直線電磁抽油機的製作方法

2023-07-26 11:20:51 1

專利名稱：直線電磁抽油機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直線電機驅動的抽油機。
背景技術：
目前，抽油機的能耗在採油成本中佔有相當大的比重。因此，抽油機採油系統的節能降耗是石油開採過程節能的重點。目前應用最廣泛的常規遊梁式抽油機採油系統的組成如圖1所示，採油系統主要由三部分組成地面部分——遊梁式抽油機，由電動機11、減速箱12和四連杆機構13(包括曲柄、連杆、橫梁、遊梁)、驢頭和懸繩器等組成；地下部分——抽油泵17懸掛在套管16中油管15的下端；聯繫地面和地下部分的中間部分——抽油杆14，由一種或幾種直徑的抽油杆和接箍組成。遊梁式抽油機的基本工作原理是把電能轉換為電機的旋轉運動，經減速器減速後再利用四連杆機構轉變為懸點的直線往復運動。由於其本身的結構特徵，決定它存在平衡效果差、曲柄軸淨扭矩脈動大、存在負扭矩、負載率低、工作效率低、「大馬拉小車」和能耗高等缺點，主要表現為以下四個方面的缺點一、能耗高電動機功率和傳動損失大一般情況下，旋轉電動機在輸出功率為(60％--100％)額定功率條件下工作時，其效率接近於額定效率，然而，由於抽油機電動機的負荷變化十分劇烈而頻繁，在抽油機的每一衝程中，電動機的輸出功率都將出現兩次瞬時功率極大值和兩次瞬時功率極小值，其瞬時功率極大值可能超過額定功率，而極小值一般為負功率，即電動機不僅不輸出功率，反而由抽油機拖動而發電，因此電動機輸出功率的變化遠遠超出了(60％--100％)額定功率的範圍。二、大馬拉小車為了適應負載變化大、運動慣性大的工作條件，實際生產中的遊梁式抽油機常年工作在低功率因數、低效率、高能耗的「大馬拉小車」狀態。三、難以改變衝程。常規遊梁式抽油機衝程增大後，其外形尺寸和總重量將大幅度增加，這是由於遊梁式抽油機自身的結構特點所決定的。四、慣性載荷過大常規遊梁式抽油機的四連杆機構使得驢頭運動規律為類似簡諧運動，其最高速度和最低速度與勻速運動時的速度相差較大，所以加速度較勻速運動也大得多，造成慣性載荷大，使抽油機承受載荷過大，縮短了抽油機使用壽命。

發明內容
本發明提供一種直線電磁抽油機，以克服傳統抽油機能耗高、「大馬拉小車」、難以改變衝程和慣性載荷大的缺陷。本發明的技術方案是它包括直線電機、機架2、複合導向輪3、兩根鋼絲繩、懸繩器5、平衡導向輪6、平衡重物7和底座9，複合導向輪3和平衡導向輪6分別設置在「T」形的機架2的上橫梁2-1的兩端上，複合導向輪3和平衡導向輪6的旋轉軸都是水平方向設置，第一鋼絲繩4-1的一端連接第二鋼絲繩4-2的一端並固定在懸繩器5上，第一鋼絲繩4-1的另一端繞過複合導向輪3的外圓輪體並固定在直線電機的動子1-1上，第二鋼絲繩4-2的另一端繞過平衡導向輪6的外圓輪體並固定在平衡重物7上，機架2的下端固定在底座9上，直線電機的定子1-2固定在機架2的立柱上，定子1-2的中心線為鉛垂方向。本發明的抽油機工作時，懸繩器5固定在抽油杆10的上端，直線電機的電磁力推動動子1-1上下往復運動時，完成抽油工作。抽油杆10為上衝程時，載荷為抽油杆10重量加上液柱載荷，而總平衡重量(平衡重物7加動子1-1的重量，總重量可以設置為抽油杆10重量加上二分之一液柱載荷)呈自由落體下行做功，此時直線電機動子1-1下行拉力只有二分之一液柱載荷；抽油杆10為下衝程時，抽油杆重量呈自由落體下行做功，此時直線電機動子上行推力仍為二分之一液柱載荷。從而使電機上、下行程中的出力基本相等。本發明的抽油機是採用大推力直線電機直接驅動抽油杆做上下往復運動的抽油機，與常規遊梁式抽油機相比具有結構簡單、平衡效果好、運行平穩、系統效率高、節能效果好、能滿足採油工藝自動控制的要求和適應惡劣的工作環境等特點，特別適合深井、稠油井、抽空控制油井等使用，為重型抽油機的製造開闢了新途徑。本發明的優點是(1)結構簡單採用直線電機直接驅動抽油杆，無需遊梁式抽油機的減速器和四連杆機構。(2)效率高、耗能低直線電機將電能直接轉換為直線往復運動，傳動鏈短，減少了機械傳動過程中的能量損失，提高了傳動效率。(3)長衝程由於不使用四連杆機構，克服了遊梁式抽油機增加衝程時減速箱扭矩增加的缺點，只需加高機架即可，抽油機外形尺寸和總重量增加值不大，因此，適用於長衝程。(4)慣性小直線電磁抽油機的運動規律除上下死點有短時間加減速運動外，大部分時間是勻速運動，使慣性載荷大幅度下降，抽油機性能得到較大改善。(5)過載能力強由於直流直線電機具有很高的過載能力，可以解決啟動時對大推力的要求，因此無需「大馬拉小車」。(6)柔性好由於採用直線電機驅動，傳動環節少，使系統具有易於控制的特點。抽油機的衝程和衝次可以實時改變，並能根據具體工況，調整抽油杆的運動規律。


