CN2513279Y - 游梁抽油机的直线电机自动平衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属原油开采领域,涉及一种原油机械改进装置。本实用新型主要由游梁自动平衡装置,数控机和传感器构成。游梁自动平衡装置是由直线电机和平衡小车构成,安装在游梁上。游梁作直线电机的定子,平衡重小车骑在直线电机的动子上,其运行受数控机控制。直线电机的启停,运速,运向和任意时刻的位置都受到高度自动控制。因此本实用新型是改进现有游梁抽油机实现“全动态”,全自动平衡的一种全新装置。本实用新型在不改动抽油机基本结构的前提下,可较大幅度改善其性能,提高效率一倍;降低其能耗30～40%。本实用新型具有思路新颖,自动化程度高,工作安全,可靠,效率高的特点。

Description

游梁抽油机的直线电机自动平衡装置

一、技术领域

本实用新型属于原油开采领域，涉及一种原油开采机械改进装置。

二、背景技术

目前全国有各种抽油机达五万多台，而游梁式抽油机达四万多台，占抽油机总数的85％以上。

游梁抽油机在今后相当长一段时间内仍将具有强大生命力和不可替代的地位。这是由于游梁抽油机自诞生百余年来，经国内外广泛研究改进，结构日趋完善，参数愈尽合理，因此具有结构简单，操作方便，工作可靠，皮实耐用，适应工况能力强的优点。但是游梁抽油机仍存在严重不足之处，主要表现是耗能高、效率低。目前全国游梁抽油机年耗电量60～70亿度，平均每台年耗电量达十几万度，而效率仅为16～18％，有的还不到10％。显然这已成了油田今后发展的严重障碍，严重阻碍了高产、高效、低成本生产的路子。在科技高速发展，企业竞争日趋激烈的今天，对抽油机的改进已到了刻不容缓的地步。

三、发明内容

技术问题：

目前的游梁抽油机工作是采用静态平衡模式，而静态平衡只能平衡掉抽油杆的质量以及油液质量的一半，而对“动载荷”即惯性载荷未能平衡掉，显然这是游梁抽油机耗能高、效率低的主要原因。

本实用新型采取“动、静”态平衡相结合的方法，即利用数控技术让平衡重量的一部分在抽油机运动过程中发生位移，从而使有效平衡重随之改变，达到最好的平衡效果。使抽油机的效率提高一倍，能耗降低30～40％。

本实用新型的技术方案是：

1.在抽油机游梁上安装一套由直线电机驱动的自动平衡装置。

2.在游梁一侧安装一套给直线电机供电的三相电源装置。

3.在驴头悬点和曲柄轴安装有传感器以测量悬点载荷和曲柄轴扭矩。

4.在游梁支架上安装数控机，通过对测得的悬点载荷和曲柄轴扭矩的处理发出信号，控制直线电机的起停、运速、运向和位置。

本技术方案的优点是：

1.平衡效果最好

由于采用“动、静”态平衡相结合的方案，可使抽油杆和油液重量得到百分之百的平衡，同时不但使动载荷得到控制和减小，而且可使其绝大部分得到平衡。

2.旋转电机功率最小，整体能耗降低

由于曲柄轴净扭矩最小或者为零，因而旋转电机功率可减小60～70％，而直线电机处于简谐运动状态，因此能耗很小，从而使总体能耗降低30～40％。

3.使抽油机性能得到很大改善

由于自动平衡重装置在游梁上的启、停、位移速度、位置和方向可控，因而大大改善了抽油机速度和加速度对悬点动载荷的影响。从而增加了抽油机有效承载能力，减小了冲程损失，提高了泵效，增长了寿命。

4.机械效率高，利于自控

采用直线电机驱动平衡重装置，无机械传递损耗，不但效率高而且便于实现自动控制。

四、附图说明

图1是本实用新型在游梁上安装示意图。

图中1.直线电机定子，2.直线电机动子，3.平衡重小车，4.平衡重小车的轨道，5.直线电机电源线和支架，6.减震橡胶，7.数控机，8.拉力传感器，9.扭矩传感器。

图2是本实用新型的平衡重装置的结构示意图。

图3是控制系统的主控电路图。

图4是控制系统的工作处理程序流程图。

图5是扭矩曲线示意图。

图中——表示油井负荷扭矩曲线

    

表示平衡扭矩曲线

     表示曲柄轴静扭矩曲线

五、具体实施方法

1.机械系统

动态平衡装置是由直线电机和平衡重小车构成。图1中，直线电机定子(1)，可由抽油机游梁担任，也可用金属(如铜、钢)板加固在游梁上实现；直线电机动子(2)，安装在直线电机定子(1)上；平衡重小车(3)，其结构示意图见图2，由钢板焊接成马鞍形结构，骑在直线电机动子(2)上，平衡重小车的轨道(4)，由两根角钢加固在游梁两侧，供平衡重小车的四个轮子在上运行；直线电机电源线和支架(5)，加固在游梁一侧；减震橡胶(6)为减轻直线电机运行到游梁两端时冲击力。

2.控制系统

图1中，数控机(7)内放置本系统的硬件；拉力传感器(8)用来测量悬点载荷；扭矩传感器(9)用来测量曲柄轴净扭矩。

本系统的主控电路为一个8031单片机扩展系统，如图3所示。运行前通过键盘输入悬点载荷与平衡重小车在游梁上最佳位置的对应参数及相关井况参数，并存贮于6116RAM中，按键运行后，系统将通过固化于2764中的用户程序对拉力传感器(8)检测到的悬点载荷信号进行处理，图4为工作处理程序流程图，考虑到其为有滞后一阶惯性环节，采用PD调节原理，并将扭矩传感器(9)检测到的曲轴扭矩信号返回系统形成闭环控制。系统发出控制信号驱动直线电机，使平衡重小车的位置随悬点载荷的变化而变化，以改变平衡扭矩曲线，见图5，使其随油井负荷扭矩的变化而反向变化，使曲柄轴净扭矩最小，从而使电机输出功率减小，达到节能的目的。本系统具有动态响应快、静止误差适中的特性。

改造后对抽油机进行反复调试，然后更换合适电机。

Claims (5)

1.一种由直线电机定子(1)，直线电机动子(2)，平衡重小车(3)，平衡重小车轨道(4)，电源线和支架(5)，减震橡胶(6)，自动控制装置(7)，传感器(8)、(9)构成的直线电机游梁自动平衡装置，直线电机定子(1)由游梁担任，其上安装有直线电机动子(2)，直线电机动子(2)上安装有马鞍形平衡重小车(3)，游梁两侧还安装有平衡重小车运行轨道(4)，在游梁一侧还安装有电源线支架并布有电源线(5)，该电源线连接在直线电机和数控机之间，数控机安装在游梁支架上。

2.根据权利要求1所述的游梁自动平衡装置，其特征是：平衡重装置是由平衡小车和直线电机构成的。

3.根据权利要求1所述的游梁自动平衡装置，其特征是：平衡重小车是由直线电机驱动的。

4.根据权利要求1所述的游梁自动平衡装置，其特征是：直线电机的定子可由金属板加固在游梁上构成。

5.根据权利要求1所述的游梁自动平衡装置，其特征是：自动控制装置可由单片机或单板机构成。

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