一種新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置，屬油田采油機械控制【技術(shù)領(lǐng)域】。它是在外殼內(nèi)的右邊固定安裝有伺服電機，左邊通過軸承座裝有絲杠，外殼內(nèi)的左邊裝有承力導軌，絲杠上裝有游碼塑料波紋管；伺服電機與絲杠通過聯(lián)軸器連接；外殼的左端裝有通過連桿與游碼活動連接的擺桿，擺桿上裝有平衡箱，伺服電機通過信號線與地面的數(shù)字化控制柜連接。本發(fā)明固定在游梁尾部，不改變原有結(jié)構(gòu)，采用控制系統(tǒng)控制伺服電機動作，可實現(xiàn)遠程控制，調(diào)平衡范圍廣，平衡效果好。對油田惡劣環(huán)境的適應(yīng)性強，提高了整個平衡裝置的使用壽命。解決了現(xiàn)有抽油機要選用大功率電機，電動機工作在低功率因數(shù)狀態(tài)，導致電網(wǎng)供電質(zhì)量變差的問題。
【專利說明】一種新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置，屬于油田采油機械和地面自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]抽油機有桿泵采油系統(tǒng)的工作特點是:在一個完整的沖程循環(huán)內(nèi)抽油機懸點載荷變化較大，上沖程驢頭懸點需提起抽油桿和油柱，這時電動機要付出很大的能量；到下沖程時，抽油桿依靠自重就可以下落，不但不需要電機付出能量，反而對電機做功，使電機處于發(fā)電狀態(tài)。為了減少電動機在上下沖程中受到的不均勻載荷，現(xiàn)有抽油機上普遍加裝有平衡裝置。常規(guī)的游梁式抽油機采用曲柄平衡方式，下沖程懸點載荷下落的回饋能量和動力機共同對曲柄平衡裝置做功，將其轉(zhuǎn)化成勢能儲存起來；上沖程曲柄平衡裝置將勢能釋放與動力機共同對懸點做功，提起懸點載荷；常規(guī)的游梁式抽油機曲柄平衡裝置在減速器輸出軸上產(chǎn)生的平衡扭矩是按正弦規(guī)律變化的，導致載荷扭矩曲線和曲柄平衡扭矩曲線折減后的凈扭矩曲線波動較大，有較高的“峰值”和較深的負向“谷值”存在，必須要選用較大扭矩的減速器和較大功率的電動機，形成高能耗，而且電動機工作在低功率因數(shù)狀態(tài)，導致電網(wǎng)的供電質(zhì)量變差。
[0003]為了減少高能耗，目前油田的游梁式抽油機采用了多種節(jié)能措施。如在曲柄上加裝平衡裝置的方法有副平衡塊二次平衡法，該方法是在曲柄平衡塊的直線端面上加裝一副平衡塊，通過改變副平衡塊的位置，達到二次平衡的效果；該平衡方法雖然可以改變平衡系統(tǒng)的偏置角，部分的降低曲柄上的扭矩，減少負扭矩，但由于副平衡塊的重量有限，調(diào)節(jié)的效果也有限。同時，由于在曲柄平衡塊上增加了調(diào)節(jié)裝置，結(jié)構(gòu)較為復雜，降低了整個系統(tǒng)的可靠性，而且不能降低曲柄銷上的受力，因此，該二次平衡方式?jīng)]能在油田大面積推廣。再者，在曲柄上加裝平衡裝置要實現(xiàn)曲柄平衡的自動化難度較大，其原因在于曲柄和平衡重是360°不斷旋轉(zhuǎn)運動的，這會使曲柄輔助平衡裝置振動劇烈，控制線不斷纏繞。
[0004]又如現(xiàn)有的游梁輔助平衡措施是在常規(guī)型游梁式抽油機的尾部加裝固定的平衡重，資料顯示有一定的節(jié)能效果，但由于平衡重角度不可調(diào)節(jié)，使游梁平衡與懸點載荷很難匹配，特別是在淺井中平衡效果差，平衡能力比較有限，難以適應(yīng)各種不同的工況，個別工況甚至造成更大的能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，針對上述【背景技術(shù)】的現(xiàn)狀和不足，提供一種新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置，該裝置固定在游梁尾部，采用控制系統(tǒng)控制伺服電機動作，進而實現(xiàn)擺桿擺角0°到90°變化，實現(xiàn)實時動態(tài)自動調(diào)平衡，拓寬調(diào)平衡范圍，改善調(diào)平衡效果，并且可實現(xiàn)遠程控制。
