CN117166971B - 一种塔架式抽油机配重自动调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及塔架式抽油机配重调节领域，特别是指一种塔架式抽油机配重自动调节装置，塔架式抽油机配重自动调节装置包括，转动滚筒、电机、减速齿轮组、电流检测器、第一压力传感器、第二压力传感器和中控模块，通过中控模块判断装置是否处于平衡状态并进行相应的调节。本发明通过对驱动电机加装一组减速齿轮组，将电机的扭矩成倍增加，从而达到可以带动几吨重的配重，电机配有自动控制系统，通过压力传感器实时检测井下负载载荷变化，自动匹配电机功率，使平衡皮带两端始终保持平衡，以此实现塔架式抽油机配重的调节，避免了以往配重调节时需要人工操作举升设备进行作业的模式，简化了施工流程，降低了施工成本。

Description

一种塔架式抽油机配重自动调节装置

技术领域

本发明涉及塔架式抽油机配重调节领域，特别是指一种塔架式抽油机配重自动调节装置。

背景技术

目前塔架式抽油机采用两端平衡的方式运行作业，其设备内部平衡皮带缠绕在转动滚筒上，一端连接抽油杆，另一端固定配重装置，使井下载荷与抽油机内的配重装置达到一种平衡的状态，通过电机驱动转动滚筒往复运行，实现抽油机运行作业，当井下载荷与抽油机内的配重无法保持平衡时，需要对配重进行匹配调节，配重的匹配调节方式主要由人工操作举升设备进行调整作业，施工效率低，作业成本高。

所以发明一种通过自动调节装置可以随意改变配重，省去繁复的人工操作就显得尤为重要。

中国专利公开号：CN102071913A，公开了一种智能在线闭环抽油机平衡调节系统，该系统包括连杆、配重、传动装置、配重位移调节电动机和用于驱动电动机对配重位移进行调节控制的控制装置，传动装置、配重位移调节电动机设置在游梁上方，配重位移调节电动机通过传动装置与连杆的一端连接，连杆另一端与配重连接，所述游梁背离驴头的一端与连杆中部连接。

当前的装置结构复杂，设备工作效率低。

发明内容

为此，本发明的目的是提供一种塔架式抽油机配重自动调节装置，用于克服当前的装置结构复杂，设备工作效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种塔架式抽油机配重自动调节装置，包括，

转动滚筒，其用于缠绕平衡皮带，一端连接抽油杆，另一端连接配重连杆，用于使井下载荷与抽油机的配重负载达到一种平衡的状态；

电机，其驱动所述转动滚筒往复运行，用于实现塔架式抽油机运行作业；

减速齿轮组，其包括太阳齿轮、外圈齿轮和行星齿轮，内圈所述太阳齿轮与所述电机的输出轴通过键连接固定，所述外圈齿轮固定在壳体上，所述行星齿轮的输出轴与转动滚筒的转轴相连接，用于将电机的扭矩成倍增加，从而带动所述井下载荷；

电流检测器，其设置于所述电机的内部，用于实时检测电机运行的实际电流值；

第一压力传感器，其设置于所述配重连杆上，用于实时检测配重连杆所承受的实际压力；

第二压力传感器，其设置于所述抽油杆上，用于实时检测抽油杆所承受的实际压力；

中控模块，其与所述电流检测器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器分别相连，根据第一压力传感器实时检测的第一实际压力和所述第二压力传感器实时检测的第二实际压力进行差值计算，将所述差值与中控模块内设定的压力差值评定值进行比较，判断装置是否处于平衡状态，若判断未处于平衡状态，则发出调节信号；中控模块根据第二压力传感器实时检测的第二实际压力与中控模块内设定的井下负载的标准重量进行比较，确定所述减速齿轮组的初始转速比，若第二实际压力不等于所述井下负载的标准重量，则中控模块计算调节转速比，并按照所述调节转速比对减速齿轮组进行转速比的调节；中控模块根据电流检测器检测的实际电流值与中控模块内设定的最大安全运行电流评定值进行比较，判断电机是否安全运行，若所述实际电流值大于等于所述最大安全运行电流评定值，则中控模块发出报警信号。

进一步地，所述中控模块根据所述第一压力传感器实时检测所述配重连杆的第一实际压力与所述第二压力传感器实时检测所述抽油杆的第二实际压力进行比较，判断井下载荷与抽油机的配重负载是否达到平衡的状态，

