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Patent Searching and Data


Title:
OIL-PUMPING MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/097493
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is an oil-pumping machine, which is characterized in that it is composed of a secondary sheave (5) of a wheel-cylinder type driven by an electric motor. The secondary sheave has a first hole (5a) for extracting a balance weight body traction rope (10) and a second hole (5b) for extracting an oil pumping rod suspension rope (2) respectively arranged in a left-half part and a right-half part of the secondary sheave, and on the secondary sheave there are also provided multiple rounds of a spiral flute (29) in opposite rotating directions respectively on the left and right parts; wherein the first hole (5a) and the second hole (5b) are disposed spaced apart within the corresponding spiral flute in such a manner that at least one part of the spiral flute is shared by both the oil pumping rod suspension rope (2) and the balance weight body traction rope (10) during operation, and the oil pumping rod suspension rope (2) and the balance weight body traction rope (10) wind in opposite directions and they wind into or out of at least part of the spiral flute without interfering with each other.

Inventors:
XIANG YUAN (CN)
NIE SHENGCHENG (CN)
Application Number:
CN2011/002061
Publication Date:
July 26, 2012
Filing Date:
December 09, 2011
Export Citation:
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Assignee:
BEIJING BALSTER MACHINERY CO LTD (CN)
XIANG YUAN (CN)
NIE SHENGCHENG (CN)
International Classes:
E21B43/00; F04B47/00; F16H37/12
Foreign References:
CN201037401Y2008-03-19
CN101245697A2008-08-20
CN201080815Y2008-07-02
CN101662242A2010-03-03
CN201963268U2011-09-07
CN202047796U2011-11-23
CN201953356U2011-08-31
CN202047797U2011-11-23
CN101824976A2010-09-08
Attorney, Agent or Firm:
PANAWELL & PARTNERS, LLC (CN)
北京泛华伟业知识产权代理有限公司 (CN)
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Claims:
权 利 要 求

1. 一种抽油机, 其包括主框架 (9) , 抽油杆(1) , 配重体(11) , 设在该 主框架顶部的平台(8) , 布置在该平台(8)上的电机 (27)、 导向轮 (4)和复绕轮 (5), 该电机构造成驱动该复绕轮以使其绕其轴线转动, 该复绕轮具有沿该 轴线分布的左半部分和右半部分, 其特征是, 所述复绕轮 (5)的轮周上设有 2n个第一孔 (5a),其分为分别位于左半部分和右半部份上的各 n个第一孔, 从每个所述第一孔 (5a)各引出一根配重体牵引绳(10)与该配重体(11)上的 紧固器(16)相连接构成配重运行牵引系统; 所述复绕轮 (5)的轮周上还设有 2n个第二孔 (5b),其分为分别位于左半部分和右半部份上的各 n个第二孔, 从每个所述第二孔 (5b)各引出一根抽油杆悬绳 (2)经过该导向轮 (4)并通过 牵引器 (3)与该抽油杆(1)相连接构成抽油杆运行牵引系统; 所述复绕轮 (5) 还沿其轮周表面开设有 2m圈螺旋槽, n为自然数且111 > 1 , 其中 m圈螺旋 槽位于该左半部分, 另外 m圈螺旋槽位于该右半部分,位于左半部分和位 于右半部分的螺旋槽的旋向相反,所述第一孔 (5a)和所述第二孔 (5b)如此地 在螺旋槽内间隔布置, 使得至少一部分螺旋槽在运行过程中供所述抽油杆 悬绳 (2)和所述配重体牵引绳(10)共用, 所述抽油杆悬绳 (2)和所述配重体牵 槽。 ' 、 ^ '、

2. 根据权利要求 1所述的抽油机, 其特征是, 所述 2n个第一孔沿平 行于该纵轴线的直线间隔排列和 /或所述 2n个第二孔沿平行于该纵轴线的 直线间隔排列。

3. 根据权利要求 2所述的抽油机, 其特征是, 所述第一孔 (5a)和所述 第二孔 (5b)沿该复绕轮的周向以夹角 110。-145。错开布置。

4. 根据权利要求 1 所述的抽油机, 其特征是, 所述抽油杆悬绳 (2)和 配重体牵引绳(10)在所述螺旋槽中的缠绕圈数取决于抽油机的冲程和复绕 轮的直径, 并且所述抽油杆悬绳 (2)和配重体牵引绳(10)在所述螺旋槽中的 最大缠绕长度大于抽油机的冲程。

5. 根据权利要求 4所述的抽油机,其特征是,在抽油机冲程的上止点, 至少一部分配重体牵引绳仍缠绕在所述螺旋槽上; 在抽油机冲程的下止 点, 至少一部分抽油杆悬绳仍缠绕在所述螺旋槽上。

6. 根据权利要求 1 所述的抽油机, 其特征是, 所述抽油杆悬绳 (2)和 配重体牵引绳(10)的长度设计成当抽油杆悬绳绕满在一个所述第一孔和相 应的一个第二孔之间延伸的所述螺旋槽时, 所述配重体牵引绳全离开所述 螺旋槽。

7. 根据权利要求 1所述的抽油机, 其特征是, n=2, m=8。

8. 根据权利要求 1所述的抽油机, 其特征是, 由该 2n个第一孔引出 的配重体牵引绳 (10)由一根母绳如此构成, 该母绳以其一端固定在最靠近 复绕轮一个纵向端的第一孔中, 且其另一端朝复绕轮的另一纵向端方向逐 个地从相邻的第一孔交替地穿入该复绕轮内部或穿出复绕轮外且最终穿 入并固定到最靠近该另一纵向端的第一孔中, 从而形成相连的 2n根配重 体牵引绳(10)。

9. 根据权利要求 1所述的抽油机, 其特征是, 由该 2n个第二孔引出 的抽油杆悬绳 (2)由一根母绳如此构成,该母绳以其一端固定在最靠近复绕 轮一个纵向端的第二孔中, 且其另一端朝复绕轮的另一纵向端方向逐个地 从相邻的第二孔交替地穿入该复绕轮内部或穿出复绕轮外且最终穿入并 固定到最靠近该另一纵向端的第二孔中, 从而形成相连的 2n根抽油杆悬 绳 (2)。

10. 根据权利要求 1至 9中任一项所述的抽油机, 其特征是, 在该复 绕轮 (5)筒体内部装有两组卷绕方向相反的平面涡卷弹簧(13) , 这两组平面 涡卷弹簧 (13)在抽油机的冲程处于最高点或最低点时, 其中仅一组平面涡 卷弹簧处于储能状态, 所述弹簧的可伸展长度大于抽油杆的冲程。

11. 根据权利要求 1至 9中任一项所述的抽油机, 其特征是, 还包括 导向轮支架 (20) ,该导向轮支架 (20)—端可枢转地安装在该平台上, 另一端 悬臂伸出该平台(8)外并装有该导向轮,通过所述复绕轮 (5)的转动来驱动该 导向轮支架 (20)和该导向轮 (4)在与该平台(8)所在平面垂直的平面内相对 该平台(8)向上枢转。

12. 根据权利要求 11所述的抽油机, 其特征是, 还包括布置在该平台 (8)上的导向轮调整定位凸部 (22) , 其位于导向轮支架之下且构造成能与设 置在导向轮支架下侧的凹部相配合来定位该导向轮 (4)并调整该导向轮 (4) 相对该平台(8)的仰角, 该仰角为 6度〜 12度。

