專利名稱：動態平衡游梁式抽油機及其使用方法
技術領域：
本發明涉及抽油機技術領域，是一種動態平衡游梁式抽油機及其使用方法。
背景技術：
自二十世紀三十年代，前蘇聯人根據理論力學中的杠桿原理發明了游梁式抽油機，其具有結構簡單，性能穩定，維護方便等優勢，至今仍然是世界油田開采石油普遍采用的主要舉升設備。從采油方式上可分為兩種有桿類采油設備和無桿類采油設備。目前使用最廣泛的有桿類采油設備當屬游梁式抽油機，該系統由三部分組成地面部分、井下部分和中間部分。地面部分由電動機、減速箱和四連桿機構組成。在長期的發展中，游梁式抽油機經過多次技術革新，衍生出很多機型，結構形式各異。如常規曲柄平衡抽油機、常規復合游梁平衡抽油機，懸掛偏置易調抽油機等。雖然種類型號各異，但機構原理大致相同，均是采用四連桿機構。其采油原理均是電動機通過皮帶和減速器帶動曲柄作勻速圓周運動，曲柄通過連桿帶動四連桿機構的游梁以支架上中央軸承為支點，做上下擺動，驅動游梁前端的驢頭懸點(該懸點連接抽油桿)，帶動油泵柱塞做上下往復直線運動，實現機械采油。雖然游梁式抽油機得到了石油行業的普遍應用，但仍然存在以下亟待解決的問題，即傳統游梁式抽油機主要有以下缺陷
1、機械損失多眾所周知，機械損失系數是一架機器工作效率的象征，由于游梁式抽油機是一種電動機通過減速箱帶動變形的四連桿機構，且每一個連桿機構及機械傳動結構能產生接近8%的機械損失，那么照此算下來四連桿機構所產生的機械損失就達到30-40 %。2、整體系統調沖程、調沖次不便傳統四連桿機構游梁式抽油機只能通過更換皮帶輪，及更換減速器的減速比來改變抽油機的沖次；通過改變四連桿的曲柄長度來改變抽油機的沖程；調節需要專業人員操作，且實現起來還費時、費力。3、機構繁雜且故障率高目前普通游梁式抽油機的結構復雜，系統運行期間極易造成磨損，尤其是作為機械減速系統執行機構的齒輪減速器，長期在變負荷的狀態下工作， 齒輪的摩擦損傷極易形成。故而傳統游梁式抽油機的齒輪減速器更換頻繁，從而造成極大的經濟損失。4、傳統游梁式抽油機系統整體效率低由于傳統游梁式抽油機工作在交變負荷的狀態下，且起動轉矩大，所以正常運行的抽油機電動機只能工作在欠負荷的狀態，所以電機的功率因數和效率都比較低，平均運行效率只有25%，電能浪費大。

發明內容
本發明提供了一種動態平衡游梁式抽油機及其使用方法，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決現有游梁式抽油機機械損失多、耗能大、結構復雜、故障率高和工作效率低的問題。本發明的技術方案之一是通過以下措施來實現的一種動態平衡游梁式抽油機， 包括底座、支架、游梁、左驢頭、右驢頭、配動裝置和能控制配動裝置移動的控制裝置；在底座上固定安裝有支架，游梁的中部通過中軸鉸接在支架上，在游梁的左端和右端分別固定安裝有左驢頭和右驢頭，在左驢頭上安裝有平衡配重，在游梁上安裝有能沿游梁左右移動的配動裝置，在中軸上固定安裝有角位移傳感器，角位移傳感器的信號輸出端與控制裝置的角位移信號輸入端通過導線電連接在一起。下面是對上述發明技術方案之一的進一步優化或/和改進
上述配動裝置可包括直線電機和配重塊；而直線電機包括直線電機動子和直線電機定子；直線電機定子固定安裝在游梁上；能沿直線電機定子左右移動的直線電機動子安裝在直線電機定子上，在直線電機動子上固定安裝有配重塊。上述直線電機定子兩端可分別固定安裝有配動裝置限位開關，限位開關的信號輸出端通過導線與控制裝置的限位信號輸入端電連接在一起。上述配動裝置可包括絲杠、伺服電機和配重塊，在游梁頂部的左端和右端分別固定安裝有左絲杠軸承支座和右絲杠軸承支座，絲杠的左端和右端分別安裝在左絲杠軸承支座和右絲杠軸承支座內，在絲杠上安裝有能沿絲杠左右移動的伺服電機，在伺服電機上固定安裝有配重塊。上述絲杠可為滾珠絲杠。