專利名稱：吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采油機(jī)械與控制技術(shù)相結(jié)合的石油開采系 統(tǒng)，是一種吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)。
二背景技術(shù)：
常規(guī)游梁式抽油機(jī)是目前油田上廣泛使用的一種石油開采設(shè)備， 它是由底座、電機(jī)和傳動(dòng)帶、減速器、曲柄連桿、曲柄平衡重、支架、 懸繩及懸繩器組件、驢頭、游梁組件及軸承組件等部分組成的四連桿 機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)自身所存在的弊端盡管十分突出負(fù)荷力矩波動(dòng)大、 動(dòng)力性能差、系統(tǒng)效率低、動(dòng)力損耗大、平衡調(diào)節(jié)不方便，且游梁擺 角相對(duì)較小，難以滿足油田開發(fā)后期在油井注水量驟增時(shí)的長(zhǎng)沖程抽 汲需要等，然而由于這種機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷、工作可靠性 高，并適合常年工作在野外而無需專人看管等顯著優(yōu)勢(shì)，所以百余年 來在油田一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。
隨著油田的不斷開發(fā)，油層能量以及油井液面的日趨下降，通過 節(jié)能挖潛、提高抽汲效率與延長(zhǎng)抽油機(jī)使用壽命的問題越發(fā)顯得重 要。為此，人們從不同角度進(jìn)行了大量的研究和探索，試圖在技術(shù)上 有所改進(jìn)和突破。目前在全國各油田進(jìn)行試驗(yàn)或已投運(yùn)的抽油機(jī)技改
措施不下數(shù)百種之多，但歸納起來不外乎兩種技術(shù)思路即對(duì)抽油機(jī) 本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行革新和對(duì)抽油機(jī)動(dòng)力設(shè)備或電氣控制方式進(jìn)行 改進(jìn)、替換。國內(nèi)外現(xiàn)已公開的多種類型的抽油機(jī)，如異型游梁式抽油機(jī)、異 形輪雙速節(jié)能抽油機(jī)、吊重滑輪組平衡式抽油機(jī)、復(fù)合天輪式抽油機(jī)、 氣動(dòng)儲(chǔ)能游梁式抽油機(jī)、六連桿游梁式抽油機(jī)、偏心輪式抽油機(jī)等， 都是通過對(duì)抽油機(jī)本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)做了一定程度的改動(dòng)，雖然解決了 常規(guī)游梁式抽油機(jī)的低效率、高能耗等一種或幾種技術(shù)問題，但其同 時(shí)也往往會(huì)伴隨其它諸如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)輸裝卸麻煩、安裝效率低下、 運(yùn)行可靠性差等新的問題應(yīng)運(yùn)而生。目前僅有異型游梁式抽油機(jī)實(shí)現(xiàn) 了批量化生產(chǎn)。在抽油機(jī)動(dòng)力設(shè)備或電氣控制方式的改進(jìn)中，目前所應(yīng)用的技術(shù) 主要有采用永磁電機(jī)等新型節(jié)能電機(jī)替換交流異步電機(jī)，加裝無功 補(bǔ)償裝置減少系統(tǒng)損耗，安裝A/Y轉(zhuǎn)換裝置、晶閘管相控與調(diào)壓裝 置、變頻器控制電機(jī)輸出功率，使用間抽控制器解決抽油機(jī)空抽低效 的問題。運(yùn)用這些技術(shù)雖然能夠取得一定的節(jié)能增效效果，但除過無 功補(bǔ)償技術(shù)被油田廣泛認(rèn)同外，其它絕大多數(shù)技術(shù)由于成本高、可靠 性低、與機(jī)械設(shè)備間的緊密性與關(guān)聯(lián)度差等因素而一直無法與抽油機(jī) 形成配套供油田規(guī)?；褂谩Ｖ率股鲜黾夹g(shù)造成解決了老問題又添新問題的根本原因在于研 究方向大都從節(jié)能或增效的單一方向出發(fā)，忽略了油田對(duì)抽油機(jī)的要 求首先是可靠性、耐用性。油田絕對(duì)不會(huì)用犧牲因故障頻發(fā)導(dǎo)致經(jīng)常停井以至影響正常生產(chǎn)為代價(jià)，而接納節(jié)能性能與技術(shù)缺陷同樣突出 的新技術(shù)產(chǎn)品的。 三、發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為了解決上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種吊擺 式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，其設(shè)計(jì)獨(dú)特、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，平 衡程度好，系統(tǒng)效率高，制造與運(yùn)行維護(hù)成本低，設(shè)備吊運(yùn)安裝簡(jiǎn)便， 且節(jié)能效果十分顯著。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為
一種吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，包括機(jī)架、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電 氣控制系統(tǒng)，其特征在于橫梁通過機(jī)架軸承安置在機(jī)架上，橫梁的 前端為驢頭，后端連接尾梁平衡裝置，在橫梁上連接一組或多組通過 連接件對(duì)稱設(shè)置在機(jī)架左右兩側(cè)的擺臂機(jī)構(gòu)，擺臂機(jī)構(gòu)的下端連接吊 重裝置，擺臂機(jī)構(gòu)與橫梁共同形成穩(wěn)固的游梁結(jié)構(gòu)，擺臂機(jī)構(gòu)與吊重 裝置組合為用于接受驅(qū)動(dòng)動(dòng)力和平衡負(fù)荷的吊擺裝置。
吊重容器為實(shí)體、腔體或外設(shè)隔擋的支架體，吊重容器若為動(dòng)力 從動(dòng)輪，吊重容器的底面形狀則呈以機(jī)架軸承為圓心、以機(jī)架軸承至 其底端的距離為半徑的圓弧斷面狀。
橫梁為直梁結(jié)構(gòu)，或折梁結(jié)構(gòu)，或三角形結(jié)構(gòu)。
尾梁平衡裝置整體高于橫梁呈上偏尾梁狀；或?yàn)樵跈M梁后端配置 一個(gè)在抽油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)能使懸掛其上的平衡重發(fā)生前后位移的異 型驢頭；或?yàn)樵跈M梁后端直接連接一個(gè)位置固定的平衡重或懸掛有平 衡重的常規(guī)驢頭；或?yàn)樵跈M梁尾部鉸鏈一套下偏平衡重裝置；或?yàn)椴?br> 用吊擺裝置直接替代尾梁平衡裝置。
驢頭的懸掛繩與柔性繩帶相連，并越過驢頭頂部，途經(jīng)固定在橫 梁中部的定向輪和固定在橫梁尾部的換向輪與鉸鏈在橫梁尾部的下 偏平衡重裝置連接，形成柔性負(fù)荷懸掛裝置；驢頭的頂部呈與常規(guī)驢 頭大弧面平滑相切的小弧面形狀，且所有與懸掛裝置能發(fā)生接觸的驢 頭弧面?zhèn)?，均安裝能夠確保懸掛裝置上下順暢滑動(dòng)的驢頭弧面滑動(dòng) 件；設(shè)置在驢頭上部用于固定懸掛繩的卡件的承載能力與凸出驢頭弧 面的高度至少提高兩倍以上；下偏平衡臂與橫梁間相鉸的軸承固定在 橫梁末端，或與導(dǎo)向輪可以為同軸。
在橫梁上設(shè)置有流體式平衡重裝置，流體式平衡重裝置為長(zhǎng)狀體 容器，容器的內(nèi)壁呈兩端大中間小的形狀；流體為液體或球狀、顆粒、 粉末狀的固體。
在機(jī)架上鉸鏈一組機(jī)械式滑動(dòng)平衡重連桿與設(shè)于橫梁上的機(jī)械 式滑動(dòng)平衡重相連。
