CN1563665A - 自动控制节能环保游梁式抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种自动控制节能环保游梁式抽油机，包括底座支架、游梁平衡系统、动力及自控系统、调参系统、曲柄连杆系统、悬绳装置、光杆密封装置。其中所述游梁平衡系统是设置在底座和支架上，它包括游梁、横梁、前后驴头、支架轴承座、平衡块。所述动力及自控系统包括变频调速电机、自动控制柜、反馈器、传感器。所述曲柄连杆系统包括减速箱曲柄、连杆。所述调参系统指调节平衡、冲程、冲次，由左右螺旋调节装置、平衡块螺旋千斤顶、曲柄滑枕、变频器构成。所述悬绳装置是连接前驴头钢丝绳与光杆的连接装置。所述光杆密封装置是安装在采油井口顶部密封光杆的。本发明的优点是：增效、节能、自动控制、调参方便、保护环境、减轻劳动强度。

Description

自动控制节能环保游梁式抽油机

技术领域

本发明涉及一种油田采油机械。

背景技术

目前公知的游梁式抽油机是由底座、支架、游梁、驴头、横梁、连杆、曲柄、平衡块、减速箱、电动机、刹车装置、配电柜等组成，它虽有结构简单，牢固耐用的优点，但是缺点也是非常突出的，首先是产量低，因为它的上下冲程时间一样，使下冲程时抽油泵原油充盈量不足。其次是耗能高，由于设备庞大，平衡不佳，所需动力大。再次是耗钢材多，每台抽油机就曲柄、平衡重的重量，小型机就有数吨，大型机有数十吨之多。最突出的就是调参困难，调整冲程时，需要起重吊车配合，至少需要4名作业工才能进行，调整冲次需要更换不同直径的电动机皮带盘，调整平衡也需起重吊车配合，以上调参工作均要停车进行，耗时、费力、工人劳动强度很大。

发明内容

为了克服现有游梁式抽油机的不足，本发明提供一种抽油机，不仅能够增产增效，而且节约电能，保护环境，极大地改善调参工作。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：包括游梁平衡系统、动力及自动控制系统、调参系统、悬绳装置、防盗放油螺塞、井口光杆密封装置。其中所述游梁平衡系统它包括支架、游梁、前后驴头，由于游梁是具有固定转动中心的刚体，因此可以将其视为杠杆模型，根据理论分析和实践证明可知，只有平衡良好的游梁式抽油机才是最节能的，所以，要使游梁平衡，必须满足作用于支点的合力矩为零。很显然，阻力端的负荷有前驴头自重，前驴头悬点负荷，以及游梁前段自重；动力端的负荷有后驴头自重，后驴头悬挂平衡块，以及游梁后段自重，根据杠杆原理可知，为了使动力端省力，可增加游梁后段长度，但是游梁后段长度一增加，势必使后驴头悬点重物上下行程加大，从而使整个机器体积庞大，鉴于此，动力臂和阻力臂的长度通过试验应选定4∶3为宜，这样，后驴头的总重按前驴头的总重3/4配置即可。上述的动力及自动控制系统包括变频调速电机和自动控制柜上止点反馈器和下止点反馈器及传感器，根据抽油泵的工作原理可知，降低抽油机柱塞泵的下冲程速度可提高液体在泵内的充盈系数，提高上冲程速度可减少提升过程中液体在泵内的漏失系数。要达到上述目的可应用变化频率的方法调节变频调速电机，当抽油机上冲程时，给电机输入较高频率，从而使电机转速增加，输出功率较大，提升速度较快；当抽油机下冲程时，给变频电机输入较低的频率，从而使发电机转速较低，输出功率较小，下行速度较慢。那么如何利用抽油机的工况自动调节频率呢？可以从变频器上输出两根传感器分别接在上、下止点位置及时将曲柄通过上下止点的信息反馈到自动控制系统中，从而即时调节预先设置好的高频和低频指令，自动控制变频调速电机的输出转速和功率。上述的调参系统，包括调节冲程、冲次和平衡，由于每口井的工况不是一成不变的，其负荷将随着泵挂深度，油的粘度，摩擦阻力、产液量的不同而不同，因此就要对抽油机的参数进行及时调节。当井下负荷增大，原先调节好的平衡将被破坏，从而使电机超负荷，电流增大，电机发热，此时就要调节平衡。调节平衡有两种方法，一是调节动力臂的距离；二是增加平衡块重。前者是利用安装在后驴头与游梁之间的正反梯形螺纹调节装置进行，用圆棒调节中间螺母，使装置伸长或缩短。伸长即将后驴头向外推开，从而增大了重物与游梁支点的距离，反之则缩短距离；后者是对后驴头悬挂平衡块进行增加，增加平衡重只要使后驴头旋转到下止点，再旋转地面平衡重螺旋千斤顶，即可把平衡块举升到后驴头上。当井下出现原油渗出速度慢，动液面降低，产液量减小情况时，就要调节抽油机的开采速度，此时就要调节冲次，将冲次调慢，这时只要重新设定输入频率即可方便地调节抽油机的冲次，如果预先将工况参数输进自控系统，就可以自动调节冲次，此种调节无须停机。当遇有油稠增加，产液量增多的情况下，就要调节冲程，采取深抽措施，调节冲程，须作停机调节，将正反梯形螺纹调节装置一端与游梁接头座相连接，一头与支架接头座相连接，使游梁和曲柄大体处于水平位置，此时松开曲柄滑枕三面的固紧螺母和螺栓即可对滑枕进行调节。上述悬绳装置，是前驴头两根钢丝绳毛辫子与光杆连接的纽带，利用万向节结构，可以使驴头与井口在不完全对中的情况下，照常可以采油。上述减速箱防盗放油螺塞装置，是在减速箱放油螺塞的周围设计一围堰，然后在其坑内打孔并加工螺纹，再配备一只不等边多边形放油螺塞，并加工与之配套的专用工具。所述井口密封装置，它是安装在井口采油树的顶部，用于密封井口和光杆，该装置包括壳体、拉刀、填料、万向节、浮球等。拉刀安装在顶部，万向节安装在该装置中部，浮球安装在该装置的下部的一侧。

