專(zhuān)利名稱(chēng)：電子－電氣－機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種石油機(jī)械，特別屬于一種電子-電氣-機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)。
背景技術(shù)：
目前國(guó)際上普遍采用的抽油機(jī)主要為游梁式抽油機(jī)。這種抽油機(jī)是由三相異步電動(dòng)機(jī)、皮帶輪、減速機(jī)、搖臂、游梁等機(jī)構(gòu)組成。其工作原理是異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶將動(dòng)力傳給減速機(jī)，減速機(jī)帶動(dòng)搖臂，迫使游梁產(chǎn)生繞定點(diǎn)上下擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抽油桿的垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)。長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐表明，游梁式抽油機(jī)存在如下問(wèn)題系統(tǒng)整體傳動(dòng)效率低，不足50％；系統(tǒng)的功率因數(shù)低，一般平均在0.4左右；系統(tǒng)占地面積大，一般單井的平均占地面積在50m2左右；沖程次數(shù)要靠調(diào)節(jié)皮帶輪的直徑，平衡靠調(diào)節(jié)搖臂上的平衡塊，減速機(jī)需要潤(rùn)滑油等，使調(diào)整維護(hù)困難。造成采油成本和工作量浪費(fèi)嚴(yán)重，在石油價(jià)格國(guó)際化的今天，給石油企業(yè)的利潤(rùn)帶來(lái)巨大的影響。
針對(duì)游梁式抽油機(jī)在實(shí)際使用中存在的問(wèn)題，多年來(lái)人們對(duì)此進(jìn)行了多項(xiàng)改造和研究，代表性的發(fā)明專(zhuān)利有2002年申請(qǐng)的發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)02120836.0)“經(jīng)滑輪組驅(qū)動(dòng)的彎曲游梁式抽油機(jī)”，發(fā)明了一種經(jīng)滑輪組驅(qū)動(dòng)的彎曲游梁式抽油機(jī)，該項(xiàng)發(fā)明將游梁抽油機(jī)的驢頭、游梁部分與滑輪組和不同的動(dòng)力機(jī)—?jiǎng)恿鲃?dòng)裝置組合在一起。但其沒(méi)有從根本上改變游梁式抽油機(jī)的基本傳動(dòng)模式。2003年申請(qǐng)的發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)03111689.2)“電動(dòng)潛油螺桿抽油機(jī)”，它涉及一種螺桿抽油機(jī)，特別是螺桿抽油機(jī)的減速裝置。該項(xiàng)發(fā)明的電動(dòng)潛油螺桿抽油機(jī)采用圓弧齒廓齒輪傳動(dòng)的行星減速器，它比漸開(kāi)線齒輪的減速器承載能力高1.3～1.95倍；由于采用行星傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)，因此其輸出的轉(zhuǎn)速較低。該項(xiàng)發(fā)明，屬于有齒輪減速的抽油機(jī)。1991年申請(qǐng)的發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)91107955.6)“游梁抽油機(jī)低速無(wú)級(jí)調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)”，發(fā)明了一種專(zhuān)用于油田低產(chǎn)油井的游梁抽油機(jī)低速無(wú)級(jí)調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)。主要包括動(dòng)力裝置、電磁轉(zhuǎn)差離合器和速度控制系統(tǒng)。該項(xiàng)發(fā)明是通過(guò)電磁滑差離合器實(shí)現(xiàn)變速控制，但抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述存在的問(wèn)題，提供一種電子-電氣-機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)，它的抽油做功的基本工作原理是由單片機(jī)(或PLC)組成的閉環(huán)系統(tǒng)，控制電力電子電源供電，采用低速大轉(zhuǎn)矩稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)曳引機(jī)的正反轉(zhuǎn)向，曳引輪的動(dòng)力通過(guò)滑輪組經(jīng)鋼絲繩傳遞到抽油桿，使抽油桿隨著曳引式抽油機(jī)的變速運(yùn)動(dòng)和正反轉(zhuǎn)向而變速和上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成抽油做功。機(jī)頭前后移動(dòng)的工作原理是通過(guò)人工或電機(jī)帶動(dòng)螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)機(jī)頭沿導(dǎo)軌前后運(yùn)動(dòng)，使機(jī)頭可以前后移動(dòng)。
