无配重电机换向自动调参节电型立式抽油机的制作方法

本发明涉及油田机械采油生产用的抽油机，具体而言是一种无配重电机换向自动调参节电型立式抽油机。

背景技术：

在油田生产过程中，抽油机是采油作业中最重要的生产设备。常用的抽油机有游梁抽油机及无游梁抽油机两大类。他们的共同特征是都必须有与井内杆柱重量相匹配的配重，因而使其机架高度较大，结构复杂，体形笨重，占地面积大，运输安装比较困难，尤其是载荷较重的大型机更是如此。导致人们将石油设备称之为“傻大、笨粗”。在一些受空间约束的地方，诸如海上采油平台，海上人工岛采油因为不能安装现有的抽油机而放弃了有杆泵抽油举升系统。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、结构简单、体积小巧、使用寿命长、适合范围广的无配重电机换向自动调参节电型立式抽油机。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

本发明包括：机架、驱动传动总成和自动控制系统。所述驱动传动总成包括设在抽油机基座上的电机，电机的主动轮通过联组带与被动轮相连，被动轮通过轴与驱动滚筒相连，驱动带的首端与机座上的牵引固定座连接，绕过浮动滚筒后末端与驱动滚筒连接，并绕在驱动滚筒上，浮动滚筒通过吊板连接承载皮带一端，承载皮带覆盖通过设在机架顶部平台上的承载滚筒另一端与悬绳器连接；自动控制总成包括设在机座一侧的电控柜，电控柜的电源开关K1后三相线并联着电机控制器和能量回馈单元，相线B和相线C设有开关K2，开关K2控制变压器T，变压器T输出给可编程逻辑控制器PLC提供电源，与可编程逻辑控制器PLC输入端相联的上行启动按钮K3、下行启动按钮K4、停止按钮K5、手动自动转换开关K6、通过信号线联接的设在承载滚筒一侧的位置基准开关、通过信号线联接的设在承载滚筒上的计数开关和文本显示器；自动控制总成还包括与相线A和零线N联接的开关电源、开关电源控制失电控制器，失电控制器回路上的基准软铁设在承载皮带的中部；电机控制器分别与能量回馈单元和可编程逻辑控制器PLC相联；可编程逻辑控制器PLC与控制刹车继电器J1相连，开关电源通过控制刹车继电器常开触点J1-K与失电控制器连接。

上述无配重电机换向自动调参节电型立式抽油机中能量回馈单元是将光杆下行带动电机反转发出的电能通过能量回馈制动单元向电网送电，起到抽油机下行动能转化成电能并输送到电网而节能的作用。

上述无配重电机换向自动调参节电型立式抽油机中牵引带固定座可以改成定滑轮滚筒，驱动带绕过该定滑轮滚筒后末端固定在浮动滚筒的两端轴上，这样驱动带缠到驱动滚筒上，承载皮带与驱动带数量比为1/3，起到改变滑轮组系数，增大承载皮带提升油井负荷的作用。

上述无配重电机换向自动调参节电型立式抽油机中测距块均布在承载滚筒一端的护沿上，与计数开关相对，基准软铁设在承载皮带的中部，与位置基准开关相对，测距块与计数开关配合向可编程逻辑控制器PLC传输承载滚筒运转位移参数，满足调整冲程测算位移量的要求，基准软铁与基准开关配合向可编程逻辑控制器PLC传输计数起始位置信号，达到要求冲程数值后发给电机控制器指令电机正转或反转。

上述无配重电机换向自动调参节电型立式抽油机中电机为永磁同步大扭矩电机，可驱动一台立式抽油机，也可通过每台立式抽油机的被动轮的串联方式同时驱动多台立式抽油机，适应于海上采油平台或海上人工岛的有杆采油举升系统。

本发明的自动控制原理：

无配重电机换向抽油机的电气控制系统是电控柜电源开关K1给系统供电，变压器开关K2控制变压器T，变压器T输出可编程逻辑控制器PLC供电，开关电源给失电制动器供电，上行启动按钮K3 、下行启动按钮 K4、停止按钮K5、手动/自动转换开关K6、位置基准开关11-1、计数开关10、文本显示器向可编程逻辑控制器PLC输入控制指令, 电机控制器向可编程逻辑控制器PLC输入实时运行状态，可编程逻辑控制器PLC按照输入状态逻辑运算后输出控制信号，指挥电机控制器控制电机起停、转速及正反转 ，指挥失电制动器23-1是否得电，实现上行或下行启动、停机、调整冲程、调整冲次、停机刹车等功能，当光杆下行拖动电机反转发电时通过电机控制器将能量传到能量回馈单元，能量回馈单元再逆变成同电网相序、电压相符的交流电输送到电网。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