本发明的有益效果是十分明显的，平衡效果好，从而使减速箱的力矩大为降低，电机功率大为降低，节电率达到40％以上，上下冲程分别控制转速，从而提高泵效率，使原油产量提高20％，性能优越，结构牢固耐用，自动化程度高，调参方便，保护环境，大大减轻工人劳动强度，真正达到高效、节能、环保、安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是本发明的结构示意图

图2是调冲程原理图

图3是自控装置传感器安装位置示意图

图4是悬绳装置结构示意图

图5减速箱防盗放油螺塞装置

图6是井口光杆密封装置

图7是平衡块升降装置

图8是反馈器结构示意图

图中1、机座，2、支架，3、平衡重，4、正反梯形螺纹调节装置，5、后驴头，6、固定销，7、游梁，8、游梁轴承座，9、连杆，10、前驴头，11、悬绳器，12、曲柄，13、下止点反馈器，14、上止点反馈器，15、减速箱，16、井口光杆密封装置，17、上止点传感器，18、下止点传感器，19、防盗油放油螺塞，20、变频调速电机，21、自动控制柜，22、平衡块举升装置，23、调节螺柱及锁紧螺母，24、滑枕，25、止紧螺栓及锁紧螺母，26、传感器导线，27、挡绳销轴，28、悬绳器万向节，29、方卡子，30、拉刀，31、密封器万向节，32、浮球，33、扭转弹簧，34、门轴，35、活动门。