本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成包括機(jī)架，機(jī)頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)，滑輪組，曳引機(jī)，抽油桿和對(duì)重；機(jī)架上方設(shè)有機(jī)頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌設(shè)在機(jī)架頂端，螺桿帶有手柄的一端通過(guò)槽鋼固定在機(jī)架上，另一端通過(guò)固定架固定在機(jī)架上，螺桿與機(jī)頭用螺母連接，機(jī)頭沿導(dǎo)軌前后運(yùn)動(dòng)；曳引機(jī)通過(guò)槽鋼固定在機(jī)架的底座上，曳引機(jī)的曳引輪上鋼絲繩的一端通過(guò)滑輪組固定在機(jī)架頂部，鋼絲繩的另一端通過(guò)滑輪組固定在機(jī)頭上；對(duì)重安裝在滑輪6上，懸置在機(jī)架內(nèi)，沿對(duì)重導(dǎo)軌5上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；抽油桿安裝在滑輪17上。
本發(fā)明分為兩種基本結(jié)構(gòu)曳引機(jī)內(nèi)置式和曳引機(jī)外置式。曳引機(jī)內(nèi)置式，即曳引機(jī)置于機(jī)架內(nèi)部，其滑輪組結(jié)構(gòu)為機(jī)架上的滑輪7，對(duì)重上的滑輪6組成滑輪組I；機(jī)頭上的滑輪15，滑輪16，抽油桿上的滑輪17組成滑輪組II；曳引機(jī)的曳引輪上鋼絲繩的一端依次通過(guò)滑輪組I的滑輪7、滑輪6連接在機(jī)架頂端，鋼絲繩的另一端依次通過(guò)滑輪組II的滑輪15、滑輪16、滑輪17接在機(jī)頭上；曳引機(jī)外置式，即曳引機(jī)置于機(jī)架外部，其滑輪組結(jié)構(gòu)為機(jī)架上的滑輪22，滑輪23，對(duì)重上的滑輪6組成滑輪組III；機(jī)架上的滑輪21，機(jī)頭上的滑輪16，抽油桿上的滑輪17組成滑輪組IV；曳引機(jī)的曳引輪上鋼絲繩的一端依次通過(guò)滑輪組III的滑輪22、滑輪23、滑輪6連接在機(jī)架頂端，鋼絲繩的另一端依次通過(guò)滑輪組IV的滑輪21、滑輪16、滑輪17連接在機(jī)頭上。
本發(fā)明曳引機(jī)的結(jié)構(gòu)組成為電動(dòng)機(jī)25，電磁鐵26，制動(dòng)輪27，抱閘28，曳引輪4，旋轉(zhuǎn)軸29，手柄30。旋轉(zhuǎn)軸29的一端安裝有電動(dòng)機(jī)25，另一端安裝曳引輪4，在曳引輪4和電動(dòng)機(jī)25之間設(shè)置一制動(dòng)輪27，制動(dòng)輪27外圍安裝一抱閘28，在抱閘28連桿中間的支座上固定一電磁鐵26，電磁鐵26上設(shè)置一手柄30。曳引輪4是由電動(dòng)機(jī)25直接驅(qū)動(dòng)，手柄30用來(lái)控制電磁鐵，從而控制抱閘28開(kāi)啟，抱閘28控制制動(dòng)輪27，制動(dòng)輪27用于曳引輪4的制動(dòng)，通過(guò)扳動(dòng)手柄，可以在任何位置鎖定抽油桿。電動(dòng)機(jī)25采用低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)25的轉(zhuǎn)子采用釹鐵硼永磁材料，設(shè)置16個(gè)以上磁極，優(yōu)選20個(gè)磁極；定子采用分?jǐn)?shù)槽繞組，鐵心沿軸向斜1～1.3個(gè)定子槽，優(yōu)選1.2個(gè)定子槽；電樞繞組內(nèi)電勢(shì)波形采用正弦化設(shè)計(jì)；電動(dòng)機(jī)的電源采用電力電子電源供電。曳引機(jī)的正反轉(zhuǎn)向通過(guò)電氣來(lái)控制。
本發(fā)明的電氣控制是通過(guò)與曳引機(jī)同軸安裝的數(shù)字式旋轉(zhuǎn)編碼器，單片機(jī)(或PLC)，電力電子電源組成的閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)置在電動(dòng)機(jī)25旋轉(zhuǎn)軸輸入端，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置。將外部信號(hào)輸入給單片機(jī)，單片機(jī)(或PLC)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算后將控制信號(hào)輸出給電力電子電源，電力電子電源通過(guò)該指令為電動(dòng)機(jī)提供需要的電壓和電流。