動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制系統(tǒng)包括開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)、直線電機(jī)、適 用于常規(guī)游梁式抽油機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)、可換向可調(diào)速的驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)，均通過對(duì)吊擺裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使其產(chǎn)生往復(fù)擺動(dòng)從而帶動(dòng)抽油機(jī) 正常運(yùn)行。
若動(dòng)力傳動(dòng)輪與吊重容器的圓弧底面相切或嚙合，則該相切的兩 個(gè)圓弧面或至少其中的一個(gè)圓弧面上粘連有表面平整且耐磨力極強(qiáng) 的彈性物；而該相嚙的兩個(gè)圓弧面上則均有互為嚙合的嚙齒，嚙齒直 接設(shè)置在兩個(gè)圓弧面上，或通過在兩個(gè)圓弧面上固定耐磨性強(qiáng)的嚙齒同步帶；動(dòng)力傳動(dòng)輪可以與電機(jī)同軸，或通過傳動(dòng)帶與電機(jī)連接。 電氣控制系統(tǒng)采用單片機(jī)或PLC控制技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)，通過借 助于控制系統(tǒng)中的硬件和軟件，對(duì)抽油機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行智能控制。 驢頭為常規(guī)式驢頭或增程式驢頭。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下 1、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠整個(gè)設(shè)備無過多部件，機(jī)身的底座、 支架、橫梁、驢頭等部件全部繼承了常規(guī)游梁機(jī)可靠耐用的特點(diǎn)，特 別是當(dāng)擺臂被設(shè)為兩組在橫梁前、后兩端鉸鏈時(shí)，擺臂與橫梁組成了 穩(wěn)定的三角形游梁結(jié)構(gòu)，將極大的加強(qiáng)橫梁的應(yīng)力與承載能力，再加 之吊重裝置的作用使設(shè)備重心的下移，使得常規(guī)機(jī)所存在的翻機(jī)、折 梁、平衡塊脫落、曲柄銷折斷等常見安全故障在本實(shí)用新型所述的技 術(shù)中的發(fā)生率大大減小。 2、 先進(jìn)性高，適用性強(qiáng)本實(shí)用新型從革新機(jī)械結(jié)構(gòu)與改進(jìn)相 應(yīng)的配套電氣驅(qū)動(dòng)及控制手段兩個(gè)方面同時(shí)著手，運(yùn)用靜、動(dòng)平衡相 結(jié)合的方式，集三級(jí)復(fù)合平衡方式于一體，從而使系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)電設(shè)施 的綜合協(xié)調(diào)性能大為提高，非常適合常年在無專人看管的野外惡劣條 件下工作。 3、 平衡率高，節(jié)能顯著獨(dú)特的吊擺式天平平衡結(jié)構(gòu)，巧妙的 運(yùn)用重力及由此產(chǎn)生的勢(shì)能和變矩技術(shù)做為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡的手段，并 通過將以往上下作用于橫梁的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式改為現(xiàn)行的前后作用于 吊擺裝置的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式，既有效的抑制了電機(jī)失載的現(xiàn)象，又能防 止動(dòng)態(tài)平衡重在設(shè)備運(yùn)行過程中對(duì)系統(tǒng)速度造成沖擊，由此大大提高
了系統(tǒng)的平衡性能，使扭矩波動(dòng)有效減小，整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，系統(tǒng)效率 得到了極大的改善，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的輸出功率大幅度降低，節(jié)能效果十分 顯著。
4、 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制技術(shù)成熟本實(shí)用新型中所述的動(dòng)力驅(qū) 動(dòng)方式與相對(duì)應(yīng)的電氣控制手段已趨于成熟，尤其是動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置業(yè) 已全部實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，從而為本實(shí)用新型所涉及的惟有通過電氣 技術(shù)方可得以實(shí)現(xiàn)的功能提供了可靠的保障。
5、 制造與運(yùn)行維護(hù)成本低包括吊重裝置、尾梁平衡裝置、動(dòng) 態(tài)平衡裝置的非調(diào)節(jié)基礎(chǔ)重物都可使用水泥、沙石、磚頭、液體等物 類替代鋼鐵材料；若采用開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)或直線電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū) 動(dòng)，則不但能夠?qū)崿F(xiàn)吊擺裝置的擺幅由小漸大的軟啟動(dòng)功能，以此減 少電流對(duì)系統(tǒng)的沖擊，更重要的是省去了常規(guī)游梁式抽油機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng) 所必須的減速傳動(dòng)裝置、曲柄、連桿，由此減除曲柄與連桿間、連桿 與橫梁間的承載軸承等故障活點(diǎn)，從而有效的降低了故障的發(fā)生率。
6、 設(shè)備吊運(yùn)、安裝、拆卸簡(jiǎn)便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地基的處理和現(xiàn)場(chǎng)安裝 人員的素質(zhì)與常規(guī)游梁式抽油機(jī)一樣沒有差異性要求，無須過多的改 變現(xiàn)場(chǎng)安裝人員的安裝習(xí)慣，從而可以保證設(shè)備吊運(yùn)、安裝、拆卸的 效率不受絲毫影響。四

圖1是本實(shí)用新型采用開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源、橫梁上 連接有兩組擺臂機(jī)構(gòu)、以流體重物裝置為動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)力矩手段、安裝有 上偏尾梁平衡裝置的剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)示意圖2為本實(shí)用新型采用直線電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的、橫梁上連接有 兩組擺臂機(jī)構(gòu)、以流體重物裝置為動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)力矩手段、安裝有上偏尾 梁平衡裝置的剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)示意圖3為本實(shí)用新型采用適用于常規(guī)游梁式抽油機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝 置進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的、橫梁上連接有兩組擺臂機(jī)構(gòu)、以流體重物裝置為 