壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機的製作方法

2023-07-22 02:11:01 1

專利名稱：壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機的製作方法
技術領域：
本實用新型為一種壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機，屬機電一體化應用新領域。
背景技術：
在油田開發中，實現機械採油的主要手段是傳統四連杆遊梁式抽油機和各類天平平衡立式抽油機。據不完全統計，全世界目前有油井約200萬口，其中抽油機機械採油約佔95%以上。傳統四連杆遊梁式抽油機已逾120多年應用歷史，具有疲實可靠、經久耐用、作業讓位簡單、卸載掛抽方便、失載保護可靠的的優點。該機型雖不斷改進，不斷創新，但其結構和原理萬變不離其宗，至今仍佔機械採油的90 %左右，成為機械採油的主導機型。隨著人類對節能高效、低碳、環保的需求越來越迫切,各類節能省材、不停機智能調參、安全、環保的天平平衡立式抽油機相繼誕生。與傳統四連杆遊梁式抽油機相比，天平平衡立式抽油機具有節能30-70 %，省材30-60 %，不停機智能調參提高工效大於1000倍，適於長衝程、低衝次的工作制度，維護工作量減少60%以上的明顯技術優勢，有更新傳統四連杆遊梁式抽油機的發展趨勢。上述傳統四連杆遊梁式抽油機和天平平衡立式抽油機雖然各有優勢，但也各有不足。四連杆遊梁式抽油機結構龐大、傳動鏈長、效率低、能耗高、調參困難，更新的需求越來必要。天平平衡立式抽油機機架高、維護不方便、作業讓位困難、傳動鏈短但相對脆弱、卸載掛抽和失載保護存在技術瓶頸，也需要技術完善。不論何種抽油機做功，上下行程都有一個勢能和動能相互轉化的過程，如果用氣平衡取代重物平衡方式，將使勢能和動能進一步優化利用，實現抽油機結構更簡單、低機架維護更方便、短鏈傳動效率高、節能省材，併集示功圖測試、油水計量、遠傳遙控等多項功能於一機的革命性突破。
發明內容針對上述傳統抽油機存在的不足，本實用新型的目的是採用柔性光杆懸掛點入井的低機架結構和壓力平衡原理，下行程抽油杆位能釋放儲存壓能，上行程平衡裝置壓能釋放幫助做功，實現大幅度節能省材，並徹底攻克作業讓位、卸載掛抽、失載保護等技術瓶頸，並通過優化智能控制軟體，解決示功圖監測、油水計量、遠傳遙控等方面技術難題，實現採油機械的創新和突破。本實用新型的技術解決方案是:所述的壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機包括置於設有螺杆舉升爬行機構矮機架前上端的平衡輪(I)、機架底座中部的驅動裝置和後端的壓力平衡裝置，其中平衡輪(I)為同軸搖杆輪、其搖杆通過連杆與驅動裝置的輸出曲柄聯接，鑲嵌耐磨填料的大輪繩槽內披復抽吸平衡繩，或逆時針固定與井內抽油杆連接的柔性抽吸繩，順時針固定經導向輪通過平衡繩連接器與平衡液壓缸(6)柱塞相連接的平衡繩；壓力平衡裝置的三合一隔離平衡球罐(4)置於矮機架底座內互相串聯的壓力補償器(3)和平衡液壓缸(6)上部，並與相關聯的連接管路定向聯接。