若所述第一实际压力等于所述第二实际压力，则所述中控模块判定装置达到平衡状态，

若所述第一实际压力不等于所述第二实际压力，则所述中控模块对所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测到的实际数据进行分析计算，判断装置是否达到平衡状态。

进一步地，所述中控模块计算所述第一实际压力和所述第二实际压力的压力差值绝对值，将所述压力差值绝对值与压力差值评定值进行比较，

若压力差值绝对值小于等于所述压力差值评定值，则所述中控模块判定装置达到平衡状态；

若压力差值绝对值大于压力差值评定值，则所述中控模块判定装置处于不平衡状态，中控模块发出调节信号；

其中，所述中控模块内设定有压力差值评定值。

进一步地，所述中控模块根据所述第二压力传感器检测的第二实际压力确定所述减速齿轮组的初始转速比的取值，

若所述第二实际压力等于井下负载的标准重量，则所述初始转速比为减速齿轮组的平衡转速比，

若所述第二实际压力不等于井下负载的标准重量，则所述初始转速比为对所述平衡转速比进行调节后的调节转速比，

其中，所述标准重量为中控模块内设定的装置未调节减速齿轮组的转速比就已经达到平衡状态时井下负载的重量,

所述平衡转速比为中控模块内设定的装置未调节减速齿轮组的转速比就已经达到平衡状态时减速齿轮组的转速比。

进一步地，若所述第二实际压力不等于井下负载的标准重量时，所述调节转速比的取值根据所述第一实际压力和所述第二实际压力之间的大小关系确定，

若第一实际压力小于第二实际压力，则中控模块控制增大所述减速齿轮组的

所述平衡转速比，

若第一实际压力大于第二实际压力，则中控模块控制减小所述减速齿轮组的

所述平衡转速比。

进一步地，当所述第一实际压力小于所述第二实际压力时，所述中控模块确定所述调节转速比的过程中，设置有第二实际压力与第一实际压力间差值对所述调节转速比的第一计算补偿参数，

其中，所述第一计算补偿参数的数值大小根据所述压力差值绝对值确定；

当所述第一实际压力大于所述第二实际压力时，所述中控模块确定所述调节

转速比的过程中，设置有第一实际压力与第二实际压力间差值对所述调节转速比的第二计算补偿参数，

其中，所述第二计算补偿参数的数值大小根据所述压力差值绝对值确定。

进一步地，所述减速齿轮组以调节后的所述调节转速比运行时，所述中控模块根据所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测的调节后的压力数据计算压力差值绝对值,

若所述调节后的压力差值绝对值小于等于所述压力差值评定值，则所述中控模块判定装置达到平衡状态；

若所述调节后的压力差值绝对值大于所述压力差值评定值，则所述中控模块重复上述对所述减速齿轮组转速比的调节操作，直至调节后的压力差值绝对值小于等于压力差值评定值。

进一步地，所述中控模块内设置有所述配重连杆的最大安全运行压力值,根据所述第一压力传感器检测的实时压力与所述最大安全运行压力值进行比较，

若实时压力超过最大安全运行压力值，则中控模块对所述减速齿轮组的转速比进行调节。

进一步地，所述中控模块内设置有所述抽油杆的最大安全运行压力值,根据所述第二压力传感器检测的实时压力与所述最大安全运行压力值进行比较，

若实时压力超过最大安全运行压力值，则中控模块对所述减速齿轮组的转速比进行调节。

进一步地，所述中控模块内设置有电机最大安全运行电流评定值,

若所述第二实际压力大于井下负载的所述标准重量且所述第一实际压力小于第二实际压力，中控模块对所述减速齿轮组的转速比进行调节过程中，根据所述电流检测器检测的实际电流值与所述最大安全运行电流评定值进行比较，判断电机是否安全运行，

若所述实际电流值大于等于最大安全运行电流评定值，则中控模块判定所述电机未安全运行，发出报警信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明利用通过对驱动电机加装一组减速齿轮组，将电机的扭矩成倍增加，从而达到可以带动几吨重的配重，电机配有自动控制系统，通过传感器实时监测负载载荷变化，自动匹配电机功率，使平衡皮带两端始终保持平衡，以此实现塔架式抽油机配重的调节，避免了以往配重调节时需要人工操作举升设备进行作业的模式，简化了施工流程，降低了施工成本实现了塔架式抽油机配重自动调节，减轻了人工作业，降低了作业成本；