13. 根据权利要求 1至 9中任一项所述的抽油机, 其特征是, 所述电 机 (27)直接地或者通过减速器(106)连接并驱动该复绕轮 (5)。

14. 根据权利要求 1至 9中任一项所述的抽油机, 其特征是, 所述电 机 (27)通过变速机构 (6)连接并驱动该复绕轮 (5),所述复绕轮 (5)在其一端设 有内齿圈(7)且可转动地安装在沿其纵轴线布置的复绕轮轴 (19)上, 该变速 机构 (6)包括与所述电机的输出端连接的太阳轮 (6a) , 固定安装在该复绕轮 轴(19)上的行星架(6c)和可转动地安装在行星架上的至少两个行星齿轮 (6b), 所述行星齿轮与该内齿圈(7)和太阳轮 (6a)啮合。

15. 根据权利要求 1至 9中任一项所述的抽油机, 其特征是, 该电机 (27)为永磁同步曳引机。

16. 根据权利要求 1至 9中任一项所述的抽油机, 其特征是, 该抽油 机配设有风力发电系统, 该风力发电系统包括顺次连接的风力发电机 (123)、风机控制器(125)和蓄电池组(116),而该蓄电池组(116)经逆变器(126) 连接到构造成能管理和驱动所述电机的抽油机控制管理及驱动系统 (31)。

17. 根据权利要求 16 所述的抽油机, 其特征是, 该风力发电机 (23) 布置在该主框架顶部的平台(8)上, 该蓄电池组(16)安置在该配重体(11)中。

18. 根据权利要求 1至 9中任一项所述的抽油机, 其特征是, 该抽油 机配设有光能发电系统, 该光能发电系统包括顺次连接的光伏组件(117)、 光伏控制器(129)和蓄电池组(116) , 而该蓄电池组(116)经逆变器(126)连接 到构造成能管理和驱动所述电机的抽油机控制管理及驱动系统 (31)。

Description:
一种抽油机 技术领域

本发明涉及抽油机领域, 尤其涉及一种轮筒式抽油机。 背景技术

非自喷井采油广泛使用游梁式曲柄平衡抽油机 。 这种类型的抽油机抽 油方式已有百年历史, 其用电能耗高, 工况效率低, 机械冲击力强,水泥和 钢材用量大。 为了降低采油成本, 节能降耗减排已成为世界采油业当前如 何增效的重大课题。

中国专利申请 200310100186.X 号公开了一种抽油修井机, 它包括天 轮轴、 减速器、 大齿轮、 小齿轮、 电动机、 天轮卷扬绳、 配重体、 配重 架、 导向钢丝绳、 抽油光杆、 主框架、 支架平台、 和天轮 (牵引轮), 其中 大齿轮和天轮相互固定, 并通过天轮轴承安装在天轮轴上, 天轮轴用天轮 轴紧固器紧固在支架平台上, 或者大齿轮和天轮与天轮轴相互固定, 天轮 轴的两端通过轴承紧固在支架平台上, 减速器、 电动机、 制动器和过载保 护器都安装在支架平台上, 支架平台与主框架的顶部相连接, 悬绳器一段 连接抽油光杆, 另一端通过悬绳器牵引绳连接在天轮的轮轴上 , 配重体通 过配重架和挂绳器及配重体牵引绳紧固在天轮 的轮周上, 电动机经过制动 器、 联轴器与减速器连接, 减速器输出轴与小齿轮连接, 小齿轮与大齿轮 啮合。 与游梁式曲柄平衡抽油机相比, 这种新颖的抽油修井机总效率有了 显著的提高, 同时它具有一些修井机的功能。但如果需要复 杂的修井作业, 可能需要专业修井机。 在这种情况下, 占据抽油杆上方空间的天轮和主体 构件需要整机移位, 造成诸多不便。 此外, 由于要作修井机之用, 对电动 机、 传动装置等要作适应性的变化。

在中国发明专利申请 03102663.X 中公开了一种双拖动抽油机, 其中 支架顶部设有一个或多个上导向轮, 且在支架的底部还设有下导向轮。 上 导向轮固定安装在支架上, 位于支架侧的上导向轮占据了抽油杆上方的空 间, 因此在进行修井作业时, 需要将上导向轮拆走才让出抽油杆上方的空 间。 而这种导向轮的拆卸费时费力, 在有些情况下, 即使将上导向轮拆走, 也很难让出修井所需的空间, 因此,在修井时甚至需要将抽油机整机移走。

在申请人于 2007年 2月 14曰提交的中国专利申请号 200710063926.5 中公开了一种抽油机, 其具有可分合式导向轮, 在需要修井时, 通过人力 扳动导向轮支架绕平行于抽油杆的轴线转动, 而使导向轮离开油杆上方, 从而让出修井空间。 这种抽油机需要人力扳动导向轮支架。 另外, 这种抽 油机还存在复绕轮体积较大、 换向平稳性不够的缺点。

另外, 现有的抽油机的驱动形式一般采用摩擦式传动 和外齿啮合传 动, 摩擦式传动容易打滑且效率较低, 而外齿啮合传动磨损大、 单位面积 的应力集中并且所占空间大。

因此, 当前对维护方便、 运行平稳且结构紧凑的抽油机存在需要, 且 还希望该抽油机能够降低能耗以及充分利用清 洁能源。

发明内容

本发明的一个目的提供一种改进的抽油机, 其具有采油成本低、 节能 效果显著、 结构紧凑且方便维护的优点。

一种抽油机, 其包括主框架, 抽油杆, 配重体, 设在该主框架顶部的 平台, 布置在该平台上的电机、 导向轮和复绕轮, 该电机构造成驱动该复 绕轮以使其绕其纵轴线转动, 该复绕轮具有沿该轴线分布的左半部分和右 半部分。 所述复绕轮的轮周上设有 2n个第一孔, 其分为分别位于左半部 分和右半部份上的各 n个第一孔, 从每个所述第一孔各引出一根配重体牵 引绳与该配重体上的紧固器相连接构成配重运 行牵引系统; 所述复绕轮的 轮周上还设有 2n个第二孔,其分为分别位于左半部分和右半 份上的各 n 个第二孔, 从每个所述第二孔各引出一根抽油杆悬绳经过 该导向轮并通过 牵引器与该抽油杆相连接构成抽油杆运行牵引 系统; 所述复绕轮还沿其轮 周表面开设有 2m圈螺旋槽, n,m为自然数且 m > n,其中 m圈螺旋槽位于 该左半部分, 另外 m圈螺旋槽位于该右半部分,位于左半部分和 于右半 部分的螺旋槽的旋向相反, 所述第一孔和所述第二孔如此地在相应的螺旋 槽内间隔布置, 使得至少一部分螺旋槽在运行过程中供所述抽 油杆悬绳和 所述配重体牵引绳共用, 所述抽油杆悬绳和所述配重体牵引绳以相反的 方 向缠绕且互不干涉地绕进或绕出所述至少一部 分螺旋槽。 且最好是, 对于 每一个第一孔与与其相邻的一个相应第二孔使 得在它们之间延伸的螺旋 槽的至少一部分供从它们引出的抽油杆悬绳和 配重体牵引绳共用。 如此设 计, 使复绕轮具有较小的宽度, 并且电机作功仅是改变抽油杆和配重体不 断在相互重力场作用下往复改变运行的上、 下行方向, 并克服轮筒式复绕 轮轮周与钢丝绳盘绕表面之间的摩擦力, 大大提高了能量利用率, 并且该 减小的宽度能很好适应于当前的配重体宽度。 且抽油杆悬绳和配重体牵引 绳可以对所述复绕轮的力矩始终反向。

