配重箱数目，并根据计算出的数量在配重箱移动至配重导轨的顶部或底部时，将配重块移入配重箱，精确调整配重，使传动机构两侧的绳索拉力差得到有效地控制，保障抽油机运行平稳，减少磁阻电机电能的输出，自动控制配重块移入配重箱，操作简便直接，节省人力。

进一步地，通过将第一预设条件与第四预设条件中对配重机构调整动作相同的情况进行组合，将需要减小配重机构一侧的配重效果的情况构成第二预设修正条件，第二预设修正条件表示抽油绳索在下降状态时，配重绳索所受的配重拉力大于抽油绳索所受的实时抽油拉力，因此需要减小配重机构一侧的配重效果，从而使抽油管向下运动，在抽油绳索在上升状态时，配重绳索与抽油绳索的拉力差已超出益于抽油机节能的范围，磁阻电机需要克服配重绳索自身的拉力而增加磁阻电机的能耗；因此对配重机构进行调整，通过中控模块计算配重导轨的第二修正倾斜角度，使能够产生减小配重机构一侧的配重效果，减少磁阻电机电能的输出，从而减少能量损耗，保障了抽油机的节能效果。

进一步地，通过在中控模块内设置配重导轨的最大倾斜角度，确保了中控模块对配重机构进行调整的可执行性，在第二修正倾斜角度已超出最大倾斜角度时，表示仅调整配重导轨的倾斜角度不能使配重机构一侧的配重效果减小，因此，中控模块还需控制减小配重箱内的配重，使传动机构两侧的绳索拉力差得到有效地控制，从而减少磁阻电机的能量损耗，保障了抽油机的节能效果，同时避免了抽油管由于运动范围大，因而易偏磨受损的问题，延长了抽油管使用寿命。

进一步地，通过在第二修正倾斜角度已超出最大倾斜角度时，中控模块计算配重块移出配重箱数目，并根据计算出的数量在配重箱移动至配重导轨的顶部或底部时，将配重块移出配重箱，精确调整配重，使传动机构两侧的绳索拉力差得到有效地控制，保障抽油机运行平稳，减少磁阻电机电能的输出，自动控制配重块移入配重箱，操作简便直接，节省人力。

附图说明

图1为本发明实施例所述直驱塔架式抽油机的结构示意图；

图2为本发明实施例所述直驱塔架式抽油机的侧视图。

实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明实施例所述直驱塔架式抽油机的结构示意图，本发明公布一种直驱塔架式抽油机，包括，支撑机构1、底座101、塔架102、塔上平台103、传动机构2、换向轮201、驱动轮202、驱动轴203、磁阻电机204、传动绳索205、抽油机构3、抽油管301、抽油拉力检测装置302、抽油绳索303、配重机构4、配重块401、液压推杆402、配重导轨403、配重拉力检测装置404、配重绳索405、配重箱406、滚轮407、中控模块（图中未画出），其中

支撑机构1，其包括底座101、塔架102和塔上平台103；

传动机构2，其包括与传动绳索205相连的换向轮201、驱动轮202以及与所述驱动轮202通过驱动轴203相连的磁阻电机204，所述传动机构2设置在所述塔上平台103上，所述磁阻电机204用以驱动所述驱动轮202转动；

抽油机构3，包括与抽油管301相连并设置有抽油拉力检测装置302的抽油绳索303，所述抽油拉力检测装置302用以检测所述抽油绳索303的实时抽油拉力；

配重机构4，其包括设置在所述塔架102内部的若干配重块401、设置在所述塔架102外部与液压推杆402相连的配重导轨403以及与设置有配重拉力检测装置404的配重绳索405相连的带有滚轮407的配重箱406，所述配重拉力检测装置404用以检测所述配重箱406的实时配重拉力，所述配重箱406用以平衡所述抽油管301的重量，任一所述配重块401用以增减所述配重箱406的重量；