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)力矩手段、安裝有上偏尾梁平衡裝置的剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)示 意圖4為本實(shí)用新型采用可換向可調(diào)速的類似驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或通過采 用傳動(dòng)帶給設(shè)備傳遞動(dòng)力的、橫梁上連接有兩組擺臂機(jī)構(gòu)、以流體重 物裝置為動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)力矩手段、在尾梁配置一個(gè)在抽油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)能 使懸掛重發(fā)生前后位移異型驢頭的剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)示意圖5為本實(shí)用新型使用增程驢頭替代常規(guī)驢頭、橫梁上連接有兩 組擺臂機(jī)構(gòu)以及采用機(jī)械滑動(dòng)平衡裝置替代流體重物裝置為動(dòng)態(tài)調(diào) 節(jié)力矩手段的剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)示意圖6是在圖1的基礎(chǔ)上，針對(duì)擺臂機(jī)構(gòu)與吊重裝置位置發(fā)生變異 以及對(duì)機(jī)械滑動(dòng)平衡裝置的鉸鏈方式做了變動(dòng)、安裝有上偏尾梁平衡 裝置的剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)示意圖7為本實(shí)用新型采用一組擺臂機(jī)構(gòu)、以流體重物裝置為動(dòng)態(tài)調(diào) 節(jié)力矩手段、橫梁后端直接連接一個(gè)位置固定的平衡重的剛性動(dòng)態(tài)平 衡結(jié)構(gòu)示意圖8為本實(shí)用新型采用兩組擺臂機(jī)構(gòu)直接與吊重容器相連、以流 體重物裝置為動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)力矩手段、橫梁后端連接一個(gè)懸掛有平衡重的
常規(guī)驢頭的剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)示意圖9為本實(shí)用新型采用開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源的柔性 動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)示意圖10為本實(shí)用新型電氣控制框圖。
附圖中的數(shù)字編碼分別表示1為吊重容器、2為吊重主臂、3 為吊臂連接板、4為后擺臂、5為后擺臂鉸鏈軸承、6為吊重物、7為 吊重副臂、8為前擺臂、9為前擺臂鉸鏈軸承、10為橫梁、11為驢頭、 12為驢頭懸掛繩、13為尾梁平衡主臂、14為尾梁平衡重容器、15為 尾梁平衡重、16為動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)、17為機(jī)架軸承、18為機(jī)架、19為 底座、20為流體式平衡重裝置、21為機(jī)械式滑動(dòng)平衡重、22為機(jī)械 式滑動(dòng)平衡重連桿、23為增程驢頭旋轉(zhuǎn)軸承、24為增程驢頭推拉桿、 25為上置平衡重連桿支架、26為動(dòng)力傳送帶、27為直線電機(jī)定子裝 置、28為減速機(jī)構(gòu)、29為曲柄、30為推拉桿、31為柔性繩帶、32 為定向輪、33為換向輪、34為驢頭弧面滑動(dòng)件、35為尾梁平衡臂鉸 接軸承，36為驢頭懸掛繩卡件、37為尾梁平衡副臂、38為尾梁驢頭、 39為尾梁平衡重位移托架。
五具體實(shí)施方式
抽油機(jī)的系統(tǒng)效率低與能耗指標(biāo)高的現(xiàn)狀只所以難于得到根本 性的改觀，其根本原因在于抽油載荷是時(shí)刻變化的，而平衡配重又不 可能和抽油載荷做到完全一致的變化，可以說抽油機(jī)的系統(tǒng)效率與能 耗的高低取決于其平衡調(diào)整的好壞。本實(shí)用新型正是為了有效解決常 規(guī)游梁式抽油機(jī)在抽汲原油過程中存在效率低、能耗高以及克服諸多
改進(jìn)型抽油機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)輸安裝不便、工作可靠性差等問題而設(shè)計(jì) 出的一種吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)。
本實(shí)用新型包括橫梁、機(jī)架、驢頭、懸掛裝置、平衡重裝置、擺 臂機(jī)構(gòu)、吊重裝置、底座、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制系統(tǒng)等。本實(shí)用新型 的機(jī)械部分有兩種結(jié)構(gòu)形式，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式與相對(duì)應(yīng)的電氣控制手段 則可以有多種類別。
1、機(jī)械部分的兩種結(jié)構(gòu)形式
分別為剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)和柔性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)。
(1) 、該兩種結(jié)構(gòu)的共同特征在于
橫梁通過機(jī)架軸承安置在機(jī)架上，橫梁的前端為驢頭，后端連接 尾梁平衡裝置，在橫梁上連接一組或多組通過連接件對(duì)稱設(shè)置在機(jī)架 左右兩側(cè)的擺臂機(jī)構(gòu)，擺臂機(jī)構(gòu)的下端連接吊重裝置，在擺臂機(jī)構(gòu)與 橫梁共同形成T字形或三角形及其它多邊形穩(wěn)固游梁結(jié)構(gòu)的同時(shí)，擺 臂機(jī)構(gòu)與吊重裝置也組合為了用于接受驅(qū)動(dòng)動(dòng)力和平衡負(fù)荷的吊擺 裝置。吊重容器可以是實(shí)體，也可以是能夠任意添、減吊重物重量的 腔體或外設(shè)閣擋的支架體。如果吊重容器承擔(dān)動(dòng)力傳遞的作用，則該 吊重容器的底面形狀應(yīng)呈以機(jī)架軸承為圓心、以機(jī)架軸承至其下端的 距離為半徑的圓弧斷面狀；如果吊重容器不具有動(dòng)力傳遞的功能，則 其形狀、數(shù)量以及與吊重臂的結(jié)合部位和結(jié)合形式不受任何限制。吊 重容器可上設(shè)吊重臂與擺臂相連也可無須吊重臂直接與擺臂機(jī)構(gòu)連 接。
(2) 、剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)的特征在于
尾梁平衡裝置有四種基本形式其一為尾梁平衡裝置上偏于橫 梁，其結(jié)構(gòu)如圖l、圖2、圖3、圖5、圖6所示；其二為在橫梁后端 配置一個(gè)在抽油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)能使懸掛其上的平衡重發(fā)生前后位移 的異型驢頭，如圖4所示；其三為在橫梁后端連接一個(gè)位置固定的平 衡重或懸掛有平衡重的常規(guī)驢頭，如圖7、圖8所示；其四為直接采 用吊擺裝置替代尾梁平衡裝置。另外可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要決定是否在橫梁 上加裝一套能在其中部至尾部區(qū)間運(yùn)動(dòng)的平衡重裝置，該動(dòng)態(tài)平衡重 裝置可以是機(jī)械滑動(dòng)裝置，也可以是流體容器裝置；機(jī)械滑動(dòng)裝置其 構(gòu)造為在機(jī)架上鉸鏈一組雙連桿與滑動(dòng)平衡重相連；流體容器裝置外 形呈長(zhǎng)狀體、內(nèi)壁呈兩端大中間小形狀，流體可以是液體也可以是球 狀或顆粒、粉末狀的固體并方便隨時(shí)從容器中添加或取出。