按照本发明的一个优选方案, 第一孔和第二孔沿轴向交替布置在所述 左半部分和 /或右半部分上。 有利的是, 这 2n个第一孔沿平行于该纵轴线 的直线间隔排列和 /或 2n个第二孔沿平行于该纵轴线的直线间隔排列 且 2n个第一孔和 /或 2n个第二孔最好是关于该横向中心线是左右对 的。

根据进一步优选方案, 第一孔和第二孔沿该复绕轮的周向以夹角 α110。-145。, 例如 120。, 错开布置。 另外, 所述抽油杆悬绳和配重体牵引 绳在所述螺旋槽中的缠绕圈数取决于抽油机的 冲程和复绕轮的直径。 例 如, 当抽油机的冲程为 8米时, 可以采用 n=2, m=8 , 即在复绕轮上开设 用于配重体牵引绳的 4个第一孔, 和用于抽油杆悬绳的 4个第二孔, 并在 复绕轮上开设有 16圈螺旋槽, 其中复绕轮轮周的左侧 8圈螺旋槽, 右侧 8 圈螺旋槽, 其中, 左侧 8圈螺旋槽左旋, 右侧 8圈螺旋槽右旋。 然而, 左 侧 8圈螺旋槽右旋, 右侧 8圈螺旋槽左旋也落在本发明的范围内。 抽油杆 悬绳和配重体牵引绳在运行过程中在螺旋槽中 的缠绕长度大于抽油机的 冲程。 有利的是, 在抽油机工作过程中, 在抽油机冲程的上止点, 至少一 部分配重体牵引绳仍缠绕在所述螺旋槽上; 在抽油机冲程的下止点, 至少 一部分抽油杆悬绳仍缠绕在所述螺旋槽上。 但对于安装时候而言, 抽油杆 悬绳和配重体牵引绳如此配置是合适的, 例如当抽油杆悬绳绕满在该第一 孔和相应的一个第二孔之间延伸的所述螺旋槽 时, 所述配重体牵引绳全离 开所述螺旋槽, 或者反过来。

在上述方案中, 从 4个第一孔延伸出的 4根配重体牵引绳可以由一根 母绳如此构成, 其中母绳的一端通过可调固定器固定在 4个第一孔靠近该 复绕轮一端的第一个第一孔处并且该母绳的另 一端从该第一个第一孔引 出, 随后该母绳的另一端经该第一个第一孔相邻的 第二个第一孔穿入该复 绕轮内并从与该第二个第一孔相邻的第三个第 一孔穿出复绕轮外, 然后再 穿入与该第三个第一孔相邻的第四个第一孔内 并通过可调固定器固定于 此处, 从而形成 4根长度相等的配重体牵引绳。 如此配置的配重体牵引绳 在长时间使用中, 可以方便自我调整各牵引绳自身的松紧, 母绳都有动滑 轮顺绳调节器, 具有自我修正调节松弛度的功能。 类似地, 这 4根抽油杆 悬绳也可以如此地由一根母绳构成。 其他数目的配重体牵引绳和抽油杆悬 绳也可类似地设置。 按照本发明的优选方案, 在复绕轮筒体内部的两端各装有一组平面涡 卷弹簧, 这两组平面涡卷弹簧的卷绕方向相反, 在抽油机的冲程处于最高 点或最低点时, 其中仅一组平面涡卷弹簧处于储能状态, 所述弹簧的可伸 展长度大于抽油杆的冲程, 则华中设置是为了通过阻尼抑制复绕轮换向时 的惯性。 采用如此配置的平面涡卷弹簧, 能消除内齿啮合传动中在机械换 向冲击时存在打齿现象, 并能减小双面齿面磨损, 降低电机、 复绕轮轮筒 的同时机械换向惯量和冲击力的作用, 实现机械平滑换向。

根据本发明的进一步的方案, 还包括导向轮支架, 该导向轮支架一端 可枢转地安装在该平台上, 另一端悬臂伸出平台外并装有该导向轮, 通过 复绕轮的转动来驱动该导向轮支架和该导向轮 在与该平台所在平面垂直 的平面内相对该平台向上枢转。 在一个方案中, 设有用于需要将抽油杆悬 绳与抽油杆断开而向上枢转导向轮时将导向轮 支架可松开地连接到复绕 轮主体的连接机构, 该连接机构包括布置在该导向轮支架上的第一 连接 部、 设置该复绕轮上的第二连接部, 和将该第一连接部和该第二连接部可 松开地相连的连接绳, 在复绕轮转动时由连接绳拉动导向轮支架向上 枢 转, 进而拉动导向轮向上枢转。 作为替代方案, 上述连接机构包括布置在 导向轮支架上连接部, 用于在需要向上枢转导向轮时将抽油杆悬绳可 松开 地固定连接到导向轮支架来取代连接绳, 从而在复绕轮转动时由抽油杆悬 绳拉动导向轮支架向上枢转, 进而拉动所述导向轮向上枢转。 如此配置, 使得在修井时, 将抽油杆顶端换上修井机的作业牵引器后, 通过电机驱动 复绕轮, 而复绕轮又带动导向轮相对平台向上枢转, 抽油机的牵引器和抽 油杆悬绳在导向轮内槽中一起被后拉上扬垂立 , 导向轮就位于修井位置, 从而便捷地让出修井空间, 而不需人工手动操作, 且便于安全作业。 优选 的是在控制系统的控制面板中设置有修井档, 以实现高自动化的修井。

有利的是, 本发明中的抽油机还包括靠近抽油杆布置在平 台上的导向 轮调整定位凸部, 其构造成能与设置在导向轮支架上的凹部相配 合来固定 该导向轮并调整该导向轮相对该平台的仰角。 由此一来, 在修井完毕后, 可以实现导向轮复位下放位置准确。 在这里, 调整定位凸部是螺纹安装在 平台两侧的两个螺栓, 所述凹部为设置在导向轮支架两侧的凹槽, 通过旋 拧螺栓可以调整导向轮的仰角, 从而有利于导向轮向上枢转。 按照本发明 的一个优选方案, 所述仰角为 6度〜 12度, 通过调整仰角还能起到对导向 轮相对井口前、 后位置的微调。 另外, 导向轮调整定位凸部和设置在其下 方的凹部的相互配合还能防止导向轮左右偏移 , 从而提高了结构稳定性。 在本发明中, 抽油机的主框架配置成立筒式主框架, 其具有立筒腔室 和门, 用于控制电机的电控拒布置在立筒腔室内, 并且配重体以及配重体 牵引绳延伸入立筒腔室内。 立筒式主框架的高度取决于抽油时抽油杆冲程 的长度。 立筒式主框架选用的钢材材质厚度应该适度考 虑增强井架刚性强 度, 电控拒置于主框架开门的背面, 属室内工况。 改善了现有电控拒的野 外工况环境, 加强了防盗与安全。 有利的是, 电控拒的控制面板外挂布置 在门外平视位置, 从而便于操作人员操作。

按照本发明的一个方案, 复绕轮在其筒体内部的至少一端, 优选在一 端嵌有内齿圈, 该内齿圈与多级减速器的输出齿轮轴相啮合, 而该多级减 速器的输入端通过联轴器与电机的输出轴相连 接。 本发明中的内齿圈和输 出齿轮轴之间的内齿啮合传动在刚性、 强度、 可靠性方面接近传统的游梁 式抽油机, 改善了传统的外齿传动的力学结构, 并且传动系统的工作环境 得到改善, 并且维护简单。再者, 通过将内齿圈在一端嵌入轮筒式复绕轮, 不仅减小了设备的体积, 转动惯量相应降低, 还大大降低了造价。 另外, 在本发明中采用轮筒式复绕轮, 使得电机换向工作控制机械回转能力加 强, 同时使电机和控制器的综合性能提高, 并且做到匹配运行。