本發(fā)明是將電子-電氣-機(jī)械結(jié)合為一體，由CPU技術(shù)控制電力電子電源供電，電力電子電源直接供電給曳引機(jī)，其動(dòng)力傳動(dòng)由滑輪組完成，組成低速大轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)系統(tǒng)，取消原抽油機(jī)的所有齒輪，來(lái)實(shí)現(xiàn)抽油系統(tǒng)的無(wú)齒輪傳動(dòng)。本發(fā)明可以從根本上克服傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)存在的傳動(dòng)效率低、運(yùn)行功率因數(shù)低、占地面積大、維護(hù)工作量大等不利因素。使抽油機(jī)的傳動(dòng)效率大于90％，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率降低一半，系統(tǒng)的功率因數(shù)保持在0.95以上，相同噸位的抽油機(jī)占地面積為原來(lái)的三分之一，并且抽油機(jī)沖程次數(shù)可以隨意無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，平衡調(diào)節(jié)可以輕松進(jìn)行，沒(méi)有減速機(jī)，無(wú)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以不用潤(rùn)滑油，調(diào)整維護(hù)方便。


圖1為本發(fā)明的曳引機(jī)內(nèi)置式結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的曳引機(jī)外置式結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的曳引機(jī)結(jié)構(gòu)主視圖；圖4為本發(fā)明的曳引機(jī)結(jié)構(gòu)左視圖；圖5為本發(fā)明的程序控制圖；圖6為本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖；圖中機(jī)架1，對(duì)重2，曳引機(jī)3，曳引輪4，對(duì)重導(dǎo)軌5，滑輪6，滑輪7，導(dǎo)軌8，槽鋼9，手柄10，螺桿11，螺母12，固定架13，機(jī)頭14，滑輪15，滑輪16，滑輪17，抽油桿18，鋼絲繩19，槽鋼20，滑輪21，滑輪22，滑輪23，底座24，電動(dòng)機(jī)25，電磁鐵26，制動(dòng)輪27，抱閘28，旋轉(zhuǎn)軸29，手柄30。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)包括機(jī)架1，機(jī)頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)，滑輪組，曳引機(jī)3，抽油桿18和對(duì)重2；機(jī)架1上方設(shè)有機(jī)頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌8設(shè)在機(jī)架1頂端，螺桿11帶有手柄10的一端通過(guò)槽鋼9固定在機(jī)架1上，另一端通過(guò)固定架13固定在機(jī)架1上，螺桿11與機(jī)頭14用螺母12連接；通過(guò)人工或電機(jī)帶動(dòng)手柄10，從而帶動(dòng)螺桿11運(yùn)轉(zhuǎn)，螺母12隨螺桿11運(yùn)轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)頭14沿導(dǎo)軌8前后運(yùn)動(dòng)，使機(jī)頭14可以前后移動(dòng)，其移動(dòng)的范圍為0.5～1.2米，以滿足油井作業(yè)施工。對(duì)重2安裝在滑輪6上，懸置在機(jī)架1內(nèi)，沿對(duì)重導(dǎo)軌5上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；抽油桿18安裝在滑輪17上。曳引機(jī)3通過(guò)槽鋼20固定在機(jī)架1的底座24上，曳引機(jī)3的曳引輪4上鋼絲繩19的一端通過(guò)滑輪組固定在機(jī)架1頂部，鋼絲繩19的另一端通過(guò)滑輪組固定在機(jī)頭14上。曳引機(jī)3正反轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的動(dòng)力通過(guò)滑輪組經(jīng)鋼絲繩19傳遞到抽油桿18上，從而帶動(dòng)抽油桿18上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。抽油桿18的運(yùn)動(dòng)行程可以在4～9米范圍內(nèi)、每分鐘往復(fù)次數(shù)可以在3～8次范圍內(nèi)人為設(shè)定。對(duì)重2是作為抽油桿18及其負(fù)荷的平衡物，用于減輕曳引機(jī)3的曳引力。其噸位等于抽油桿18與井管中負(fù)荷重量之和。