(3)、柔性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)的特征在于
柔性繩帶的一端與驢頭懸掛繩相連，另一端越過驢頭頂部，途經(jīng) 固定在橫梁中部的定向輪和固定在橫梁尾部的換向輪與鉸鏈在橫梁 尾部的下吊平衡重裝置連接，形成柔性負(fù)荷懸掛裝置，如圖9所示。 用于連接驢頭懸掛繩與下偏平衡重裝置的繩帶為承重力、耐磨性極強(qiáng) 的橡膠鋼絲帶或凡能達(dá)到類似功能的柔性物。其驢頭的頂部應(yīng)呈與常 規(guī)驢頭大弧面平滑相切的小弧面形狀，且所有與柔性負(fù)荷懸掛裝置能 發(fā)生接觸的驢頭弧面?zhèn)软毎惭b能夠確保懸掛裝置上下順暢滑動(dòng)的軸 承或類似部件；原來設(shè)置在常規(guī)驢頭上部用于固定懸掛繩的卡件的承 載能力與凸出驢頭弧面的高度至少須再提高兩倍以上。下偏平衡臂鉸 接軸承既可以與導(dǎo)向輪同軸，也可以與導(dǎo)向輪為非同軸。
2、多種類別的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式與相對(duì)應(yīng)的電氣控制手段 本實(shí)用新型所述的吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，可采用包括 開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)、直線電機(jī)、適用于常規(guī)游梁式抽油機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng) 傳動(dòng)系統(tǒng)、可換向可調(diào)速的類似驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在內(nèi)的多種不同類型的電動(dòng) 機(jī)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制。
(1) 、其共同特征在于
每個(gè)類別的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式與相對(duì)應(yīng)的電氣控制手段皆適合于對(duì) 本實(shí)用新型所述的兩種機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的任何一種抽油機(jī)進(jìn)行獨(dú)立動(dòng) 力驅(qū)動(dòng)與電氣控制。都是通過對(duì)擺臂或與擺臂相連接的吊重裝置進(jìn)行 驅(qū)動(dòng)，使其產(chǎn)生往復(fù)擺動(dòng)從而帶動(dòng)抽油機(jī)正常運(yùn)行的?？刂葡到y(tǒng)采用 微型控制器控制技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)，預(yù)留信號(hào)輸入接口和信號(hào)輸出接 口包括抽油桿載荷傳感器接口、位移傳感器接口、壓力傳感器接口、 電機(jī)電壓傳感器接口與電機(jī)電流傳感器接口、遠(yuǎn)程監(jiān)控接口，控制器 件包括換向控制開關(guān)、限位控制開關(guān)、電機(jī)調(diào)速器，通過借助于控 制系統(tǒng)中的硬件和軟件，可以準(zhǔn)確的計(jì)算出抽油機(jī)及油井的示功圖、 憋壓曲線、產(chǎn)液量、動(dòng)液面線、電流圖、系統(tǒng)效率、泵的工作狀況、 抽油機(jī)的平衡狀況等，并以此為依據(jù)，自動(dòng)調(diào)整抽油機(jī)的工作狀態(tài)。
(2) 、采用開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)或直線電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制
的相同特征在于
抽油機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)開始啟動(dòng)時(shí)，可通過程序設(shè)定實(shí)現(xiàn)電機(jī)在驅(qū)動(dòng) 吊擺裝置做往復(fù)擺動(dòng)過程中的擺幅由小漸大，直至達(dá)到預(yù)設(shè)的正常擺 幅。能夠無級(jí)調(diào)整抽汲參數(shù)與抽油機(jī)的沖次、沖程，可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)
上快下慢、上慢下快、上下同速和換向時(shí)停滯間抽四種運(yùn)動(dòng)模式
(3) 、采用開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)或可換向可調(diào)速的類似驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制的相同特征在于
動(dòng)力傳動(dòng)輪可以與電機(jī)同軸，也可以通過傳動(dòng)裝置與電機(jī)連接獲 得動(dòng)力。動(dòng)力傳動(dòng)輪與懸掛在其上的吊重裝置的圓弧底面相切或嚙 合。該相切的兩個(gè)圓弧面或至少其中的一個(gè)圓弧面上應(yīng)粘連有表面平 整且耐磨力極強(qiáng)的彈性物。該相嚙的兩個(gè)圓弧面上應(yīng)皆有互為嚙合的 嚙齒，嚙齒既可以在兩個(gè)圓弧面上直接加工成型，也可以通過在兩個(gè) 圓弧面上固定耐磨性強(qiáng)的嚙齒同步帶來得以實(shí)現(xiàn)。
(4) 、采用直線電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制的特征在于 將直線電機(jī)的定子通過底座固定在吊重裝置靠近圓弧底面的內(nèi)
側(cè)或下側(cè)，將吊重裝置做為直線電機(jī)的動(dòng)子。
(5) 、采用適用于常規(guī)游梁式抽油機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)與電氣控制的特征在于
將推拉對(duì)象由原來的橫梁改為現(xiàn)在的吊擺裝置，將推拉方向由原 來的上下方向改為目前的前后方向，除此以外，其它仍沿襲常規(guī)游梁 式抽油機(jī)原有的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式與電氣控制手段。加裝變頻器后能對(duì)抽 油機(jī)的沖次做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
(6) 、采用可換向可調(diào)速的類似驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制 的特征在于
能夠?qū)Τ橛蜋C(jī)的沖次做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)上快下慢、 上慢下快、上下同速和換向時(shí)停滯間抽的運(yùn)動(dòng)模式。本實(shí)用新型凡具有明顯特征功能和作用的裝置或部件，在不影響 系統(tǒng)正常運(yùn)行與效果的前提下，既可以增添或減少，也可以互為替用 和相互組合，不受本實(shí)用新型說明書缺述以及附圖所示的具體形狀結(jié) 構(gòu)的限制。
如圖l、圖2所示，本實(shí)用新型所涉及的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源以采用開關(guān) 磁阻調(diào)速電機(jī)或直線電機(jī)為最佳方案，該兩種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)形式取消了減 速器、四連桿機(jī)構(gòu)、游梁等大重量部件，而減少了動(dòng)力傳遞中的功率 損失，提高了生產(chǎn)效率，降低了制造成本，維護(hù)費(fèi)用低，大大節(jié)約了 電能，勻速行程長(zhǎng)，可控性能好。
如圖3、圖4所示，在一些使用開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)、直線電機(jī)不