或者, 电机也可以通过行星齿轮传动形式的变速机构 连接并驱动复绕 轮。 例如类似地设置内齿圈, 而且设置太阳轮、 行星齿轮和行星架等, 这 可以省去上述的减速器。

通过上述设置, 和传统的外啮合齿数比 1 : 1 相比, 所述内齿圈和所 述输出齿轮轴的啮合齿数比明显增加, 例如为 1 : 2.5 , 在行星齿轮传动形 式的变速机构中啮合齿数甚至为 5以上, 这样使得传动系统的传动比更合 理。 从而使传动的机械力矩增加, 并且使传动机构的刚性增加。 另外, 该 多级减速器的输入端通过联轴器与电机的输出 轴相连接, 在联轴器和该多 级减速器的输入端之间配设有失电刹车盘, 形成机械传动系统和电力传动 系统。 而对于变速机构, 还能省去了传统变速箱和其传动轴, 简化了传动 机构, 实现了有齿无传动轴式的传动。 并且太阳轮、 行星齿轮和行星架均 容纳在复绕轮筒体内侧, 使传动系统的结构更紧凑。

在轻载的环境下, 电机甚至可以直接连接并驱动该复绕轮。

在本发明的抽油机中, 为了有效利用自然界中的风能, 抽油机配设有 风力发电系统, 该风力发电系统包括顺次连接的风力发电机、 风机控制器 和蓄电池组, 而该蓄电池组经逆变器连接到抽油机控制管理 系统。 其中风 力发电机布置在该主框架顶部的平台上, 蓄电池组安置在所述配重体中。

在本发明的另一个方案中, 为了有利地利用自然界中的太阳能, 抽油 机还配设有光能发电系统, 该光能发电系统包括顺次连接的光伏组件、 光 伏控制器和蓄电池组, 该蓄电池组经逆变器连接到抽油机控制管理系 统。

在本发明的又一个方案中, 抽油机可同时配设有风力发电系统和光能 发电系统, 其中该风力发电系统包括顺次连接的风力发电 机、 风机控制器 和蓄电池组, 而该蓄电池组经逆变器连接到抽油机控制管理 系统, 该光能 发电系统包括连接到所述蓄电池组的光伏组件 , 该光伏组件和该蓄电池组 之间设有光伏控制器。

另外, 在本发明中, 配重运行牵引系统的配重配置成略小于抽油杆 运 行牵引系统的重量。 当抽油机正常生产工作时所述电机正、 反转运行电流 差优选在 1-2安培之间。

本发明还提供了多种用于上述抽油机的控制系 统, 其可实现换向运行 时的机械、 电机相互配合的柔性过渡换向, 减少对机械机构的冲击力、 提 高机械、 电机和控制器的长期运行强度耐用等级。 附图说明

本发明的完整而能实现的内容, 包括对本领域技术人员来说是最佳的 实施方式, 以下结合附图作了更详细的阐述, 其中:

图 1为根据本发明抽油机的一个实施例的侧视图 示出了处于工作位 置和修井位置的导向轮;

图 2为图 1所示的抽油机在工作位置时的侧视图;

图 3为图 1所示抽油机的前视图;

图 4为布置在复绕轮中的平面涡卷弹簧装置的示 图;

图 5示出了抽油杆悬绳基本上全绕入复绕轮上的 意图;

图 6示出了配重体牵引绳基本上全绕入复绕轮上 示意图;

图 7为图 1所示抽油机的工作平台的俯视图;

图 8为抽油杆悬绳、 配重体牵引绳、 导向轮和复绕轮的位置关系示意 图;

图 9a和 9b示意性地示出了本发明的另一个实施例中抽 杆悬绳和配 重体牵引绳缠绕在螺旋槽上的配置; 图 9c是图 9a和 9b的示意性侧视图, 其中显示了用于抽油杆的向上 和向下冲程的两个相反的复绕轮方向;

图 10a示出了感应电机在不受控制的情况下, 电机输出轴正、 反切换 运动的物理曲线;

图 10b是在不被控制的情况下,复绕轮的正、反切 换运动的物理曲线; 图 10c是在不被控制的情况下, 变速器输出齿轮轴与复绕轮的筒体的 内齿啮合正、 反切换运行物理特性曲线;

图 11a是复绕轮筒体内部的平面涡卷弹簧的物理特 性曲线, 其中正反 作用力同时产生;

图 l ib是感应电机、永磁同步电机被控后输出轴正 /反切换时的电阻尼 特性;

图 11 c是根据本发明的抽油机与现有的游梁式抽油 的工况曲线的对 比;

图 12是本发明的控制系统对抽油杆的冲程 D的上 VI、 下 V2运行控 制示意图;

图 13 为根据本发明抽油机的另一个实施例的侧视图 , 示出了处于工 作位置和修井位置的导向轮;

图 14为图 13所示的抽油机在工作位置时的侧视图;

图 15a为图 13所示抽油机的工作平台的俯视图;

图 15b和 15c分别示出了电机与变速机构;

图 16示出了图 13中的抽油机配设有风力发电系统和光能发电 统的 又一实施例的示意图;

图 17 为根据本发明的抽油机所配设的风力发电系统 和光能发电系统 之间的配置示意图;

图 18 为行星齿轮传动的变速机构以及布置在复绕轮 中的平面涡卷弹 簧的示意图。 附图标记一览表

1-抽油杆, 2-抽油杆悬绳, 3-牵引器, 4-导向轮, 5-轮筒式复绕轮 (复绕轮), 5a-第一孔, 5b第二孔, 6-变速机构, 6a-太阳轮, 6b-行星轮, 6c-行星架, 6e-电磁制动器, 7-内齿圈, 8-顶部支架平台, 9-立筒式主框架, 10-配重体 牵引绳, 11-配重体, 1 Γ-固定导向绳, 12-控制拒, 13-平面涡卷弹簧, 14- 电控室门, 15-复绕轮支架, 16-配重体牵引绳紧固器, 17-配重体牵引绳紧 固孔, 18-多级减速器输出轴, 19-复绕轮轴, 20-导向轮支架, 21-导向轮轴 承, 22-导向轮调整定位凸部, 24-固定调节器, 106-多级减速器, 26-制动 器, 27-电机, 28-联轴器, 29-螺旋槽, 30-顶部平台密封罩, 114-控制面板, 115-导缆, 116-蓄电池组, 117-光伏组件, 118-风机水平旋转限位机构, 123- 风力发电机, 124-风轮, 125-风机控制器, 126-逆变器, 128-风机机舱, 129- 光伏控制器, 31 -抽油机控制管理及驱动系统。 具体实施方式

下文将结合附图描述本发明的实施例。 本领域技术人员将明白, 附图 并不需要精确地按照比例绘制, 其可以示意性示出本发明的一些特征, 甚 至可以在附图中夸张、 剖切、 省略本发明的一些特征以更好地显示或描述 本发明。