上述左絲杠軸承支座和右絲杠軸承支座上可分別固定安裝有配動裝置限位開關， 限位開關的信號輸出端通過導線與控制裝置的限位信號輸入端電連接在一起。上述左驢頭上可通過鋼絲繩安裝有平衡配重。上述控制裝置包括變頻器、智能控制器和控制參數操作接口 ；智能控制器的控制信號輸出端通過導線與變頻器的控制信號輸入端電連接，直線電機或伺服電機由變頻器供給的三相變頻電源來驅動。本發明的技術方案之二是通過以下措施來實現的一種上述任意技術方案的動態平衡游梁式抽油機的使用方法，其在于按下述方法進行首先通過控制參數操作接口給智能控制器設置左設定角和右設定角，在抽油過程中，直線電機或伺服電機在三相變頻電源的驅動下使配動裝置向右驢頭方向運動，此時游梁也往右方擺動，當智能控制器接受到的角位移傳感器測到配動裝置所到達右側位置所對應的角度等于或大于右設定角時，智能控制器給變頻器發送信號，變頻器將三相變頻電源換向，控制配動裝置轉向向左移動；當智能控制器接受到的角位移傳感器測到配動裝置所到達左側位置所對應的角度等于或大于左設定角時，智能控制器給變頻器發送信號，變頻器將三相變頻電源換向，控制配動裝置轉向向右移動；如此反復循環，達到帶動抽油泵抽油的目的。本發明結構合理而緊湊，使用方便，通過配動裝置在游梁上左右移動而進行抽油工作，因此具有操作簡單、機械損失小、便于調沖次、節能降耗和工作效率高的特點。


附圖1為本發明實施例1的主視結構示意圖。附圖2為本發明實施例2的主視結構示意圖。附圖3為本發明實施例1的電氣控制原理圖。附圖中的編碼分別為1為底座，2為支架，3為游梁，4為左驢頭，5為右驢頭，6為控制裝置，7為中軸，8為平衡配重，9為角位移傳感器，10為鋼絲繩，11為左絲杠軸承支座，12為右絲杠軸承支座，13為直線電機動子，14為直線電機定子，15為配重塊，16為絲杠，17 為伺服電機，A為控制參數操作接口，C為變頻器，D為直線電機或伺服電機，F為抽油泵，H 為三相變頻電源，PLC為智能控制器。
具體實施例方式本發明不受下述實施例的限制，可根據本發明的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。在本發明中，為了便于描述，各部件的相對位置關系的描述均是根據說明書附圖的布圖方式來進行描述的，如上.下.左·右等的位置關系是依據說明書附圖的布圖方向來確定的。下面結合實施例及附圖對本發明作進一步描述
如附圖1、2所示，該動態平衡游梁式抽油機包括底座1、支架2、游梁3、左驢頭4、右驢頭5、配動裝置和能控制配動裝置移動的控制裝置6 ；在底座1上固定安裝有支架2，游梁3 的中部通過中軸7鉸接在支架2上，在游梁3的左端和右端分別固定安裝有左驢頭4和右驢頭5，在左驢頭4上安裝有平衡配重8，在游梁3上安裝有能沿游梁3左右移動的配動裝置，在中軸7上固定安裝有角位移傳感器9，角位移傳感器9的信號輸出端與控制裝置6的角位移信號輸入端通過導線電連接在一起。可根據實際需要，對上述動態平衡游梁式抽油機作進一步優化或/和改進 實施例1 如附圖1所示，配動裝置包括直線電機和配重塊15 ；而直線電機包括直線電
機動子13和直線電機定子14 ；直線電機定子14固定安裝在游梁3上；能沿直線電機定子 14左右移動的直線電機動子13安裝在直線電機定子14上，在直線電機動子13上固定安裝有配重塊15。根據需要，直線電機定子14兩端分別固定安裝有配動裝置限位開關，限位開關的信號輸出端通過導線與控制裝置6的限位信號輸入端電連接在一起。這樣，當直線電機定子14和配重塊15與配動裝置限位開關接觸時即可停下，可避免直線電機定子14和配重塊 15往兩側移動的太多而造成事故。實施例2 如附圖2所示，配動裝置包括絲杠16、伺服電機17和配重塊15，在游梁 3頂部的左端和右端分別固定安裝有左絲杠軸承支座11和右絲杠軸承支座12，絲杠16的左端和右端分別安裝在左絲杠軸承支座11和右絲杠軸承支座12內，在絲杠16上安裝有能沿絲杠16左右移動的伺服電機17，在伺服電機17上固定安裝有配重塊15。