1、能量回馈单元是将光杆下行带动电机反转发出的电能通过能量回馈单元向电网送电，起到抽油机下行动能转化成电能并输送到电网而节能的作用。

2、采用定滑轮与动滑轮的组合改变了电能转化为机械能的方式，减少机械能的损耗节约了电能。

3、电机，可驱动一台立式抽油机，也可通过每台立式抽油机的被动轮的串联方式同时驱动多台立式抽油机，适应于海上采油平台或海上人工岛的有杆采油举升系统。

四、附图说明

图1-本发明左视结构示意图

图2-本发明主视结构示意图

图3-本发明附图1的A-A向视图

图4-本发明的电气控制原理框图

附图中，1.底座、2.机座、3.牵引带固定座、4.机架、5.悬绳器、6.承载皮带、7.承载滚筒护罩、8.承载滚筒、9.承载滚筒支座、10.计数开关、11.测距快、12—1.位置基准开关、12—2.基准软铁、13.皮带连接板、14.吊板、15.浮动滚筒、16.浮动滚筒导轨、17.浮动滚筒导向轮、18.驱动带、19.驱动滚筒、20.支座、21.被动轮、22.联组带、23.电机、23—1.主动轮；24.电机调整固定导轨、25.稳定调节支撑、26.线缆、27.电控柜、28.地脚螺栓；K1.电源开关、K2.变压器开关、K3.上行启动按钮 、K4.下行启动按钮 、K5.停止按钮、 K6.手动/自动转换开关、PLC.可编程逻辑控制器、J1.控制刹车继电器、J1-K.控制刹车继电器常开触点，T.变压器。

具体实施方式：

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明：

配重电机换向自动调参节电型立式抽油机，包括：机架4、驱动传动总成和自动控制系统。所述驱动传动总成包括设在抽油机基座2上的电机23，电机23的主动轮23—1通过联组带22与被动轮21相连，被动轮21通过轴与驱动滚筒19相连，驱动带18的首端与机座上的牵引固定座3连接，绕过浮动滚筒15后末端与驱动滚筒19连接，并绕在驱动滚筒19上，浮动滚筒15通过吊板14连接承载皮带6一端，承载皮带6覆盖通过设在机架4顶部平台上的承载滚筒8另一端与悬绳器5连接；自动控制总成包括设在机座2一侧的电控柜27，电控柜27的电源开关K1后三相线并联着电机控制器和能量回馈单元，相线B和相线C设有变压器开关K2，变压器开关K2控制变压器T，变压器T输出给可编程逻辑控制器PLC提供电源，与可编程逻辑控制器PLC输入端相联的上行启动按钮K3、下行启动按钮K4、停止按钮K5、手动自动转换开关K6、通过信号线联接的设在承载滚筒8一侧的位置基准开关12—1、通过信号线联接的设在承载滚筒8上的计数开关10和文本显示器，与可编程逻辑控制器PLC相联的设在承载滚筒8一侧的位置基准开关12—1；自动控制总成还包括与相线A和零线N联接的开关电源、开关电源控制失电控制器，失电控制器回路上的基准软铁12—2设在承载皮带6的中部；电机控制器分别与能量回馈单元和可编程逻辑控制器PLC相联；可编程逻辑控制器PLC与控制刹车继电器J1相连，开关电源通过控制刹车继电器常开触点J1-K与失电控制器连接。

本发明的部件安装位置及作用：

如图1、2、3所示，底座1后部安装有电控柜27，底座1上用地脚螺栓28固定着机座2，机座2的前部上面是机架4，底座2与机架3之间安装有稳定调节支撑25，机架4上部是承载滚筒支座9，承载滚筒支座9上安装有承载滚筒8，承载滚筒8外安装有滚筒护罩7，承载滚筒8一端的护沿上均布设有测距块11，

