CN204571944U - 竖井抽油机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于钻采设备技术领域，公开了一种竖井抽油机系统，包括：井架、提升电机、提升皮带和提升物料，提升电机安装在所述井架上，提升皮带绕过提升电机的带轮后与提升物料连接，提升电机带动提升物料上下运动；提升电机连接有绝对值编码器，提升电机通过动力电缆连接有变频器，绝对值编码器与变频器连接。本实用新型中，提升物料悬挂在提升电机下方，运动过程中传动角无变化，电机受力均匀；通过绝对值编码器将提升物料所处的位置实时反馈至变频器，变频器根据提升取料的位置确定电机的转向以及电机当前需要输出的功率，进而控制电机运行，使得电机的输出功率与提升物料所需的功率相匹配，功率几乎没有浪费，电机能耗低。

Description

竖井抽油机系统

技术领域

本实用新型涉及钻采设备技术领域，特别涉及一种竖井抽油机系统。

背景技术

现有的抽油机大部分为磕头机即游梁式抽油机，通常由普通交流异步电机直接带动曲柄滑块结构，进而带动游梁绕铰接点做俯仰动作。具体的，如图1所示，电机1通过皮带轮4与变速箱2连接，变速箱2带动曲柄5滑块作往复摆动，曲柄5上设有平衡块6，曲柄5通过连杆7与游梁8的一端铰接，游梁8中部与支架11铰接，游梁8的另一端连接有驴头9，驴头9下方悬挂有悬绳器10，悬绳器10用于连接抽油杆，上述所有部件均安装在底座上。游梁摆动带动抽油杆上下运动，抽油杆驱动井下抽油泵做固定周期的上下往复运动，把井下的油送到地面。

常规型游梁式抽油机主要有以下不足：

(1)抽油机在运行中，传动角波动较大，无法保证各位置的传动角均接近90°，造成曲柄轴受力很大但不均匀，即曲柄在转动过程中受到的作用力有很大的波动。

(2)悬点载荷造成的曲柄轴扭矩峰值较大，且为非正弦规律，而驱动曲柄轴的平衡力矩是以正弦规律变化的，二者无法相抵，造成曲柄轴上的净扭矩峰值较大，波动剧烈，甚至出现负扭矩。

(3)从能耗的角度来说净扭矩波动大，必然需要加大输入功率，能耗较大。

(4)从装机功率来说，由于扭矩峰值高，为了保证抽油机的正常运转，势必要选用较大功率的电机及大扭矩的减速器，这就是“大马拉小车”现象——造成电能的浪费。

(5)对于“渗透率”比较低的油井来说，单位时间出油量较少，抽油机负载小，抽油杆以较低的抽动速度就可；但是电机的转速却不能改变，从而导致传动系统的效率和功率因数很低，每次抽油量都比较少，很大一部分能量都被无功损耗白白的浪费了。

(6)对于“渗透率”比较高的油井来说，因为电机的转速不能提高，相应的其产量也不能提高。固定转速的电机无法满足不同渗透环境的油井，造成抽油速度无法与供油速度相匹配。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是：为解决现有的竖井抽油机，由于采用曲柄滑块以及游梁结构，工作过程中无法保证各位置的传动角均接近90°，导致曲柄受力有波动，电机输出的固定的驱动力无法与曲柄受到的波动的作用力相匹配的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种竖井抽油机系统，包括：井架、提升电机、提升皮带和提升物料，所述提升电机安装在所述井架上，所述提升皮带绕过所述提升电机的带轮后与所述提升物料连接，所述提升物料悬挂在所述提升电机下方，所述提升电机用于带动所述提升物料上下运动；所述提升电机连接有绝对值编码器，所述提升电机通过动力电缆连接有变频器，所述绝对值编码器与所述变频器连接；所述绝对值编码器用于向所述变频器提供所述提升物料的高度位置信号，所述变频器用于调节所述提升电机的转向和输出功率。

其中，所述提升皮带的一端与所述提升物料连接，另一端连接有皮带箱，所述皮带箱设置在所述井架的下部，所述皮带箱用于收集和释放所述提升皮带。

其中，所述皮带箱与提升电机之间的提升皮带上连接有配重块。

其中，所述井架上设有两个限位开关，两个所述限位开关均与所述变频器连接；两个所述限位开关沿所述提升物料的运动方向设置；当所述提升物料通过任意一个所述限位开关的检测点后，该限位开关将检测到的信息传递至所述变频器，所述提升电机停止转动。