中控模块，其与所述支撑机构1、所述传动机构2以及所述配重机构4分别相连，所述中控模块内设置有标准驱动拉力差和最大平衡拉力，中控模块能够根据实时抽油拉力与实时配重拉力计算实时驱动拉力差，并根据标准驱动拉力差对实时驱动拉力差进行判定，以确定是否对所述抽油机的运行状态进行调整；所述中控模块能够在第一预设修正条件下，实时调小所述配重导轨403的实时倾斜角度，并在所述配重箱406移动至所述配重导轨403的顶部或底部时，将配重块401移入配重箱406；所述中控模块还能够在第二预设修正条件下，实时调大所述配重导轨403的实时倾斜角度，并在所述配重箱406移动至所述配重导轨403的顶部或底部时，将配重块401移出配重箱406。

通过在中控模块内设置标准驱动拉力差，用以对实时驱动拉力差进行判定，在实时驱动拉力差超出标准驱动拉力差时，中控模块对抽油机的运行状态进行调整，稳定抽油机持续采用天平平衡方式作业，保障了“长冲程、低冲次”抽油方式，减小了冲程损失，提高了抽油机的工作效率和井下抽油泵充满程度，节省电能；通过中控模块自动控制配重块401移入或移出配重箱406进行平衡调节，操作简便直接且节省了人力，通过设置连接有液压推杆402的配重导轨403，实时调整配重导轨403的倾斜角度，避免了由于传动机构2两侧的拉力差造成的不平衡，导致磁阻电机204输出扭矩变动范围较大，而影响磁阻电机204稳定性，易出现抽油管301运动范围大，导致抽油管301易偏磨的问题，延长了抽油管301使用寿命，节省了磁阻电机204的能耗。

具体而言，所述中控模块内设置有标准驱动拉力差ΔFb，在所述抽油机启动时，所述抽油拉力检测装置302将检测所述抽油绳索303的实时抽油拉力Fc，所述配重拉力检测装置404将检测所述配重绳索的实时配重拉力Fp，所述中控模块将根据实时抽油拉力Fc与实时配重拉力Fp计算实时驱动拉力差ΔFs，ΔFs=|Fc-Fp|，并根据标准驱动拉力差ΔFb对实时驱动拉力差ΔFs进行判定，

当ΔFs≤ΔFb时，所述中控模块判定实时驱动拉力差未超出标准驱动拉力差，中控模块不对所述抽油机的运行状态进行调整；

当ΔFs＞ΔFb时，所述中控模块判定实时驱动拉力差已超出标准驱动拉力差，中控模块将对实时抽油拉力与实时配重拉力进行判定，以确定所述抽油机的运行状态。

通过在中控模块内设置标准驱动拉力差，使其与根据实时抽油拉力与实时配重拉力计算的实时驱动拉力差进行对比，在中控模块判定实时驱动拉力差未超出标准驱动拉力差时，表示传动机构2两侧绳索所受拉力差较小，传动机构2运转平稳，不需要调整传动机构2两侧绳索的拉力差；在中控模块判定实时驱动拉力差已超出标准驱动拉力差时，表示传动机构2两侧绳索所受拉力差较大，需要根据磁阻电机204的运行状态对传动机构2两侧绳索的拉力差进行控制。

具体而言，所述中控模块在判定实时驱动拉力差已超出标准驱动拉力差时，将实时抽油拉力Fc与实时配重拉力Fp进行对比，并对所述抽油绳索303的运行状态进行判定，

在第一预设条件下，中控模块将根据实时配重拉力与实时抽油拉力对所述配重机构4进行调整；

在第二预设条件下，中控模块将对实时抽油拉力和实时配重拉力进行判定，以确定是否对所述配重机构4进行调整；

其中，第一预设条件为实时抽油拉力大于实时配重拉力且所述抽油绳索303为上升状态，或者实时抽油拉力小于实时配重拉力且所述抽油绳索303为下降状态；第二预设条件为实时抽油拉力小于实时配重拉力且所述抽油绳索303为上升状态，或者实时抽油拉力大于实时配重拉力且所述抽油绳索303为下降状态。