实现了配重自匹配、自调节，无需人工干预，提高了作业效率；提高了塔架式抽油机的自动化程度，有利于采油作业自动化管理。

附图说明

图1为实施例中塔架式抽油机配重自动调节装置中减速齿轮组的结构示意图；

图中包括：太阳齿轮5、外圈齿轮6和行星齿轮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。

请参阅图1所示，图1为实施例中塔架式抽油机配重自动调节装置中减速齿轮组的结构示意图。

本发明实施例提供一种塔架式抽油机配重自动调节装置，包括，

转动滚筒，其用于缠绕平衡皮带，一端连接抽油杆，另一端连接配重连杆，用于使井下载荷与抽油机的配重负载达到一种平衡的状态；

电机，其驱动所述转动滚筒往复运行，用于实现塔架式抽油机运行作业；

减速齿轮组，其包括太阳齿轮5、外圈齿轮6和行星齿轮7，内圈所述太阳齿轮5与所述电机的输出轴通过键连接固定，所述外圈齿轮6固定在壳体上，所述行星齿轮7的输出轴与转动滚筒的转轴相连接，用于将电机的扭矩成倍增加，从而带动所述井下载荷；

电流检测器，其设置于所述电机的内部，用于实时检测电机运行的实际电流值；

第一压力传感器，其设置于所述配重连杆上，用于实时检测配重连杆所承受的实际压力；

第二压力传感器，其设置于所述抽油杆上，用于实时检测抽油杆所承受的实际压力；

中控模块，其与所述电流检测器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器分别相连，根据第一压力传感器实时检测的第一实际压力和所述第二压力传感器实时检测的第二实际压力进行差值计算，将所述差值与中控模块内设定的压力差值评定值进行比较，判断装置是否处于平衡状态，若判断未处于平衡状态，则发出调节信号；中控模块根据第二压力传感器实时检测的第二实际压力与中控模块内设定的井下负载的标准重量进行比较，确定所述减速齿轮组的初始转速比，若第二实际压力不等于所述井下负载的标准重量，则中控模块计算调节转速比，并按照所述调节转速比对减速齿轮组进行转速比的调节；中控模块根据电流检测器检测的实际电流值与中控模块内设定的最大安全运行电流评定值进行比较，判断电机是否安全运行，若所述实际电流值大于等于所述最大安全运行电流评定值，则中控模块发出报警信号。

具体而言，本实施例中所述中控模块根据所述第一压力传感器实时检测所述配重连杆的第一实际压力F11,所述第二压力传感器实时检测所述抽油杆的第二实际压力F21，将所述第一实际压力F11与所述第二实际压力F21进行比较，判断井下载荷与抽油机的配重负载是否达到平衡的状态，

若F11=F21，则所述中控模块判定装置达到平衡状态，

若F11≠F21，则所述中控模块对所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测到的实际数据进行分析计算，判断装置是否达到平衡状态。

具体而言，本实施例中所述中控模块判断所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测到的实时数据不相等时，计算所述第一实际压力F11和所述第二实际压力F21的压力差值绝对值S，设定为，S=|F11-F21|，

若S≤S0，则所述中控模块判定装置达到平衡状态；

若S＞S0，则所述中控模块判定装置处于不平衡状态，中控模块发出调节信号；

其中，S0为所述中控模块内设定的压力差值评定值。

具体而言，本实施例中所述中控模块根据所述第二压力传感器检测的第二实际压力F21判断所述减速齿轮组的初始转速比N1的取值为，

N1=

其中，G0为中控模块内设定的装置不需要调节减速齿轮组的转速比就已经达到平衡状态时井下负载的标准重量,所述装置达到平衡状态时，所述减速齿轮组的平衡转速比为N0。

具体而言，本实施例中若所述第二实际压力F21≠G0时，所述中控模块对所述减速齿轮组的转速比进行调节得到满足装置平衡状态的调节转速比N2，所述调节转速比N2的数值大小根据所述第一实际压力F11和所述第二实际压力F21之间的大小关系确定，调节转速比N2的取值为，

N2=

其中，a为所述第二实际压力F21与所述第一实际压力F11间差值对所述调节转速比N2的第一计算补偿参数，所述第一计算补偿参数a的数值大小根据所述压力差值绝对值S确定，压力差值绝对值S越大，第一计算补偿参数a的数值越大，a的取值为，

a=

其中，a11为所述第一计算补偿参数a的第一补偿基准值；

b为所述第一实际压力F11与所述第二实际压力F21间差值对所述调节转速比N2的第二计算补偿参数，所述第二计算补偿参数b的数值大小根据所述压力差值绝对值S确定，压力差值绝对值S越大，第二计算补偿参数b的数值越大，b的取值为，

b=

其中，b11为所述第二计算补偿参数b的第二补偿基准值。

具体而言，本实施例中所述减速齿轮组以调节后的调节转速比N2运行时，所述中控模块根据所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测的调节后的压力数据计算压力差值绝对值S’,

