专利名称：电机换向长冲程抽油机的制作方法
技术领域：
本发明属于机械采油设备。
目前，我国的东部油田已进入开采的中后期，综合含水率愈来愈高，一些开采条件差的油田或油井也相继投入开采，使采油难度越来越大。各种无杆采油设备在这方面发挥了一定的作用，但由于其系统效率低，故障率高，成本高，其使用受到一定限制，在今后相当长的一段时间内有杆采油设备仍将占据主导地位，但抽吸方式将向长冲程低冲次的方向发展，而现有的游梁抽油机庞大的结构已不能适应发展的要求。现有的长冲程抽油机主要有气平衡链条抽油机及其改进型的重块平衡抽油机和宽带链条抽油机。这种链条换向抽油机虽表现出许多优点，但机械换向系统较复杂，成本高，换向时仍有一定的冲击。
本发明的目的是要提供一种新型的电机换向长冲程抽油机，旨在简化抽油机的机械结构，降低成本，消除换向冲击，增大冲程。
本发明的目的是这样实现的主要组成部分有电机、减速器、制动器、滚筒、平衡重、机架、转向轮、钢丝绳胶带、缓冲器和控制柜等。电机与减速器用联轴器连接，减速器与滚筒之间用联轴器联接。滚筒是双向缠绕滚筒，两边为正向缠绕，中间为反向缠绕，正向缠绕滚筒上缠绕的钢丝绳胶带通过转向轮接悬绳器的两端，反向缠绕滚筒上缠绕的钢丝绳胶带通过转向轮与平衡重联接，转向轮安装在机架顶端；滚筒的另一端装有与滚筒同轴的齿轮，齿轮旁边有位移传感器，光杆的位移信号取自该齿轮。电机、制动器、位移传感器均与控制柜电联接，并受以单片机为核心的控制系统控制。平衡重是一个铁箱，装有重量均匀的小铁块。平衡重的重量可以方便地调节，从而改善平衡效果。
图1是依据本发明所提出的电机换向长冲程抽油机的结构示意图。
图2是依据本发明所提出的电机换向长冲程抽油机滚筒部分示意图。
图3是依据本发明所提出的电机换向长冲程抽油机的控制系统的电路原理图。
图中，1-光杆，2-悬绳器，3-机架，4、4′、5、6、7-转向轮，8、8′-钢丝绳胶带，10-平衡重导轨架，11-平衡重，12-导轮，13-缓冲器，14-反向缠绕滚筒，14′、14″-正向滚筒，15-减速器，16-电机，17-制动器，18-检测齿轮，19-位移传感器，20-控制柜，21-电流互感器，22-整流稳压电源，23-电流信号整流电路，24-单片机，25-手动指令盘，26-显示器，27-三相整流电桥，KMF、KMR分别为正反向交流接触器，R1、R2分别为转子回路大功率电阻，T1、T2分别为电力电子开关器件。
下面结合附图详细描述本发明的具体结构及工作过程。
该机的结构及传动过程电机(16)轴与减速器(15)的高速轴联接，减速器(15)的低速轴与滚筒(14)联接，滚筒(14′、14″)上正向缠绕钢丝绳胶带(8、8′)，经过转向轮(4、4′、5、)接悬绳器(2)的两端，转向轮采用双轮分开机构，即转向轮(4)和转向轮(5)分别有两个转向轮并行安装，两轮之间相隔一定距离，以便修井作业。滚筒(14)上反向缠绕钢丝绳胶带(9)，经过转向轮(6、7)与平衡重(11)连接，平衡重(11)沿导轨架(10)作上下运动；机架(3)和导轨架(10)的外表面都包有铁皮。对平衡重可以防止附加的风载荷，对于机架可以保护滚筒和钢丝绳胶带。机架上面的轮子等也架装防护罩，以防日晒和雨淋。滚筒(14)的另一端装有与滚筒同轴的检测齿轮(18)，齿轮(18)旁边装有位移传感器(19)。三相电源先进入控制柜(20)，经过交流接触器控制后，送入电机和制动器(17)。
该抽油机的工作过程是当平衡重(11)在最高点，悬绳器(2)在最低点时，电机(16)正向起动，起动后电机(16)及平衡重(11)带动光杆(1)开始上冲程，当平衡重快到最低点时，单片机(24)控制电机减速并停止。停稳后，单片机(24)控制电机反向起动，光杆(1)下行，开始下冲程。在电机及油井载荷作用下平衡重上行。当平衡重接近最高点时，单片机(24)控制电机减速并停止，完成一个工作过程，之后再进行下一个工作过程。