圖1是已有的遊梁式抽油機採油系統結構示意圖，圖2是本發明的結構示意圖，圖3是實施方式三的結構示意圖，圖4是圖2的A向視圖，圖5是實施方式五的結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖2具體說明本實施方式。本實施方式由直線電機、機架2、複合導向輪3、兩根鋼絲繩、懸繩器5、平衡導向輪6、平衡重物7、底座9組成，複合導向輪3和平衡導向輪6分別設置在「T」形的機架2的上橫梁2-1的兩端上，複合導向輪3和平衡導向輪6的旋轉軸都是水平方向設置，第一鋼絲繩4-1的一端連接第二鋼絲繩4-2的一端並固定在懸繩器5上，第一鋼絲繩4-1的另一端繞過複合導向輪3的外圓輪體並固定在直線電機的動子1-1上，第二鋼絲繩4-2的另一端繞過平衡導向輪6的外圓輪體並固定在平衡重物7上，機架2的下端固定在底座9上，直線電機的定子1-2固定在機架2的立柱上，定子1-2的中心線為鉛垂方向。直線電機的推力小於直線電機的動子1-1的重量。由於可以藉助平衡重物7使直線電機的動子向上和向下運動時電磁推力均勻，從而可以選用推力較小的直線電機，節省電能和電磁材料。
具體實施方式
二下面結合圖2具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是直線電機選用多相永磁同步直線電機、多相感應直線電機、多相開關磁阻直線電機或多相感應子式直線電機。
具體實施方式
三下面結合圖3具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是它還包括控制電路21、開關電路23、永磁體26和若干個霍爾傳感器22，所有的霍爾傳感器22沿直線電機的定子1-2的高度方向均勻排列在定子1-2的內表面上，永磁體26設置在動子1-1的外圓表面上與霍爾傳感器22相對應的位置，所有的霍爾傳感器22的信號輸出端分別連接在控制電路21的輸入端上，控制電路21的輸出端連接在開關電路23的控制端上，開關電路23的輸入端連接直線電機的電源1-3的輸出端，開關電路23的輸出端連接在直線電機的定子1-2的電源接線端1-4上。控制電路21以DSP或微處理器為核心，它能夠接收來自各個位置的霍爾傳感器22的信號，通過微處理器中的程序決定直線電機的動子1-1的行程和動子的往復運動次數，進而控制油井抽油杆柱的衝程和工作時間長短。如此設置的優點是可以根據油井供油能力的大小決定動子1-1的行程和抽油機工作時間長短。
具體實施方式
四下面結合圖4具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是它還包括平移底座8和導軌24，導軌24固定在底座9的上表面上，平移底座8的上表面固定在機架2的下端部，平移底座8的下表面設置在導軌24上並能沿著導軌24的長度方向移動。如此設置，能夠很方便地調整機架2的位置，從而調整懸繩器5懸點位置與井口對中。
具體實施方式
五下面結合圖5具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是它還包括直線電機動子速度設定單元30-1、速度比較器30-2、速度調節器30-3、電流比較器30-4、電流調節器30-5、電力變換器30-6、電流反饋處理電路30-7和直線電機動子運動速度反饋處理電路30-8組成，直線電機動子速度設定單元30-1的輸出端連接速度比較器30-2的正輸入端，速度比較器30-2的輸出端連接速度調節器30-3的輸入端，速度調節器30-3的輸出端連接電流比較器30-4的正輸入端，電流比較器30-4的輸出端連接電流調節器30-5的輸入端，電流調節器30-5的輸出端連接電力變換器30-6的輸入端，電力變換器30-6的輸出端連接直線電機繞組1-3，電流反饋處理電路30-7採集電力變換器30-6輸出的電流並反饋到電流比較器30-4的負輸入端與速度調節器輸出的電流值進行減法運算，直線電機動子運動速度反饋處理電路30-8採集直線電機動子1-1的運動速度並輸入到速度比較器30-2的負輸入端與直線電機動子速度設定單元30-1輸出的設定速度相減。如此設置，能直接輸入速度給定，通過閉環控制電路調節直線電機繞組上的電流，調節直線電機工作時的電磁力和動子的運動速度。
具體實施方式