便的現(xiàn)場(chǎng)或?qū)显O(shè)備進(jìn)行技改并希望使陳舊設(shè)備能夠有效利用的狀 況下，可采用常規(guī)游梁式抽油機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置或可換向可調(diào)速的類 似驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。
如圖4所示，本實(shí)用新型所涉及的剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)設(shè)備在油井 地貌環(huán)境復(fù)雜、不宜配備上偏尾梁的場(chǎng)所，可采取在橫梁的末端配置 一臺(tái)能使后梁的懸掛重隨著橫梁的上下擺動(dòng)而發(fā)生前后位移的異型 驢頭，從而起到變矩的作用。
如圖4所示，在一些原油稠度大的油區(qū)，為防止電機(jī)燒毀，可考 慮采用傳動(dòng)帶給設(shè)備間接傳遞動(dòng)力。
如圖5所示，使用增程驢頭替代常規(guī)驢頭主要是為滿足油田開發(fā) 后期在油井注水量驟增時(shí)的長(zhǎng)沖程抽汲需要。
所圖6所示，擺臂機(jī)構(gòu)與吊重裝置可以發(fā)生形狀與所處位置的變
化。
所圖7所示，設(shè)備可采用一組擺臂機(jī)構(gòu)，其橫梁后端可直接連接 一個(gè)位置固定的平衡重。
所圖8所示，擺臂機(jī)構(gòu)可以無須吊重臂而直接與吊重容器相連，
并與橫梁可以組成三角形、四邊形或其它多邊形游梁結(jié)構(gòu)；橫梁的后
端連接一個(gè)懸掛有平衡重的常規(guī)驢頭。
所圖9所示，為本實(shí)用新型柔性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)的示意圖，用于連 接尾梁平衡臂與橫梁間的下偏平衡臂鉸接軸承應(yīng)確保下偏平衡重裝 置通過柔性繩帶在接受來自驢頭懸掛繩的拉力后，能夠根據(jù)拉力大小 的變化實(shí)現(xiàn)下偏平衡裝置的末端以下偏平衡臂鉸接軸承為支點(diǎn)的上 下運(yùn)動(dòng)。
圖10為本實(shí)用新型電氣控制框圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型所涉及的各主要部件的結(jié)構(gòu)與功能、 設(shè)備的工作過程、系統(tǒng)的可靠性與平衡手段、節(jié)能增效途徑與實(shí)現(xiàn)方
式等方面的實(shí)施方式做進(jìn)一步的描述 1、各主要部件的結(jié)構(gòu)與功能
(1)、擺臂機(jī)構(gòu)如前所述，擺臂數(shù)量若為一組，將在橫梁10與 機(jī)架軸承17相交處的橫梁左右兩側(cè)進(jìn)行連接，如圖7所示；擺臂數(shù) 量若為兩組，在橫梁10上通過前擺臂軸承9與后擺臂鉸鏈軸承5，
分別鉸鏈前擺臂8和后擺臂4，通過連接件對(duì)稱設(shè)置在機(jī)架18左右 兩側(cè)組成橫斷面為n狀的擺臂機(jī)構(gòu)，其下端通過吊臂連接板3經(jīng)與 吊重臂2及吊重容器1連接，兩組擺臂左右可同時(shí)與橫梁10組成三
角形游梁或其它多邊形的堅(jiān)固游梁結(jié)構(gòu)，擺臂機(jī)構(gòu)與吊重裝置組合為 用于接受驅(qū)動(dòng)動(dòng)力和平衡負(fù)荷的吊擺裝置。
(2) 、吊重裝置它一般由四個(gè)部件組成，包括吊重容器l、吊 重物6、吊重主臂2和吊重副臂7。其中如果吊重容器l作為動(dòng)力從
動(dòng)輪，則其底面形狀應(yīng)呈以機(jī)架軸承17為圓心、以機(jī)架軸承17至其 底端的距離為半徑的圓弧斷面狀，承擔(dān)從動(dòng)輪和平衡負(fù)荷的作用；如 果吊重容器l不承擔(dān)動(dòng)力從動(dòng)輪的功能，如圖3所示，則其形狀、數(shù) 量以及與吊重臂2的結(jié)合部位不受任何限制。在吊重容器1的上端設(shè) 置有可以方便隨時(shí)添加或減少吊重物6的蓋門等類似機(jī)關(guān)。吊重主臂 2與吊重副臂7可以根據(jù)需要直接省去，如圖8所示。
(3) 、尾梁平衡重裝置其由三個(gè)部件組成，包括尾梁平衡臂13、 尾梁平衡重容器14、尾梁平衡重15。如果為剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)，且 橫梁10與尾梁平衡臂13互為獨(dú)立，如圖l、圖2、圖3、圖5、圖6 所示，則尾梁平衡裝置將整體高于橫梁10呈上偏尾梁狀；當(dāng)橫梁IO 能夠完全替代尾梁平衡臂13所起的作用時(shí)，如圖4、圖7、圖8所示， 用尾梁驢頭38懸掛尾梁平衡重或用橫梁后端連接的平衡重進(jìn)行尾梁 平衡也不失為是一種平衡負(fù)載的選擇。如果為柔性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)，如 圖9所示，則尾梁平衡臂13與橫梁10將通過尾梁平衡臂鉸接軸承 35連接，受驢頭懸掛繩12及柔性繩帶31和重力的共同作用呈下偏 狀態(tài)。尾梁平衡裝置的重量將通過調(diào)節(jié)尾梁平衡重15在尾梁平衡重 容器14中的裝入量而實(shí)現(xiàn)。
(4) 、上置移動(dòng)平衡重裝置其分為機(jī)械滑動(dòng)裝置與流體容器裝置
兩種形式。如圖5、圖6所示，機(jī)械滑動(dòng)裝置其構(gòu)造為在機(jī)架18上 鉸鏈一組滑動(dòng)平衡重雙連桿22與機(jī)械滑動(dòng)平衡重21相連。如圖1、 圖2、圖3、圖4、圖7、圖8所示，流體容器裝置20為長(zhǎng)方形或便 于延橫梁IO前后方向設(shè)置的長(zhǎng)狀體，該容器的內(nèi)壁只所以被設(shè)計(jì)為 兩端大中間小的形狀，主要是為防止其中的流體在參與力矩調(diào)節(jié)過程 中由于受重力的作用，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成不穩(wěn)定沖擊。
(5) 、柔性負(fù)荷懸掛裝置如圖9所示，驢頭懸掛繩12與柔性繩 帶31越過驢頭11頂部，途經(jīng)定向輪32和換向輪33與通過下偏平衡 臂鉸接軸承35鉸鏈在橫梁尾部的尾梁平衡重容器14連接，形成柔性 負(fù)荷懸掛裝置，且所有與懸掛裝置能發(fā)生接觸的驢頭弧面?zhèn)?，?yīng)全部 安裝能夠確保懸掛裝置上下順暢的滑動(dòng)件34。
(6) 、增程驢頭機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)的構(gòu)造是采用旋轉(zhuǎn)軸承23與橫梁10 連接，并在驢頭11與機(jī)架18之間鉸鏈一組偏心連桿24。在抽油機(jī) 工作中能夠相對(duì)橫梁IO做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以此來滿足油田開發(fā)后期在油 井注水量驟增時(shí)的長(zhǎng)沖程抽汲需要。
(7) 、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)形式多樣，控制系統(tǒng)則采用 微型控制器控制技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)，通過借助于控制系統(tǒng)中的硬件和 軟件，可以準(zhǔn)確的計(jì)算出抽油機(jī)及油井的示功圖、憋壓曲線、產(chǎn)液量、 動(dòng)液面線、電流圖、系統(tǒng)效率、泵的工作狀況、抽油機(jī)的平衡狀況等， 并以此為依據(jù)，自動(dòng)調(diào)整抽油機(jī)的工作狀態(tài)以及根據(jù)井泵內(nèi)的油量的 充滿度判斷抽油機(jī)是否需要間歇工作，能對(duì)卡井、失載等突發(fā)性故障 做出停機(jī)反應(yīng)，對(duì)無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整的異常情況能夠做出報(bào)警提示。
2、本實(shí)用新型的工作過程為