通过中控模块获取磁阻电机204的运行状态，在磁阻电机204为顺时针转动时，中控模块判定抽油绳索303为上升状态，在磁阻电机204为逆时针转动时，中控模块判定抽油绳索303为下降状态，并根据抽油绳索303的运行状态、抽油绳索303的实时抽油拉力与配重绳索405的实时配重拉力设置第一预设条件与第二预设条件，第一预设条件表示抽油绳索303上升或下降时，不能利用天平平衡方式工作，只能依靠磁阻电机204驱动绳索往复运行；第二预设条件表示抽油绳索303上升或下降时，能够利用天平平衡方式减少磁阻电机204的能耗，但还需考虑抽油绳索303所受的实时抽油拉力或者配重绳索405所受的实时配重拉力是否过大，而需要磁阻电机204克服抽油绳索303或者配重绳索405本身所受的拉力；通过中控模块设置第一预设条件与第二预设条件，保障判定精准性。

具体而言，所述中控模块内设置有最大平衡拉力Fz，在第二预设条件下，中控模块根据最大平衡拉力对实时抽油拉力和实时配重拉力进行判定，

在第三预设条件下，中控模块不对所述配重机构4进行调整；

在第四预设条件下，中控模块将根据实时配重拉力与实时抽油拉力对所述配重机构进行调整；

其中，第三预设条件为在所述抽油绳索303为上升状态时，实时抽油拉力小于实时配重拉力且实时配重拉力未超出最大平衡拉力，或者在所述抽油绳索303为下降状态时，实时配重拉力小于实时抽油拉力且实时抽油拉力未超出最大平衡拉力；第四预设条件为在所述抽油绳索303为上升状态时，实时抽油拉力小于实时配重拉力且实时配重拉力已超出最大平衡拉力，或者在所述抽油绳索303为下降状态时，实时抽油拉力大于实时配重拉力且实时抽油拉力已超出最大平衡拉力。

通过在中控模块内设置第三预设条件与第四预设条件，将第二预设条件清晰划分为两种不同的情况，保障判定精准性，第三预设条件表示抽油绳索303上升或下降时，能够利用天平平衡方式减少磁阻电机204的能耗，因此不需要中控模块对配重机构4进行调整；第四预设条件表示抽油绳索303上升或下降时，由于磁阻电机204需要克服抽油绳索303和配重绳索405自身的拉力而不能减少磁阻电机204的能耗，因此需要中控模块对配重机构进行调整。

具体而言，在第一预设修正条件下，所述中控模块获取所述配重导轨403的实时倾斜角度Ca，并根据实时抽油拉力与实时配重拉力计算所述配重导轨403的第一修正倾斜角度Ci，Ci=Ca×[1-（Fc-Fp）×Fc]；

其中，第一预设修正条件为第一预设条件中所述抽油绳索303为上升状态时，或者第四预设条件中所述抽油绳索303为下降状态时。

通过将第一预设条件与第四预设条件中对配重机构4调整动作相同的情况进行组合，将需要增大配重机构4一侧的配重效果的情况构成第一预设修正条件，第一预设修正条件表示抽油绳索303在上升状态时，此时的抽油绳索303带动油井内的抽油管301进行抽油动作，因此，抽油绳索303的实时抽油拉力受到油井内的抽油情况的影响，且实时抽油拉力大于实时配重拉力，此时的传动机构2处于较大的功率带动抽油绳索303上升，在抽油绳索303在下降状态时，配重绳索405与抽油绳索303的拉力差已超出益于抽油机节能的范围，磁阻电机204需要克服抽油绳索303自身的拉力而增加磁阻电机204的能耗；因此对配重机构4进行调整，通过中控模块计算配重导轨403的第一修正倾斜角度，使配重机构4一侧产生较大的配重效果，减少磁阻电机204电能的输出，从而减少能量损耗，保障了抽油机的节能效果。

具体而言，所述中控模块设置有所述配重导轨403的最小倾斜角度Cm，并根据最小倾斜角度对第一修正倾斜角度进行判定，

若第一修正倾斜角度未超出最小倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆402收缩将所述配重导轨403的实时倾斜角度调整为第一修正倾斜角度；

若第一修正倾斜角度已超出最小倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆402收缩将所述配重导轨403的实时倾斜角度调整为最小倾斜角度，并根据实时配重拉力增加所述配重箱内的配重。