测距块11的一侧承载滚筒支座9上安装有计数开关10，承载滚筒8上有承载皮带6，承载皮带6的前端连接悬绳器5，后端连接皮带连接板13，中部固定有基准软铁12-2，承载皮带6的右侧机架4上部安装有位置基准开关12-1，吊板14上端连接皮带连接板13，下端连接到浮动滚筒15的轴上，浮动滚筒15轴的两端安装有浮动滚筒导向轮17，对应浮动滚筒导向轮17的机架位置有浮动滚筒导轨16，浮动滚筒15上绕有驱动带18，驱动带18一端固定在机架4底部的牵引带固定座3上，另一端固定在驱动滚筒19上，驱动滚筒19通过支座20固定在机座2上，驱动滚筒19左侧轴上安装有被动轮21，电机23通过电机调整固定导轨24固定在机座2上，电机23的尾部安装有失电制动器，联组带22安装在被动轮21与电机的主动轮23-1上，电控柜27、电机23、失电制动器、计数开关10、位置基准开关12.1、电缆26组成了控制系统。

如图4所示，电控柜27电源开关K1给系统供电，变压器开关K2控制变压器T，变压器T输出可编程逻辑控制器PLC供电，开关电源给失电制动器供电，上行启动按钮K3 、下行启动按钮 K4、停止按钮K5、手动/自动转换开关K6、位置基准开关11-1、计数开关10、文本显示器向可编程逻辑控制器PLC输入控制指令, 电机控制器向可编程逻辑控制器PLC输入实时运行状态，可编程逻辑控制器PLC按照输入状态逻辑运算后输出控制信号，指挥电机控制器控制电机起停、转速及正反转 ，指挥失电制动器23-1是否得电，实现上行或下行启动、停机、调整冲程、调整冲次、停机刹车等功能，当光杆下行拖动电机反转发电时通过电机控制器将能量传到能量回馈单元，能量回馈单元再逆变成同电网相序、电压相符的交流电输送到电网。

运行时假设悬绳器5在井口位置，把电控柜电源开关K1合上给电控柜27送上电，按下K3上行启动按钮，可编程逻辑控制器PLC得到上行信号，逻辑分析后给控制刹车继电器J1供电，控制刹车继电器常开触点J1-K闭合，给失电制动器供电，使失电制动器处于非刹车状态，然后给电机23供电，电机逆时针反向运转，电机23的主动轮23-1经联组带22带动被动轮21转动，被动轮21带动驱动滚筒19逆时针反向转动，驱动带18缠到驱动滚筒19上，拖动浮动滚筒15下行，驱动带18下行2米通过浮动滚筒15拖动承载皮带6在机架4内下行1米，承载皮带6一端通过悬绳器依次连接光杆、抽油杆、油井油泵，另一端连接浮动滚筒15，承载皮带6覆在承载滚筒8上，油井负荷及驱动滚筒19的拉力使承载皮带6与承载滚筒8的表面之间产生很大的摩擦力，承载皮带6与承载滚筒8的摩擦力带动承载滚筒8转动，承载皮带6经过承载滚筒8改变运行方向后上行，承载皮带6的中部设有基准软铁12-2，当机架4内承载皮带6下行而使基准软铁12-2经过平台上的位置基准开关12-1时，位置基准开关12-1给电控柜27的可编程逻辑控制器PLC发送一个脉冲信号，该信号被可编程逻辑控制器PLC记录为零点位置，此时承载滚筒8转动，其一端测距块11每一个经过计数开关10，计数开关10就向可编程逻辑控制器PLC发送一个脉冲信号，可编程逻辑控制器PLC记录脉冲信号的个数并进行位移转换计算，当达到文本显示器给可编程逻辑控制器PLC设定的冲程长度时，可编程逻辑控制器PLC发出换向信号给电机控制器，电机控制器输出电源换相信号使电机23反向转动；此时由于油井井下负荷大，负荷通过悬绳器5拖动承载皮带6、浮动滚筒15及驱动带18拖动驱动滚筒19顺时针转动，驱动滚筒19通过被动轮21、联组带22经电机23的主动轮23-1拖动电机23转动，电机23处于发电状态，被拖动后发出的电反馈到电机控制器，电机控制器将反馈的电整流后输送到能量回馈单元，能量回馈电源单元再逆变成同电网相序、电压相符的交流电输送到电网。当承载滚筒8一端的测距块11转动的个数换算后达到冲程长度后，可编程逻辑控制器PLC再次发出换向信号给电机控制器，电机控制器发出信号使电机控制器换相序，电机23开始逆时针反转，又开始电动拖动运行，使悬绳器5连接的光杆及井下油泵上行将原油抽到地面，如此周而复始完成抽油生产。