動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)吊重裝置或擺臂機(jī)構(gòu)延著機(jī)架軸承為圓 心做前、后往復(fù)擺動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)游梁式抽油機(jī)的抽汲運(yùn)行。 (1)、剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)的工作過程
當(dāng)?shù)鯏[裝置向后到達(dá)最大偏移點(diǎn)時(shí)，驢頭下行至下行限點(diǎn)，而此 時(shí)由于受重力的作用，上置移動(dòng)平衡重裝置的平衡重己完成了由橫梁 尾部向橫梁中部運(yùn)動(dòng)的全過程，從而暫時(shí)退出了對(duì)系統(tǒng)力矩的調(diào)節(jié)， 系統(tǒng)力矩的調(diào)節(jié)將由吊擺裝置與尾梁平衡裝置共同完成。在控制方 面，如采用開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)或直線電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制， 還可根據(jù)系統(tǒng)事先設(shè)置的程序決定是否在該點(diǎn)位停滯以及停滯所需 的時(shí)間長(zhǎng)短，以便于提高液體入泵的充盈度，進(jìn)而提高單次汲油量。
當(dāng)?shù)鯏[裝置由后最大偏移點(diǎn)開始做反向移動(dòng)時(shí)，驢頭帶動(dòng)懸掛裝 置上行，開始抽油過程，此時(shí)抽油機(jī)的負(fù)荷加大，與此同時(shí)吊擺裝置 的勢(shì)能開始發(fā)揮作用，即使吊擺裝置向前越過其重心點(diǎn)后，受慣性的 作用其勢(shì)能依然能夠發(fā)揮作用。當(dāng)?shù)鯏[裝置向前繼續(xù)移動(dòng)帶動(dòng)驢頭高 過水平線繼續(xù)向上擺動(dòng)時(shí)，受重力的作用，上置移動(dòng)平衡重裝置的平 衡重開始由橫梁中部向橫梁尾部運(yùn)動(dòng)，并與尾梁平衡裝置、吊重裝置 及擺臂機(jī)構(gòu)一起參與系統(tǒng)力矩的調(diào)節(jié)，同時(shí)吊重裝置重心偏移開始積 蓄勢(shì)能。在控制方面，如采用開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)或直線電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)與電氣控制，還可根據(jù)系統(tǒng)事先設(shè)置的程序?qū)_次、沖程與運(yùn)動(dòng) 模式進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
當(dāng)?shù)鯏[裝置向前到達(dá)最大偏移點(diǎn)時(shí)，驢頭上行至上行限點(diǎn)，抽油
過程結(jié)束，且上置移動(dòng)平衡重裝置的平衡重業(yè)已完成了由橫梁中部向 橫梁尾部運(yùn)動(dòng)的全過程，系統(tǒng)力矩的調(diào)節(jié)將由動(dòng)態(tài)平衡重、尾梁平衡 裝置與吊擺裝置共同完成。在控制方面，如采用開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)或 直線電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制，還可根據(jù)系統(tǒng)事先設(shè)置的程序決 定是否在該點(diǎn)位停滯以及停滯所需的時(shí)間長(zhǎng)短，以便于存在泵內(nèi)的液 體瀉淌干凈，進(jìn)而提高單次汲油的有效效率。
當(dāng)?shù)鯏[裝置由前最大偏移點(diǎn)開始做反向移動(dòng)時(shí)，受懸掛裝置牽引 與吊擺裝置勢(shì)能的共同作用，驢頭下行，抽油機(jī)的負(fù)荷降低，此時(shí)上 置移動(dòng)平衡重裝置的平衡重與尾梁平衡裝置用于減緩懸掛裝置下墜 的加速度。吊擺裝置即使向前越過其重心點(diǎn)后，受慣性的作用其勢(shì)能 依然能夠發(fā)揮作用，當(dāng)?shù)鯏[裝置重心偏移在抑制懸掛裝置下墜的加速 度的同時(shí)開始積蓄勢(shì)能。當(dāng)?shù)鯏[裝置前移帶動(dòng)驢頭低過水平線向下擺 動(dòng)時(shí)，受重力的作用，上置移動(dòng)平衡重裝置的平衡重開始由橫梁尾部 向橫梁中部運(yùn)動(dòng)，逐漸減少對(duì)系統(tǒng)力矩的調(diào)節(jié)直至驢頭下行到下行限 點(diǎn)完成一個(gè)周期的運(yùn)行失去其調(diào)節(jié)作用。在控制方面，如采用開關(guān)磁 阻調(diào)速電機(jī)或直線電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制，還可根據(jù)系統(tǒng)事先 設(shè)置的程序?qū)_次、沖程與運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
(2)、柔性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)的工作過程
柔性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)的抽油機(jī)與剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)的抽油機(jī)在完 成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)過程中，其原理既有相同點(diǎn)，也有不同差異點(diǎn)。
其相同點(diǎn)在于吊擺裝置的功能與作用、運(yùn)行軌跡以及通過其傳 遞動(dòng)力的方式相同；對(duì)前述剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)的所有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式與
控制設(shè)置程序都能夠在該機(jī)構(gòu)中投入運(yùn)用。
其不同點(diǎn)在于去掉了剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)搭載在橫梁上側(cè)的動(dòng)態(tài) 平衡裝置，而采用將驢頭吊掛繩與尾梁平衡裝置通過柔性繩帶直接相 連的方式進(jìn)行力矩同步調(diào)節(jié)，以此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。具體的說就 是當(dāng)來自于驢頭吊掛繩的負(fù)荷較大時(shí)，繩帶加在尾梁平衡裝置的力量 就會(huì)同步增加，并在杠桿的作用下，尾梁平衡裝置就會(huì)以下偏平衡臂 鉸接軸承為支點(diǎn)向上被提升，從而增大了力矩；反之亦然，當(dāng)來自于 吊掛裝置的負(fù)荷較小時(shí)，繩帶加在尾梁平衡裝置的力量就會(huì)同步減 小，并在重力的作用下，尾梁平衡裝置就會(huì)以下偏平衡臂鉸接軸承為 支點(diǎn)向下被降低，從而減小了力矩。需要特別強(qiáng)調(diào)的是負(fù)荷的變化 會(huì)使柔性繩帶在調(diào)整尾梁平衡裝置高低的同時(shí)，帶動(dòng)整個(gè)吊掛裝置產(chǎn) 生小距離的位移，而該種位移正好可以起到穩(wěn)定吊掛裝置運(yùn)行速度的 作用。
3、系統(tǒng)的可靠性與平衡手段
(1) 、當(dāng)擺臂機(jī)構(gòu)為兩組或兩組以上時(shí)，其穩(wěn)定的三角形或多邊形 游梁結(jié)構(gòu)較單游梁受力增加數(shù)倍，其與吊重裝置連接共同組成用于接 受驅(qū)動(dòng)動(dòng)力和平衡負(fù)荷的吊擺裝置。該裝置的平衡作用只所以異常顯 著，在于其在進(jìn)行正常的前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，其擺幅夾角不大，其極限
