CN116927724B - 一种滚筒缠绕式智能塔架式抽油机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及塔架式抽油机设计、生产技术领域，尤其涉及一种滚筒缠绕式智能塔架式抽油机，包括一种滚筒缠绕式智能塔架式抽油机，其特征在于，包括，动力传动系统，其采用永磁同步电机直联减速滚筒驱动传动带；井口让位结构，其采用让位方式利用设备自身的动力传动系统提供动力，带动导向装置绕固定销轴旋转上翻；配重平衡系统，其采用对称平衡方式；控制系统，其有根据配重的工况要求，及时调节永磁同步电机转速及抽油杆运动速度。本发明通过滚筒缠绕式智能塔架式抽油机对于动力传动系统、井口让位结构、控制系统的改进，塔架式抽油机整体传动效率提升，增加塔架式抽油机的整体可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及塔架式抽油机设计、生产技术领域，尤其涉及一种滚筒缠绕式智能塔架式抽油机。
背景技术
前塔架式抽油机动力传动系统采用电机与减速滚筒连接，筒面带有陶瓷胶块或作特殊喷涂处理，与传动带间产生较大摩擦力，带动传动带往复运动，其结构复杂，效率低，故障点多；井口让位方式采用整机移动方式、伸缩导向悬臂方式，现场操作工作量较大，还存在一定的安全隐患；控制系统对设备运行中产生的负功没有较好的处理办法。
中国专利号：CN112593900A，公开了一种塔架抽油机，包括支撑底座、设置在支撑底座上的塔架、皮带、配重箱和驱动系统，所述的驱动系统与配重箱固定连接，平台上固定安装有前导向轮、后导向轮、前皮带固定夹和后皮带固定夹，塔架平台下方设置有换向动滑轮，驱动系统包括电机和滚筒；皮带一端固定在后皮带固定夹上，皮带另一端自下而上绕过滚筒，接着绕过后导向轮和前导向轮上方，然后自上而下绕过换向动滑轮后固定在前皮带固定夹上。
由此可见诉述塔架式抽油机存在以下问题：抽油机传动结构复杂，效率低。
发明内容
为此，本发明提供一种滚筒缠绕智能塔架式抽油机，用以克服现有技术中抽油机传动结构复杂，效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种滚筒缠绕式智能塔架式抽油机，其特征在于，包括，
动力传动系统，其采用永磁同步电机直联减速滚筒驱动传动带；
井口让位结构，其采用让位方式利用设备自身的动力传动系统提供动力，带动导向装置绕固定销轴旋转上翻；
配重平衡系统，其采用对称平衡方式，所述对称平衡是指抽油机中调节配重的方式；
控制系统，其有根据配重的工况要求，及时调节永磁同步电机转速及抽油杆运动速度。
进一步地，所述动力传动系统由永磁同步电机、联轴器、减速滚筒、配重传动带组成；所述永磁同步电机配有编码器和电磁刹车装置。
进一步地，所述滚筒缠绕式智能塔架式抽油机让位动作时将顶丝卸下，用拖动绳联结减速滚筒与支撑臂销轴，永磁同步电机带动减速滚筒转动，同时通过拖动绳带动支撑臂绕销轴旋转上翻，实现井口让位。
进一步地，所述动力传动系统的传动带绕过减速滚筒与导向装置，一端联结悬绳器，一端联结平衡装置；抽油机整体的配重平衡经由配重的导向平衡装置来进行调节。
进一步地，所述配重的导向平衡装置包括皮带连接座、配重、导向绳和导向轮组；
所述配重的实际质量存在两种状态，其一为配重的实际质量合适，则需要通过所述导向装置两端的对称平衡调节所述配重平衡；
其二为，配重的实际质量不合适，则需先调整所述导向装置两端速度的差值，控制所述滚筒缠绕式抽油机处于正常工作状态后，再根据所述导向装置两端的对称平衡调节所述配重的平衡。