上行启动时计数开关10检测到承载滚筒8一端的测距块11转数信号产生信号个数并输入电控柜27内的可编程逻辑控制器PLC，经信号个数换算承载皮带6的位移量，当承载皮带6上的基准软铁12-2经过位置基准开关12-1时，位置基准开关12-1向电控柜27内的可编程逻辑控制器PLC发出校零信号，使位移量记录为零，继续运行，可编程逻辑控制器PLC记录的转数信号记为负值并进行累计，当达到可编程逻辑控制器PLC设定的冲程长度时，可编程逻辑控制器PLC发出反向运转信号；累计的转数信号负值逐渐增大，当承载皮带6上的基准软铁12-2再次经过位置基准开关12-1时，位置基准开关12-1又向电控柜27内的可编程逻辑控制器PLC发出校零信号，使位移量记录为零，继续运行电控柜27内的可编程逻辑控制器PLC记录的转数信号记为正值并进行累计，当达到可编程逻辑控制器PLC设定的冲程长度时，可编程逻辑控制器PLC又发出换向运转信号；如此正负值的变化及数字量的变化，电控柜27内的可编程逻辑控制器PLC可以判断实时运行方向及冲程，并将实时运行状态进行存储。当自动运行时就能自动按照上次停机状态开始运行。因承载皮带6上的基准软铁12-2位置固定，每个冲程进行校零保证了冲程的精度。停机时按下K5，电控柜27自动保存当前运行状态，并给失电制动器及电机23断电，抽油机停机。

如图4所示：抽油机启动前依次闭合电控柜电源开关K1、变压器开关K2。当需要点动运行时，手动/自动转换开关K6拨至手动闭合位置，点动上行启动按钮 K3后，可编程逻辑控制器PLC使控制刹车继电器J1得电，控制刹车继电器常开触点J1-K闭合，失电制动器松开刹车，可编程逻辑控制器PLC同时根据文本显示器设置的点动速度指挥电机控制器控制电机23按照该速度反转，松开上行启动按钮 K3后可编程逻辑控制器PLC指挥电机控制器使电机23停转，同时可编程逻辑控制器PLC使控制刹车继电器J1失电，控制刹车继电器常开触点J1-K打开，失电制动器刹车，点动下行启动按钮K4时除电机23正转外，其他过程相同。

自动运行时，手动/自动转换开关K6拨至自动闭合位置，可编程逻辑控制器PLC扫描内存故障类型，有严重故障可编程逻辑控制器PLC显示故障类型并保护不能启动，故障排除后可编程逻辑控制器PLC扫描内存故障类型确认无故障，根据可编程逻辑控制器PLC存储点动操作或上次停机的位置基准开关12-1输入的信号、转数记录计数开关10在运行前的状态判断悬绳器5位置，当转数记录计数开关10所记录的数值为正值，证明悬绳器5位置在位置基准开关12-1指示的零点上方， 可编程逻辑控制器PLC使控制刹车继电器J1得电，控制刹车继电器常开触点J1-K闭合，失电制动器松开刹车，假设自动运行时，电机23顺时针正向转动（基准软铁12-2下行），可编程逻辑控制器PLC同时根据文本显示器设置的自动运行速度指挥电机控制器控制电机23按照该速度转动，运行中计数开关10信号输入到可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制器PLC判断基准软铁12-2位置即将达到文本显示器设置的上限时电机23减速慢转，达到文本显示器设置的上限时指挥电机控制器控制电机23停转，然后指挥电机控制器控制输出电源相序换向，电机23逆时针反向转动，基准软铁12-2上行，运行中计数开关10信号输入到可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制器PLC判断基准软铁12-2位置即将达到文本显示器设置的下限时电机23减速慢转，达到文本显示器设置的下限时指挥电机控制器控制电机23停转，然后指挥电机控制器控制输出电源相序换向，电机23再逆时针转动使基准软铁12-2下行，周而复始过程循环。启动时当计数开关10所记录的数值为负值，证明基准软铁位置在位置基准开关12-1指示的零点下方，自动运行时启动电机23反转（基准软铁12-2上行），自动换向过程相同。

冲程冲次调整可在自动运行时通过文本显示器实现，冲次调整选择文本显示器中控制器频率，电机23自动运行速度设置完成；冲程调整通过选择文本显示器中冲程调整上限、下限数值实现。