所述的驅動裝置為異型電機直驅裝置或通用電機加對稱輸出減速器聯合驅動裝置，其中異型電機直驅裝置為異型開關磁阻電機或異型永磁電機，其結構至少為以下二種類型之一:第一種為圖4所示的軸向兩端小直徑、中部大直徑的凸式雙輪軸內轉子結構，其輪式內轉子空心軸中部固定大直徑內轉子，其外圓表面和兩端面設置與定子磁路相對應的按N、S極性交互排列的軸向強磁體(17)和徑向強磁體(18)，或設置與定子齒形相對應的鐵心，空心軸兩端用軸承對稱固定帶調衝程銷孔的曲柄；中部大直徑外定子內圓面圓周上設置軸向定子鐵心和繞組(15)，內腔兩端面設置徑向定子鐵心和繞組(16)；第二種為5所示的軸向兩端小直徑、中部大直徑的凸式雙輪軸內轉子結構，其輪式內轉子空心主軸中部固定外圓表面裝有轉子鐵心的雙輪軸內轉子(19)，兩端用軸承對稱固定帶調衝程銷孔的曲柄，中部大直徑雙輪軸外定子(20)內圓面圓周上固定軸向定子鐵心和繞組。所述的異型電機核心部件轉子鐵心、定子鐵心和繞組的齒形、磁路、繞組結構至少為以下二種類型之一:第一種為圖6所示的通電相為90°長磁路(23)定、轉子鐵心齒重合，非通電相定、轉子鐵心齒為雙齒交錯微重合齒鐵心(21)，相繞組為隔二齒互繞三相繞組(22)；第二種為圖7所示的通電相為180°長磁路(25)定、轉子鐵心齒重合，非通電相定、轉子鐵心齒為單齒交錯半重合齒鐵心(26)，相繞組為隔三齒互繞四相繞組(24)。所述的聯軸器為接觸式剛性聯軸器或非接觸傳動永磁聯軸器，其中非接觸傳動永磁聯軸器結構至少為以下三種類型之一:第一種為圖8所示的主動盤(27)和從動盤(28)盤面外環上按N、S極順序對稱交互密集或分散排列偶數強磁體(29)的同步式永磁聯軸器，兩盤之間用壓力軸承(31)間隔，主動盤(27)外緣設置拆裝調節螺杆(30)；第二種為圖9所示的永磁吸盤(32)和從動吸盤(33)盤面外環上設置獨立磁極總成或偶數組合磁極總成(34)的吸盤式永磁聯軸器，其中磁極總成(34)包括置於環形磁軛中用隔板隔開的固定強磁體和活動強磁體，固定強磁體底部設置導磁極頭，活動強磁體頂部設置磁力線疊加或短路閉合的活動柱銷，兩盤之間用雙排滾子壓力軸承(35)間隔；第三種為在永磁同步聯軸器的的基礎上，主動盤(27)或從動盤(28)上的強磁體
(29)改為銅環，靠渦流感應產生扭矩的渦流式永磁聯軸器。所述的壓力平衡裝置為壓縮機定期補氣平衡裝置或隨機補氣平衡裝置，其中隨機補氣平衡裝置包括壓力補償器(3)、隔離平衡球罐(4)、緩衝補償罐(5)和平衡液壓缸(6)及相關連接管路，其中隔離平衡球罐(4)與其下部的緩衝補償罐(5)為三合一儲壓裝置，隔離平衡球罐(4)頂部設定壓放氣閥，邊部設充放氣閥和壓力採集及觀察機構，內置液壓油缸，液壓油缸底部設置與平衡液壓缸(6)有柱塞前端連接的平衡導壓管(7)，平衡導壓管
(7)上設充洩油閥。所述的壓力補償器(3)設二級壓縮缸並置於平衡繩經過的抽油機下死點處，其一級壓縮缸無柱塞端進口通過一級壓縮連通管(8)和只進不出的單流閥或電磁閥與平衡液壓缸(6)無柱塞尾端連接，一級壓縮缸無柱塞端出口通過二級壓縮連通管(9)和只出不進的單流閥連接緩衝補償罐(5) ;二級壓縮缸無柱塞端進口通過充氣連通管(10)和只進不出的單流閥連接緩衝補償罐(5)，二級壓縮缸無柱塞端出口通過三級壓縮連通管(11)和只出不進的單流閥與隔離平衡球罐(4)連接；平衡繩連接器運行至抽油機下死點與壓力補償器(3) —、二級壓縮缸柱塞接觸進行三級壓縮隨機補氣穩壓。採用以上技術方案，本實用新型與傳統四連杆遊梁式抽油機和天平平衡立式抽油機相比具有大幅度節能省材，不停機智能調參、調平衡和作業讓位、卸載掛抽、失載保護、地面維護方便的明顯技術優勢和示功圖模擬、油水計量、遠傳遙控功能，是機械採油理想的方向性換代機型。