在實施例2中，如附圖2所示，絲杠16最好為滾珠絲杠。根據需要，左絲杠軸承支座11和右絲杠軸承支座12上分別固定安裝有配動裝置限位開關，限位開關的信號輸出端通過導線與控制裝置6的限位信號輸入端電連接在一起。這樣，當伺服電機17和配重塊15 與配動裝置限位開關接觸時即可停下，可避免伺服電機17和配重塊15往兩側移動的太多而造成事故。可根據實際需要，對上述動態平衡游梁式抽油機作進一步優化或/和改進 如附圖1、2所示，根據需要，左驢頭4上通過鋼絲繩10安裝有平衡配重8。如附圖1、2所示，控制裝置6包括變頻器C、智能控制器PLC和控制參數操作接口 A ；智能控制器PLC的控制信號輸出端通過導線與變頻器C的控制信號輸入端電連接，直線電機或伺服電機D由變頻器C供給的三相變頻電源來驅動。上述動態平衡游梁式抽油機的使用方法，其在于按下述方法進行首先通過控制參數操作接口給智能控制器設置左設定角和右設定角，在抽油過程中，直線電機或伺服電機在三相變頻電源的驅動下使配動裝置向右驢頭方向運動，此時游梁也往右方擺動，當智能控制器接受到的角位移傳感器測到配動裝置所到達右側位置所對應的角度等于或大于右設定角時，智能控制器給變頻器發送信號，變頻器將三相變頻電源換向，控制配動裝置轉向向左移動；當智能控制器接受到的角位移傳感器測到配動裝置所到達左側位置所對應的角度等于或大于左設定角時，智能控制器給變頻器發送信號，變頻器將三相變頻電源換向， 控制配動裝置轉向向右移動；如此反復循環，達到帶動抽油泵抽油的目的。本發明實施例1的使用過程控制裝置包括變頻器C、智能控制器PLC和控制參數操作接口 A ；智能控制器PLC的控制信號輸出端通過導線與變頻器C的控制信號輸入端電連接，直線電機D由變頻器C供給的三相變頻電源來驅動。使用時，首先通過控制參數操作接口 A給智能控制器PLC設置左設定角和右設定角，在抽油過程中，直線電機動子13和配重塊15在三相變頻電源H的驅動下向右驢頭5方向運動，此時游梁3也往右方擺動，當智能控制器PLC接受到的角位移傳感器9測到直線電機動子13和配重塊15所到達右側位置所對應的角度等于或大于右設定角時，智能控制器PLC給變頻器C發送信號，變頻器C將三相變頻電源H換向，控制直線電機D反轉，此時直線電機動子13和配重塊15向左移動；當智能控制器PLC接受到的角位移傳感器9測到直線電機動子13和配重塊15所到達左側位置所對應的角度等于或大于左設定角時，智能控制器PLC給變頻器C發送信號，變頻器C將三相變頻電源H換向，控制直線電機D正轉，此時直線電機動子13和配重塊15向右移動， 如此反復循環，達到帶動抽油泵F抽油的目的。同理，對于實施例2，控制裝置包括變頻器C、智能控制器PLC和控制參數操作接口 A ；智能控制器PLC的控制信號輸出端通過導線與變頻器C的控制信號輸入端電連接，伺服電機D由變頻器C供給的三相變頻電源來驅動；絲杠16、伺服電機17和配重塊15形成的配動裝置也是由變頻器C供給的三相變頻電源H驅動(具體為伺服電機D由變頻器C供給的三相變頻電源來驅動)，其工作控制過程與直線電機和配重塊15形成的配動裝置的工作過程相似。以上技術特征構成了本發明的實施例，其具有較強的適應性和實施效果，可根據實際需要增減非必要的技術特征，來滿足不同情況的需求。
權利要求
1.一種動態平衡游梁式抽油機，其特征在于包括底座、支架、游梁、左驢頭、右驢頭、配動裝置和能控制配動裝置移動的控制裝置；在底座上固定安裝有支架，游梁的中部通過中軸鉸接在支架上，在游梁的左端和右端分別固定安裝有左驢頭和右驢頭，在左驢頭上安裝有平衡配重，在游梁上安裝有能沿游梁左右移動的配動裝置，在中軸上固定安裝有角位移傳感器，角位移傳感器的信號輸出端與控制裝置的角位移信號輸入端通過導線電連接在一起。