其中，两个所述限位开关的安装高度可调。

其中，所述变频器为PowerFlex755变频器。

其中，所述提升物料为抽油杆。

其中，所述提升电机为永磁同步电机。

(三)有益效果

上述技术方案具有如下优点：本实用新型所述竖井抽油机系统，提升物料悬挂在提升电机下方，运动过程中传动角无变化，电机受力均匀；通过绝对值编码器将提升物料所处的位置实时反馈至变频器，变频器根据提升取料的位置确定电机的转向以及电机当前需要输出的功率，进而控制电机运行，使得电机的输出功率与提升物料所需的功率相匹配，功率几乎没有浪费，电机能耗低。

附图说明

图1是现有竖井抽油机的结构示意图；

其中，1、电机；2、变速箱；3、底座；4、皮带轮；5、曲柄；6、平衡块；7、连杆；8、游梁；9、驴头；10、悬绳器；11、支架；

图2是本实用新型所述竖井抽油机系统的结构示意图。

其中，1A、提升电机；2A、提升皮带；3A、限位开关；4A、提升物料；5A、配重块；6A、井架；7A、皮带箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图2所示，本实用新型一种竖井抽油机系统，包括：井架6A、提升电机1A、提升皮带2A和提升物料4A，所述提升电机1A安装在所述井架6A上，所述提升皮带2A绕过所述提升电机1A的带轮后与所述提升物料4A连接，所述提升物料4A悬挂在所述提升电机1A下方，所述提升电机1A用于带动所述提升物料4A上下运动；所述提升电机1A连接有绝对值编码器，所述提升电机1A通过动力电缆连接有变频器，所述绝对值编码器与所述变频器连接；所述绝对值编码器用于向所述变频器提供所述提升物料4A的高度位置信号，所述变频器用于调节所述提升电机1A的转向和输出功率。

本实用新型采用直接位置控制的方式，所以采用绝对值编码器；绝对值编码器内置于提升电机1A，两者相互连接；绝对值编码器通过电缆与变频器连接，实现信息传输；变频器通过动力电缆与提升电机1A连接，可以调节提升电机1A的转动方向和实时输出功率，以实现精确的位置控制，同时保证了重复位置精度和安全。提升物料4A悬挂在提升电机1A下方，运动过程中传动角无变化，电机受力均匀；通过绝对值编码器将提升物料4A所处的位置实时反馈至变频器，通过预先设定参数，变频器根据提升取料的位置确定电机的转向以及电机当前需要输出的功率，进而控制电机运行，使得电机的输出功率与提升物料4A所需的功率相匹配，功率几乎没有浪费，电机能耗低。

优选的，所述提升皮带2A的一端与所述提升物料4A连接，另一端连接有皮带箱7A，提升皮带2A的中部绕过提升电机1A的皮带轮，所述皮带箱7A设置在所述井架6A的下部，所述皮带箱7A用于收集和释放所述提升皮带2A。提升电机1A设置在井架6A的上部，提升皮带2A中部套在提升电机1A的带轮上，通过电机正反转，代送提升物料4A上下运动。皮带箱7A的结构类似卷尺，内设可自行回转的转轴，当提升物料4A上升时，提升皮带2A对转轴的作用力减小，转轴自行旋转，将多余的提升皮带2A收集回去；当提升电机1A转向改变，提升物料4A下降时，转轴反转，提升皮带2A逐渐被释放出去。提升物料4A即抽油杆。

进一步的，所述皮带箱7A与提升电机1A之间的提升皮带2A上连接有配重块5A。配重块5A用于平衡负载，在抽油杆上升的时候，帮助提升电机1A产生拉力，起到节能的作用；在抽油杆下降的时候，帮助提升电机1A产生制动力，从而减小了提升电机1A需要输出的功率。

所述井架6A上设有两个限位开关3A，两个所述限位开关3A均与所述变频器连接；两个所述限位开关3A沿所述提升物料4A的运动方向设置；当所述提升物料4A通过任意一个所述限位开关3A的检测点后，该限位开关3A将检测到的信息传递至所述变频器，所述提升电机1A停止转动。两个限位开关3A设置在不同高度处，分别称为上限位开关和下限位开关，两者的安装位置与抽油杆运动的极限位置相对应。上限位开关与下限位开关作为电器连锁，在检测到抽油杆超过上限位开关或者低于下限位开关时，将信号传递给变频器，变频器调节提升电机1A停住转动，实现紧急制动，可以在发生意外的时候保护机械设备。