圖1為壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機結構及壓力管路連接示意圖；圖2為圖1的通用電機加對稱輸出減速器聯合驅動抽油機結構示意圖；圖3為圖1的通用電機加對稱輸出減速器聯合驅動裝置結構示意圖；圖4為圖1的凸式雙輪軸永磁混合驅動異型內轉子電機結構示意圖；圖5為圖1的凸式雙輪軸異型內轉子電機結構示意圖；圖6為圖4的異型電機長磁路雙齒交錯微重合齒鐵心、繞組結構示意圖；圖7為圖5的異型電機長磁路單齒交錯半重合齒鐵心、繞組結構示意圖；圖8為圖3的同步式永磁聯軸器結構示意圖；圖9為圖3的吸盤式永磁聯軸器結構示意圖。圖中:1.平衡輪；2.異型電機；3.壓力補償器；4.隔離平衡球罐；5.緩衝補償罐；
6.平衡液壓缸；7.平衡導壓管；8.—級壓縮連通管；9.二級壓縮連通管；10.充氣連通管；
11.三級壓縮連通管；12.對稱輸出減速器；13.聯軸器；14.通用電機；15.軸向定子鐵心和繞組；16.徑向定子鐵心和繞組；17.軸向永磁體；18.徑向永磁體；19.雙輪軸內轉子；20.雙輪軸外定子；21.雙齒交錯微重合齒鐵心；22.隔二齒互繞三相繞組；23.90°長磁路；24.隔三齒互繞四相繞組；25.180°長磁路；26.單齒交錯半重合齒鐵心；27.主動盤；28.從動盤；29.強磁體；30.調節螺杆；31.壓力軸承；32.永磁吸盤；33.從動吸盤；34.磁極總成；35.雙排滾子壓力軸承。
具體實施方式
實施例1:如圖1所示:所述的壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機包括置於設有螺杆舉升爬行機構矮機架前上端的平衡輪(I)、機架底座中部的驅動裝置和後端的壓力平衡裝置，其中平衡輪(I)為同軸搖杆輪、其搖杆通過連杆與驅動裝置的輸出曲柄聯接，鑲嵌耐磨填料的大輪繩槽內披復抽吸平衡繩，或逆時針固定與井內抽油杆連接的柔性抽吸繩，順時針固定經導向輪通過平衡繩連接器與平衡液壓缸(6)柱塞相連接的平衡繩；壓力平衡裝置的三合一隔離平衡球罐(4)置於矮機架底座內互相串聯的壓力補償器(3)和平衡液壓缸(6)上部，並與相關聯的連接管路定向聯接。[0036]所述的驅動裝置為異型電機直驅裝置，其結構為圖4所示的軸向兩端小直徑、中部大直徑的凸式雙輪軸內轉子結構，其輪式內轉子空心軸中部固定大直徑內轉子，其外圓表面和兩端面設置與定子磁路相對應的按N、S極性交互排列的軸向強磁體(17)和徑向強磁體(18)，或設置與定子齒形相對應的鐵心，空心軸兩端用軸承對稱固定帶調衝程銷孔的曲柄；中部大直徑外定子內圓面圓周上設置軸向定子鐵心和繞組(15)，內腔兩端面設置徑向定子鐵心和繞組(16)。所述的異型電機核心部件轉子鐵心、定子鐵心和繞組的齒形、磁路、繞組結構為圖6所示的通電相為90°長磁路(23)定、轉子鐵心齒重合,非通電相定、轉子鐵心齒為雙齒交錯微重合齒鐵心(21)，相繞組為隔二齒互繞三相繞組(22)。