通过在中控模块内设置配重导轨403的最小倾斜角度，确保了中控模块对配重机构4进行调整的可执行性，在第一修正倾斜角度已超出最小倾斜角度时，表示仅调整配重导轨403的倾斜角度不能使配重机构4一侧产生较大的配重效果，因此，中控模块还需控制增加配重箱内的配重，使传动机构2两侧的绳索拉力差得到有效地控制，从而减少磁阻电机204的能量损耗，保障了抽油机的节能效果，同时避免了抽油管301由于运动范围大，因而易偏磨受损的问题，延长了抽油管301使用寿命。

具体而言，在第一修正倾斜角度已超出最小倾斜角度时，所述中控模块将计算所述配重块401移入数目K，K=[Fc×（1-cosCm）-Fp]/G，其中，G=mg,m为单个配重块的质量，g为当地重力加速度，G为单个配重块401所受重力，并在所述配重箱406移动至所述配重导轨403的顶部或底部时，将配重块401移入配重箱406至数目K。

通过在第一修正倾斜角度已超出最小倾斜角度时，中控模块计算配重块401移入配重箱406数目，并根据计算出的数量在配重箱406移动至配重导轨403的顶部或底部时，将配重块401移入配重箱406，精确调整配重，使传动机构2两侧的绳索拉力差得到有效地控制，保障抽油机运行平稳，减少磁阻电机204电能的输出，自动控制配重块401移入配重箱406，操作简便直接，节省人力。

具体而言，在第二预设修正条件下，所述中控模块获取所述配重导轨403的实时倾斜角度Ca，并根据实时配重拉力与实时抽油拉力计算所述配重导轨403的第二修正倾斜角度Ci’，Ci’=Ca×[1+（Fp-Fc）×Fp]；

其中，第二预设修正条件为第一预设条件中所述抽油绳索303为下降状态时，或者第四预设条件中所述抽油绳索303为上升状态时。

通过将第一预设条件与第四预设条件中对配重机构4调整动作相同的情况进行组合，将需要减小配重机构4一侧的配重效果的情况构成第二预设修正条件，第二预设修正条件表示抽油绳索303在下降状态时，配重绳索405所受的配重拉力大于抽油绳索303所受的实时抽油拉力，因此需要减小配重机构4一侧的配重效果，从而使抽油管301向下运动，在抽油绳索303在上升状态时，配重绳索405与抽油绳索303的拉力差已超出益于抽油机节能的范围，磁阻电机204需要克服配重绳索405自身的拉力而增加磁阻电机204的能耗；因此对配重机构4进行调整，通过中控模块计算配重导轨403的第二修正倾斜角度，使能够产生减小配重机构4一侧的配重效果，减少磁阻电机204电能的输出，从而减少能量损耗，保障了抽油机的节能效果。

具体而言，中控模块内设置有最大倾斜角度Cx，并根据最大倾斜角度对第二修正倾斜角度进行判定，

若第二修正倾斜角度未超出最大倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆402伸出将所述配重导轨403的实时倾斜角度调整为第二修正倾斜角度；

若第二修正倾斜角度已超出最大倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆402伸出将所述配重导轨403的实时倾斜角度调整为最大倾斜角度，并根据实时配重拉力减小所述配重箱406内的配重。

通过在中控模块内设置配重导轨403的最大倾斜角度，确保了中控模块对配重机构4进行调整的可执行性，在第二修正倾斜角度已超出最大倾斜角度时，表示仅调整配重导轨403的倾斜角度不能使配重机构4一侧的配重效果减小，因此，中控模块还需控制减小配重箱内的配重，使传动机构2两侧的绳索拉力差得到有效地控制，从而减少磁阻电机204的能量损耗，保障了抽油机的节能效果，同时避免了抽油管301由于运动范围大，因而易偏磨受损的问题，延长了抽油管301使用寿命。

具体而言，在第二修正倾斜角度已超出最大倾斜角度时，所述中控模块能够计算所述配重块401移出数目K’，K’=[Fp×（1-cosCx）-Fc]/G，其中，G=mg，m为单个配重块的质量，g为当地重力加速度，G为单个配重块401重力，并在所述配重箱406移动至所述配重导轨403的顶部或底部时，将配重块401移出配重箱406至数目K’。

