專利名稱：液壓抽油機的動力單元及包括該動力單元的液壓抽油機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種采油設備，特別涉及一種液壓抽油機的動力單元及包括該動力單元的液壓抽油機。
背景技術：
目前的采油通常利用傳統的磕頭機驅動。但是，傳統的磕頭機在節能方面效率很低。比如，在油缸中的活塞桿帶動井下泵和抽油桿完成一個采油循環之后抽油桿再次下降采油時，活塞桿和抽油桿等下降產生的重力勢能不能被有效地利用，從而造成能量的巨大浪費。此外,傳統的磕頭機設備重量大、高度高、占地空間大,從而造成成本很高,安裝維修不便。
實用新型內容考慮到現有技術的上述缺陷，本實用新型要解決的技術問題是提供一種高效節能的液壓抽油機的動力單元。根據本實用新型，提供了一種液壓抽油機的動力單元，該動力單元包括:電機；由該電機驅動以帶動井下泵抽油桿往復移動的二次調節技術液壓馬達；由二次調節技術液壓馬達選擇性地驅動以蓄能或釋放能量的氣體加載式蓄能器；設置在二次調節技術液壓馬達和氣體加載式蓄能器之間的液控單向閥；被觸發以設定井下泵抽油桿的沖程的傳感器；控制閥，其基于所述傳感器的信號分別控制二次調節技術液壓馬達的運轉方式以及液控單向閥的反向流通與截止。優選地，所述氣體加載式蓄能器是活塞式蓄能器，其包括缸筒、設置在缸筒內以將缸筒分隔為氣腔和油腔的活塞、與氣腔相連以供給氣體的氣源。優選地，所述動力單元還包括通過控制閥向二次調節技術液壓馬達以及液控單向閥供給控制油的控制泵，所述控制泵與電機、二次調節技術液壓馬達同軸布置。優選地,所述動力單元還包括與該電機傳動連接并由二次調節技術液壓馬達選擇性地驅動以蓄能或釋放能量的飛輪。優選地，所述飛輪與電機、二次調節技術液壓馬達同軸布置。優選地，二次調節技術液壓馬達是負擺角控制型柱塞馬達。優選地，在液控單向閥和氣體加載式蓄能器之間設置泄壓閥，氣體加載式蓄能器設置安全閥，二次調節技術液壓馬達以及控制泵分別連接泄壓閥，二次調節技術液壓馬達還與補油單向閥連接。優選地，所述動力單元還包括由二次調節技術液壓馬達驅動進而帶動井下泵抽油桿往復移動的油缸和油缸活塞桿。優選地，所述動力單元還包括由二次調節技術液壓馬達驅動進而帶動井下泵抽油桿往復移動的液壓絞車。本實用新 型還提供了一種液壓抽油機，其包括至少一個前述的動力單元。[0014]本實用新型通過利用二次調節技術液壓馬達交替用作泵和馬達，使得油缸活塞桿和抽油桿下降產生的勢能被氣體加載式蓄能器存儲起來以隨后驅動油缸活塞桿上升，從而減小了電機損耗，能夠使用功率較小的電機，并且減小了動力單元的重量，降低了設備成本。
圖1示出了本實用新型的液壓抽油機的動力單元的控制簡化圖。
具體實施方式
現在參照附圖描述本實用新型的實施例。其中相同或類似的部件采用相同的附圖本實用新型的液壓抽油機的動力單元的控制方式示出在圖1中。
如圖1所示,該動力單元100包括:電機I ;由該電機I驅動的二次調節技術液壓馬達2 ;與該電機I傳動連接的飛輪3 ;與二次調節技術液壓馬達2液壓傳動連接的氣體加載式蓄能器4 ;設置在二次調節技術液壓馬達2和氣體加載式蓄能器4之間的液控單向閥44 ;由二次調節技術液壓馬達2控制進而帶動井下泵的抽油桿往復移動的油缸6和油缸活塞桿61 ;被觸發以設定油缸活塞桿61的沖程(即抽油桿的沖程)的傳感器7 ;控制閥8，其根據來自傳感器7的信號控制二次調節技術液壓馬達2的運轉方式和液控單向閥44的反向流通與截止；其中，在油缸活塞桿61下降的過程中，二次調節技術液壓馬達2通過控制閥8改變運轉方式用作馬達，驅動飛輪3和氣體加載式蓄能器4蓄能。