[0006]本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的的:
該新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置包括方形法蘭、外殼、伺服電機、聯(lián)軸器、絲杠、數(shù)字化控制柜、軸承座、環(huán)形鐵片、游碼、承力軸承、承力導軌、連桿、擺桿、平衡箱、限位銷、塑料波紋管和保護罩，其特征在于:外殼內(nèi)的右邊固定安裝有伺服電機，外殼內(nèi)的左邊通過軸承座固定安裝有絲杠，絲杠上的螺紋為梯形螺紋；外殼內(nèi)的左邊前后兩側(cè)固定安裝有承力導軌，絲杠上安裝有游碼，游碼兩側(cè)安裝有與承力導軌配合的承力軸承，承力軸承可沿承力導軌直線滾動，游碼與絲杠通過梯形螺紋螺旋配合；游碼兩端的絲杠上通過環(huán)形鐵片裝有塑料波紋管；伺服電機與絲杠通過聯(lián)軸器連接；外殼的右端固裝有方形法蘭，外殼的左端通過耳板鉸接固定有可繞鉸接點擺動的擺桿，擺桿的一端通過連桿與游碼活動連接，擺桿的另一端固裝有平衡箱，平衡箱內(nèi)安放有平衡塊，平衡塊通過限位銷固定；外殼上部安裝有保護罩，保護罩左端中部開有一條寬度略大于擺桿的槽；伺服電機通過信號線與地面的數(shù)字化控制柜連接。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于:
該新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置固定在游梁尾部，采用控制系統(tǒng)控制伺服電機動作，無需手動調(diào)平衡，可根據(jù)監(jiān)測信息通過數(shù)字化控制柜控制執(zhí)行機構(gòu)自動調(diào)節(jié)抽油機平衡，智能化程度高，并且可實現(xiàn)遠程控制。通過改變擺桿擺角從0°到90°的變化及改變平衡重的重量來調(diào)節(jié)抽油機的平衡，調(diào)平衡范圍廣，平衡效果好，真正達到了節(jié)省電能和提高抽油機壽命的目的。另外，該裝置選用滑動絲杠螺母，可以實現(xiàn)自鎖，無需制動裝置；且絲杠采用塑料波紋管和保護罩雙重密封保護，有利于防砂防塵，增強了該裝置對油田惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，提高了整個平衡裝置的使用壽命；采用承力軸承與承力導軌滾動配合，與普通的燕尾導軌相比摩擦力大大減??；整個平衡裝置通過方形法蘭安裝在游梁尾部，不改變原抽油機的結(jié)構(gòu)，平衡裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，造價低且適用范圍廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為一種新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置安裝在抽油機上的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為一種新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置的主視圖；
圖3為一種新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置的俯視圖；
圖4為一種新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置自動調(diào)平衡工作原理圖。
[0009]圖中:1、游梁，2、方形法蘭，3、外殼，4、伺服電機，5、聯(lián)軸器，6、絲杠，7、數(shù)字化控制柜，8、9、軸承座，10、11、17、18、環(huán)形鐵片，12、游碼，13、14、承力軸承，15、16、承力導軌，19、連桿，20、擺桿，21、平衡箱，22、限位銷，23、24、塑料波紋管，25、保護罩。
【具體實施方式】