本發(fā)明分為曳引機(jī)內(nèi)置式和曳引機(jī)外置式兩種結(jié)構(gòu)。曳引機(jī)內(nèi)置式，如圖1所示，曳引機(jī)3的曳引輪4上鋼絲繩19的一端依次通過(guò)滑輪組I的滑輪7、滑輪6連接在機(jī)架1頂端，鋼絲繩19的另一端依次通過(guò)滑輪組II的滑輪15、滑輪16、滑輪17接在機(jī)頭14上。曳引機(jī)3變速運(yùn)動(dòng)和正反轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的動(dòng)力經(jīng)滑輪組II傳遞到抽油桿18上，使其變速和上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成抽油做功。曳引機(jī)外置式，如圖2所示，曳引機(jī)3的曳引輪4上鋼絲繩19的一端依次通過(guò)滑輪組III的滑輪22、滑輪23、滑輪6連接在機(jī)架1頂端，鋼絲繩19的另一端依次通過(guò)滑輪組IV的滑輪21、滑輪16、滑輪17連接在機(jī)頭14上。曳引機(jī)3變速運(yùn)動(dòng)和正反轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的動(dòng)力經(jīng)滑輪組IV傳遞到抽油桿18上，使其變速和上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成抽油做功。對(duì)重2懸置在滑輪6上，用于減輕曳引機(jī)3的曳引力，抽油桿18的運(yùn)動(dòng)速度取決于曳引機(jī)3的轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明曳引機(jī)的結(jié)構(gòu)組成為電動(dòng)機(jī)25，電磁鐵26，制動(dòng)輪27，抱閘28，曳引輪4，旋轉(zhuǎn)軸29，手柄30。旋轉(zhuǎn)軸29的一端安裝有電動(dòng)機(jī)，另一端安裝曳引輪4，在曳引輪4和電動(dòng)機(jī)25之間設(shè)置一制動(dòng)輪27，制動(dòng)輪27外圍安裝一抱閘28，在抱閘28連桿中間的支座上固定一電磁鐵26，電磁鐵26上設(shè)置一手柄30。曳引輪4是由電動(dòng)機(jī)25直接驅(qū)動(dòng)，手柄30用來(lái)控制電磁鐵26，從而控制抱閘28開(kāi)啟，抱閘28控制制動(dòng)輪27，制動(dòng)輪27用于曳引輪4的制動(dòng)，通過(guò)扳動(dòng)手柄30，可以在任何位置鎖定抽油桿18。電動(dòng)機(jī)25采用低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)25的轉(zhuǎn)子采用釹鐵硼永磁材料，設(shè)置16個(gè)以上磁極，優(yōu)選20個(gè)磁極；定子采用分?jǐn)?shù)槽繞組，鐵心沿軸向斜1～1.3個(gè)定子槽，優(yōu)選1.2個(gè)定子槽；電樞繞組內(nèi)電勢(shì)波形采用正弦化設(shè)計(jì)；電動(dòng)機(jī)25的電源采用電力電子電源供電?？刂埔芬龣C(jī)3的正反轉(zhuǎn)向通過(guò)電氣來(lái)控制。
本發(fā)明的電氣控制是通過(guò)與曳引機(jī)3同軸安裝的數(shù)字式旋轉(zhuǎn)編碼器，單片機(jī)(或PLC)，電力電子電源組成的閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)控制曳引機(jī)3的正反轉(zhuǎn)向。數(shù)字式旋轉(zhuǎn)編碼器的作用是，實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置，決定電力電子電源的控制信號(hào)，保證電力電子電源能夠以最小的電流輸出，來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的最佳負(fù)載角控制，使抽油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。編碼器以每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)反饋給系統(tǒng)，而脈沖數(shù)實(shí)際上對(duì)應(yīng)著轉(zhuǎn)子磁極的位置。