專利名稱：游梁抽油機(jī)的直線電機(jī)自動(dòng)平衡裝置的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型屬于原油開采領(lǐng)域，涉及一種原油開采機(jī)械改進(jìn)裝置。
游梁抽油機(jī)在今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)仍將具有強(qiáng)大生命力和不可替代的地位。這是由于游梁抽油機(jī)自誕生百余年來，經(jīng)國內(nèi)外廣泛研究改進(jìn)，結(jié)構(gòu)日趨完善，參數(shù)愈盡合理，因此具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，工作可靠，皮實(shí)耐用，適應(yīng)工況能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但是游梁抽油機(jī)仍存在嚴(yán)重不足之處，主要表現(xiàn)是耗能高、效率低。目前全國游梁抽油機(jī)年耗電量60～70億度，平均每臺(tái)年耗電量達(dá)十幾萬度，而效率僅為16～18％，有的還不到10％。顯然這已成了油田今后發(fā)展的嚴(yán)重障礙，嚴(yán)重阻礙了高產(chǎn)、高效、低成本生產(chǎn)的路子。在科技高速發(fā)展，企業(yè)競爭日趨激烈的今天，對(duì)抽油機(jī)的改進(jìn)已到了刻不容緩的地步。
本實(shí)用新型采取“動(dòng)、靜”態(tài)平衡相結(jié)合的方法，即利用數(shù)控技術(shù)讓平衡重量的一部分在抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生位移，從而使有效平衡重隨之改變，達(dá)到最好的平衡效果。使抽油機(jī)的效率提高一倍，能耗降低30～40％。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是1.在抽油機(jī)游梁上安裝一套由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)平衡裝置。
2.在游梁一側(cè)安裝一套給直線電機(jī)供電的三相電源裝置。
3.在驢頭懸點(diǎn)和曲柄軸安裝有傳感器以測量懸點(diǎn)載荷和曲柄軸扭矩。
4.在游梁支架上安裝數(shù)控機(jī)，通過對(duì)測得的懸點(diǎn)載荷和曲柄軸扭矩的處理發(fā)出信號(hào)，控制直線電機(jī)的起停、運(yùn)速、運(yùn)向和位置。
本技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是1.平衡效果最好由于采用“動(dòng)、靜”態(tài)平衡相結(jié)合的方案，可使抽油桿和油液重量得到百分之百的平衡，同時(shí)不但使動(dòng)載荷得到控制和減小，而且可使其絕大部分得到平衡。
2.旋轉(zhuǎn)電機(jī)功率最小，整體能耗降低由于曲柄軸凈扭矩最小或者為零，因而旋轉(zhuǎn)電機(jī)功率可減小60～70％，而直線電機(jī)處于簡諧運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此能耗很小，從而使總體能耗降低30～40％。
3.使抽油機(jī)性能得到很大改善由于自動(dòng)平衡重裝置在游梁上的啟、停、位移速度、位置和方向可控，因而大大改善了抽油機(jī)速度和加速度對(duì)懸點(diǎn)動(dòng)載荷的影響。從而增加了抽油機(jī)有效承載能力，減小了沖程損失，提高了泵效，增長了壽命。
4.機(jī)械效率高，利于自控采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)平衡重裝置，無機(jī)械傳遞損耗，不但效率高而且便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
圖中1.直線電機(jī)定子，2.直線電機(jī)動(dòng)子，3.平衡重小車，4.平衡重小車的軌道，5.直線電機(jī)電源線和支架，6.減震橡膠，7.數(shù)控機(jī)，8.拉力傳感器，9.扭矩傳感器。
圖2是本實(shí)用新型的平衡重裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是控制系統(tǒng)的主控電路圖。
圖4是控制系統(tǒng)的工作處理程序流程圖。
圖5是扭矩曲線示意圖。
圖中——表示油井負(fù)荷扭矩曲線 表示平衡扭矩曲線 表示曲柄軸靜扭矩曲線五、具體實(shí)施方法1.機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡裝置是由直線電機(jī)和平衡重小車構(gòu)成。


圖1中，直線電機(jī)定子(1)，可由抽油機(jī)游梁擔(dān)任，也可用金屬(如銅、鋼)板加固在游梁上實(shí)現(xiàn)；直線電機(jī)動(dòng)子(2)，安裝在直線電機(jī)定子(1)上；平衡重小車(3)，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，由鋼板焊接成馬鞍形結(jié)構(gòu)，騎在直線電機(jī)動(dòng)子(2)上，平衡重小車的軌道(4)，由兩根角鋼加固在游梁兩側(cè)，供平衡重小車的四個(gè)輪子在上運(yùn)行；直線電機(jī)電源線和支架(5)，加固在游梁一側(cè)；減震橡膠(6)為減輕直線電機(jī)運(yùn)行到游梁兩端時(shí)沖擊力。