夾角一般為90度左右，而90度夾角對(duì)一個(gè)需要做往復(fù)擺動(dòng)的吊擺裝
置而言，正是積蓄、儲(chǔ)存、釋放勢(shì)能的最佳臨界夾角。
(2) 、本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)剛性平衡結(jié)構(gòu)時(shí)，只所以將橫梁10與尾 梁平衡臂13互為獨(dú)立前提下的尾梁平衡裝置呈上偏尾梁狀，如圖1、
圖2、圖3、圖5、圖6所示，是基于三個(gè)方面的考慮 一是該種結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，二是較采用其它結(jié)構(gòu)形式穩(wěn)固，三是能夠根據(jù)本系統(tǒng)的工作 形態(tài)很好的與吊擺裝置互為補(bǔ)充平衡負(fù)荷變化的力矩，使抽油桿在上 下往復(fù)一個(gè)周期的過程中，經(jīng)與吊擺裝置的勢(shì)能力矩相疊加，使從動(dòng) 扭矩不會(huì)忽高忽低的出現(xiàn)過大的峰值或谷值。如圖4所示，其實(shí)在橫 梁10后端配置一個(gè)在抽油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)能使懸掛在其上的平衡重裝 置14發(fā)生前后位移的異性驢頭38也是另一種動(dòng)態(tài)變矩的有效手段， 只是為防止平衡重裝置14在設(shè)備運(yùn)行過程中受風(fēng)吹影響出現(xiàn)搖擺， 則需要在底座19的末端固定一個(gè)設(shè)有滑動(dòng)輪軌道的平衡重位移托架 39。而在橫梁后端直接連接一個(gè)平衡重或連接一個(gè)懸掛有平衡重的常 規(guī)驢頭的方式相對(duì)前述兩種方式而言，如圖7、圖8所示，其平衡效 果會(huì)稍低一些。
(3) 、對(duì)抽油機(jī)而言平衡是相對(duì)的，不平衡是絕對(duì)的。相對(duì)于吊擺 裝置與上偏平衡尾梁對(duì)系統(tǒng)的平衡效果而言，上置移動(dòng)平衡重裝置的 作用只有在將前兩者與懸掛負(fù)荷的靜平衡調(diào)節(jié)得當(dāng)?shù)那疤嵯滤l(fā)揮 的功效才能趨于最大，真正起到"四兩撥千斤"的效果，因此合理巧 妙的利用它將是剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)的抽油機(jī)其平衡效果高低的重要 環(huán)節(jié)。
(4) 、柔性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)的平衡則是采用力矩同步調(diào)節(jié)的方式，當(dāng) 來自于驢頭吊掛繩12的負(fù)荷增大時(shí)，柔性繩帶31就會(huì)對(duì)尾梁平衡裝 置14同步增加拉力，并在杠桿的作用下，尾梁平衡裝置14就會(huì)被向 上提升，以此增大作用力矩；當(dāng)來自于吊掛裝置12的負(fù)荷減小時(shí)，
繩帶31加在尾梁平衡裝置14的力量就會(huì)同步減小，受重力的作用尾 梁平衡裝置14就會(huì)下落，從而減小了作用力矩。為防止吊掛裝置在 接受力矩的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程中，由于產(chǎn)生小距離的上下位移而使系統(tǒng)的 沖程發(fā)生波動(dòng)，如圖8所示，本實(shí)用新型將采用位移傳感器經(jīng)微型控 制器處理，通過調(diào)節(jié)吊擺裝置的前后擺幅及時(shí)對(duì)沖程的增加或損失量 進(jìn)行減少與補(bǔ)償。為防止柔性繩帶31發(fā)生斷裂導(dǎo)致驢頭懸掛繩12失 重下墜有可能對(duì)井泵產(chǎn)生撞擊，本實(shí)用新型特意將原來設(shè)置在常規(guī)驢 頭上部用于固定懸掛繩的卡件36的承載能力與凸出驢頭弧面的高度 至少須提高兩倍以上，從而使得位于卡件36上端的n形狀驢頭懸掛 繩12在失重下墜過程中很容易被卡件36及時(shí)鉤掛住。 4、節(jié)能增效途徑與實(shí)現(xiàn)方式
(1)、在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面采用剛?cè)岵煌瑑煞N平衡結(jié)構(gòu)，通過尾梁平 衡、吊重平衡、滑動(dòng)平衡三種手段進(jìn)行復(fù)合平衡，尤其是尾梁平衡裝 置與吊重平衡裝置之間交替配合，堪稱相得益彰，這使其它所有類型 的抽油機(jī)所不曾有的。當(dāng)驢頭行至下限點(diǎn)開始上行時(shí)，吊擺裝置的勢(shì) 能最大，而尾梁平衡裝置相對(duì)來講其力矩處于最小狀態(tài)，這時(shí)主要以 吊擺裝置的勢(shì)能為主對(duì)負(fù)載進(jìn)行平衡；當(dāng)?shù)鯏[裝置越過其重心線繼續(xù) 前行，其勢(shì)能便會(huì)逐步減弱，而此時(shí)尾梁平衡裝置的力臂將會(huì)由小趨 大，這時(shí)平衡負(fù)載的重任將由吊擺裝置逐漸移交給尾梁平衡裝置。當(dāng) 驢頭行至上限點(diǎn)開始下行時(shí)，吊擺裝置的勢(shì)能依然最大，尾梁平衡裝 置的主要職責(zé)是抑制負(fù)載下墜所帶來的加速度；當(dāng)?shù)鯏[裝置越過其重 心線繼續(xù)后行，其勢(shì)能便會(huì)逐步減弱，而此時(shí)尾梁平衡裝置的力臂也
將會(huì)減小，這時(shí)抑制負(fù)載下墜所帶來的加速度的重任將以吊擺裝置為 主完成。
(2) 、在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方面其一、采用開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)、直線電機(jī) 以及通過在交流電機(jī)上加裝變速裝置等手段對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)， 本身就較常規(guī)游梁式抽油機(jī)所使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能，其二采用開 關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)、直線電機(jī)可以省卻減速器、四連桿機(jī)構(gòu)、游梁等大 重量部件，從而減少了動(dòng)力傳遞中的功率損失。其三、通過對(duì)擺幅由 小漸大可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)，以此減少電網(wǎng)沖擊。
(3) 、在系統(tǒng)控制方面當(dāng)采用開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)、直線電機(jī)作為 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，可根據(jù)實(shí)采所需的參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整抽油機(jī)的沖次、 沖程、是否需要間歇以及每個(gè)間歇期需要時(shí)間等工作狀態(tài)以及上快下 慢、上慢下快、上下同速、間歇抽油等運(yùn)動(dòng)模式，從而提高系統(tǒng)的整 體抽汲效率和實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。