实施方式

在图1中：1为机座，其上安装有支架2、变频调速电机20，自动控制柜21，减速箱15及筒体，支架2的顶端安装有游梁轴承8，游梁7两端安装前后驴头10和5，前驴头为了减重做成中空式，后驴头为了增重在下半截可填充铸铁，之所以在下半截填充重物是因为当抽油机前驴头处于下止点时，该处重物的重心正好相对于支点距离最远，因而对支点的力矩也最大，此时对于泵杆系统而言正是从下止点往上止点转移的关键时刻，因而后驴头最大的力矩对前驴头的上升恰到好处，使动力系统外加动力尽量小。前驴头10利用驴头销固定在游梁前端，后驴头5上部利用销轴固定在游梁7的后端，有时为了微量调节平衡，可利用正反梯形螺旋装置4调节后驴头装置，伸长时，后驴头将绕上部销轴轴心旋转，平衡力矩加大，缩短时，平衡力矩减小，调节好后，用销轴6插入游梁相应的销孔予以固定。正反梯形螺纹调节装置4为一机多用，调节平衡时，将其一端与后驴头接头座连接，另一端与游梁接头座相连接，用圆棒插入中间的圆孔中，正向旋转，机构伸长，反向旋转则机构缩短；用于调节冲程时，可将其与后驴头连接螺栓拧松，将下端与支架上的接头座相连接，调节其长度将游梁调节到水平位置时予以固定，此时即可对曲柄上的滑枕进行调节，从而可以调节冲程，省得吊车辅助作业。抽油机正常运转期间，可将该装置安装在驴头的竖墙板上，作平衡重用。不管该装置做何用，均由一人即可操作。为了使游梁处于最佳平衡状态，单靠后驴头的重量是远远不够的，还需要在后驴头上悬挂一定量的平衡重块3，此平衡块根据平衡状态酌情增减，若需增减平衡块，可将后驴头处于下止点停车刹车固定，再转动地面平衡块底下的螺旋千斤顶22，逆时针转动，平衡块被举升，当与后驴头上的平衡块靠近时，再用六只螺栓将平衡块的法兰相联接即可。平衡良好的游梁装置处于水平状态时，会静止不动，为了使其能够上下旋转，并带动泵杆系统抽油，这就要给游梁系统一定的外力，因此，可用连杆9将曲柄12与游梁的横梁相连接，这样就可以将变频调速电机20的动力通过皮带传递给减速箱15，再通过曲柄12、连杆9，传递给横梁直至游梁，从而使抽油机获得外力的支持而作上下旋转摆动，进而带动抽油机，抽油泵将地下原油抽出地面。

在图2中，是冲程调节装置，调节冲程时，将滑枕24三边的紧固螺栓25拧松，解除约束，使滑枕获得x方向上的自由度，从而可以调节滑枕两端的梯形螺纹，使滑枕可左右移动，当向中心移动时，冲程缩短；当远离中心时，冲程增长，调节完毕，再对滑枕进行固紧锁定。

在图3中，是变频器传感器安装位置图，为了对抽油机上下冲程的转速、时间的调节，对变频调速电动机进行调频，从而获得理想的输出工况，可在抽油机的曲柄通过上下止点的位置，设置变频器的两个传感器，当曲柄13通过下止点的瞬间，安装在机座上的磁铁对曲柄上的活门开关的吸引，使活门开关动作，从而使变频器传感器18感应，并通过导线26迅即反馈到自动控制柜22，控制变频器按预先设定好的频率输出，此时变频调速电机20将接受高频率运转，输出较高的转速和较大的功率，将游梁以及前驴头从下止点尽快举升到上止点，从而完成抽油机的抽油过程；当曲柄13旋转到上止点的瞬时，安装在减速箱体顶部的磁铁开关对曲柄上的活门吸引，活门开关动作，从而使变频器传感器17感应，于是通过导线26迅速反馈到自动控制柜22，控制变频器按照预先设置好的低频输出，此时变频调速电机20将接受低频运转，输出较低的转速和较低的功率，使游梁及前驴头缓慢地从上止点降低到下止点，从而完成了抽油泵的充油过程，由于输出转速低，功率小，从而达到节能的目的。又由于下行程速度放慢，可提高液体在抽油泵内的充盈量，从而又达到提高产量目的。

在图4中，是悬绳装置，该装置由悬绳器壳体11和万向节28以及两侧挡绳保险销27组成，由于万向节28在球窝里可以转动，所以当井口与抽油机的驴头不完全对中的情况下，它可以自动调节对中。

在图5中，是减速箱防盗油放油螺塞，由于抽油机一般都安装在野外，减速箱内的上百公斤的润滑油有时被不法分子偷盗，因缺油使减速箱的轴承烧毁，为了克服这一现象，可将放油螺塞设计成内藏式，且螺帽19设计成不等边多边形，只有制造厂随机配备的专用工具方可打开。

在图6中，是井口光杆密封装置，该装置由拉刀30，万向节31和自动关井浮球32构成，当井口与驴头不完全对中的情况下，可以自动与驴头调节对中，减少光杆密封装置的偏磨，由于在密封器的顶端设置一把与光杆自动定心的拉刀，能够将光杆因故形成的毛刺、泥沙、锈蚀及时修光，保护密封填料不被毛刺拉坏，从而有效地阻止原油从沟痕中泄漏，当光杆有时因故发生断脱时，井液浮球因比重较原油比重小，将及时地随油流浮升到球座上，自动关井，且压力愈高，关闭愈紧，可以有效避免井喷和原油污染周边环境，淹没附近庄稼事故的发生。

