第四代高效长冲程长寿命智能式机电液抽油机的制作方法

本发明涉及到第四代高效长冲程长寿命智能式机电液抽油机，该机是一种新型的有杆抽油机，它主要由新式机架、大转角驴头和优化控制的液压系统及电控系统组成。

背景技术

现在的液压抽油机由于无好的冷却装置和液压机构寿命短，效率低，冲程短等原因，尚无法适应油田的需要，故应用者很少。本发明可使液压抽油机地面效率高达到70～72％，冲程达到10m，寿命达到10年，并使其重量轻、冲程，冲次可以连续调节，还可做到上快，下慢和超、断载能自动停机报警。另外本发明专利还给出优化的整机线路、长冲程构架的具体结构图和尺寸，可让使用本专利者很容易设计并做出此机。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出第四代高效长冲程长寿命智能式机电液抽油机，使其具有上述各种优点，并能做到无配重块式平衡。还可以工作在的环境中而不需要加温和冷却。

实施本发明的技术措施是，该机由一个长冲程构架和一个高效液压系统及电控优化系统组成，其构架包括支架、游梁和前驴头及奇异型后驴头。液压系统包括多功能油缸、换向系统、平衡系统、上快下慢发生器、蓄能器自动补油器、消振装置、剎车系统、超、断杆感知系统、及油源等。电控系统包括电源启闭控制，主机运行的优化控制、诸阀的逻辑控制、消振控制、超断载、温度、液位自动监测及报警等。

构架中游梁的前摆角为95.5°，游梁的前半径为6m与后半径之比为5∶1，这样才能做成油缸行程短而冲程长之液压抽油机，以保证抽油机长寿命。

奇异型后驴头是为保护其钢丝绳不会很快断裂而特殊研发成的理论和技术。对于本机经过计算，可用一个半径为3m，角度为42.82°的圆弧代替r＝1.2m的后驴头圆弧就可解决此问题。

液压系统中的主要部分是换向系统，本机由一个三位四通对中型电液换向阀带动油缸杆时而向下(抽油)时而向上(回程)来换向。由于上、下都有可移动的接近开关，故可控制冲程，又可通过油泵的斜盘改变抽油机的冲次。

平衡系统是用蓄能器来调节的，当活塞向下运行时，受力最大，此时蓄能器向油缸上腔供油，给出最大力，协助油泵推动活塞一起下行。当驴头反向时活塞被拉动，从而将上腔油推回蓄能器，使抽油机上下运行的力达到平衡。

上快下慢发生器是用来使抽油机运行时做到上行快，以减少途中油的回漏，下行慢是让井下泵提高其充满系数，因此可提高抽油效率。本发明是将油泵在油缸上下死点换向停顿瞬间的高压油存在一个小蓄能器中，当驴头开始上行抽油时，将此高压油与油源打出的油一起注入油缸的中下腔，从而加快上行速度。该发生器由一个小蓄能器、顺序阀、调速阀、电磁换向阀和单向阀及压力表等六部分组成。其中也起到协助供给3个大蓄能器补油的作用。

蓄能器自动补油器是给3个大蓄能器随时补油之用。因蓄能器在长期工作中不可避免要向油缸中上腔渗油，因此系统参数要发生变化，为此需设自动补油装置，本机设有最简单的补油器，它由一个电磁换向阀、三个单向阀和一个带最低压力电接点的压力表组成。若蓄能器的最低压力低于设定值时压力表便被接通，于是电磁阀通电换向，油路被接通，来自油源和来自换向时的高压油留存蓄能器的高压油一起流入三个主蓄能器，每运行一次便流入一些高压油，直到低压达到并超过设计值时，压力表触点断开为止。当哪一条管路低于所需压力，单向阀便自动切断连接，避免返流。

消振装置，当本机回程时，理论讲负载力应由最大值立即转成最小值，系统正是按此设计的，但实际上井下泵中的上活门不会立即打开，瞬间最大载荷不能卸掉，于是油缸活塞将以最大速度上行，但很快又恢复正常，油缸杆又要回调，因此会产生几次振荡，这对抽油机是不允许的，为此需设立消振回路。所谓消振回路是由一个电磁换向阀和一个节流阀并联后再串联在回油路中。在正常时节流阀与电磁换向阀的开度不影响系统运行，当驴头下行，即油缸杆上行瞬间换向阀关闭，因此回油背压很高，足以抵住驴头下降瞬间产生的高压，使系统瞬时停住，接着井下阀门打开，换向阀亦打开，达到消振目的。由于都在瞬间，故不影响系统效率。

刹车系统是由一个三位四通对中型电液换向阀组成，当要刹车时换向阀断电，阀芯回到中位，油缸的来去油路都被堵死，因而驴头立即停在原位。

超、断载停机报警系统，它是由带有高低压双电接点开关的压力表组成。

液位、温度报警系统，当油箱油的液位过低、油温过高都会有液位传感器和温度传感器发出信号，令抽油机停机报警。

附图说明

下面结合附图所示的实施例，对本发明作详细说明。其中：

图1为本发明的构架图，图2是本发明的液压系统图，图3是本发明的电控系统图。

具体实施方式

图1中9为前驴头，10为后驴头，11为游梁，12为抽油杆，8为钢丝绳，7为连接器，6为支架，5为采油树，r为前驴头旋转半径，r＝6m，r为后驴头半径，r＝1.2m，βm为最大旋转角度，βm＝95.5°，δβ＝5.5°。其中o点为游梁之支撑点，显然油缸13拉动后驴头使游梁绕垂直面转动，从而使前驴头9借助钢丝绳8拉动抽油杆12上下运动达到抽油目的。但当到下死点时前驴头9要进入支架6一部分。其中o点离地12m。