在油缸活塞桿61上升的過程中，氣體加載式蓄能器4通過液控單向閥44釋放所存儲的能量，并且飛輪3也釋放能量，二次調節技術液壓馬達2通過控制閥8改變運轉方式用作泵，從而由飛輪3和氣體加載式蓄能器4釋放的能量以及電機I驅動二次調節技術液壓馬達2進而帶動油缸活塞桿61上升米油。通過設置既能用作泵又能用作馬達的二次調節技術液壓馬達2，使得油缸活塞桿61和抽油桿在下降過程中的勢能被利用來驅動飛輪3和氣體加載式蓄能器4蓄能。反之，在油缸活塞桿61和抽油桿上升過程中，飛輪3和氣體加載式蓄能器4所儲存的能量被利用來驅動油缸活塞桿61和抽油桿上升。從而，大大節省了用電量損耗。電機I可以采用普通電機，優先采用滑差電機。二次調節技術液壓馬達2優選為帶負擺角控制的變量柱塞馬達，在控制閥8的作用下可以改變斜盤擺角以轉換運轉方式，在油缸活塞桿61上升時，二次調節技術液壓馬達2為正擺角用作泵；在油缸活塞桿61下降時，二次調節技術液壓馬達2為負擺角用作馬達。飛輪3與電機1、二次調節技術液壓馬達2傳動連接。在油缸活塞桿61下降時，用作馬達的二次調節技術液壓馬達2驅動飛輪3加速旋轉，從而將活塞桿61下降產生的勢能轉換成飛輪3的旋轉動能存儲起來。而在油缸活塞桿61上升時，飛輪3的旋轉動能經傳動軸傳遞至用作泵的二次調節技術液壓馬達2。氣體加載式蓄能器4優選為性能穩定的活塞式蓄能器，其包括缸筒41、設置在缸筒41內將缸筒41分隔為氣腔411和油腔412的活塞42以及與氣腔411相連以供給氣體比如氮氣的氣源43比如氮氣瓶。液控單向閥44與控制閥8相連以被控制實現在蓄能時反向截止，在釋放能量時反向流通。活塞42能夠在缸筒41內往復運動以不斷壓縮氣體蓄積能量或者使氣體膨脹釋放能量。在油缸活塞桿61下降時，用作馬達的二次調節技術液壓馬達2驅動氣體加載式蓄能器4，使液壓油經由液控單向閥44進入缸筒41以壓縮氣腔內的氣體，從而將活塞桿61下降產生的勢能轉換成氣體的壓縮能量存儲起來。而在油缸活塞桿61上升時，液控單向閥44由控制閥8供給控制壓力油，從而反向流通，被壓縮的氣體推動活塞42排出液壓油，從而釋放所存儲的壓縮能量以驅動用作泵的二次調節技術液壓馬達2。為了防止油腔412內的油壓過高，油腔412連通有泄壓閥46。同樣，為了防止氣腔411內的氣壓過高，氣腔411連通有安全閥45。油缸6安裝在油缸支架上，油缸活塞桿61與井下泵的抽油桿連接，以帶動抽油桿上下往復運動。優選地，油缸活塞桿61與井下泵的抽油桿布置在一條直線上，從而兩者始終沒有偏心地共線，保證了井下泵抽油桿可以長時間工作，延長了使用壽命。傳感器7安裝在油缸6的油缸支架上，用來檢測油缸活塞桿61的位置。其中，傳感器7優選為位移傳感器，其可以是開關量傳感器，比如分別設置在油缸支架的上下部的兩個接近開關:上部接近開關71和下部接近開關72，如圖1所示，上部接近開關71和下部接近開關72可以為常閉型，也可以為常開型，其間的距離決定了油缸活塞桿61的沖程。傳感器7也可以是模擬量傳感器，從而可以在最大沖程范圍內的任何位置改變沖程。控制閥8優選為電磁換向閥，比如比例閥中的比例減壓閥、比例換向閥等，其具有兩個比例電磁鐵，根據傳感器7傳來的信號對不同的比例電磁鐵通電，從而可以切換二次調節技術液壓馬達2和液控單向閥44的運轉方式。并且，根據對比例電磁鐵通電的電流大小，能夠改變柱塞馬達的排量，從而改變油缸活塞桿61的運動速度。控制閥8也可以通過普通電磁換向閥和壓力閥來實現，但速度無法電氣調節，而需要手動調節。該動力單元用于連接到油箱以給二次調節技術液壓馬達2供油。