本發(fā)明的控制程序，如圖5所示，開(kāi)始，單片機(jī)讀取輸入的指令，根據(jù)抽油桿18位置檢測(cè)信號(hào)，判斷抽油桿18是否到達(dá)限定位置，如果到達(dá)限定位置，則給出減速并換向指令，如果沒(méi)有到達(dá)限定位置，則根據(jù)抽油機(jī)負(fù)荷檢測(cè)信號(hào)判斷負(fù)荷有無(wú)變化，若有變化則調(diào)整電動(dòng)機(jī)25運(yùn)行速度，若無(wú)變化，再根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)信號(hào)，輸出電力電子電源控制信號(hào)，遠(yuǎn)程監(jiān)控信號(hào)，故障信息經(jīng)確認(rèn)的故障報(bào)警信號(hào)。輸出的電力電子電源控制信號(hào)輸出給曳引機(jī)3的電動(dòng)機(jī)25，使電動(dòng)機(jī)25變速運(yùn)動(dòng)和正反轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，從而控制整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，完成抽油做功。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖，如圖6所示，將外部信號(hào)輸入給單片機(jī)，單片機(jī)(或PLC)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算后將控制信號(hào)輸出給電力電子電源，電力電子電源通過(guò)該指令為電動(dòng)機(jī)25提供需要的電壓和電流。外部輸入信號(hào)包括外部指令集，抽油桿18位置檢測(cè)，抽油機(jī)負(fù)荷檢測(cè)，轉(zhuǎn)子磁極檢測(cè)。外部指令集是運(yùn)行或檢修人員對(duì)抽油機(jī)發(fā)出的運(yùn)行或停止指令、每分鐘抽油桿18往復(fù)次數(shù)調(diào)節(jié)指令、故障復(fù)位指令、故障確認(rèn)指令等給定的指令集，即人對(duì)系統(tǒng)的控制意圖。抽油桿18位置檢測(cè)，包括無(wú)接觸式位置開(kāi)關(guān)檢測(cè)抽油桿18的上下運(yùn)動(dòng)位置和極限保護(hù)位置。抽油機(jī)負(fù)荷檢測(cè)是通過(guò)與電力電子電源之間的數(shù)據(jù)交換，檢測(cè)抽油機(jī)系統(tǒng)的輸入電功率來(lái)判斷抽油機(jī)的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)運(yùn)行速度的自適應(yīng)控制。轉(zhuǎn)子磁極檢測(cè)是利用數(shù)字式旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置角，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的最佳負(fù)載角控制。系統(tǒng)輸出包括故障與提示輸出信號(hào)，遠(yuǎn)程監(jiān)控信號(hào)傳輸，電力電子電源的控制指令。故障與提示輸出信號(hào)，包括故障報(bào)警指示信號(hào)、故障點(diǎn)提示等信號(hào)組成。遠(yuǎn)程監(jiān)控信號(hào)傳輸，通過(guò)無(wú)線(GSM)或有線將抽油機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，并可以對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。電力電子電源是變頻器或其它相應(yīng)的電力電子調(diào)節(jié)器，通過(guò)該種電源實(shí)現(xiàn)曳引機(jī)3的變速運(yùn)行和正反轉(zhuǎn)向控制。
權(quán)利要求
1.一種電子-電氣-機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)，包括機(jī)架(1)，滑輪組，抽油桿(18)，對(duì)重(2)，其特征是它還包括曳引機(jī)(3)和機(jī)頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)；機(jī)架(1)上方設(shè)有機(jī)頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌(8)設(shè)在機(jī)架(1)頂端，螺桿(11)帶有手柄(10)的一端通過(guò)槽鋼(9)固定在機(jī)架(1)的上方，另一端通過(guò)固定架(13)固定在機(jī)架(1)的上方，螺桿(11)與機(jī)頭(14)用螺母(12)連接，機(jī)頭(14)沿導(dǎo)軌(8)前后運(yùn)動(dòng)；曳引機(jī)(3)通過(guò)槽鋼(20)固定在底座(24)上，曳引機(jī)(3)的曳引輪(4)上鋼絲繩(19)的一端通過(guò)滑輪組固定在機(jī)架(1)頂部，鋼絲繩(19)的另一端通過(guò)滑輪組固定在機(jī)