綜合上述，本實(shí)用新型所涉及的吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油 機(jī)，從省功的角度入手，博采眾長(zhǎng)，運(yùn)用力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、流體學(xué)、電 氣學(xué)的經(jīng)典原理，獨(dú)辟溪徑，著力于在高可靠性、高性價(jià)比、高適應(yīng) 性、高節(jié)能率和高單次抽取量上下工夫。具有設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 結(jié)實(shí)耐用、平衡程度好、系統(tǒng)效率高、制造與運(yùn)行維護(hù)成本低、設(shè)備 吊運(yùn)安裝簡(jiǎn)便、且節(jié)能效果十分顯著等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1、一種吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，包括機(jī)架(18)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制系統(tǒng)，其特征在于橫梁(10)通過機(jī)架軸承(17)安置在機(jī)架(18)上，橫梁(10)的前端為驢頭(11)，后端連接尾梁平衡裝置，在橫梁(10)上連接一組或多組通過連接件對(duì)稱設(shè)置在機(jī)架(18)左右兩側(cè)的擺臂機(jī)構(gòu)，擺臂機(jī)構(gòu)的下端連接吊重裝置，擺臂機(jī)構(gòu)與橫梁(10)共同形成穩(wěn)固的游梁結(jié)構(gòu)，擺臂機(jī)構(gòu)與吊重裝置組合為用于接受驅(qū)動(dòng)動(dòng)力和平衡負(fù)荷的吊擺裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于-吊重裝置為一實(shí)體、腔體或外設(shè)隔擋的支架體的吊重容器(1);吊重容器(1) 為動(dòng)力從動(dòng)輪，吊重容器(1)的底面形狀呈以機(jī)架軸承(17)為圓心、以機(jī)架 軸承(17)至其底端的距離為半徑的圓弧斷面狀。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于 橫梁(10)為直梁結(jié)構(gòu)，或折梁結(jié)構(gòu)，或三角形結(jié)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，其特征在 于尾梁平衡裝置整體高于橫梁(10)呈上偏尾梁狀；或?yàn)樵跈M梁(10)后端 配置一個(gè)在抽油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)能使懸掛其上的平衡重發(fā)生前后位移的異型驢 頭；或?yàn)樵跈M梁(10)后端連接一個(gè)位置固定的平衡重或懸掛有平衡重的常規(guī) 驢頭；或?yàn)樵跈M梁(10)尾部鉸鏈一套下偏平衡重裝置；或?yàn)椴捎玫鯏[裝置直 接替代尾梁平衡裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于 驢頭(11)的懸掛繩(12)與柔性繩帶(31)相連，并越過驢頭(11)頂部， 途經(jīng)固定在橫梁中部的定向輪(32)和固定在橫梁尾部的換向輪(33)與鉸鏈在橫梁尾部的下偏平衡重裝置連接，形成柔性負(fù)荷懸掛裝置；驢頭(11)頂部 呈與常規(guī)驢頭大弧面平滑相切的小弧面形狀，且所有與懸掛裝置能發(fā)生接觸的 驢頭(11)弧面?zhèn)?，均安裝能夠確保懸掛裝置上下順暢滑動(dòng)的驢頭弧面滑動(dòng)件 (34);設(shè)置在驢頭(11)上部的驢頭懸掛繩卡件(36)的凸出驢頭弧面；下偏 平衡臂(13)與橫梁(10)間相鉸的尾梁平衡臂鉸接軸承(35)固定在橫梁末 端，或與導(dǎo)向輪(33)同軸。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，其特征在 于在橫梁(10)上設(shè)置有流體式平衡重裝置(20)，流體式平衡重裝置(20) 為長(zhǎng)狀體容器，容器的內(nèi)壁呈兩端大中間小的形狀，流體為液體或球狀、顆粒、 粉末狀的固體；或在機(jī)架(18)上鉸鏈一組機(jī)械式滑動(dòng)平衡重連桿(22)與設(shè) 于橫梁(10)上的機(jī)械式滑動(dòng)平衡重(21)相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制系統(tǒng)包括開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)、直線電機(jī)、適用于常規(guī)游梁 式抽油機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)、可換向可調(diào)速的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，均通過對(duì)吊擺裝置 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使其產(chǎn)生往復(fù)擺動(dòng)從而帶動(dòng)抽油機(jī)正常運(yùn)行。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或7所述的吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，其特 征在于動(dòng)力傳動(dòng)輪與吊重容器(1)的圓弧底面相切或嚙合，該相切的兩個(gè)圓弧面或至少其中的一個(gè)圓弧面上粘連有表面平整且耐磨力極強(qiáng)的彈性物；而該相嚙的兩個(gè)圓弧面上均有互為嚙合的嚙齒，嚙齒直接設(shè)置在兩個(gè)圓弧面上，或通過在兩個(gè)圓弧面上固定耐磨性強(qiáng)的嚙齒同步帶；動(dòng)力傳動(dòng)輪與電機(jī)同軸，或 通過傳動(dòng)帶與電機(jī)連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于電氣控制系統(tǒng)采用單片機(jī)或PLC控制技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)。
10、根據(jù)權(quán)利1所述的吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于驢 頭(11)為常規(guī)式驢頭或增程式驢頭。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種吊擺式動(dòng)態(tài)平衡增效節(jié)能抽油機(jī)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)分為剛性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)與柔性動(dòng)態(tài)平衡結(jié)構(gòu)兩種形式，其基本特征在于在橫梁上連接一組或多組擺臂機(jī)構(gòu)，擺臂機(jī)構(gòu)下端連接吊重裝置，擺臂機(jī)構(gòu)與橫梁形成穩(wěn)固的游梁結(jié)構(gòu)，擺臂機(jī)構(gòu)與吊重裝置組合為用于接受驅(qū)動(dòng)動(dòng)力和平衡負(fù)荷的吊擺裝置。可采用多種不同類型的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與電氣控制。本實(shí)用新型從革新機(jī)械結(jié)構(gòu)與改進(jìn)相應(yīng)的配套電氣驅(qū)動(dòng)及控制手段兩個(gè)方面同時(shí)著手，運(yùn)用靜、動(dòng)平衡相結(jié)合的方式，集三級(jí)復(fù)合平衡方式于一體，具有設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、平衡性能好、系統(tǒng)效率高、制造與運(yùn)行維護(hù)成本低、吊運(yùn)安裝簡(jiǎn)便、且節(jié)能效果顯著等諸多優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B43/00GK201176921SQ20072003270
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2007年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月11日
發(fā)明者張保國 申請(qǐng)人:張保國