若S’≤S0，则所述中控模块判定装置达到平衡状态；

若S’＞S0，则所述中控模块重复上述对所述减速齿轮组转速比的调节操作，直至S’≤S0。

具体而言，本实施例中所述中控模块内设置有所述配重连杆的最大安全运行压力值F10,根据所述第一压力传感器检测的实时压力与所述最大安全运行压力值F10进行比较，

若实时压力超过最大安全运行压力值F10，则中控模块对所述减速齿轮组的转速比进行调节；

所述中控模块内设置有所述抽油杆的最大安全运行压力值F20,根据所述第二压力传感器检测的实时压力与所述最大安全运行压力值F20进行比较，

若实时压力超过最大安全运行压力值F20，则中控模块对所述减速齿轮组的转速比进行调节。

具体而言，本实施例中所述中控模块内设置有电机最大安全运行电流评定值A0,

若中控模块对所述减速齿轮组的转速比进行调节过程中，根据所述电流检测器检测的实际电流值A1与所述最大安全运行电流评定值A0进行比较，判断电机是否安全运行，

若A1≥A0，则中控模块判定所述电机未安全运行，发出报警信号；

若A1＜A0，则中控模块判定所述电机安全运行。

本发明实施例通过对驱动电机加装一组减速齿轮组，将电机的扭矩成倍增加，从而达到可以带动几吨重的配重，电机配有自动控制系统，通过传感器实时监测负载载荷变化，自动匹配电机功率，使平衡皮带两端始终保持平衡，以此实现塔架式抽油机配重的调节，避免了以往配重调节时需要人工操作举升设备进行作业的模式，简化了施工流程，降低了施工成本实现了塔架式抽油机配重自动调节，减轻了人工作业，降低了作业成本；实现了配重自匹配、自调节，无需人工干预，提高了作业效率；提高了塔架式抽油机的自动化程度，有利于采油作业自动化管理。

本发明中各所述计算补偿参数、计算调节参数的作用有两个，一是平衡公式左右纲量，二是调节数值结果，在本实施例中不进行具体赋值，且，本实施例中各计算公式用于直观反应各数值间的调节关系，例如正相关，负相关，在无特殊说明的前提下，未具体限定数值的参数数值均取正。

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)

1.一种塔架式抽油机配重自动调节装置，其特征在于，包括，

转动滚筒，其用于缠绕平衡皮带，一端连接抽油杆，另一端连接配重连杆，用于使井下载荷与抽油机的配重负载达到一种平衡的状态；

电机，其驱动所述转动滚筒往复运行，用于实现塔架式抽油机运行作业；

减速齿轮组，其包括太阳齿轮、外圈齿轮和行星齿轮，内圈所述太阳齿轮与所述电机的输出轴通过键连接固定，所述外圈齿轮固定在壳体上，所述行星齿轮的输出轴与转动滚筒的转轴相连接，用于将电机的扭矩成倍增加，从而带动所述井下载荷；

电流检测器，其设置于所述电机的内部，用于实时检测电机运行的实际电流值；

第一压力传感器，其设置于所述配重连杆上，用于实时检测配重连杆所承受的实际压力；

第二压力传感器，其设置于所述抽油杆上，用于实时检测抽油杆所承受的实际压力；

中控模块，其与所述电流检测器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器分别相连，根据第一压力传感器实时检测的第一实际压力和所述第二压力传感器实时检测的第二实际压力进行差值计算，将所述差值与中控模块内设定的压力差值评定值进行比较，判断装置是否处于平衡状态，若判断未处于平衡状态，则发出调节信号；中控模块根据第二压力传感器实时检测的第二实际压力与中控模块内设定的井下负载的标准重量进行比较，确定所述减速齿轮组的初始转速比，若第二实际压力不等于所述井下负载的标准重量，则中控模块计算调节转速比，并按照所述调节转速比对减速齿轮组进行转速比的调节；中控模块根据电流检测器检测的实际电流值与中控模块内设定的最大安全运行电流评定值进行比较，判断电机是否安全运行，若所述实际电流值大于等于所述最大安全运行电流评定值，则中控模块发出报警信号；