2.控制系統(tǒng)
圖1中，數(shù)控機(jī)(7)內(nèi)放置本系統(tǒng)的硬件；拉力傳感器(8)用來測量懸點(diǎn)載荷；扭矩傳感器(9)用來測量曲柄軸凈扭矩。
本系統(tǒng)的主控電路為一個(gè)8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)，如圖3所示。運(yùn)行前通過鍵盤輸入懸點(diǎn)載荷與平衡重小車在游梁上最佳位置的對(duì)應(yīng)參數(shù)及相關(guān)井況參數(shù)，并存貯于6116RAM中，按鍵運(yùn)行后，系統(tǒng)將通過固化于2764中的用戶程序?qū)鞲衅?8)檢測到的懸點(diǎn)載荷信號(hào)進(jìn)行處理，圖4為工作處理程序流程圖，考慮到其為有滯后一階慣性環(huán)節(jié)，采用PD調(diào)節(jié)原理，并將扭矩傳感器(9)檢測到的曲軸扭矩信號(hào)返回系統(tǒng)形成閉環(huán)控制。系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)，使平衡重小車的位置隨懸點(diǎn)載荷的變化而變化，以改變平衡扭矩曲線，見圖5，使其隨油井負(fù)荷扭矩的變化而反向變化，使曲柄軸凈扭矩最小，從而使電機(jī)輸出功率減小，達(dá)到節(jié)能的目的。本系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、靜止誤差適中的特性。
改造后對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，然后更換合適電機(jī)。
權(quán)利要求1.一種由直線電機(jī)定子(1)，直線電機(jī)動(dòng)子(2)，平衡重小車(3)，平衡重小車軌道(4)，電源線和支架(5)，減震橡膠(6)，自動(dòng)控制裝置(7)，傳感器(8)、(9)構(gòu)成的直線電機(jī)游梁自動(dòng)平衡裝置，直線電機(jī)定子(1)由游梁擔(dān)任，其上安裝有直線電機(jī)動(dòng)子(2)，直線電機(jī)動(dòng)子(2)上安裝有馬鞍形平衡重小車(3)，游梁兩側(cè)還安裝有平衡重小車運(yùn)行軌道(4)，在游梁一側(cè)還安裝有電源線支架并布有電源線(5)，該電源線連接在直線電機(jī)和數(shù)控機(jī)之間，數(shù)控機(jī)安裝在游梁支架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游梁自動(dòng)平衡裝置，其特征是平衡重裝置是由平衡小車和直線電機(jī)構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游梁自動(dòng)平衡裝置，其特征是平衡重小車是由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游梁自動(dòng)平衡裝置，其特征是直線電機(jī)的定子可由金屬板加固在游梁上構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游梁自動(dòng)平衡裝置，其特征是自動(dòng)控制裝置可由單片機(jī)或單板機(jī)構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型屬原油開采領(lǐng)域,涉及一種原油機(jī)械改進(jìn)裝置。本實(shí)用新型主要由游梁自動(dòng)平衡裝置,數(shù)控機(jī)和傳感器構(gòu)成。游梁自動(dòng)平衡裝置是由直線電機(jī)和平衡小車構(gòu)成,安裝在游梁上。游梁作直線電機(jī)的定子,平衡重小車騎在直線電機(jī)的動(dòng)子上,其運(yùn)行受數(shù)控機(jī)控制。直線電機(jī)的啟停,運(yùn)速,運(yùn)向和任意時(shí)刻的位置都受到高度自動(dòng)控制。因此本實(shí)用新型是改進(jìn)現(xiàn)有游梁抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)“全動(dòng)態(tài)”,全自動(dòng)平衡的一種全新裝置。本實(shí)用新型在不改動(dòng)抽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)的前提下,可較大幅度改善其性能,提高效率一倍;降低其能耗30～40%。本實(shí)用新型具有思路新穎,自動(dòng)化程度高,工作安全,可靠,效率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B43/00GK2513279SQ0126408
公開日2002年9月25日 申請日期2001年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月27日
發(fā)明者侯愛松 申請人:侯愛松