在图7中，是平衡块的螺旋升降装置，该装置由螺杆21、支承架构成，顺时针转动，重物降低，逆时针转动，重物上升，利用此装置能够很方便地把平衡块联接到后驴头上，也可以方便地从后驴上卸下平衡块。

在图8中，是一种活门开关，安装在曲柄的内下侧和曲柄外上侧，它由纯铁活门35、门轴34、弹簧33构成，当曲柄12连同此活门开关旋转至上下止点时，因受传感器下的磁铁吸引而张开，于是轻轻触碰一下传感器的触头，从而使传感器获得信息。

Claims (7)

1、一种自动控制节能环保游梁式抽油机，包括游梁平衡系统、动力及自动控制系统、减速箱曲柄连杆系统、底座支架系统、调参系统、防盗油放油装置、井口光杆密封装置，其特征是所述游梁平衡系统设置在底座支架之上，该装置包括游梁、前后驴头、悬点负荷、平衡重、横梁、游梁轴承座，其中前驴头用驴头销固定在游梁前端，悬点负荷悬绳装置是挂在前驴头上，横梁是安装在游梁前中部，后驴头用销轴连接游梁后端，平衡块则悬挂在后驴头上，游梁轴承座则用高强螺栓连接在游梁中部；所述动力及自控系统是由变频调速电机和自动控制柜、传感器、反馈器组成，其中变频调速电机和自动控制柜均固定在底座上，两根传感器安装在底座和减速箱的顶部，以获得上、下止点的信息；所述调参系统是由正反梯形螺纹调节装置，曲柄冲程调节装置，平衡块螺旋千斤顶装置构成，其中正反梯形螺旋调节装置，平时是用销轴固定在后驴头的后墙板上作为平衡重用，调节平衡时，将上端销轴松开并调节装置的长度，与游梁接头座联接，此时调节该装置的长度，即可将后驴头向外推开，使动力矩长度增加，反之则缩短，调节冲程时，则将该装置的下端与后驴头连接座的销轴卸下与支架接头座联接，再调节其长度，将游梁和曲柄调节到水平状态，即可以调节冲程，将曲柄上的滑枕固定螺母螺栓拧松，使滑枕解除约束，便可以调节滑枕向左右移动，向左移动，冲程减小，向右移动，冲程增大；所述井口光杆密封装置是固定在采油树的顶部，主要由拉刀、万向节浮球部件组成，其中，拉刀设置在该装置的顶部，松套在光杆外缘，万向节固定在该装置的中部，浮球设置在该装置的下部侧面流道中；

2、根据权利要求1所述的自动控制节能环保游梁式抽油机，包括游梁平衡系统，其特征是后驴头的下部填充比重较大的铸铁件，前侧上部设置一块扇形板，在其上打上三只孔眼，以便销轴固定；

3、根据权利要求1所述的自动控制环保游梁式抽油机包括调参系统，其特征是增减平衡重是通过地面平衡重下面的螺旋千斤顶进行的，当后驴头处于下止点时，逆时针旋转千斤顶，即可将平衡重举升；

4、根据权利要求1所述的自动控制环保游梁式抽油机，包括悬绳装置，其特征是连接件为球冠万向节；

5、根据权利要求1所述的自动控制环保游梁式抽油机包括井口密封装置，其特征是浮球所在的侧面流道中心线与装置的中心线呈60-80°的夹角，便于浮球浮出；

6、根据权利要求1所述的自动控制节能环保游梁式抽油机，包括减速箱曲柄连杆系统，其特征是减速箱放油螺塞设计成防盗油放油螺塞，在其周围设置一围堰，在其中间钻孔攻丝，与之配套的螺塞是不等边多边形，拆卸工具由制造厂特制，随机配备；

7、根据权利要求1所述的自动控制节能环保游梁式抽油机，包括调参系统，其特征是反馈器是由纯铁活门、销子、弹簧构成，当曲柄连同该活门旋转通过上止点或下止点时，因受传感器下面的磁铁吸引而张开，从而轻击传感器，使传感器接受信息，越过上下止点，活门在弹簧作用下复又关闭。

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