專利名稱：擺鈴式自動調(diào)平節(jié)能型抽油機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
擺鈴式自動調(diào)平節(jié)能型抽油機
(一) 技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及的是一種油田機械采油領(lǐng)域里的抽油機，更確切的說是一 種擺鈴式自動調(diào)平節(jié)能型抽油機。
(二) 背景技術(shù)
在現(xiàn)有技術(shù)中，抽油機已經(jīng)有很多種，在油田上廣泛使用的主要有游梁式 抽油機、雙驢頭抽油機、矮型抽油機和直線往復(fù)抽油機等，其中游梁式抽油機、 雙驢頭抽油機和矮型抽油機都是依靠帶有平衡塊的曲柄旋轉(zhuǎn)運動來帶動游梁和 驢頭做上下往復(fù)運動的，當(dāng)抽油機上行時，曲柄平衡塊的重力會起到拉動懸繩 器上升的作用，當(dāng)抽油機下行時，曲柄平衡塊的重力會起到阻止懸繩器下落的 作用，這樣，曲柄平衡塊就能起到平衡負(fù)載的作用，實踐證明這種抽油機由于 結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，因此在油田上得到了廣泛的應(yīng)用，它的主要缺點是，平 衡效果不夠理想，因為，當(dāng)曲柄平衡塊旋轉(zhuǎn)到不同的位置時平衡力矩會發(fā)生很 大的變化，扭矩曲線一般是兩個大小不等的饅頭波；直線往復(fù)抽油機的工作原 理與電梯的工作原理相似，它是在塔架頂上安裝一個定滑輪，兩端分別懸掛著 懸繩器和平衡重，并且平衡重的質(zhì)量和懸繩器所掛負(fù)載基本相同，不管抽油機 上行還是下行，電機的負(fù)荷基本相同，所以，這種抽油機平衡效果最好，節(jié)電 效果顯著，它的主要缺點是，造價較高，管理和控制上會增加一些難度；還有 一種是下偏杠鈴抽油機，這種抽油機是在游梁的尾部加裝了一個固定連接的下 偏杠鈴，資料顯示它有減小抽油機扭矩峰值的作用，有一定的節(jié)能效果，它的 主要缺點是，在游梁擺動過程中杠鈴會產(chǎn)生較大的橫向慣性力和不平衡力，平 衡效果和平衡能力都比較有限，尤其是在實際使用中一般還不能全部取消原來 的曲柄平衡塊，使其平衡作用更加有限。
(三) 實用新型內(nèi)容
真對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，本實用新型提供一種擺鈴式自動調(diào)平 節(jié)能型抽油機，這種抽油機能夠兼容常規(guī)抽油機的結(jié)構(gòu)優(yōu)點和直線往復(fù)抽油機 的平衡優(yōu)點，達(dá)到既不改變常規(guī)抽油機的結(jié)構(gòu)和運行方式，又能實現(xiàn)近似的直 線自動平衡，使負(fù)載波動變得很小，大幅度降低拖動電機的功率，提高功率因 數(shù)，從而達(dá)到依靠擺鈴來實現(xiàn)平衡，依靠游梁輔助平衡來實現(xiàn)自動調(diào)平的目的。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是-
這種擺鈴式自動調(diào)平節(jié)能型抽油機，它包括底座(3)、支架(4)、支架軸 (5)、游梁(6)、驢頭(7)，安裝在抽油機機座后部的剎車裝置(15)、拖動電 機(17)、皮帶輪(19)、減速箱(9)、輸出軸(11)、曲柄(10)及連桿(13)，