进一步地，当所述配重不合适时，存在两种状态，其一为配重的实际质量超重，则需调整所述导向装置两端，包括所述永磁同步电机原速度与配重实际速度，所述滚筒缠绕式智能塔架式抽油机的上泵时配重的速度变慢，下泵时配重的速度变快；
其二为配重的实际质量过轻，则需调整所述导向装置两端包括所述永磁同步电机原速度与配重实际速度，所述滚筒缠绕式智能塔架式抽油机上泵时配重的速度变快，下泵时配重的速度变慢；
所述永磁同步电机需根据配重的实际质量情况确定所述永磁同步电机的加减速，若配重需要加速时，则调整永磁同步电机加速；若配重需要减速时，则调整永磁同步电机减速。
进一步地，调整好所述永磁同步电机的运行速度后，再检测所述配重的平衡状态；
分别测量铅垂线靠近配重最上端和最下端的距离，计算两段距离的差值，控制系统内存有配重的最大倾斜差值；
若两端的差值大于所述配重的最大倾斜差值，则需要调节配重，观察配重的倾斜方向，顺着配重倾斜反方向调节连接座两侧的螺栓杆至两段距离相等时为止；
若两端的差值小于等于所述配重的最大倾斜差值，则不需要调节配重。
进一步地，所述检测配重平衡是所述的两段距离的差值与所述配重，成反比关系；
若所述配重实际质量越大，则所述配重的最大倾斜差值越小；若所述配重实际质量越小，则所述配重的最大倾斜差值越大。
进一步地，所述皮带连接座通过螺栓连接配重，所述配重两端通过导向轮锁在在两根导向绳上，所述导向绳上下端配有固定座，其上端固定座将导向绳与上平台相连，其下端固定座将导向绳与支架底座相连。
进一步地，所述控制系统通过螺栓联结在塔架下方一侧，控制系统控制永磁同步电机驱动减速滚筒正反转运行，减速滚筒为行星齿轮外转子输出减速装置，带动传动做圆周缠绕运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本方案采用永磁同步电机直联减速滚筒驱动传动带的结构，其结构简单，相比传统连接传动效率高，故障点少，维护点少，可靠性高，传动带承载能力强，使用寿命长；对称平衡的运用使抽油机的平衡性更加容易调节；调节配重的平衡保证抽油机运行时配重能够确保抽油机系统运行平稳，同时配重在机架内部，使抽油机运行安全系数大大提高；让位动作改变了已有的整机移动、整机倾斜、伸缩式悬臂导向轮等让位结构，不需动用吊车等大型设备，避免了手动操作的高强度作业，降低了成本，现场操作方便，效率高，安全可靠，根据配重的情况调整永磁同步电机运行速度，保证滚筒缠绕式智能塔架式抽油机运行平稳；调节配重的平衡保证抽油机运行时配重能够确保抽油机系统运行平稳，同时配重在机架内部，使抽油机运行安全系数大大提高。
进一步地，提升滚筒式抽油机的系统传动效率高，让位操作简便，控制系统节能效果显著，整机可靠性高。
附图说明
图1为实施例滚筒缠绕式智能塔架式抽油机结构示意图；
图2为实施例塔架结构示意图；
图3为实施例传动装置结构示意图；
图4为实施例配重导向装置结构示意图；
图5为实施例平衡装置铅垂线检测平衡示意图；
图中：悬绳器1.1，载荷皮带总成1.2，上平台1.3，配重皮带总成1.4，刹车操纵装置1.5，调速拖动装置1.6，控制柜托架1.7，导向绳1.8，配重1.9，塔架1.10；支撑座3.1，减速滚桶3.2，联轴器3.3，永磁同步电机3.4，永磁同步电机托架3.5；图4中导向绳4.1、螺栓杆4.2、顶丝座4.3、皮带连接座4.4、导向绳上端固定座4.5、导向绳下端固定座4.6、支架底座4.7。
具体实施方式
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。
本发明提供一种滚筒缠绕智能塔架式抽油机，包括，
动力传动系统，其采用永磁同步电机直联减速滚筒驱动传动带；