頭(14)上；對(duì)重(2)安裝在滑輪(6)上，懸置在機(jī)架(1)內(nèi)，沿對(duì)重導(dǎo)軌(5)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；抽油桿(18)安裝在滑輪(17)上；由單片機(jī)或PLC組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)控制曳引機(jī)(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子-電氣-機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)，其特征是抽油機(jī)分為曳引機(jī)內(nèi)置式和外置式兩種結(jié)構(gòu)；曳引機(jī)內(nèi)置式是將曳引機(jī)(3)設(shè)置在機(jī)架(1)內(nèi)部，其滑輪組結(jié)構(gòu)為機(jī)架上的滑輪(7)，對(duì)重上的滑輪(6)組成滑輪組(I)；機(jī)頭(14)上的滑輪(15)，滑輪(16)，抽油桿(18)上的滑輪(17)組成滑輪組(II)；曳引機(jī)(3)的曳引輪(4)上鋼絲繩(19)的一端依次通過(guò)滑輪組(I)的滑輪(7)、滑輪(6)連接在機(jī)架(1)頂端，鋼絲繩(19)的另一端依次通過(guò)滑輪組(II)的滑輪(15)、滑輪(16)、滑輪(17)連接在機(jī)頭(14)上；曳引機(jī)外置式是將曳引機(jī)設(shè)置在機(jī)架(1)外部，其滑輪組結(jié)構(gòu)為機(jī)架(1)上的滑輪(22)，滑輪(23)，對(duì)重(2)上的滑輪(6)組成滑輪組(III)；機(jī)架(1)上的滑輪(21)，機(jī)頭(14)上的滑輪(16)，抽油桿(18)上的滑輪(1 7)組成滑輪組(IV)；曳引機(jī)(3)的曳引輪(4)上鋼絲繩(19)的一端依次通過(guò)滑輪組(III)的滑輪(22)、滑輪(23)、滑輪(6)連接在機(jī)架(1)頂端，鋼絲繩(19)的另一端依次通過(guò)滑輪組(IV)的滑輪(21)、滑輪(16)、滑輪(17)連接在機(jī)頭(14)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子-電氣-機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)，其特征是曳引機(jī)的組成結(jié)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)(25)，電磁鐵(26)，制動(dòng)輪(27)，抱閘(28)，曳引輪(4)，旋轉(zhuǎn)軸(29)，手柄(30)；旋轉(zhuǎn)軸(29)的一端安裝有電動(dòng)機(jī)(25)，另一端安裝曳引輪(4)，在曳引輪(4)和電動(dòng)機(jī)(25)之間設(shè)置一制動(dòng)輪(27)，制動(dòng)輪(27)外圍安裝一抱閘(28)，在抱閘(28)連桿中間的支座上固定一電磁鐵(26)，電磁鐵(26)上設(shè)置一手柄(30)；曳引輪(4)是由電動(dòng)機(jī)(25)直接驅(qū)動(dòng)，手柄(30)用來(lái)控制電磁鐵(26)，電磁鐵(26)用于抱閘(28)開(kāi)啟，抱閘(28)控制制動(dòng)輪(27)，制動(dòng)輪(27)用于曳引輪(4)的制動(dòng)，通過(guò)扳動(dòng)手柄(30)鎖定抽油桿(18)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子-電氣-機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)，其特征是電動(dòng)機(jī)(25)采用低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)(25)的轉(zhuǎn)子材料是釹鐵硼永磁材料，設(shè)置16個(gè)以上磁極，定子采用分?jǐn)?shù)槽繞組，鐵心沿軸向斜1～1.3個(gè)定子槽；電樞繞組內(nèi)電勢(shì)波形采用正弦化設(shè)計(jì)；電動(dòng)機(jī)的電源采用電力電子電源供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子-電氣-機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)，其特征是曳引機(jī)的正反轉(zhuǎn)向控制即電氣控制，是通過(guò)數(shù)字式旋轉(zhuǎn)編碼器，單片機(jī)(或PLC)，電力電子電源組成的閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)控制，數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)置在電動(dòng)機(jī)(25)旋轉(zhuǎn)軸(29)的輸入端，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置；單片機(jī)讀取輸入的指令，根據(jù)抽油桿位置檢測(cè)信號(hào)，判斷抽油桿是否到達(dá)限定位置，如果到達(dá)限定位置，則給出減速并換向指令，如果沒(méi)有到達(dá)限定位置，則根據(jù)抽油機(jī)負(fù)荷檢測(cè)信號(hào)判斷負(fù)荷有無(wú)變化，若有變化則調(diào)整電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度，若無(wú)變化，再根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)信號(hào)，輸出電力電子電源控制信號(hào)，遠(yuǎn)程監(jiān)控信號(hào)，故障信息經(jīng)確認(rèn)的故障報(bào)警信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子-電氣-機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)，其特征是由單片機(jī)或PLC組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)曳引機(jī)的控制程序?yàn)閱纹瑱C(jī)讀取輸入的指令，根據(jù)抽油桿(18)位置檢測(cè)信號(hào)，判斷抽油桿(18)是否到達(dá)限定位置，如果到達(dá)限定位置，則給出減速并換向指令，如果沒(méi)有到達(dá)限定位置，則根據(jù)抽油機(jī)負(fù)荷檢測(cè)信號(hào)判斷負(fù)荷有無(wú)變化，若有變化則調(diào)整電動(dòng)機(jī)(25)運(yùn)行速度，若無(wú)變化，再根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)信號(hào)，輸出電力電子電源控制信號(hào)，遠(yuǎn)程監(jiān)控信號(hào)，故障信息經(jīng)確認(rèn)的故障報(bào)警信號(hào)，輸出的電力電子電源控制信號(hào)輸出給曳引機(jī)(3)的電動(dòng)機(jī)(25)，使電動(dòng)機(jī)(25)變速運(yùn)動(dòng)和正反轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子-電氣-機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)，其特征是抽油桿(18)的上下運(yùn)動(dòng)行程在4～9米范圍內(nèi)，每分鐘往復(fù)次數(shù)在3～8次范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明一種電子－電氣－機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)，屬于一種石油機(jī)械。它的組成結(jié)構(gòu)包括機(jī)架，曳引機(jī)，滑輪組，對(duì)重和機(jī)頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)。其工作原理是采用CPU技術(shù)控制電力電子電源供電，由低速大轉(zhuǎn)矩永磁電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)曳引輪，動(dòng)力通過(guò)曳引輪、滑輪組經(jīng)鋼絲繩傳遞到抽油桿，使抽油桿隨著曳引機(jī)的正反轉(zhuǎn)而上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成抽油作功?；喗M結(jié)構(gòu)分為曳引機(jī)內(nèi)置式和外置式兩種。本發(fā)明與游梁式抽油機(jī)相比，使抽油機(jī)的傳動(dòng)效率大于90％，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率降低一半，系統(tǒng)的功率因數(shù)保持在0.95以上，相同噸位的抽油機(jī)占地面積為原來(lái)的三分之一，并且抽油機(jī)沖程次數(shù)可以隨意無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，平衡調(diào)節(jié)可以輕松進(jìn)行，沒(méi)有減速機(jī)，可以不用潤(rùn)滑油，給維護(hù)工作帶來(lái)方便。
文檔編號(hào)E21B43/00GK1664305SQ20051004602
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月15日
發(fā)明者張炳義, 馮桂宏 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)