2.根據權利要求1所述的動態平衡游梁式抽油機，其特征在于配動裝置包括直線電機和配重塊；而直線電機包括直線電機動子和直線電機定子；直線電機定子固定安裝在游梁上；能沿直線電機定子左右移動的直線電機動子安裝在直線電機定子上，在直線電機動子上固定安裝有配重塊。
3.根據權利要求2所述的動態平衡游梁式抽油機，其特征在于直線電機定子兩端分別固定安裝有配動裝置限位開關，限位開關的信號輸出端通過導線與控制裝置的限位信號輸入端電連接在一起。
4.根據權利要求1所述的動態平衡游梁式抽油機，其特征在于配動裝置包括絲杠、伺服電機和配重塊，在游梁頂部的左端和右端分別固定安裝有左絲杠軸承支座和右絲杠軸承支座，絲杠的左端和右端分別安裝在左絲杠軸承支座和右絲杠軸承支座內，在絲杠上安裝有能沿絲杠左右移動的伺服電機，在伺服電機上固定安裝有配重塊。
5.根據權利要求4所述的動態平衡游梁式抽油機，其特征在于絲杠為滾珠絲杠。
6.根據權利要求4或5所述的動態平衡游梁式抽油機，其特征在于左絲杠軸承支座和右絲杠軸承支座上分別固定安裝有配動裝置限位開關，限位開關的信號輸出端通過導線與控制裝置的限位信號輸入端電連接在一起。
7.根據權利要求1或2或3或4或5所述的動態平衡游梁式抽油機，其特征在于左驢頭上通過鋼絲繩安裝有平衡配重。
8.根據權利要求6所述的動態平衡游梁式抽油機，其特征在于左驢頭上通過鋼絲繩安裝有平衡配重。
9.根據權利要求1或2或3或4或5所述的動態平衡游梁式抽油機，其特征在于控制裝置包括變頻器、智能控制器和控制參數操作接口 ；智能控制器的控制信號輸出端通過導線與變頻器的控制信號輸入端電連接，直線電機或伺服電機由變頻器供給的三相變頻電源來驅動。
10.根據權利要求8所述的動態平衡游梁式抽油機，其特征在于控制裝置包括變頻器、 智能控制器和控制參數操作接口 ；智能控制器的控制信號輸出端通過導線與變頻器的控制信號輸入端電連接，直線電機或伺服電機由變頻器供給的三相變頻電源來驅動。
11.一種根據權利要求1至10中的任意權利要求所述的動態平衡游梁式抽油機的使用方法，其特征在于按下述方法進行首先通過控制參數操作接口給智能控制器設置左設定角和右設定角，在抽油過程中，直線電機或伺服電機在三相變頻電源的驅動下使配動裝置向右驢頭方向運動，此時游梁也往右方擺動，當智能控制器接受到的角位移傳感器測到配動裝置所到達右側位置所對應的角度等于或大于右設定角時，智能控制器給變頻器發送信號，變頻器將三相變頻電源換向，控制配動裝置轉向向左移動；當智能控制器接受到的角位移傳感器測到配動裝置所到達左側位置所對應的角度等于或大于左設定角時，智能控制器給變頻器發送信號，變頻器將三相變頻電源換向，控制配動裝置轉向向右移動；如此反復循環，達到帶動抽油泵抽油的目的。
全文摘要
本發明涉及抽油機技術領域，是一種動態平衡游梁式抽油機及其使用方法，其包括底座、支架、游梁、左驢頭、右驢頭、配動裝置和能控制配動裝置移動的控制裝置；在底座上固定安裝有支架，游梁的中部通過中軸鉸接在支架上，在游梁的左端和右端分別固定安裝有左驢頭和右驢頭，在左驢頭上安裝有平衡配重，在游梁上安裝有能沿游梁左右移動的配動裝置，在中軸上固定安裝有角位移傳感器，角位移傳感器的信號輸出端與控制裝置的角位移信號輸入端通過導線電連接在一起。本發明結構合理而緊湊，使用方便，通過配動裝置在游梁上左右移動而進行抽油工作，因此具有操作簡單、機械損失小、便于調沖次、節能降耗和工作效率高的特點。
文檔編號E21B43/00GK102251761SQ20111015603
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月12日 優先權日2011年6月12日
發明者張漢, 祝勇, 章敬, 衣懷峰 申請人:克拉瑪依市博瑞科技發展有限公司