3連桿的上端與游梁尾軸(14)相連接，其特征是，在游梁(6)的尾部懸掛一個 可以擺動的擺鈴(23)，在游梁的上面還裝有一個絲杠升降機(32)，它在控制 電機(31)的帶動下推動輔助平衡重(29)前后移動，在拖動電機(17)的輸 入導(dǎo)線上和減速箱(9)上以及配電箱(16)上分別裝有電流傳感器(35)、位 置傳感器(37)和單片機(34)。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點是-
1、 能大幅度減小不平衡力矩。
2、 能實現(xiàn)自動調(diào)整平衡。
3、 節(jié)電效果顯著。
(四)

圖1是本實用新型的主視圖。
圖2是本實用新型上死點時擺鈴位置的示意圖。
圖3是本實用新型下死點時擺鈴位置的示意圖。
圖4是原來固定式下偏杠鈴運動位置變化的示意圖。
圖5是本實用新型擺鈴運動位置變化的示意圖。
圖6是擺鈴部分的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是自動調(diào)平工作原理說明圖。
具體實施方式
參閱圖1，大地(1)上埋有混凝土基座(2)，其上是抽油機機座(3)，機 座上面裝有支架(4)，支架的頂部裝有支架軸(5)，游梁(6)和驢頭(7)可 以繞著這個支架軸擺動，驢頭下面是懸繩器(8)，這個懸繩器懸掛著負(fù)載，只 做上下運動不參加擺動。抽油機的后部裝有配電箱(16)、剎車裝置(15)、拖 動電機(17)，皮帶(18)把電機和皮帶輪(19)連接起來，支架后部還裝有減 速箱(9)，其上裝有減速箱輸出軸(11)，輸出軸上裝有曲柄(10)，曲柄的另 一端通過一個曲柄銷(12)與連桿(13)相連接，連桿的另一端與游梁后下部 的尾軸(14)相連接。游梁的尾部裝有加長梁(20)，其上裝有懸掛軸(21)， 它通過擺梁(22)懸掛著擺鈴(23)，擺鈴是由若干擺鈴片組成的，通過擺鈴軸
(24)和固定螺絲(25)串聯(lián)固定在一起。在擺梁的內(nèi)側(cè)裝有受力護(hù)板(28)， 它與加長梁下面的推板(27)相對應(yīng)，推板外面裝有減震膠墊，推板在絲杠(26) 的推動下可以前后移動。絲杠升降機(32)通過絲杠升降機固定件(33)固定 在游梁(6)上，并且可以根據(jù)平衡需要，前后挪動固定的位置，絲杠(30)的 端部與游梁輔助平衡重(29)相連接，在控制電機(31)的帶動下可以前后移 動，游梁輔助平衡重也可以根據(jù)平衡需要增減質(zhì)量。電流傳感器(35)安裝在拖動電機導(dǎo)線上，并通過信號線(36)給單片機 (34)，位置傳感器(37)對稱安裝在減速箱(9)上的某一位置，并通過信號 線(38)傳給單片機(34)，單片機發(fā)出的控制信號通過控制電機導(dǎo)線(39)與 游梁上的控制電機(31)相連接。
驢頭從上死點向下運動到游梁水平位置這一過程，擺鈴(23) —直下垂， 它相對于懸掛軸(21)作了一個旋轉(zhuǎn)，相對于地面做了一個近似向上的直線運 動。驢頭從水平位置運動到下死點這一過程，擺鈴在推板(27)的推動下開始 和游梁一起圍繞支架軸(5)做圓弧運動，由于這個圓弧恰好跨越了水平直徑， 因此也做了一個近似向上的直線運動。這樣，驢頭從上死點到下死點的整個運 動過程，擺鈴連續(xù)做了兩個近似的上下直線運動，并且相對于支架軸的平衡力 矩變化很小。根據(jù)需要，調(diào)整絲杠(26)的前后位置，可以改變擺鈴的起始轉(zhuǎn) 動點的位置，進(jìn)而可以大致改變上下死點平衡力大小的比例，以適應(yīng)高頻運動 所產(chǎn)生的慣性力的需要，起始轉(zhuǎn)動點提前，下死點位置的平衡力變大。