所述中控模块根据所述第一压力传感器实时检测所述配重连杆的第一实际压力与所述第二压力传感器实时检测所述抽油杆的第二实际压力进行比较，判断井下载荷与抽油机的配重负载是否达到平衡的状态，

若所述第一实际压力等于所述第二实际压力，则所述中控模块判定装置达到平衡状态，

若所述第一实际压力不等于所述第二实际压力，则所述中控模块对所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测到的实际数据进行分析计算，判断装置是否达到平衡状态；

所述中控模块计算所述第一实际压力和所述第二实际压力的压力差值绝对值，将所述压力差值绝对值与压力差值评定值进行比较，

若压力差值绝对值小于等于所述压力差值评定值，则所述中控模块判定装置达到平衡状态；

若压力差值绝对值大于压力差值评定值，则所述中控模块判定装置处于不平衡状态，中控模块发出调节信号；

其中，所述中控模块内设定有压力差值评定值；

所述中控模块根据所述第二压力传感器检测的第二实际压力确定所述减速齿轮组的初始转速比的取值，

若所述第二实际压力等于井下负载的标准重量，则所述初始转速比为减速齿轮组的平衡转速比，

若所述第二实际压力不等于井下负载的标准重量，则所述初始转速比为对所述平衡转速比进行调节后的调节转速比，

其中，所述标准重量为中控模块内设定的装置未调节减速齿轮组的转速比就已经达到平衡状态时井下负载的重量,

所述平衡转速比为中控模块内设定的装置未调节减速齿轮组的转速比就已经达到平衡状态时减速齿轮组的转速比。

2.根据权利要求1所述的塔架式抽油机配重自动调节装置，其特征在于，若所述第二实际压力不等于井下负载的标准重量时，所述调节转速比的取值根据所述第一实际压力和所述第二实际压力之间的大小关系确定，

若第一实际压力小于第二实际压力，则中控模块控制增大所述减速齿轮组的

所述平衡转速比，

若第一实际压力大于第二实际压力，则中控模块控制减小所述减速齿轮组的

所述平衡转速比。

3.根据权利要求2所述的塔架式抽油机配重自动调节装置，其特征在于，

当所述第一实际压力小于所述第二实际压力时，所述中控模块确定所述调节转速比的过程中，设置有第二实际压力与第一实际压力间差值对所述调节转速比的第一计算补偿参数，

其中，所述第一计算补偿参数的数值大小根据所述压力差值绝对值确定；

当所述第一实际压力大于所述第二实际压力时，所述中控模块确定所述调节

转速比的过程中，设置有第一实际压力与第二实际压力间差值对所述调节转速比的第二计算补偿参数，

其中，所述第二计算补偿参数的数值大小根据所述压力差值绝对值确定。

4.根据权利要求3所述的塔架式抽油机配重自动调节装置，其特征在于，所述减速齿轮组以调节后的所述调节转速比运行时，所述中控模块根据所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测的调节后的压力数据计算压力差值绝对值,

若所述调节后的压力差值绝对值小于等于所述压力差值评定值，则所述中控模块判定装置达到平衡状态；

若所述调节后的压力差值绝对值大于所述压力差值评定值，则所述中控模块重复上述对所述减速齿轮组转速比的调节操作，直至调节后的压力差值绝对值小于等于压力差值评定值。

5.根据权利要求4所述的塔架式抽油机配重自动调节装置，其特征在于，所述中控模块内设置有所述配重连杆的最大安全运行压力值,根据所述第一压力传感器检测的实时压力与所述最大安全运行压力值进行比较，

若实时压力超过最大安全运行压力值，则中控模块对所述减速齿轮组的转速比进行调节。

6.根据权利要求5所述的塔架式抽油机配重自动调节装置，其特征在于，所述中控模块内设置有所述抽油杆的最大安全运行压力值,根据所述第二压力传感器检测的实时压力与所述最大安全运行压力值进行比较，

若实时压力超过最大安全运行压力值，则中控模块对所述减速齿轮组的转速比进行调节。

7.根据权利要求6所述的塔架式抽油机配重自动调节装置，其特征在于，所述中控模块内设置有电机最大安全运行电流评定值,

若所述第二实际压力大于井下负载的所述标准重量且所述第一实际压力小于第二实际压力，中控模块对所述减速齿轮组的转速比进行调节过程中，根据所述电流检测器检测的实际电流值与所述最大安全运行电流评定值进行比较，判断电机是否安全运行，

若所述实际电流值大于等于最大安全运行电流评定值，则中控模块判定所述电机未安全运行，发出报警信号。