另外，該動力單元還包括控制泵9，以通過控制閥8給二次調節技術液壓馬達2和液控單向閥44供給控制油來改變運轉方式。二次調節技術液壓馬達2和控制泵9的輸出端均連接泄壓閥，防止泵內壓力過高。優選地，飛輪3、電機1、二次調節技術液壓馬達2以該順序同軸布置，更優選地，飛輪3、電機1、二次調節技術液壓馬達2以及控制泵9以該順序同軸布置，使得這些部件均由一個電機供電，從而整個動力單元100的結構緊湊。其中，在飛輪3、電機1、二次調節技術液壓馬達2以及控制泵9之間的傳動軸始終沿同一方向旋轉,如圖1中的順時針方向箭頭所示。該液壓抽油機的動力單元100通過將油缸活塞桿61與井下泵的抽油桿連接來帶動抽油桿上下往復運動抽油，其一個工作循環如下:初始時，油缸活塞桿61位于其沖程的最底端即下止點，傳感器7產生油缸活塞桿61位于下止點的信號。此時，控制閥8接收來自傳感器7的信號使二次調節技術液壓馬達2運轉用作泵，從而使油缸活塞桿61向上運動帶動抽油桿抽油，在整個運動過程中，控制閥8以小的控制量實現小的泵排量，進而活塞桿以慢速運動避免了需要大的電機功率。當油缸活塞桿61從底部上升到達其沖程的最頂端即上止點時，下一步將向下運動，控制閥8接收來自傳感器7的信號使二次調節技術液壓馬達2用作馬達。在油缸活塞桿61下降的過程中，二次調節技術液壓馬達2將油缸活塞桿61和抽油桿下降產生的重力勢能轉化為其輸出端產生的旋轉動能傳輸至飛輪3使其加速旋轉，并向液控單向閥44供給液壓油使氣體加載式蓄能器4的氣體壓縮從而存儲傳遞過來的能量。當油缸活塞桿61下降到達其沖程的最底端即下止點時，傳感器7產生油缸活塞桿61到達下止點的信號，抽油桿下一步將向上運動，此時，控制閥8接收來自傳感器7的信號使二次調節技術液壓馬達2用作泵，并使氣體加載式蓄能器4經由液控單向閥44反向排出液壓油以釋放能量。在油缸活塞桿61上升的過程中，飛輪3和氣體加載式蓄能器4分別持續釋放各自存儲的旋轉動能和壓縮能，與電機I和二次調節技術液壓馬達2 —起驅動油缸活塞桿61和抽油桿上升抽油。如此周而復始。另外，需要說明的是，在上述工作循環中，二次調節技術液壓馬達2始終交替地被驅動用作馬達和泵。這能最大限度地利用油缸活塞桿61和抽油桿的下降勢能，從而最大程度地回收和節省能量。還需要說明的是，飛輪3的設置并不是必須的。也即，可以僅僅設置氣體加載式蓄能器4這樣一種蓄能裝置。根據本實用新型的液壓抽油機可以安裝一個上述動力單元。然而，根據油井的分布情況，該液壓抽油機可以設置更多的動力單元。多個動力單元可以連接到一個較大的油箱單元。因此，可以利用一個較大的油箱單元驅動兩個以上的油缸采油。在前述實施例中，一個動力單元包括一個二次調節技術液壓馬達2，但是，二次調節技術液壓馬達2的數量并不限于此，而可以是多個。另外，如前所述，二次調節技術液壓馬達2驅動油缸6和油缸活塞桿61帶動抽油桿往復運動。但是，油缸及活塞桿的設置并不是必須的，也可以采用其它驅動機構來帶動抽油桿抽油，比如，可以將油缸替換成現有的液壓絞車，利用液壓絞車的纜繩或皮帶等拉動抽油桿上下往復運動。另外，上述位移傳感器也可以替換成其它類型的傳感器，比如磁感應檢測裝置，同樣實現被觸發以設定抽油桿沖程的目的。對于本領域技術人員而言，其它 優點和變型是顯而易見的。因此本實用新型就其更寬泛的意義而言不限于所示和所述的具體細節、代表性結構以及示例性示例。