井口让位结构，其采用让位方式利用设备自身的动力传动系统提供动力，带动导向装置绕固定销轴旋转上翻；
配重平衡系统，其采用对称平衡方式，所述对称平衡是指抽油机中调节配重的方式；
控制系统，其有根据配重的工况要求，及时调节永磁同步电机转速及抽油杆运动速度。
请参阅图1-图3所示，图1为滚筒缠绕式智能塔架式抽油机结构示意图，图2为塔架结构示意图，包括塔架结构的主视图与左视图，其中，左侧为塔架结构主视图右侧为塔架结构左视图，塔架1.10主要由4根支腿、1个底座、8根长横梁和8根长斜梁组成的桁架结构一体焊接而成，上方通过螺栓联结上平台1.3。滚筒缠绕式智能塔架式抽油机上端为上平台1.3下端通过螺栓连接在塔架1.10上。上平台1.3包括导向装置、座体、平台主体、减速滚桶3.2、刹车装置及护栏焊接而成。所述刹车操纵装置1.5一部分安装在上平台1.3处，控制动力传动系统中永磁同步电机的运行，一部分安装在塔架1.10处。
上平台靠近井口方向通过螺栓联结导向装置，支撑座3.1支撑起减速滚桶3.2并通过螺栓联结动力传动系统。
所述传动带，其包括，配重皮带总成1.4和载荷皮带总成1.2。
具体而言，所述动力传动系统由永磁同步电机、联轴器、机械刹车装置、减速滚筒、配重传动带组成；所述永磁同步电机配有编码器和电磁刹车装置。
如图3传动装置结构示意图所示，动力传动系统包括，永磁同步电机3.4、联轴器3.3、减速滚桶3.2、传动带。永磁同步电机3.4用螺栓固定在安装永磁同步电机托架3.5上，而永磁同步电机托架3.5的另一端固定在支撑座3.1上，永磁同步电机3.4通过联轴器3.3与减速滚桶3.2相连接，所述减速滚桶3.2固定在支撑座3.1，调速拖动装置1.6控制永磁同步电机转速。
本方案采用永磁同步电机直联减速滚筒驱动传动带的结构，其结构简单，相比传统连接传动效率高，故障点少，维护点少，可靠性高，传动带承载能力强，使用寿命长。
具体而言，所述滚筒缠绕式智能塔架式抽油机让位动作时将顶丝卸下，用拖动绳联结减速滚筒与支撑臂销轴，永磁同步电机带动减速滚筒转动，同时通过拖动绳带动支撑臂绕销轴旋转上翻，实现井口让位。
改变了已有的整机移动、整机倾斜、伸缩式悬臂导向轮等让位结构，不需动用吊车等大型设备，避免了手动操作的高强度作业，降低了成本，现场操作方便，效率高，安全可靠。
具体而言，所述动力传动系统的传动带绕过减速滚筒与导向装置，一端联结悬绳器，一端联结平衡装置；抽油机整体的配重平衡经由配重的导向平衡装置来进行调节，对称平衡的运用使抽油机的平衡性更加容易调节。
具体而言，所述配重的导向平衡装置包括皮带连接座、配重1.9、导向绳和导向轮组。请参阅图1和图3，图1为滚筒缠绕式智能塔架式抽油机结构示意图，图3传动装置结构示意图，所示所述动力传动系统的传动带绕过减速滚桶3.2与导向装置，一端载荷皮带总成1.2联结抽油杆悬绳器1.1，一端配重皮带总成1.4联结配重1.9，控制系统通过螺栓联结在塔架1.10下方固定在控制柜托架1.7上。
为方便对方案进行情况说明，将方案重点数据进行处理，所述滚筒缠绕塔架式抽油机中，所述配重的实际质量为M1,所述配重的合适质量为M2，计算实际配重质量差值ΔM＝M1-M2,所述控制系统内存有实际配重质量差值ΔM’,所述导向装置两端速度为永磁同步电机原设定速度V1及配重实际速度V2。
所述配重存在两种状态，其一为配重质量合适，则需要通过所述导向装置两端的对称平衡调所述节配重平衡；
其二为，配重质量不合适，则需先调整所述导向装置两端速度的差值，控制所述滚筒缠绕式抽油机处于正常工作状态后，再根据所述导向装置两端的对称平衡调节所述配重的平衡。