图 1至图 3示出了本发明抽油机的一个优选实施例。 参见图 1 , 本发 明中的轮筒式抽油机主要包括立筒式主框架 9, 抽油杆 1 , 配重体 11 , 设 在该主框架顶部的平台 8 , 布置在该平台 8上的电机 27、 多级减速器 106、 悬臂伸出平台外的导向轮 4、 和例如被复绕轮支架 15支撑的复绕轮 5。 优 选地, 还可以在平台 8上设置顶部平台密封罩 30以避免外界影响。 该电 机通过该多级减速器 106与该复绕轮 5相连接来驱动该复绕轮, 但可以想 到的是, 该电机也可以直接 (例如在轻载时)或通过其它装置间接地与复绕 轮相连接并驱动其绕复绕轮的纵轴线转动, 见下文详细描述。 在该实施例 中, 主框架 9具有立筒腔室和门 14, 用于控制电机的控制拒 12布置在该 立筒腔室内, 并且配重体 11以及配重体牵引绳 10延伸入该立筒腔室内。 本领域技术人员应当明白, 立筒式主框架 9的高度取决于抽油时冲程的长 度。立筒式主框架 9选用的钢材材质厚度应该适度考虑增强井架 性强度, 控制拒 12置于主框架的门 14的背面, 属室内工况。 由此一来, 除改善了 现有控制拒的野外工况环境外, 还加强了防盗与安全。 有利的是, 控制拒 的控制面板外挂布置在门 14外操作人员平视位置, 从而便于操作控制。

在一个更优选的实施例中, 为了降低立筒式主框架 9的高度, 在该立 筒腔室内与配重体相对的下方设有凹坑, 使得配重体 11 在向下运行过程 中, 能延伸入凹坑内, 从而在抽油杆冲程不变的情况下, 可以在一定程度 上降低立筒式主框架 9的高度。

在本发明中, 复绕轮如此构造和设置, 参见图 5和图 6, 分别示出了 抽油杆悬绳全绕入轮筒式复绕轮上和配重体牵 引绳全绕入复绕轮上的非 常示意的图示。 为了清楚起见, 图 5中省略了配重体牵引绳, 而图 6中省 略了抽油杆悬绳, 则在图 5和 6中的实现相应表示为悬绳或牵引绳, 而虚 线表示为未被所显示的悬绳或牵引绳占用的螺 旋槽。 在图 5和 6中为了体 现悬绳或牵引绳是悬垂下来的, 图 5和 6的复绕轮 5例如是从抽油机的正 面或背面看的, 但是本领域技术人员将明白这仅是示意性的示 出悬绳和牵 引绳的缠绕, 本发明不应局限于所示实施例, 例如各第一孔或第二孔可以 是处于别的位置, 以及悬绳或牵引绳有更多或更少的缠绕圈数。 在此所述 的全绕入, 是指在抽油杆的冲程的上止点和下止点时, 配重体牵引绳或抽 油杆悬绳相应地绕入复绕轮的最大程度。从图 5中还可以看出,作为示意, 例如复绕轮的直径 D=l米, 冲程为 8米时, 复绕轮 5的轮周上设有 2n=4 个沿平行于复绕轮轴线的直线间隔排列的第二 孔 5b,左右对称地分成位于 复绕轮左侧的两个左侧第二孔和位于复绕轮右 侧的两个右侧第二孔, 从每 个第二孔 5b各引出一根抽油杆悬绳 2,抽油杆悬绳 2延伸经过导向轮 4并 通过牵引器 3与抽油杆 1相连接构成抽油杆运行牵引系统。 从图 5-7中可 以看出, 轮筒式复绕轮 5的轮周上设有 2n=4个沿平行于复绕轮轴线的直 线间隔排列的第一孔 5a, 类似地分成 2个左侧第一孔和 2个右侧第一孔, 从每个第一孔 5a各引出一根配重体牵引绳 10,配重体牵引绳 10通过配重 体牵引绳紧固孔 17 (图 6 )与该配重体 11上的配重体牵引绳紧固器 16相 连接构成配重运行牵引系统。 在示出的实施例中, 用于抽油杆悬绳 2的 4 个第二孔 5b比用于配重体牵引绳 10的 4个第一孔 5a更靠近复绕轮的中 间部分。 然而, 用于配重体牵引绳 10的 4个第一孔 5a比相应的用于抽油 杆悬绳 2的 4个第二孔更靠近轮筒式复绕轮的中间部分也 在本发明的保 护范围内。

在图 5和 6所示的实施例中, 复绕轮 5具有沿其周向布置的 2m=16 圈螺旋槽 29, 其中 8圈螺旋槽位于该复绕轮 5的左半部分并且左旋, 而另 外 8圈螺旋槽位于该复绕轮 5的右半部分并且右旋, 四个第一孔 5a分别 布置在 16圈螺旋槽中的 4圈螺旋槽内, 而 4个第二孔布置在所述 16圈螺 旋槽中的另外 4 圈螺旋槽内。 如此设置, 使得从所述第一孔 5a出来的一 组 4根配重体牵引绳 10和从所述第二孔 5b出来的一组 4根抽油杆悬绳 2 中, 即互不干涉地相应绕进或绕出该复绕轮。 也就是说, 一组配重体牵引 绳 10和一组抽油杆悬绳 2共用复绕轮 5上的这些螺旋槽 29, 配重体牵引 绳离开螺旋槽时, 抽油杆悬绳绕进并占据相应的螺旋槽, 从而它们不会出 现相互干涉。 具体而言, 在图 5-7所示的实施例中, 在抽油机的工作过程 中, 为每一个第一孔与相邻的一个相应第二孔使得 它们之间延伸的螺旋槽 一部分供从它们引出的抽油杆悬绳 2和配重体牵引绳 10共用。 例如, 从 图 5和图 6可看出, 随着复绕轮 5从抽油杆悬绳全绕入的配置(图 5)转动 到图 6所示的抽油杆悬绳绕出复绕轮的配置, 配重体牵引绳相应地从复绕 轮绕入并到达图 6的全绕入位置。这种缠绕思想将在下文参考 9a-c描述。 而且, 这些抽油杆悬绳 2和配重体牵引绳 10设计成在安装时, 将抽油杆 悬绳或者配重体牵引绳之一绕满在该第一孔和 该相应的一个第二孔之间 延伸的所述螺旋槽 (且优选与该螺旋槽的长度大体相等或稍长) 而此时配 重体牵引绳或者抽油杆悬绳另一个相应地全离 开所述螺旋槽。 并且, 参见 图 5和 6, 在抽油机工作时, 在抽油机冲程的上止点, 至少一部分配重体 牵引绳仍缠绕在所述螺旋槽上 (如图 6的配重体牵引绳 10全绕入的视图); 而在抽油机冲程的下止点, 至少一部分抽油杆悬绳仍缠绕在所述螺旋槽上 (如图 5的抽油杆悬绳 2全绕入的视图)。 本发明的 "共用螺旋槽 "的设计使 得复绕轮的宽度大大减小, 从而自身转动惯量大大降低, 同时降低抽油机 的结构体积和用料。 且采用多根抽油悬绳和多根配重体牵引绳, 大大增强 了运行稳定性。 当其中一根绳松弛或出现其它故障时, 不会影响抽油机系 统的正常运行。

参见图 8 , 四个第一孔 5a和四个第二孔 5b沿该复绕轮周向的夹角设 计为 110度〜 145度, 优选为 120度, 且最好最小为大于等于 60。, 如此设 计使得在运行过程中, 配重体牵引绳 10和抽油杆悬绳 2的互不干扰并且 相对复绕轮 5的力矩始终相反。 本领域技术人员应当理解, 所述第一孔或 第二孔的数目为除 4之外的偶数也落在本发明的范围内, 例如 2, 6, 8等 等。 上述配置大大提高了抽油杆和配重体的运行稳 定性, 在其中一根绳出 现松弛的情况下, 也不影响配重体或抽油杆的运行。