通过在第二修正倾斜角度已超出最大倾斜角度时，中控模块计算配重块401移出配重箱406数目，并根据计算出的数量在配重箱406移动至所述配重导轨403的顶部或底部时，将配重块401移出配重箱406，精确调整配重，使传动机构2两侧的绳索拉力差得到有效地控制，保障抽油机运行平稳，减少磁阻电机204电能的输出，自动控制配重块401移入配重箱406，操作简便直接，节省人力。

请继续参阅图2所示，其为本发明实施例所述直驱塔架式抽油机的侧视图，包括，支撑结构1、底座101、塔架102、塔上平台103、驱动轮202、驱动轴203、磁阻电机204、绳索205、配重块401、液压推杆402、配重导轨403、配重拉力检测装置404、配重绳索405、配重箱406、滚轮407，在本实施例中，磁阻电机204直接通过驱动轴203连接到驱动轮202，实现对驱动轮202直接的驱动，系统做功仅为克服阻力和平衡差，运行功率显著降低。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。 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 (7)

1.一种直驱塔架式抽油机，其特征在于，包括，

支撑机构，其包括底座、塔架和塔上平台；

传动机构，其包括与传动绳索相连的换向轮、驱动轮以及与所述驱动轮通过驱动轴相连的磁阻电机，所述传动机构设置在所述塔上平台上，所述磁阻电机用以驱动所述驱动轮转动；

抽油机构，包括与抽油管相连并设置有抽油拉力检测装置的抽油绳索，所述抽油拉力检测装置用以检测所述抽油绳索的实时抽油拉力；

配重机构，其包括设置在所述塔架内部的若干配重块、设置在所述塔架外部与液压推杆相连的配重导轨以及与设置有配重拉力检测装置的配重绳索相连的带有滚轮的配重箱，所述配重拉力检测装置用以检测所述配重箱的实时配重拉力，所述配重箱用以平衡所述抽油管的重量，任一所述配重块用以增减所述配重箱的重量；

中控模块，其与所述支撑机构、所述传动机构以及所述配重机构分别相连，所述中控模块内设置有标准驱动拉力差和最大平衡拉力，中控模块能够根据实时抽油拉力与实时配重拉力计算实时驱动拉力差，并根据标准驱动拉力差对实时驱动拉力差进行判定，以确定是否对所述抽油机的运行状态进行调整；所述中控模块能够在第一预设修正条件下，实时调小所述配重导轨的实时倾斜角度，并能够在所述配重箱移动至所述配重导轨的顶部或底部时，将所述塔架内部的配重块移入配重箱；所述中控模块还能够在第二预设修正条件下，实时调大所述配重导轨的实时倾斜角度，并能够在所述配重箱移动至所述配重导轨的顶部或底部时，将配重箱内的配重块移出；

所述中控模块内设置有标准驱动拉力差ΔFb，在所述抽油机启动时，所述抽油拉力检测装置将检测所述抽油绳索的实时抽油拉力Fc，所述配重拉力检测装置将检测所述配重绳索的实时配重拉力Fp，所述中控模块将根据实时抽油拉力Fc与实时配重拉力Fp计算实时驱动拉力差ΔFs，ΔFs=|Fc-Fp|，并根据标准驱动拉力差ΔFb对实时驱动拉力差ΔFs进行判定，

当ΔFs≤ΔFb时，所述中控模块判定实时驱动拉力差未超出标准驱动拉力差，中控模块不对所述抽油机的运行状态进行调整；

当ΔFs＞ΔFb时，所述中控模块判定实时驱动拉力差已超出标准驱动拉力差，中控模块将对实时抽油拉力与实时配重拉力进行判定，以确定所述抽油机的运行状态；

所述中控模块在判定实时驱动拉力差已超出标准驱动拉力差时，将实时抽油拉力Fc与实时配重拉力Fp进行对比，并对所述抽油绳索的运行状态进行判定，

在第一预设条件下，中控模块将根据实时配重拉力与实时抽油拉力对所述配重机构进行调整；

在第二预设条件下，中控模块将对实时抽油拉力和实时配重拉力进行判定，以确定是否对所述配重机构进行调整；

所述中控模块内设置有最大平衡拉力Fz，在第二预设条件下，中控模块根据最大平衡拉力对实时抽油拉力和实时配重拉力进行判定，

在第三预设条件下，中控模块不对所述配重机构进行调整；

在第四预设条件下，中控模块将根据实时配重拉力与实时抽油拉力对所述配重机构进行调整；

其中，第一预设条件为实时抽油拉力大于实时配重拉力且所述抽油绳索为上升状态，或者实时抽油拉力小于实时配重拉力且所述抽油绳索为下降状态；第二预设条件为实时抽油拉力小于实时配重拉力且所述抽油绳索为上升状态，或者实时抽油拉力大于实时配重拉力且所述抽油绳索为下降状态；