判断实际配重质量差值ΔM存在正值、负值及零，其正值和负值对应实际配重质量差值ΔM’为不一样的数值，实际配重质量差值ΔM和实际配重质量差值ΔM’符号相同。
当实际配重质量差值ΔM等于实际配重质量差值ΔM’，则为配重合适，此时只需调整配重平衡。
当实际配重质量差值ΔM大于或小于对应的实际配重质量差值ΔM’，则为配重不合适，控制所述滚筒缠绕式抽油机处于正常工作状态后，再根据所述导向装置两端的对称平衡调节所述配重的平衡。
具体而言，当所述配重不合适时，存在两种状态，其一为配重的实际质量超重，则需调整所述导向装置两端，包括所述永磁同步电机原速度与配重实际速度，所述滚筒缠绕式智能塔架式抽油机的上泵时配重的速度变慢，下泵时配重的速度变快；
其二为配重的实际质量过轻，则需调整所述导向装置两端包括所述永磁同步电机原速度与配重实际速度，所述滚筒缠绕式智能塔架式抽油机上泵时配重的速度变快，下泵时配重的速度变慢。
所述永磁同步电机需根据配重的实际质量情况确定所述永磁同步电机的加减速，若配重需要加速时，则调整永磁同步电机加速；若配重需要减速时，则调整永磁同步电机减速。
当实际配重质量差值ΔM为正值，且实际配重质量差值ΔM大于其对应的实际配重质量差值ΔM’，则配重超重，则此时上泵时，永磁同步电机原设定速度V1大于配重实际速度V2，所述滚筒缠绕式智能塔架式抽油机上泵时调整永磁同步电机减速，下泵时永磁同步电机原设定速度V1小于配重实际速度V2，调整永磁同步电机减速。
当实际配重质量差值ΔM为负值，且实际配重质量差值ΔM小于其对应的实际配重质量差值ΔM’，则配重过轻，永磁同步电机原设定速度V1小于配重实际速度V2，所述滚筒缠绕式智能塔架式抽油机上泵时调节调整永磁同步电机加速，永磁同步电机原设定速度V1大于配重实际速度V2，下泵时调整永磁同步电机减速。
根据配重的情况调整永磁同步电机运行速度，保证滚筒缠绕式智能塔架式抽油机运行平稳。
具体而言，调整好所述永磁同步电机的运行速度后，再检测所述配重的平衡状态；参阅图5平衡装置铅垂线检测平衡示意图所示，分别测量铅垂线靠近配重1.9最上端L1和最下端的距离L2，计算两段距离的差值ΔL2＝L1-L2,所述控制系统内有所述配重的最大倾斜差值ΔL；
若两段距离的差值ΔL大于所述配重的最大倾斜差值ΔL’，则需要调节配重，观察配重的倾斜方向，顺着配重倾斜反方向调节连接座两侧的螺栓杆至两段距离相等时为止；
若两段距离的差值ΔL小于等于所述配重的最大倾斜差值ΔL’，则不需要需要调节配重。
调节配重的平衡保证抽油机运行时配重能够确保抽油机系统运行平稳，同时配重在机架内部，使抽油机运行安全系数大大提高。
所述检测配重平衡是所述配重的最大倾斜差值与所述配重，成反比关系；
若所述配重质量越大，则所述配重的最大倾斜差值越小；若所述配重质量越小，则所述配重的最大倾斜差值越大。
若配重实际质量M1越大，则所述配重的最大倾斜差值ΔL1越小；若配重实际质量M1越小，则所述配重的最大倾斜差值ΔL1越大。
具体而言，请参阅图4为实施例配重导向装置的结构示意图，所述皮带连接座4.4通过螺栓连接配重1.9，所述配重1.9两端通过导向轮锁在在两根导向绳4.1上，所述导向绳4.1上下端配有固定座，其导向绳上端固定座4.5将导向绳与上平台1.3相连，其导向绳下端固定座4.6将导向绳与支架底座4.7相连，皮带连接座4.4四面均配有顶丝座4.3和螺栓杆4.2，方便对皮带连接座进行位置调整。
控制系统控制永磁同步电机驱动减速滚筒正反转运行，通过减速滚筒正反转带动传动带缠绕在滚筒上，并驱动两端平衡装置与悬绳器载荷的往复运动，实现采油抽汲动作。
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 (5)
1.一种滚筒缠绕式智能塔架式抽油机，其特征在于，包括，
动力传动系统，其采用永磁同步电机直联减速滚筒驱动传动带；
井口让位结构，其采用让位方式利用设备自身的动力传动系统提供动力，带动导向装置绕固定销轴旋转上翻；
配重平衡系统，其采用对称平衡方式，所述对称平衡是指抽油机中调节配重的方式；
控制系统，其有根据配重的工况要求，及时调节永磁同步电机转速及抽油杆运动速度；
采用变频调速控制系统，应用了闭环矢量控制、转矩控制及智能控制理论；
所述动力传动系统的传动带绕过减速滚筒与导向装置，一端联结悬绳器，一端联结平衡装置；抽油机整体的配重平衡经由配重的导向平衡装置来进行调节；
所述配重的导向平衡装置包括皮带连接座、配重、导向绳和导向轮组；
所述配重的实际质量存在两种状态，其一为配重的实际质量合适，则需要通过所述导向装置两端的对称平衡调节所述配重平衡；
其二为，配重的实际质量不合适，则需先调整所述导向装置两端速度的差值，控制所述滚筒缠绕式抽油机处于正常工作状态后，再根据所述导向装置两端的对称平衡调节所述配重的平衡；
当所述配重不合适时，存在两种状态，其一为配重的实际质量超重，则需调整所述导向装置两端，包括所述永磁同步电机原速度与配重实际速度，所述滚筒缠绕式智能塔架式抽油机的上泵时配重的速度变慢，下泵时配重的速度变快；
其二为配重的实际质量过轻，则需调整所述导向装置两端包括所述永磁同步电机原速度与配重实际速度，所述滚筒缠绕式智能塔架式抽油机上泵时配重的速度变快，下泵时配重的速度变慢；
所述永磁同步电机需根据配重的实际质量情况确定所述永磁同步电机的加减速，若配重需要加速时，则调整永磁同步电机加速；若配重需要减速时，则调整永磁同步电机减速；
调整好所述永磁同步电机的运行速度后，再检测所述配重的平衡状态；
分别测量铅垂线靠近配重最上端和最下端的距离，计算两段距离的差值，控制系统内存有配重的最大倾斜差值；
若两端的差值大于所述配重的最大倾斜差值，则需要调节配重，观察配重的倾斜方向，顺着配重倾斜反方向调节连接座两侧的螺栓杆至两段距离相等时为止；
若两端的差值小于等于所述配重的最大倾斜差值，则不需要调节配重；
所述检测配重平衡是所述配重的最大倾斜差值与所述配重实际质量，成反比关系；
若所述配重实际质量越大，则所述配重的最大倾斜差值越小；若所述配重实际质量越小，则所述配重的最大倾斜差值越大。
2.根据权利要求1所述的滚筒缠绕式智能塔架式抽油机，其特征在于，所述动力传动系统由永磁同步电机、联轴器、减速滚筒、配重传动带组成；所述永磁同步电机配有编码器和电磁刹车装置。
3.根据权利要求1所述的滚筒缠绕式智能塔架式抽油机，其特征在于，所述滚筒缠绕式智能塔架式抽油机让位动作时将顶丝卸下，用拖动绳联结减速滚筒与支撑臂销轴，永磁同步电机带动减速滚筒转动，同时通过拖动绳带动支撑臂绕销轴旋转上翻，实现井口让位。
4.根据权利要求1所述的一种滚筒缠绕式智能塔架式抽油机，其特征在于，所述皮带连接座通过螺栓连接配重，所述配重两端通过导向轮锁在在两根导向绳上，所述导向绳上下端配有固定座，其上端固定座将导向绳与上平台相连，其下端固定座将导向绳与支架底座相连。
5.根据权利要求1所述的一种滚筒缠绕式智能塔架式抽油机，其特征在于，所述控制系统通过螺栓联结在塔架下方一侧，控制系统控制永磁同步电机驱动减速滚筒正反转运行，减速滚筒为行星齿轮外转子输出减速装置，带动传动做圆周缠绕运动。
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