根据本发明的更优选的实施例, 是这多根抽油杆悬绳和配重体牵引绳 是分别由一根母绳形成的。 仍以上述 n=2的图 5-图 7为例, 由一根母绳构 成 4根配重体牵引绳如此设置, 其中该母绳的一端通过可调固定器固定在 所述 4个第一孔 5a中靠近该复绕轮 5—端的第一个第一孔 (例如最左边第 一孔)处并且该母绳的另一端从该第一个第一 引出,随后该母绳的另一端 经该第一个第一孔相邻的第二个第一孔穿入该 复绕轮 5内并从与该第二个 第一孔相邻的第三个第一孔引出(在复绕轮 5 内安置有呈朝内凸起的定滑 轮形式的固定调节器 24 以防钢丝绳形式的悬绳弯折并适于调节各根绳 的 拉紧程度), 然后再穿入与该第三个第一孔相邻的第四个第 一孔 (最右边第 一孔)并通过可调的固定器固定于此处,从而 成 4根等长的配重体牵引绳 10。从由一条母绳伸出来的 4根抽油杆悬绳会形成相连接的下端(自由端 , 由此可在该连接的下端放置两个动滑轮 (见图 3)以更好地平衡对抽油杆的 悬挂。 由一根母绳构成 4根配重体牵引绳也可以类似地如此设置, 而且例 如在安装配重体牵引绳的母绳时也可以类似地 设置呈定滑轮形式的固定 调节器。 此外, 对于其他数目的第一孔和第二孔, 上述的设置也同样适用。

下面结合图 9a-9c所示的另一实施例的非常示意性的视图来 述配重 体牵引绳和抽油杆悬绳共用它们之间的螺旋槽 的配置以说明本发明的思 想。 在该实施例中, 螺旋槽的倾角被夸张示出, 且仅示意性地示出 n=l , m=8的情形,在此第二孔 5b比第一孔 5a更靠近中间。如图 9a和 9b所示, 通过垂直于复绕轮纵轴线 00,的横向中心线 TT,(在此未将嵌有内齿圈的 复绕轮部分考虑在内)将该复绕轮分成左半部 分和右半部份, 第一孔、第二 孔、 以及螺旋槽关于该横向中心线对称, 且从俯视角度看, 螺旋槽在复绕 轮上呈" \ / "形。 图 9c是示意性的复绕轮右视图, 并画出顺时针方向 R1是 抽油杆悬绳 2绕出而配重体牵引绳 10绕入复绕轮 5的方向; 而逆时针方 向 R2是抽油杆悬绳 2绕入而配重体牵引绳 10绕出复绕轮 5的方向。由此, 当复绕轮 5朝方向 R1旋转以使得抽油杆从冲程上止点处或附近朝 止点 处或附近运动时, 复绕轮上的抽油杆悬绳 2和配重体牵引绳 10例如从图 9a所示配置转变到图 9b所示配置 (其中绳以粗实线示出, 未被绳占据的螺 旋槽示出为虚线)。 由此可以明白, 当抽油杆悬绳 2随复绕轮的转动不断绕 出并离开螺旋槽时, 配重体牵引绳 10则持续地绕入该共用的螺旋槽。 而 且, 例如由于上述提到的第一孔 5a和四个第二孔 5b沿该复绕轮周向的夹 角设计, 配重体牵引绳 10 的绕入程度始终会以一定距离落后于抽油杆悬 绳 2的绕出程度, 例如存在图中以虚线画出的未被占用的螺旋槽 。 对于复 抽油杆悬绳 2和配重体牵引绳 10则相应地相反动作。 在本发明中, 在孔数一定的情况下, 螺旋槽的数目和配重体牵引绳或 抽油杆悬绳要卷绕的圈数有关, 而卷绕圈数又取决于复绕轮的直径和冲 程。 本领域技术人员应当明白, 为了使抽油机系统正常运行, 配重体牵引 绳或抽油杆悬绳在复绕轮上的缠绕长度大于抽 油机的冲程。

在抽油机运行时, 例如电机正转时带动轮筒式复绕轮 5顺时针转动, 四根抽油杆悬绳 2盘绕到轮筒复绕轮上, 由此拉动抽油杆 1向上运动, 此 时盘绕在轮筒式复绕轮 5上的螺旋槽内的配重体牵引绳 10因配重体 11的 重力作用向下运动; 在电机反转时, 带动轮筒式复绕轮 5逆时针转动, 配 重体牵引绳 10盘绕到轮筒式复绕轮 5并拉动配重体 11上行, 而这时盘绕 在轮筒式复绕轮 5轮周上的悬绳 2在抽油杆 1的重力和电机 27反转的合 力作用而向下。

电机 27的正转、 反转作功仅是改变抽油杆 1与配重体 11在相互重力 场的作用下往复上下运动的上、 下行方向, 克服轮筒复绕轮 5轮周与牵引 绳和悬绳的摩擦力等因素, 上、 下行运动方向中的相互平稳对称均利用各 自系统的自重落体产生的重力场势能, 往复改变运行方向靠电机 27的正、 反电动势并利用自然引力作用和机械配重的对 称性, 在机械传动发明设计 上充分利用势能与动能之间的互为转换紧密配 合, 加之电机数字化控制技 术完成了数控技术对抽油机的冲次和冲程的精 确度控制, 平衡转矩与最大 转矩之间的对负载 (载荷)需求的转矩跟随控制。 平衡转矩是常态工作时的 工况, 最大转矩出现在修井时卸载和装载工作的工况 , 及井下沙卡时克服 沙卡而由电机跟随控制输出的最大转矩。 这个转矩为配重体 11 单边被提 起到装载位的 2.5倍转矩。 此时, 配重体 11方向向下的重力还未计在内。

在轮筒复绕轮内部分别有配重体悬绳和抽油杆 牵引钢丝绳的可调固 定器及过渡定滑轮 (图 6)。 配重体 11 中间由一根钢丝绳作为固定导向绳 11, (参见图 2), 两对上、 下水平的滑轮浮悬于绳体的表面, 作用是配合配 重体 11的上行、 下行"轨迹", 配重体 11的上行、 下行位置过超, 受上、 下行程限位开关控制和报警停车。

在抽油机的运行过程中, 配重体运行牵引系统 (参见图 1)与抽油杆运 行牵引系统 (参见图 2)呈自身动平衡态势。 为了使多级减速器 106和轮筒 式复绕轮 5的内嵌齿圈的第一传动和第二传动在运行与 向时, 有更加平 稳运行效果, 在轮筒复绕轮 5筒体内部的两端分别装有一组平面涡卷弹簧 13(参见图 4) , 在抽油机的冲程处于最高点或最低点时, 其中仅一组平面 涡卷弹簧 13处于储能状态, 并且所述弹簧的伸展长度大于抽油杆的冲程。 在复绕轮筒体内的两组平面涡卷弹簧反向安装 , 参见图 11a, 在电机正向 转动时, 其中一组弹簧储能, 而另一组弹簧释能, 从而产生作用与反作用 力的力矩, 大大改善换向冲击。 平面涡卷弹簧的设置有助于辅助电机 27 平滑换向, 机械与电控相配柔性跟随。 更加减少电机 27 频繁换向所产生 的电损和机损 (联轴器)效果更加节电, 同时提高电机 27、 电控元件、 机械 部件耐用度等。 该平面涡面弹簧的安装例如可以在复绕轮(天 轮) 的任选 一端装设一个弹簧并转动复绕轮使其处于最大 储能态, 转动天轮的圈数与 周长的计算长度大于冲程所需长度, 此时通过固定销固定安装平面涡面弹 簧另一端在天轮内侧。 安装固定销时天轮不能让其转动, 然后以释放态在 另一端安装另一平面涡面弹簧。 上述工作完成后释放天轮筒。