當(dāng)油井液面波動等原因?qū)е麦H頭負(fù)載發(fā)生變化時，將會導(dǎo)致抽油機不平衡 運行，電機的峰值電流比例和上下行程的時間比例一般都會發(fā)生變化，適時調(diào) 整游梁上的輔助平衡重(29)的前后位置，就可以重新調(diào)整平衡，以適應(yīng)這種 變化需要。 一方面，電流傳感器(35)會把不平衡的負(fù)載電流信號傳給單片機， 單片機會發(fā)出指令通過控制電機導(dǎo)線(39)讓絲杠升降機上的控制電機(31) 正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，推動游梁輔助平衡重前后移動，當(dāng)上行電流峰值大于下行電流 峰值并且達(dá)到一定比例時，說明是欠平衡，輔助平衡重向左移動，增大平衡力， 反之，當(dāng)上行電流峰值小于下行電流峰值并且達(dá)到一定比例時，說明是過平衡， 游梁輔助平衡重向右移動，減小平衡力。另一方面，對稱安裝的兩個位置傳感 器(37)會把不平衡的上下行程的時間比例信號傳給單片機，單片機會發(fā)出指 令通過控制電機導(dǎo)線(39)讓絲杠升降機上的控制電機(31)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)， 推動游梁輔助平衡重前后移動，當(dāng)上行時間大于下行時間并且達(dá)到一定比例時， 說明是欠平衡，游梁輔助平衡重向左移動，增大平衡力，反之，當(dāng)上行時間小 于下行時間并且達(dá)到一定比例時，說明是過平衡，游梁輔助平衡重向右移動， 減小平衡力。
參閱圖2，從這個圖可以看出驢頭在上死點時擺鈴的位置狀態(tài)。 參閱圖3，從這個圖可以看出驢頭在下死點時擺鈴的位置狀態(tài)。 參閱圖4， X、 Y、 Z是原來固定式下偏杠鈴的3個運行軌跡點，是一段圍繞
支架軸(5)運行的圓弧，相對于支架軸的最大力矩差為40.36%，運動過程的
力矩變化很大。參閱圖5， A、 B、 C是本實用新型擺鈴的3個運行軌跡點，是兩段連接在一 起的圓弧，從上位到中位(AB段)是以擺鈴質(zhì)心到支架軸(5)為半徑的圓弧， 從中位到下位(BC段)是以懸掛軸(21)到支架軸(5)為半徑的圓弧，最大力 矩差為2.79%，運動過程的力矩變化很小。
參閱圖6，擺鈴(23)是由若干擺鈴片組成的，通過擺鈴軸(24)和固定螺 絲(25)串聯(lián)固定在一起，并與擺梁(22)相連接，根據(jù)平衡需要，可以增減 擺鈴片來調(diào)整平衡力的大小。
參閱圖9，這個圖是以單片機(34)為核心的控制電路圖，單片機的2腳和 5腳定時采集來自開關(guān)量傳感器(37)的信號，同時，單片機l腳開始采集來自 電流傳感器(35)的負(fù)載電流信號，CPU連續(xù)10次取出兩個波峰的最大值Im 和最小值In進(jìn)行比較，取其平均值，如果超過正的5%，說明是欠平衡，3腳發(fā) 出低電平信號，繼電器Ji得電，Ji-i閉合，控制電機(31)處于工作狀態(tài)，同 時CPU從4腳發(fā)出15秒的低電平信號，繼電器J2得電，j2-i閉合，絲杠(30) 向左移動15秒，使平衡力矩適當(dāng)加大，比值如果超過負(fù)的5%，說明是過平衡， 3腳也發(fā)出低電平信號，CPU從4腳發(fā)出15秒的高電平信號，繼電器J2失電， 常開觸點j2-2閉合，絲杠(30)向右移動15秒，使平衡力矩適當(dāng)減小，如果不 超過5%， CPU的3腳發(fā)出高電平信號繼電器Ji失電，Ji-i釋放，絲杠(30)將 保持原來的位置不變。在絲杠(30)的兩端還設(shè)有行程開關(guān)(40)和(41)，當(dāng) 絲杠(30)的端部移動至兩個端點時，行程開關(guān)將被斷開，控制電機將停止轉(zhuǎn) 動。根據(jù)實際需要，CPU也可以通過開關(guān)量傳感器采集上下行程時間，根據(jù)時間 相差的比例來控制絲杠的前后移動，進(jìn)而實現(xiàn)平衡的自動調(diào)節(jié)。圖中Ki和K2是 兩個手動開關(guān)，利用這兩個開關(guān)可以對絲杠的移動進(jìn)行手動控制。