第三预设条件为在所述抽油绳索为上升状态时，实时抽油拉力小于实时配重拉力且实时配重拉力未超出最大平衡拉力，或者在所述抽油绳索为下降状态时，实时配重拉力小于实时抽油拉力且实时抽油拉力未超出最大平衡拉力；第四预设条件为在所述抽油绳索为上升状态时，实时抽油拉力小于实时配重拉力且实时配重拉力已超出最大平衡拉力，或者在所述抽油绳索为下降状态时，实时抽油拉力大于实时配重拉力且实时抽油拉力已超出最大平衡拉力；

第一预设修正条件为第一预设条件中所述抽油绳索为上升状态时，或者第四预设条件中所述抽油绳索为下降状态时；第二预设修正条件为第一预设条件中所述抽油绳索为下降状态时，或者第四预设条件中所述抽油绳索为上升状态时。

2.根据权利要求1所述的直驱塔架式抽油机，其特征在于，在第一预设修正条件下，所述中控模块获取所述配重导轨的实时倾斜角度Ca，并根据实时抽油拉力与实时配重拉力计算所述配重导轨的第一修正倾斜角度Ci，Ci=Ca×[1-（Fc-Fp）×Fc]。

3.根据权利要求2所述的直驱塔架式抽油机，其特征在于，所述中控模块设置有所述配重导轨的最小倾斜角度Cm，并根据最小倾斜角度对第一修正倾斜角度进行判定，

若第一修正倾斜角度未超出最小倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆收缩将所述配重导轨的实时倾斜角度调整为第一修正倾斜角度；

若第一修正倾斜角度已超出最小倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆收缩将所述配重导轨的实时倾斜角度调整为最小倾斜角度，并根据实时配重拉力增加所述配重箱内的配重。

4.根据权利要求3所述的直驱塔架式抽油机，其特征在于，在第一修正倾斜角度已超出最小倾斜角度时，所述中控模块将计算所述配重块移入数目K，K=[Fc×（1-cosCm）-Fp]/G，其中，G=mg,m为单个配重块的质量，g为当地重力加速度，G为单个配重块所受重力，并在所述配重箱移动至所述配重导轨的顶部或底部时，将所述塔架内部的配重块移入配重箱至数目K。

5.根据权利要求1所述的直驱塔架式抽油机，其特征在于，在第二预设修正条件下，所述中控模块获取所述配重导轨的实时倾斜角度Ca，并根据实时配重拉力与实时抽油拉力计算所述配重导轨的第二修正倾斜角度Ci’，Ci’=Ca×[1+（Fp-Fc）×Fp]。

6.根据权利要求5所述的直驱塔架式抽油机，其特征在于，中控模块内设置有最大倾斜角度Cx，并根据最大倾斜角度对第二修正倾斜角度进行判定，

若第二修正倾斜角度未超出最大倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆伸出将所述配重导轨的实时倾斜角度调整为第二修正倾斜角度；

若第二修正倾斜角度已超出最大倾斜角度，中控模块通过控制所述液压推杆伸出将所述配重导轨的实时倾斜角度调整为最大倾斜角度，并根据实时配重拉力减小所述配重箱内的配重。

7.根据权利要求6所述的直驱塔架式抽油机，其特征在于，在第二修正倾斜角度已超出最大倾斜角度时，所述中控模块能够计算所述配重块移出数目K’，K’=[Fp×（1-cosCx）-Fc]/G，其中，G=mg，m为单个配重块的质量，g为当地重力加速度，G为单个配重块重力，并在所述配重箱移动至所述配重导轨的顶部或底部时，将配重块移出配重箱至数目K’。