所述的壓力平衡裝置為隨機補氣平衡裝置，隨機補氣平衡裝置包括壓力補償器(3)、隔離平衡球罐(4)、緩衝補償罐(5)和平衡液壓缸(6)及相關連接管路，其中隔離平衡球罐(4)與其下部的緩衝補償罐(5)為三合一儲壓裝置，隔離平衡球罐(4)頂部設定壓放氣閥，邊部設充放氣閥和壓力採集及觀察機構，內置液壓油缸，液壓油缸底部設置與平衡液壓缸(6)有柱塞前端連接的平衡導壓管(7)，平衡導壓管(7)上設充洩油閥。所述的壓力補償器(3)設二級壓縮缸並置於平衡繩經過的抽油機下死點處，其一級壓縮缸無柱塞端進口通過一級壓縮連通管(8)和只進不出的單流閥或電磁閥與平衡液壓缸(6)無柱塞尾端連接，一級壓縮缸無柱塞端出口通過二級壓縮連通管(9)和只出不進的單流閥連接緩衝補償罐(5) ;二級壓縮缸無柱塞端進口通過充氣連通管(10)和只進不出的單流閥連接緩衝補償罐(5)，二級壓縮缸無柱塞端出口通過三級壓縮連通管(11)和只出不進的單流閥與隔離平衡球罐(4)連接；平衡繩連接器運行至抽油機下死點與壓力補償器(3) —、二級壓縮缸柱塞接觸進行三級壓縮隨機補氣穩壓。所述的壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機設計參數為:最大提升載荷:80kn ;電動機功率:15kw ；平衡壓力:5Mpa ；衝程:l-3m無級調節；衝次:0_5r/min無級調節；整機重量:3000kg;外型尺寸:5.0X1.0X3(m)。實施例2:如圖2所示:本實用新型壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機包括置於設有螺杆舉升爬行機構矮機架前上端的平衡輪(I)、機架底座中部的驅動裝置和後端的壓力平衡裝置，其中平衡輪(I)為同軸搖杆輪、其搖杆通過連杆與驅動裝置的輸出曲柄聯接，鑲嵌耐磨填料的大輪繩槽內披復抽吸平衡繩，或逆時針固定與井內抽油杆連接的柔性抽吸繩，順時針固定經導向輪通過平衡繩連接器與平衡液壓缸(6)柱塞相連接的平衡繩；壓力平衡裝置的三合一隔離平衡球罐(4)置於矮機架底座內互相串聯的壓力補償器(3)和平衡液壓缸(6)上部，並與相關聯的連接管路定向聯接。所述的驅動裝置為通用電機加對稱輸出減速器聯合驅動裝置。所述的聯軸器為非接觸傳動永磁聯軸器，其結構為圖8所示的主動盤(27)和從動盤(28)盤面外環上按N、S極順序對稱交互密集或分散排列偶數強磁體(29)的同步式永磁聯軸器，兩盤之間用壓力軸承(31)間隔，主動盤(27)外緣設置拆裝調節螺杆(30)。所述的壓力平衡裝置為隨機補氣平衡裝置，隨機補氣平衡裝置包括壓力補償器(3)、隔離平衡球罐(4)、緩衝補償罐(5)和平衡液壓缸(6)及相關連接管路，其中隔離平衡球罐(4)與其下部的緩衝補償罐(5)為三合一儲壓裝置，隔離平衡球罐(4)頂部設定壓放氣閥，邊部設充放氣閥和壓力採集及觀察機構，內置液壓油缸，液壓油缸底部設置與平衡液壓缸(6)有柱塞前端連接的平衡導壓管(7)，平衡導壓管(7)上設充洩油閥。所述的壓力補償器(3)設二級壓縮缸並置於平衡繩經過的抽油機下死點處，其一級壓縮缸無柱塞端進口通過一級壓縮連通管(8)和只進不出的單流閥或電磁閥與平衡液壓缸(6)無柱塞尾端連接，一級壓縮缸無柱塞端出口通過二級壓縮連通管(9)和只出不進的單流閥連接緩衝補償罐(5) ;二級壓縮缸無柱塞端進口通過充氣連通管(10)和只進不出的單流閥連接緩衝補償罐(5)，二級壓縮缸無柱塞端出口通過三級壓縮連通管(11)和只出不進的單流閥與隔離平衡球罐(4)連接；平衡繩連接器運行至抽油機下死點與壓力補償器(3) —、二級壓縮缸柱塞接觸進行三級壓縮隨機補氣穩壓。