六本實施方式與實施方式一的不同點是直線電機選用雙面平板型直線電機或圓筒型直線電機。其它的組成和連接方式與實施方式一相同。
權利要求
1.直線電磁抽油機，其特徵在於它包括直線電機、機架(2)、複合導向輪(3)、兩根鋼絲繩、懸繩器(5)、平衡導向輪(6)、平衡重物(7)和底座(9)，複合導向輪(3)和平衡導向輪(6)分別設置在「T」形的機架(2)的上橫梁(2-1)的兩端上，複合導向輪(3)和平衡導向輪(6)的旋轉軸都是水平方向設置，第一鋼絲繩(4-1)的一端連接第二鋼絲繩(4-2)的一端並固定在懸繩器(5)上，第一鋼絲繩(4-1)的另一端繞過複合導向輪(3)的外圓輪體並固定在直線電機的動子(1-1)上，第二鋼絲繩(4-2)的另一端繞過平衡導向輪(6)的外圓輪體並固定在平衡重物(7)上，機架(2)的下端固定在底座(9)上，直線電機的定子(1-2)固定在機架(2)的立柱上，定子(1-2)的中心線為鉛垂方向。
2.根據權利要求1所述的直線電磁抽油機，其特徵在於直線電機的推力小於直線電機的動子(1-1)的重量。
3.根據權利要求1所述的直線電磁抽油機，其特徵在於直線電機選用多相永磁同步直線電機、多相感應直線電機、多相開關磁阻直線電機或多相感應子式直線電機。
4.根據權利要求1所述的直線電磁抽油機，其特徵在於它還包括控制電路(21)、開關電路(23)、永磁體(26)和若干個霍爾傳感器(22)，所有的霍爾傳感器(22)沿直線電機的定子(1-2)的高度方向均勻排列在定子(1-2)的內表面上，永磁體(26)設置在動子(1-1)的外圓表面上與霍爾傳感器(22)相對應的位置，所有的霍爾傳感器(22)的信號輸出端分別連接在控制電路(21)的輸入端上，控制電路(21)的輸出端連接在開關電路(23)的控制端上，開關電路(23)的輸入端連接直線電機的電源(1-3)的輸出端，開關電路(23)的輸出端連接在直線電機的定子(1-2)的電源接線端(1-4)上。
5.根據權利要求1所述的直線電磁抽油機，其特徵在於它還包括平移底座(8)和導軌(24)，導軌(24)固定在底座(9)的上表面上，平移底座(8)的上表面固定在機架(2)的下端部，平移底座(8)的下表面設置在導軌(24)上。
6.根據權利要求1所述的直線電磁抽油機，其特徵在於它還包括直線電機動子速度設定單元(30-1)、速度比較器(30-2)、速度調節器(30-3)、電流比較器(30-4)、電流調節器(30-5)、電力變換器(30-6)、電流反饋處理電路(30-7)和直線電機動子運動速度反饋處理電路(30-8)組成，直線電機動子速度設定單元(30-1)的輸出端連接速度比較器(30-2)的正輸入端，速度比較器(30-2)的輸出端連接速度調節器(30-3)的輸入端，速度調節器(30-3)的輸出端連接電流比較器(30-4)的正輸入端，電流比較器(30-4)的輸出端連接電流調節器(30-5)的輸入端，電流調節器(30-5)的輸出端連接電力變換器(30-6)的輸入端，電力變換器(30-6)的輸出端連接直線電機繞組(1-3)，電流反饋處理電路(30-7)採集電力變換器(30-6)輸出的電流並反饋到電流比較器(30-4)的負輸入端與速度調節器輸出的電流值進行減法運算，直線電機動子運動速度反饋處理電路(30-8)採集直線電機動子的運動速度並輸入到速度比較器(30-2)的負輸入端與直線電機動子速度設定單元(30-1)輸出的設定速度相減。
7.根據權利要求1所述的直線電磁抽油機，其特徵在於直線電機選用雙面平板型直線電機或圓筒型直線電機。
全文摘要
本發明公開了一種直線電機驅動的抽油機。直線電磁抽油機包括直線電機、機架2、複合導向輪3、兩根鋼絲繩、懸繩器5、平衡導向輪6、平衡重物7、底座9，3和6分別設置在「T」形的2的上橫梁的兩端上，3和6的旋轉軸都是水平方向，第一鋼絲繩4－1的一端連接第二鋼絲繩4－2的一端並固定在5上，4－1的另一端繞過3的外圓輪體並固定在直線電機的動子上，4－2的另一端繞過6的外圓輪體並固定在7上，2的下端固定在9上，直線電機的定子固定在機架2的立柱上，定子的中心線為鉛垂方向。5固定在抽油杆的上端，直線電機的動子上下往復運動時，完成抽油工作。它克服了傳統抽油機能耗高、「大馬拉小車」、難以改變衝程和慣性載荷大的缺陷。
文檔編號H02K41/02GK1847611SQ200510009898
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月15日 優先權日2005年4月15日
發明者李立毅, 寇寶泉, 高偉正, 潘靜元, 呂振東 申請人:哈爾濱三方直線電磁技術有限公司