在本发明中, 有利的是, 导向轮 4通过导向轮轴承 21安装在导向轮 支架 20上并通过后者可在与平台 8所在平面垂直的平面内相对该平台 8 向上枢转地安装在该平台 8上, 并且, 该导向轮 4通过转动复绕轮 5被驱 动相对平台 8向上枢转。 具体来说, 在导向轮支架 20和复绕轮 5的筒体 上设有挂环, 在修井过程中, 断开抽油杆和抽油杆悬绳, 需要而向上向后 扬起导向轮时, 将挂绳分别挂在导向轮支架和复绕轮筒体上, 从而将两者 可松开地相连接。 这种配置使得通过电机 27驱动复绕轮 5转动, 从而通 过挂绳拉动导向轮支架 20向上枢转, 进而使导向轮 5能被后拉上扬, 从 而便捷地让出修井空间, 而无需人工拆移导向轮或者移动整机, 大大节省 了修井的费用和时间。 在向上枢转导向轮 5的过程中, 优选通过点动控制 电机驱动复绕轮转动。 另外, 还优选在平台上设有挡板 (未示出), 用于限 定导向轮的向上枢转的角度。

另外, 按照本发明的优选方案, 还参见图 2, 在平台 8的靠近抽油杆 的一端还布有导向轮调整定位圓顶螺栓 22, 在这里该定位圓顶螺栓 22是 分别安装在平台 8两侧, 其与导向轮支架 20两侧上的凹口或凹槽相配合 将导向轮 4 固定就位, 并能防止导向轮支架 20左右偏移, 增强了结构稳 定性。 通过旋拧圓顶螺栓, 可以调整圓顶螺栓的高度, 从而调整导向轮 4 相对平台 8的仰角。 将导向轮 4布置成相对平台 8成一定的仰角, 能使导 向轮更容易地向上枢转。在本发明中,仰角例 如为 6度〜 12度,优选为 8〜10 度, 更优选为 9度, 另外通过调整仰角的大小, 还可以调整导向轮与井口 的相对位置。 如上文所述, 根据本发明的电机 27通过减速器 106与复绕轮 5相连 并驱动复绕轮。 按照本发明的一个优选实施例, 复绕轮的筒体内部的一端 嵌有内齿圈 7 , 该内齿圈 7与具有第一传动比的多级减速器 106的输出轴 18相啮合, 形成齿圈和齿轮轴的第二传动比。 这种设计, 改善了齿轮传动 的力学机构和工作环境, 使得传统系统不仅结构紧凑, 并且和传统的内齿 传动相比, 造价大大降低。 另外, 这种内齿传动齿啮合数增加, 增大了机 械力矩传递并且使齿间的磨损减小, 延长了齿轮轴和内齿圈的使用寿命。

参见图 7 , 多级减速器 106的输入端与通过联轴器 28与电机 27的输 出轴相连,并且在多级减速器 106远离联轴器 28的一侧(即外侧)配设有失 电刹车盘 26(即制动器), 形成机械传动系统和电力传动系统。 在这里, 多 级减速器 106 固定放置在立筒框架平台上, 而电机 27 固定在位于平台上 的电机支架上, 与多级减速器联轴器水平对接锁定。

但是本领域技术人员可以想到在轻载场合, 电机直接与复绕轮相连。 或者在如图 13-16所示的其它优选方案, 复绕轮同样设置有上述的端部内 齿圈 7 , 但区别在于电机通过变速机构 106与复绕轮 5的内齿圈 7相连。

图 13至图 15c所示的实施例基本上类似于图 1所显示的实施例, 但 有一个主要不同之处在于提供了呈行星传动形 式的变速机构 106。 参见图 13 , 本发明中的抽油机为轮筒式抽油机, 其中复绕轮 5可绕沿复绕轮纵轴 线延伸的复绕轮轴 19转动, 该变速机构 6包括太阳轮 6a、 围绕太阳轮 6a 的周向等间距布置的四个行星齿轮 6b和固定安装在复绕轮轴 19上的行星 架 6c, 其中电机 27输出端连接到太阳轮 6a而带动该太阳轮转动, 太阳轮 6a与每个行星齿轮 6b啮合进而带动各行星齿轮 6b转动,而各行星齿轮与 内齿圈 7啮合以驱动复绕轮 5转动, 如图 15a-15c所示。 本领域技术人员 应当理解, 虽然本实施例中行星齿轮 6b 的数目设置为四个, 但是根据具 体需要, 设置两个、 三个或更多数目的行星齿轮也落在本发明的范 围内。

有利的是, 电机 27为永磁同步曳引机 27 , 其输出端通过变速机构 6 联接到复绕轮 5以驱动该复绕轮转动本领域技术人员应当明 , 永磁同步 曳引机自身带有电磁制动器 6e, 因此不需要配设额外的电磁制动机构。 本 发明中的永磁同步曳引机例如可以是购自位于 许昌市的博玛曳引机制造 有限公司的 WYJ2-3.00/800无齿轮三相交流曳引机。 但本领域技术人员应 当明白, 根据具体需要, 也可以选择其它合适的永磁同步曳引机。

将永磁同步曳引机通过包括太阳轮、 行星齿轮和行星架变速机构直接 联接到复绕轮, 省去了传统的变速箱和其传动轴, 简化了传动机构, 实现 了有齿无传动轴式的传动, 并使抽油机的传动系统结构紧凑, 且由于内齿 圈的各部分受力均匀, 因此传动平稳, 磨损小。 与现有的采用圓柱齿轮减 速的减速器相比, 大大提高了传动效率, 并将能量输出损耗降至最低。 在 这里, 永磁同步曳引机固定在位于平台上的电机支架 上, 其输出端通过行 星齿轮 6b与复绕轮 5的内齿圈对接啮合。 这种传动系统尤其适用于长冲 程低冲次的抽油机。

在图 18中,类似于图 4地示出了平面涡卷弹簧 13布置在复绕轮 5中, 但图 18还示出行星齿轮传动型的变速机构连接到该 绕轮 5。

图 16示出了类似于图 13-15c的另一个实施例, 一个不同之处在于, 为了进一步加强立筒式主框架的强度, 在立筒式主框架 9的与抽油杆 1相 反的一侧设置加强结构, 并形成控制拒用腔室, 用于控制电机的控制拒 12 布置在该腔室内, 同样属室内工况,并改善了现有控制拒的野外 工况环境, 加强了防盗与安全。 同样地, 控制拒的控制面板 114外挂布置在门外操作 人员平视位置, 从而不需要进入立筒腔室内就能进行操作控制 。

另外, 考虑到目前海上风能单机发电功率最大已经达 到 5000KW, 并 且陆地风力发电机的输出功率也达到 2000KW到 3000KW之间,并且随着 风力发电技术的日渐成熟, 性能提高, 价格下降。 对于图 1至图 3中示出 的抽油机来说,传动功率的常态工况是 10KW左右,在井深 1000m ~ 1200m 提配重、 卸配重时的功率在 20KW到 25KW之间, 属于瞬时功率, 这很大 一部分取决于电机的转矩或转速。 因此, 一般的风力发电机和光能发电机 可以满足这种抽油机的供电需要。在深井情况 下,可以考虑加大功率和光、 风能的储备功率。