本发明的液压系统见图2。其中13为油缸，14(通电通)、15(断电通)、19(断电通)为电磁换向阀，18为三位四通对中型电液换向阀(断电通47腔)，17为补油小蓄能器，20为主蓄能器，16为顺序阀，22为调速阀，23为安全阀，25为远程调压阀，26、27、46、51为单向阀，28为压力表，29为电机，30为油泵，31为粗滤，32为精滤，33为节流阀，24、34为带电接点的压力表，36为液位计，37为加热器，38为温度传感器，39为空气滤清器，40、41、42、43、44、45为高压截止阀。本系统有下列5部分：

1.换向系统

由图2看出本机换向系统实际上只有一个三位四通对中型电液换向阀18，前驴头要升起时，阀18断电，高压油从a口流向油缸47腔，使活塞下行因而带动驴头上行抽油。当到上死点时接近开关g1将电路接通，于是阀18换向，高压油改从b口流进油缸之52腔，47腔沿a口回流，使驴头下行，从而完成抽油的一个周期。

2.平衡系统

为了平衡一般抽油机都要加设平衡块，液压抽油机也不例外，这就增加很大的重量，加之常出人身事故，而且也会消耗不少能量。为此本机采用液压平衡技术。图2中有3个代号为20的蓄能器，他们里边各有一个皮囊，其内充气，其外充高压油，可称之为液体弹簧。他们3个并联起来与油缸上腔连通，其液压油的最高压力值由系统整体优化给出。当驴头上行时，单靠油源需要很大的功率，如将蓄能器的高压油通入油缸上腔，则可大大减小油泵发出的功率，因蓄能器组相当一个很大的油源。当驴头反向时最小悬点载荷拉着驴头下行，根本不需要能量，而且还向油泵反供高压油，使其变成油马达。但从图2看出此时油缸活塞均处最下端，驴头下行将上腔液压油推回蓄能器(20)，此力远大于最小悬点载荷，此力正好由油泵打出的高压油相抵消。优化的目的就是让蓄能器(20)、最小悬点载荷和油泵等三种力达到准确平衡，从而保证抽油机的精确平衡。

3.设计上快下慢机构

研究抽油的专家们提出有杆抽油机的运行轨迹应该是上快下慢，因上快可减少回漏量，下慢可提高井下泵的充满系数。本机即具有此功能。图2中蓄能器17、顺序发16、电磁换向阀15、调速阀22、单向阀27和压力表28等6件组成了《上快下慢》发生器。当驴头在上、下死点转换时会有瞬间停顿，此时油泵打出的油会憋得很高，只能通过溢流阀流回油箱，显然是一种浪费。我们将顺序阀16开启压力调到正常最高值，一但到此时便会将这部份流量引向蓄能器17储存起来，换向阀15只有在上升(断电)时才打开此流量并与油泵打出的流量一起快速向上推动驴头运行，当反向时换向阀15因通电而关闭。此举不仅增大了产液量，而且仅仅使用了报废的能量。

4.自补油回路

主蓄能器20是保持机器平衡的主要部件，其在工作中总会从油缸密封圈处产生微泄露，久而久之就会影响抽油机的性能，因此还要采取一些措施。有人干脆加一个小油源随时补缺，这种方法不仅过多消耗能量，结构也变得更加复杂.本发明的自补油回路是十分简单的。设置一电磁换向阀14，将高压油通过一单向阀51通向电磁换向阀14的入口，同时又将蓄能器17经过单阀27也流入电磁阀14入口，平时(断电时)此路不通，当主蓄能器因微泄而降低压力时，带有电接点的压力表24的指针便接通，换向阀14便导通，两股高压油便流向蓄能器20，开始补油，补足后电表断电，补油结束。这里应该说明，只在低压时补油。

5.消振装置

消振装置在介绍液压系统中已作了介绍，这里重点介绍电控部分。由图3看出电路56当驴头上行时电路断电，因此电磁换向阀19断电，故19导通，当驴头由上死点返向时56路导通，19导通(开关km平时关闭，在无振动时打开)因而油路封闭，但时间继电器sj3的触点sj3-1瞬时断开，油路又导通。

6.剎车系统

刹车系统的功能是由三位四通对中型电液换向阀18来完成，当接到刹车信号时，换向阀18立即断电，阀芯回到中位，同时堵死油缸的中上腔52与中下腔47，因此停机。

7.故障关停报警系统

这里所谓故障即指抽油杆卡住、断杆、低液位、超温等，这些情况一出便被相关传感器kg、kd、we、wr发现(图3)，并停机报警。

本发明的电控系统，见图3，其中m为三向交流电源，右侧为电控系统，a，o两条垂线分别代表单向交流220v的电源与地线。a，o两线中最上端的电路53代表电机的启动回路，它包括手动启动q、手动停机t和自动停机等三种功能，其中自动停机又包括电机回路过热使继电器rj的触点rj1断开，以及因其他原因使j2-1断开等两种自动停机。

电路54为电机启动时液压加载延时回路。

电路55由电磁溢流阀的泄荷线圈xh组成，它起到启动延时加载以保护电机的作用。

电路56为换向回路，它由接近开关g1、继电器j1、时间继电器sj2、两位四通电液换向阀18的线圈和手动换向按钮sh及消振回路中的电磁换向阀19的线圈组成。电路56中的15为两位两通电磁换向阀，它起到控制补油方向的作用。

电路57也是换向回路，当驴头与接近开关g2接通时，继电器j4接通，其触点j4-1断开，从而电路56断电。

电路58为补油网路，当压力表24电接点k24因蓄能器20油压低于最低值时接通，当油量满足要求时，k24断开。

电路59乃超、断载、液位、温度等感知回路。

电路60为停机报警回路。