优选的，两个所述限位开关3A的安装高度可调，以适用于不同的工作环境。

所述变频器为PowerFlex755变频器，所述提升电机1A为永磁同步电机。PowerFlex755变频器与绝对值编码器配合,可形成位置闭环，PowerFlex755变频器通过位置控制的方式控制抽油杆上下往返运动,以实现快速提升往返。PowerFlex755变频器控制带绝对值编码器的提升电机1A，采用位置控制模式驱动抽油杆做上下往复运动，电机的正反向换向由设定在PowerFlex755变频器中的位置曲线实现。通过PowerFlex755变频器的人机界面，可直接输入所需工艺参数，替代了原有的触摸屏加PLC的控制系统的配置，实现了控制简单化，运算精确化，机械简易化。

提升电机1A采用永磁同步电机，其惯量小，可实现快速正反转，提高了机器的工作效率。而且采用永磁同步电机几乎不会消耗无功励磁电流，所以传动效率很高，节能效果很好。

由以上实施例可以看出，本实用新型具有如下优点：

(1)操作简单：只要输入冲程量，通过PowerFlex755变频器内置的设备，便可自动计算出达到冲程所需的距离、位置以及时间,可以使提升电机1A以最大的运行速度工作，使传动效果发挥到极致。

(2)较小的机械磨损和冲击，增加了设备的使用寿命：加速时间以及减速时间自动根据设定冲程量进行计算，并可实现软起、软停、零速悬停等特殊动作，使电机的换向和速度变化更加平滑，机械冲击大大减小。无需考虑机械过冲、驱动过压等原有设备存在的故障，大大提高了机械的寿命。

(3)控制更加安全可靠：提升电机1A的抱闸动作采用变频器的“力矩效验”功能进行控制。“力矩效验”是变频器的一种功能，可以实时监测电机的转矩矩和速度，在设备失控时，指令继电器实现抱闸控制。上限位开关与下限位开关的组合，补充并加强了电控系统的安全可靠性。

(4)界面友好：PowerFlex755变频器内置信息丰富、功能强大的人机界面，可根据算法，自动记录周期内的冲量、冲次等反馈工艺参数。

(5)可扩展能力强：PowerFlex755变频器内置以太网通讯模块，也可配置无线通讯模块，方便在原有系统的基础上加装通讯设备，将所需工艺参数和电控参数上传至控制中心，实现多个油井集中控制，集中监控，真正实现了无人值守控制。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种竖井抽油机系统，其特征在于，包括：井架(6A)、提升电机(1A)、提升皮带(2A)和提升物料(4A)，所述提升电机(1A)安装在所述井架(6A)上，所述提升皮带(2A)绕过所述提升电机(1A)的带轮后与所述提升物料(4A)连接，所述提升物料(4A)悬挂在所述提升电机(1A)下方，所述提升电机(1A)用于带动所述提升物料(4A)上下运动；

所述提升电机(1A)连接有绝对值编码器，所述提升电机(1A)通过动力电缆连接有变频器，所述绝对值编码器与所述变频器连接；所述绝对值编码器用于向所述变频器提供所述提升物料(4A)的高度位置信号，所述变频器用于调节所述提升电机(1A)的转向和输出功率。

2.如权利要求1所述的竖井抽油机系统，其特征在于，所述提升皮带(2A)的一端连接所述提升物料(4A)，另一端连接有皮带箱(7A)，所述皮带箱(7A)设置在所述井架(6A)的下部，所述皮带箱(7A)用于收集和释放所述提升皮带(2A)。

3.如权利要求2所述的竖井抽油机系统，其特征在于，所述皮带箱(7A)与提升电机(1A)之间的提升皮带(2A)上连接有配重块(5A)。

4.如权利要求1所述的竖井抽油机系统，其特征在于，所述井架(6A)上设有两个限位开关(3A)，两个所述限位开关(3A)均与所述变频器连接；两个所述限位开关(3A)沿所述提升物料(4A)的运动方向设置；当所述提升物料(4A)通过任意一个所述限位开关(3A)的检测点后，该限位开关(3A)将检测到的信息传递至所述变频器，所述提升电机(1A)停止转动。

5.如权利要求4所述的竖井抽油机系统，其特征在于，两个所述限位开关(3A)的安装高度均可调节。

6.如权利要求1所述的竖井抽油机系统，其特征在于，所述变频器为PowerFlex755变频器。

7.如权利要求1所述的竖井抽油机系统，其特征在于，所述提升物料(4A)为抽油杆。

8.如权利要求1所述的竖井抽油机系统，其特征在于，所述提升电机(1A)为永磁同步电机。