[0010]該新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置包括方形法蘭2、外殼3、伺服電機4、聯(lián)軸器5、絲杠6、數(shù)字化控制柜7、軸承座8、9、環(huán)形鐵片IO、11、17、18、游碼12、承力軸承13、14、承力導軌15、16、連桿19、擺桿20、平衡箱21、限位銷22、塑料波紋管23、24和保護罩25，夕卜殼3內(nèi)的右邊固定安裝有伺服電機4，外殼3內(nèi)的左邊通過軸承座8、9固定安裝有絲杠6，絲杠6上的螺紋為梯形螺紋。外殼3內(nèi)的左邊前后兩側(cè)固定安裝有承力導軌15、16，絲杠6上安裝有游碼12，游碼12兩側(cè)安裝有與承力導軌15、16配合的承力軸承13、14，承力軸承13、14可沿承力導軌15、16直線滾動,采用承力軸承13、14和承力導軌15、16 —方面承受調(diào)平衡過程中絲杠6垂直方向的分力，另一方面，與傳統(tǒng)燕尾槽相比，通過滾動摩擦的方式大大減小了與導軌的摩擦。游碼12與絲杠6通過梯形螺紋螺旋配合。游碼12兩端的絲杠6上通過環(huán)形鐵片11、18、17、10裝有塑料波紋管23、24，所述的兩段塑料波紋管23、24的直徑和長度相等，其兩端通過軸承座8、9內(nèi)側(cè)和游碼12兩端焊接的環(huán)形鐵片11、10、18、17粘接固定在絲杠6外部，對絲杠6起到防砂防塵的作用。伺服電機4與絲杠6通過聯(lián)軸器5連接。外殼3的右端固裝有方形法蘭2，外殼3的左端通過耳板鉸接固定有可繞鉸接點擺動的擺桿20，擺桿20的一端通過連桿19與游碼12活動連接，擺桿20的另一端固裝有平衡箱21，平衡箱21內(nèi)安放有平衡塊，平衡塊通過限位銷22固定；外殼3上部安裝有保護罩25，保護罩25左端中部開有一條寬度略大于擺桿20的槽；伺服電機4通過信號線與地面的數(shù)字化控制柜7連接。(參見附圖1?4)
所述的擺桿20擺動的鉸支點位置高于游碼12與連桿19的鉸支點，使得絲杠6上受到的軸向分力遠低于當擺桿20的鉸支點與游碼12的鉸支點位于同一高度時絲杠6的軸向分力，而且擺桿20擺動的角度可以實現(xiàn)0°到90°變化，所以不僅對絲杠6的選型和壽命更加有利，而且與平衡重平動相比，拓寬了調(diào)平衡范圍，改善了調(diào)平衡效果。
[0011 ] 所述的保護罩25為有機玻璃材料，安放在外殼3的上部，對平衡裝置起保護作用。根據(jù)擺桿20最高點的軌跡流線設(shè)計，兩端水平伸出一部分，與外殼3兩端水平伸出的部分用螺栓連接固定。保護罩25左端中部開有一條寬度略大于擺桿的縫，防止擺桿20擺動到一定角度時被保護罩25擋住后不能運動。流線型設(shè)計節(jié)省材料，外形美觀，且方便觀測，易于安裝。
[0012]所述的數(shù)字化控制柜7接收并分析傳感器采集的數(shù)據(jù)，計算出抽油機的平衡度并實時顯示平衡度，再通過軟件設(shè)置一個最佳平衡度，控制器則計算出達到最佳平衡度伺服電機4需要轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，進而驅(qū)動伺服電機4動作，最終實現(xiàn)擺桿20的擺動。采用伺服電機4具有精度高、穩(wěn)定性好、低速大轉(zhuǎn)矩、響應(yīng)速度快、能頻繁起制動及正反轉(zhuǎn)的優(yōu)點；控制位置和速度精度高，調(diào)平衡快速精確。
[0013]該平衡裝置的執(zhí)行機構(gòu)于地面組裝完成后通過方形法蘭2固定在游梁I的尾部。在抽油機驢頭上安裝有傳感器，傳感器和電參數(shù)采集模塊共同構(gòu)成數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊的信號輸出端與數(shù)字化控制柜7的信號輸入端通過信號線連接。工作時，當抽油機調(diào)平衡時，數(shù)字化控制柜7接收數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，通過軟件計算出此時抽油機的平衡度，并實時顯示平衡度，再設(shè)定一個最佳平衡度，控制器計算出使擺桿20擺動到目標位置時伺服電機4需要轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)，控制器輸入運動指令代碼，輸出控制信號給伺服電機4，驅(qū)動伺服電機4動作。