權(quán)利要求1、一種擺鈴式自動調(diào)平節(jié)能型抽油機，它包括底座(3)、支架(4)、支架軸(5)、游梁(6)、驢頭(7)，安裝在抽油機機座后部的剎車裝置(15)、拖動電機(17)、皮帶輪(19)、減速箱(9)、輸出軸(11)、曲柄(10)及連桿(13)，連桿的上端與游梁尾軸(14)相連接，其特征是，在游梁(6)的尾部懸掛一個可以擺動的擺鈴(23)，在游梁的上面還裝有一個絲杠升降機(32)，它在控制電機(31)的帶動下推動輔助平衡重(29)前后移動，在拖動電機(17)的輸入導(dǎo)線上和減速箱(9)上以及配電箱(16)上分別裝有電流傳感器(35)、位置傳感器(37)和單片機(34)。
2、 如權(quán)利要求1所述的擺鈴式自動調(diào)平節(jié)能型抽油機，其特征是，擺鈴 (23)通過擺梁(22)與游梁懸掛軸(21)相連接，擺梁內(nèi)側(cè)的受力護(hù)板(28)與游梁尾下部的推板(27)相對應(yīng)，推板在絲杠(26)的帶動下可以前后移動。
3、 如權(quán)利要求1所述的擺鈴式自動調(diào)平節(jié)能型抽油機，其特征是，擺鈴 (23)是由若干擺鈴片組成的，通過擺鈴軸(24)和固定螺絲(25)串聯(lián)固定在一起。
4、 如權(quán)利要求1所述的擺鈴式自動調(diào)平節(jié)能型抽油機，其特征是，電流 傳感器(35)、位置傳感器(37)和控制電機(31)分別通過電流傳感器信號 線(36)和位置傳感器信號線(38)以及控制電機導(dǎo)線(39)與安裝在配電箱(16)上的單片機(34)相連接。
5、 如權(quán)利要求1所述的擺鈴式自動調(diào)平節(jié)能型抽油機，其特征是，絲杠 升降機(32)通過絲杠升降機固定件(33)固定在游梁(6)上，并且可以根 據(jù)平衡需要，前后挪動固定的位置。
專利摘要本實用新型涉及的是擺鈴式自動調(diào)平節(jié)能型抽油機，它包括底座(3)、支架(4)、支架軸(5)、游梁(6)、驢頭(7)，安裝在抽油機機座后部的剎車裝置(15)、拖動電機(17)、皮帶輪(19)、減速箱(9)、輸出軸(11)、曲柄(10)及連桿(13)，連桿的上端與游梁尾軸(14)相連接，其特征是，在游梁(6)的尾部懸掛一個可以擺動的擺鈴(23)，在游梁的上面還裝有一個絲杠升降機(32)，它在控制電機(31)的帶動下推動輔助平衡重(29)前后移動，在拖動電機(17)的輸入導(dǎo)線上和減速箱(9)上以及配電箱(16)上分別裝有電流傳感器(35)、位置傳感器(37)和單片機(34)。它可以使平衡力矩的波動變小，平衡效果好，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)平，節(jié)能顯著。它適合老式抽油機的改造，也適合新制造的抽油機。
文檔編號E21B43/00GK201277016SQ20082013867
公開日2009年7月22日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者高大放, 高陽特 申請人:高陽特