为此, 在图 16所示的该实施例中, 抽油机配设有风力发电系统, 该 风力发电系统包括顺次连接的风力发电机 123、 风机控制器 125和蓄电池 组 116, 而该蓄电池组 116经逆变器 126连接到至少用于控制电机 27的转 动的抽油机控制管理系统, 如图 17 所示。 从图中可以看出, 风力发电机 123布置在该主框架顶部的平台 8上, 并且风力发电机 123的风轮 124的 叶片直径不仅取决于期望的输出功率, 并且还要考虑到风轮 124的运转不 会干涉抽油机的正常运行。 另外, 还设有风机水平旋转限位机构 118 , 用 于控制风力发电机 123的转动范围, 进一步防止风轮 124的叶片干涉抽油 机的运行。 有利的是, 蓄电池组 116安置在配重体 11 中并通过导缆 115 连接电机, 这样不仅节约了空间, 还能起到配重的作用。

另外, 除了风力发电系统之外, 抽油机还可配设有光能发电系统, 该 光能发电系统包括连接到所述蓄电池组 116的光伏组件 117, 该光伏组件 117和该蓄电池组 116之间设有光伏控制器 29。

在本发明中, 考虑到风力发电机的功率曲线与风场风力的强 弱有关, 为了合理的分配风力发电功率, 采取了以下手段, 即强风条件下的多余功 率用于充电, 并且在风场风能大于光能的自然条件下, 光能发电系统获得 的能量可仅用于充电。 在这里, 蓄电池组 16起到调峰的作用。 在本发明 中, 还考虑到将区域的气象资料输入至抽油机控制 管理系统中 31 , 随机处 理分配有利能量。 此外, 本发明还提供一种用于上述抽油机的控制系统 , 该系统结构主要具有抽油驱动装置,其用来驱 动抽油杆上行、下行的动作; 抽油机控制装置, 其用来控制所述抽油驱动装置。 该系统例如可以是如上 文所述的抽油机控制管理系统, 或其它合适的控制系统。

下面结合图 10a-12 描述根据本发明的控制抽油机的一种控制方法 及 其效果。 其中, 抽油机控制系统的综合数控目的是针对抽油机 在生产中实 际的工况, 即冲次、 冲程、 换向三大要素实现精细、 精确的实时控制, 可 获取综合效率的最佳效果。

图 12为对抽油杆的冲程行程 D的上下运行速度 VI、 V2的控制曲线, 其中 CI , C3为加速段; El , E2为匀速段; C2, C4为减速段; Z为积分 时间(还可以参见图 l ib ); D为冲程及 T/m代表一个冲次。 首先确认设定 最终冲程值 9(冲程值可小数点位细分), 再设定上行速度 VI 和下行速度 V2的速度值; 下行速度 V2慢于上行速度 VI , 以加长油泵内液量聚集的 填充时间, 提高产液量, 此种上、 下行分速度运行功能是传统式抽油机无 法实现的。 VI、 V2 的速度可调实际是对电机正、 反转速分别设定输出频 率与 S字特性控制。 关于控制系统对冲次的控制, 电机 27正、 反转为抽 油杆上行、下行的一次运行周期 (T/m),每分钟单位时间内运行周期的次数 多少即冲次。 可通过对电机 27每分钟换向的正、 反转不同转速控制多少 回实现。 主要是针对电机 27每分钟转换的正转、 反转的转速控制。 正、 反转不同转速决定了控制冲次和抽油杆 1上行和下行的速度,

此外, 控制系统提供了换向柔性的控制。 电机 27在正、 反向的交替 换向瞬间, 要求控制器控制电机 27有 0.1s的积分时间 Z以为电机的换向 提供电阻尼, 使多极减速器 106(第一传动比)内多组齿轮及复绕轮内嵌齿 圈(第二传动比)在正、 反的齿间柔性啮合, 以防齿轮正、 反交替换向长期 连续运行在硬连接过程中, 因过冲力造成打齿现象, 控制装置对电机 27 的换向柔性控制功能。 另外, 加之机械平面涡卷弹簧装置在换向时起到作 用与反作用力和储能特性、 平滑緩冲特征均收到实用效果。

图 10a示出了感应电机在不受控制的情况下, 电机输出轴正、 反切换 运动的压力 P与时间 T的关系曲线,其中显示了电机换向区域^^的转 动惯量 变化; 图 10b是在复绕轮不被控制的情况下, 复绕轮的正、 反向切换运动 的压力与时间的关系曲线, 其中显示了复绕轮换向区域 M 2 的转动惯量变 化; 图 10c是在电机和复绕轮不被控制的情况下, 变速机构输出齿轮轴与 复绕轮的筒体的内齿啮合正、 反向切换运行的压力与时间的关系曲线, 其 中显示在换向区域 M 3 中的转动惯量和冲量的刚性叠加; 图 11a是复绕轮筒 体内部的一对平面涡卷弹簧的物理特性曲线, 其中正反作用力同时产生, 如图所显示当一平面涡卷弹簧处于储能状态 时, 另一平面涡卷弹簧处于 释能状态 Qo, 反之则反, 这也可称作机械阻尼。 图 l ib是感应电机、 永磁 同步电机被控后输出轴正 /反切换时的转速和时间的关系,其中示出了 换 向之间的积分时间 Z, 这可以被视为电阻尼。 通过本发明的控制系统对本 发明抽油机的电阻尼控制, 最后能够使本发明的轮筒式抽油机获得图 11c 所示的根据本发明的滚筒式抽油机工况曲线 P 这相比于现有的游梁式抽 油机工况曲线 P 2 显著地改善了换向时的性能, 例如避免了图 11c中阴影所 显示的过冲区域8。

综合以上描述说明本发明的抽油机在生产过程 的一些有益效果:

1、 节电率高: 本发明的抽油机结构将原有传统的游梁式抽油 机的圓 周运动变直线做功使机械传动效率大大提高, 节电率在 50— 70%之间, 这 例如是通过提供轴向尺寸较小的复绕轮、 改善的变速机构以及充分利用清 洁能源实现的。

2、 通过共用螺旋槽的思想,使得复绕轮的轴向尺 寸显著降低, 因此在 减少能耗的同时, 能够提供良好的转矩平衡, 而也能很好地适用于现有的 较窄的配重。

3、 高精度调节配重, 省时、 省力, 最终实效基本消除了电动机因外 作用自身产生电动势再生发电的耗损, 并因而可以设置电能回馈装置以将 例如换向时摩擦所产生的力再回馈到电网。

4、 方便调整配重、 冲次、 冲程, 实行抽油生产的优化管理, 收到对 优化采油需要自动间歇抽油的效果。 间歇抽油的间隔时间可任意设定, 由 控制管理系统自动完成。 这样可以大量减少做多种无用功的耗费, 减少泵 体磨损次数, 增加原有泵体的使用寿命, 同时达到节电效果。

5、 可任意调节油杆的上、 下行的速度, 调上行速度快, 下行速度慢 的结果是, 上行加快出液量的速度, 下行慢使油泵腔体内充油液的时间加 长。 再次提高泵效。

6、 本发明的系统例如能够采用工业级 GSM中文(英文)短信单元, 监控时间形式, 即报、 巡报、 查报监控暂停内容、 冲程、 冲次、 温升、 电 流、 电压、 电度表度数、 示功图、 P值、 S值等。

7、 本发明的控制系统例如还提供了电机与复绕轮 的多种连接方式。

8、 根据本发明的复绕轮的缠绕方式结合本发明的 抽油机其余部件能 够很好地控制根据本发明的抽油机工作过程中 的动平衡。 虽然上文中已经 在一定程度上详细地对本发明的多个实施例进 行了描述, 应当理解, 以上 描述是示范性而非限制性的。 在不背离本发明的精神或范围的情况下, 本 技术领域内的普通技术人员可以对这些公开的 实施例做出多种改变。