所述的壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機設計參數為:最大提升載荷:140kn ；電動機功率:37kw ；衝程:l-6m無級調節；衝次:0-5r/min無級調節；平衡壓力:8Mpa ；整機重量:6000kg；外型尺寸:9X1.2X3(m)。
權利要求1.一種壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機，其特徵在於:該機包括置於設有螺杆舉升爬行機構矮機架前上端的平衡輪(I)、機架底座中部的驅動裝置和後端的壓力平衡裝置，其中平衡輪(I)為同軸搖杆輪、其搖杆通過連杆與驅動裝置的輸出曲柄聯接，鑲嵌耐磨填料的大輪繩槽內披復抽吸平衡繩，或逆時針固定與井內抽油杆連接的柔性抽吸繩，順時針固定經導向輪通過平衡繩連接器與平衡液壓缸(6)柱塞相連接的平衡繩；壓力平衡裝置的三合一隔離平衡球罐(4)置於矮機架底座內互相串聯的壓力補償器(3)和平衡液壓缸(6)上部，並與相關聯的連接管路定向聯接。
2.根據權利要求1所述的壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機，其特徵在於:所述的驅動裝置為異型電機直驅裝置或通用電機加對稱輸出減速器聯合驅動裝置，其中異型電機直驅裝置為異型開關磁阻電機或異型永磁電機，其結構至少為以下二種類型之一: 第一種為軸向兩端小直徑、中部大直徑的凸式雙輪軸內轉子結構，其輪式內轉子空心軸中部固定大直徑內轉子，其外圓表面和兩端面設置與定子磁路相對應的按N、S極性交互排列的軸向強磁體(17)和徑向強磁體(18)，或設置與定子齒形相對應的鐵心，空心軸兩端用軸承對稱固定帶調衝程銷孔的曲柄；中部大直徑外定子內圓面圓周上設置軸向定子鐵心和繞組(15)，內腔兩端面設置徑向定子鐵心和繞組(16)； 第二種為軸向兩端小直徑、中部大直徑的凸式雙輪軸內轉子結構，其輪式內轉子空心主軸中部固定外圓表面裝有轉子鐵心的雙輪軸內轉子(19)，兩端用軸承對稱固定帶調衝程銷孔的曲柄，中部大直徑雙輪軸外定子(20)內圓面圓周上固定軸向定子鐵心和繞組。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機，其特徵在於:所述的異型電機核心部件轉子鐵心、定子鐵心和繞組的齒形、磁路、繞組結構至少為以下二種類型之一: 第一種通電相為90°長磁路 (23)定、轉子鐵心齒重合，非通電相定、轉子鐵心齒為雙齒交錯微重合齒鐵心(21)，相繞組為隔二齒互繞三相繞組(22)； 第二種通電相為180°長磁路(25)定、轉子鐵心齒重合，非通電相定、轉子鐵心齒為單齒交錯半重合齒鐵心(26)，相繞組為隔三齒互繞四相繞組(24)。
