專利名稱：擺鈴式自動調平節能型抽油機的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種油田機械采油領域里的抽油機，更確切的說是一種擺鈴式自
動調平節能型抽油機。
(二)
背景技術：
在現有技術中，抽油機已經有很多種，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運動來帶動游梁和驢頭做上下往復運動的，當抽油 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載的作用，實踐證 明這種抽油機由于結構簡單、運行可靠，因此在油田上得到了廣泛的應用，它的主要缺點 是，平衡效果不夠理想，因為，當曲柄平衡塊旋轉到不同的位置時平衡力矩會發生很大的變 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 質量和懸繩器所掛負載基本相同，不管抽油機上行還是下行，電機的負荷基本相同，所以， 這種抽油機平衡效果最好，節電效果顯著，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，有一定的節能效果，它的主要缺 點是，在游梁擺動過程中杠鈴會產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)
發明內容
真對現有技術中存在的缺點和不足，本發明提供一種擺鈴式自動調平節能型抽油
機，這種抽油機能夠兼容常規抽油機的結構優點和直線往復抽油機的平衡優點，達到既不
改變常規抽油機的結構和運行方式，又能實現近似的直線自動平衡，使負載波動變得很小，
大幅度降低拖動電機的功率，提高功率因數，從而達到依靠擺鈴來實現平衡，依靠游梁輔助
平衡來實現自動調平的目的。 本發明所采用的技術方案是 這種擺鈴式自動調平節能型抽油機，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)。
本發明與現有技術相比的優點是 1、能大幅度減小不平衡力矩。 2、能實現自動調整平衡。 3、節電效果顯著。
(四)
圖l是本發明的主視圖。 圖2是本發明上死點時擺鈴位置的示意圖。 圖3是本發明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是本發明擺鈴運動位置變化的示意圖。 圖6是擺鈴部分的結構圖。 圖7是自動調平工作原理說明圖。
(五)
具體實施例方式
參閱圖l，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(ll)，輸出軸上裝有曲柄(IO)，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)串聯固定在一起。 在擺梁的內側裝有受力護板(28)，它與加長梁下面的推板(27)相對應，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 可以根據平衡需要增減質量。 電流傳感器(35)安裝在拖動電機導線上，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
片機發出的控制信號通過控制電機導線(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，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。根據需要，調整絲杠(26)的前后位置，可以改變擺鈴的起始
轉動點的位置，進而可以大致改變上下死點平衡力大小的比例，以適應高頻運動所產生的
慣性力的需要，起始轉動點提前，下死點位置的平衡力變大。
當油井液面波動等原因導致驢頭負載發生變化時，將會導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生變化，適時調整游梁上的輔助平 衡重(29)的前后位置，就可以重新調整平衡，以適應這種變化需要。 一方面，電流傳感器 (35)會把不平衡的負載電流信號傳給單片機，單片機會發出指令通過控制電機導線(39) 讓絲杠升降機上的控制電機(31)正轉或者反轉，推動游梁輔助平衡重前后移動，當上行電 流峰值大于下行電流峰值并且達到一定比例時，說明是欠平衡，輔助平衡重向左移動，增大 平衡力，反之，當上行電流峰值小于下行電流峰值并且達到一定比例時，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，單片機會發出指令通過控制電機導線(39) 讓絲杠升降機上的控制電機(31)正轉或者反轉，推動游梁輔助平衡重前后移動，當上行時 間大于下行時間并且達到一定比例時，說明是欠平衡，游梁輔助平衡重向左移動，增大平衡 力，反之，當上行時間小于下行時間并且達到一定比例時，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。 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。 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是本發明擺鈴的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 聯固定在一起，并與擺梁(22)相連接，根據平衡需要，可以增減擺鈴片來調整平衡力的大 小。 參閱圖7，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 負載電流信號，CPU連續10次取出兩個波峰的最大值Im和最小值In進行比較，取其平均 值，如果超過正的5X，說明是欠平衡，3腳發出低電平信號，繼電器J1得電，Jl-l閉合，控 制電機(31)處于工作狀態，同時CPU從4腳發出15秒的低電平信號，繼電器J2得電，J2-1 閉合，絲杠(30)向左移動15秒，使平衡力矩適當加大，比值如果超過負的5%，說明是過平 衡，3腳也發出低電平信號，CPU從4腳發出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，使平衡力矩適當減小，如果不超過5X，CPU的3腳發 出高電平信號繼電器J1失電，Jl-l釋放，絲杠(30)將保持原來的位置不變。在絲杠(30) 的兩端還設有行程開關(40)和(41)，當絲杠(30)的端部移動至兩個端點時，行程開關將被 斷開，控制電機將停止轉動。根據實際需要，CPU也可以通過開關量傳感器采集上下行程時 間，根據時間相差的比例來控制絲杠的前后移動，進而實現平衡的自動調節。圖中K1和K2 是兩個手動開關，利用這兩個開關可以對絲杠的移動進行手動控制。
權利要求
一種擺鈴式自動調平節能型抽油機，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. 如權利要求l所述的擺鈴式自動調平節能型抽油機，其特征是，擺鈴(23)通過擺梁 (22)與游梁懸掛軸(21)相連接，擺梁內側的受力護板(28)與游梁尾下部的推板(27)相對 應，推板在絲杠(26)的帶動下可以前后移動。
3. 如權利要求l所述的擺鈴式自動調平節能型抽油機，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)串聯固定在一起。
4. 如權利要求l所述的擺鈴式自動調平節能型抽油機，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) 以及控制電機導線(39)與安裝在配電箱(16)上的單片機(34)相連接。
5. 如權利要求l所述的擺鈴式自動調平節能型抽油機，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，并且可以根據平衡需要，前后挪動固定的位 置。
全文摘要
本發明涉及的是擺鈴式自動調平節能型抽油機，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，并且能夠實現自動調平，節能顯著。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F16H37/00GK101725332SQ200810174379
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月31日 優先權日2008年10月31日
發明者高大放, 高陽特 申請人:高陽特