伺服電機4通過聯(lián)軸器5帶動絲杠6旋轉(zhuǎn)，絲杠6上制作有梯形螺紋，和游碼12內(nèi)環(huán)形銅套的梯形螺紋配合，將絲杠6的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橛未a12的直線運動，在游碼12直線運動的過程中，游碼12兩側(cè)的承力軸承13、14隨著游碼12的直線運動在承力導軌15、16上作直線滾動，將絲杠垂直方向上的分力轉(zhuǎn)移到承力導軌15、16上，波紋管23、24則隨游碼12的直線運動彈性伸縮，保護絲杠。游碼12的直線運動帶動連桿19運動，連桿19的運動使得擺桿20的擺角發(fā)生變化，使得平衡力臂和平衡力矩也隨之改變，當?shù)竭_目標平衡位置時，電機停止動作。由于在抽汲過程中，油藏狀況不斷改變，所以需要設(shè)定適當?shù)恼{(diào)整周期經(jīng)常調(diào)整平衡，待到所設(shè)定的周期再次調(diào)平衡時，再重復以上操作流程?？刂七^程參見附圖4的自動調(diào)平衡工作原理圖。
[0014]以上所述只是本發(fā)明的較佳實施例而已，上述舉例說明不對本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容作任何形式上的限制，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在閱讀了本說明書后依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上【具體實施方式】所作的任何簡單修改或變形，以及可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或修飾為等同變化的等效實施例，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，而不背離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型游梁抽油機動平衡智能調(diào)節(jié)裝置，它包括方形法蘭(2)、外殼(3)、伺服電機(4)、聯(lián)軸器(5)、絲杠(6)、數(shù)字化控制柜(7)、軸承座(8、9)、環(huán)形鐵片(10、11、17、18)、游碼(12)、承力軸承(13、14)、承力導軌(15、16)、連桿(19)、擺桿(20)、平衡箱(21)、限位銷(22)、塑料波紋管(23、24)和保護罩(25)，其特征在于:外殼(3)內(nèi)的右邊固定安裝有伺服電機(4)，外殼(3)內(nèi)的左邊通過軸承座(8、9)固定安裝有絲杠(6)，絲杠(6)上的螺紋為梯形螺紋；外殼(3)內(nèi)的左邊前后兩側(cè)固定安裝有承力導軌(15、16)，絲杠(6)上安裝有游碼(12)，游碼(12)兩側(cè)安裝有與承力導軌(15、16)配合的承力軸承(13、14)，承力軸承(13、14)可沿承力導軌(15、16)直線滾動，游碼(12)與絲杠(6)通過梯形螺紋螺旋配合；游碼(12)兩端的絲杠(6)上通過環(huán)形鐵片(11、18、17、10)裝有塑料波紋管(23、24);伺服電機(4)與絲杠(6)通過聯(lián)軸器(5)連接；外殼(3)的右端固裝有方形法蘭(2)，外殼(3)的左端通過耳板鉸接固定有可繞鉸接點擺動的擺桿(20)，擺桿(20)的一端通過連桿(19)與游碼(12)活動連接，擺桿(20)的另一端固裝有平衡箱(21)，平衡箱(21)內(nèi)安放有平衡塊，平衡塊通過限位銷(22)固定；外殼(3)上部安裝有保護罩(25)，保護罩(25)左端中部開有一條寬度大于擺桿(20)的槽；伺服電機(4)通過信號線與地面的數(shù)字化控制柜(7)連接。
【文檔編號】E21B43/00GK103883289SQ201410157046
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月19日
【發(fā)明者】周思柱, 易文君, 李寧, 華劍, 曾豪勇, 秦倫 申請人:長江大學