4.根據權利要求1或權利要求2所述的壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機，其特徵在於:所述的聯軸器為接觸式剛性聯軸器或非接觸傳動永磁聯軸器，其中非接觸傳動永磁聯軸器結構至少為以下三種類型之一: 第一種為主動盤(27)和從動盤(28)盤面外環上按N、S極順序對稱交互密集或分散排列偶數強磁體(29)的同步式永磁聯軸器，兩盤之間用壓力軸承(31)間隔，主動盤(27)外緣設置拆裝調節螺杆(30)； 第二種為永磁吸盤(32)和從動吸盤(33)盤面外環上設置獨立磁極總成或偶數組合磁極總成(34)的吸盤式永磁聯軸器，其中磁極總成(34)包括置於環形磁軛中用隔板隔開的固定強磁體和活動強磁體，固定強磁體底部設置導磁極頭，活動強磁體頂部設置磁力線疊加或短路閉合的活動柱銷，兩盤之間用雙排滾子壓力軸承(35)間隔； 第三種為在永磁同步聯軸器的的基礎上，主動盤(27)或從動盤(28)上的強磁體(29)改為銅環，靠渦流感應產生扭矩的渦流式永磁聯軸器。
5.根據權利要求1所述的壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機，其特徵在於:所述的壓力平衡裝置為壓縮機定期補氣平衡裝置或隨機補氣平衡裝置，其中隨機補氣平衡裝置包括壓力補償器(3)、隔離平衡球罐(4)、緩衝補償罐(5)和平衡液壓缸(6)及相關連接管路，其中隔離平衡球罐(4)與其下部的緩衝補償罐(5)為三合一儲壓裝置，隔離平衡球罐(4)頂部設定壓放氣閥，邊部設充放氣閥和壓力採集及觀察機構，內置液壓油缸，液壓油缸底部設置與平衡液壓缸(6)有柱塞前端連接的平衡導壓管(7)，平衡導壓管(7)上設充洩油閥。
6.根據權利要求1或權利要求5所述的壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機，其特徵在於:所述的壓力補償器(3)設二級壓縮缸並置於平衡繩經過的抽油機下死點處，其一級壓縮缸無柱塞端進口通過一級壓縮連通管(8)和只進不出的單流閥或電磁閥與平衡液壓缸(6)無柱塞尾端連接，一級壓縮缸無柱塞端出口通過二級壓縮連通管(9)和只出不進的單流閥連接緩衝補償罐(5) ;二級壓縮缸無柱塞端進口通過充氣連通管(10)和只進不出的單流閥連接緩衝補償罐(5)，二級壓縮缸無柱塞端出口通過三級壓縮連通管(11)和只出不進的單流閥與隔離平衡球罐(4)連接；平衡繩連接器運行至抽油機下死點與壓力補償器(3) —、二級壓縮缸柱塞接觸進行 三級壓縮隨機補氣穩壓。
專利摘要本實用新型為一種壓力平衡搖杆換向大輪式抽油機，屬機電一體化應用新領域。該機包括置於設有螺杆舉升爬行機構矮機架前上端的平衡輪、機架底座中部的驅動裝置和後端的壓力平衡裝置，其中平衡輪為同軸搖杆輪、其搖杆通過連杆與驅動裝置的輸出曲柄聯接，鑲嵌耐磨填料的大輪繩槽內披復抽吸平衡繩，或逆時針固定與井內抽油杆連接的柔性抽吸繩，順時針固定經導向輪通過平衡繩連接器與平衡液壓缸柱塞相連接的平衡繩；壓力平衡裝置的三合一隔離平衡球罐置於矮機架底座內互相串聯的壓力補償器和平衡液壓缸上部，並與相關聯的連接管路定向聯接。該機具有大幅度節能省材，不停機智能調參、調平衡和作業讓位、卸載掛抽、失載保護、地面維護方便的明顯技術優勢和示功圖模擬、油水計量、遠傳遙控功能，是機械採油理想的方向性換代機型。
文檔編號H02K51/00GK202970646SQ20122067297
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者王穎 申請人:王穎