權利要求1.一種液壓抽油機的動力單元(100)，其特征在于，該動力單元包括: 電機(I); 由該電機(I)驅動以帶動井下泵抽油桿往復移動的二次調節技術液壓馬達(2)； 由二次調節技術液壓馬達(2)選擇性地驅動以蓄能或釋放能量的氣體加載式蓄能器(4)； 設置在二次調節技術液壓馬達(2)和氣體加載式蓄能器(4)之間的液控單向閥(44)； 被觸發以設定井下泵抽油桿的沖程的傳感器(7)； 控制閥(8)，其基于所述傳感器(7)的信號分別控制二次調節技術液壓馬達(2)的運轉方式和液控單向閥的反向流通與截止。
2.根據權利要求1所述的動力單元，其特征在于，所述氣體加載式蓄能器(4)是活塞式蓄能器，其包括缸筒(41)、設置在缸筒(41)內以將缸筒(41)分隔為氣腔(411)和油腔(412)的活塞(42)以及與氣腔(411)相連以供給氣體的氣源(43)。
3.根據權利要求1或2所述的動力單元，其特征在于，還包括通過控制閥(8)向二次調節技術液壓馬達(2)以及液控單向閥(44)供給控制油的控制泵(9)，所述控制泵(9)與電機(1)、二次調節技術液壓馬達(2)同軸布置。
4.根據權利要求1或2所述的動力單元,其特征在于,還包括與該電機(I)傳動連接并由二次調節技術液壓馬達(2)選擇性地驅動以蓄能或釋放能量的飛輪(3)。
5.根據權利要求4所述的動力單元，其特征在于，所述飛輪(3)與電機(I)、二次調節技術液壓馬達(2)同軸布置。
6.根據權利要求1或2所述的動力單元，其特征在于，二次調節技術液壓馬達(2)是負擺角控制型柱塞馬達。
7.根據權利要求3所述的動力單元，其特征在于，在液控單向閥(44)和氣體加載式蓄能器(4)之間設置泄壓閥(46)，氣體加載式蓄能器(4)設置安全閥(45)，二次調節技術液壓馬達(2)以及控制泵(9)分別連接泄壓閥，二次調節技術液壓馬達(2)還與補油單向閥連接。
8.根據權利要求1或2所述的動力單元，其特征在于，還包括由二次調節技術液壓馬達(2)驅動進而帶動井下泵抽油桿往復移動的油缸(6)和油缸活塞桿(61)。
9.根據權利要求1或2所述的動力單元，其特征在于，還包括由二次調節技術液壓馬達(2)驅動進而帶動井下泵抽油桿往復移動的液壓絞車。
10.一種液壓抽油機，其包括至少一個根據權利要求1-9任一項所述的動力單元(100)。
專利摘要本實用新型涉及液壓抽油機的動力單元，包括電機(1)；由該電機(1)驅動以帶動井下泵抽油桿往復移動的二次調節技術液壓馬達(2)；由二次調節技術液壓馬達選擇性地驅動以蓄能或釋放能量的氣體加載式蓄能器(4)；設置在二次調節技術液壓馬達(2)和氣體加載式蓄能器(4)之間的液控單向閥(44)；被觸發以設定井下泵抽油桿的沖程的傳感器(7)；控制閥(8)，其基于傳感器的信號分別控制二次調節技術液壓馬達的運轉方式和液控單向閥的反向流通。本實用新型還提供包括至少一個動力單元的液壓抽油機。本實用新型采用蓄能器蓄能回收再利用了能量，減少了能量損耗，同時也減小了電機功率，降低了成本。
文檔編號E21B43/00GK203097846SQ201320103799
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月7日 優先權日2013年3月7日
發明者雷正忠, 黎本 申請人:博世力士樂(常州)有限公司