该抽油机控制系统的组成和功能控制系统是以单片机(24)为核心的控制机构，信号来自于电流互感器(21)和位移传感器(19)。单片机可以选择具有A/D转换功能的可靠性较高的微处理器(如8096、MG68HC11等)。位移传感器选用能检测齿数的接近开关或光电器件。控制系统的功能是(1)单片机根据位移信号可以判断行程情况，控制正反向交流接触器哪一个打开或闭合，单片机根据电流信号可以判断上下行程的载荷情况，当上、下行程载荷超过一定的范围时，可以由显示器(26)发出调整平衡重的指示。(2)单片机根据位移信号可以判断每次的上行程和下行程是否到位。如果不到位，下一个工作过程可以补回这个差距。如果越位，下一个工作过程可以提前减速再停机。(3)单片机根据位移信号可以判断抽油机工作是否正常，如果发生故障(如断杆等)，单片机可令电机断电并令制动器(17)工作，来刹住减速器的高速轴。制动器(17)可选电力液压制动器(如型号为YWZ-50等)。(4)手动指令盘(25)由若干个按键组成，主要完成由操作者向单片机发出的开机、停机、设置换向停留时间等指令。调整换向停留时间，可达到调冲次的目的。(5)单片机可以控制T1和T2的开通和关断，开通相当于切除转子回路外接串联电阻，关断相当于转子回路加入电阻。由于转子绕组有电感，调整外接电阻时电流是连续变化的，因此，可以根据起动过程所需要的时间，采用脉宽调制的方法，先逐渐切除R1，再逐渐切除R2。这种方法能使转子电流变化较平缓，不会带来较大的冲击。在减速和停机的过程中，同样采用脉宽调制的方法，先逐渐关断T2，加入电阻R2，再逐渐关断T1，加入电阻R1，减速后再发出指令打开交流接触器线圈回路的继电器开关，电机断电后停机。(6)单片机可以实现过流、断相、短路等保护，可以通过显示器(26)显示电机电流或故障原因，还可以计算、显示功率和用电量。(7)根据电机转子绕组参数，适当选择R1和R2的值，使电机的超动电流为额定电流的1.8倍，或者更小。这样电机端电压的波动不超额定值的3％，对电网的影响也很小。(8)电机绕组采用F级绝缘，允许温升较高，虽然电机频繁正反向起动，但每分钟不超过6次，不会超过温升极限。
该抽油机的修井作业方法①调平衡，平衡的重量G取悬点最小载荷(Pmin)悬点最大载荷(Pmax)的平均值，即G＝(Pmax+Pmin)/2，这是平衡重的理论值，实际平衡重量为G′，只要实际重量与理论重量的差值不超过一定范围(比如10％)就可以。这个偏差可由单片机根据上下行程的电流平均值(总电流平均值)与上行程和下行程电流平均值相比较来推得，当光杆上行时，如果电流平均值大于总电流平均值，则在平衡重铁箱中加入一些铁块，当光杆下行时，如果电流平均值大于总电流平均值，则从平衡重的铁箱中取出一些铁块。②修井作业，利用修井机绞车上提光杆，卸下平衡重铁箱，然后下放光杆，从悬绳器上卸下钢丝绳胶带并将其挂在机架的两边，然后从光杆上卸下悬绳器。此处采用了双转向轮的机构，这种机构不仅使每根钢丝绳胶带承受的载荷减半，而且两轮之间有足够大的空间，可使修井作业时修井机的大钩上下运动，而不必移动抽油机的机架或其它部件，大大方便了修井作业。
本发明的特点①用电机换向代替机械换向，大大地简化了机械结构，降低了成本，换向平稳，减小了减速器的冲击。②调节平衡方便，可使平衡效果更为理想，电机功率可以适当减小。③由于可以调整换向时的停留时间，可以根据抽吸工况，方便地调整冲次。④由于抽油机前面设计了双转向机构，两轮之间留有足够的修井作业空间，而不必移动机架或其它部件，大大方便了修井作业。⑤适当增加机架高度即可增加抽油机的冲程长度，而对抽油机的结构复杂性及整机重量并无大的影响。
权利要求
1.一种电机换向长冲程抽油机，由电机、减速器、制动器、滚筒、平衡重、机架、转向轮、钢丝绳胶带、缓冲器和控制柜等组成，其特征在于，电机、减速器和滚筒依次用联轴节连接，滚筒是双向缠绕滚筒，两边为正向缠绕滚筒，中间为反向缠绕滚筒，正向缠绕滚筒上缠绕的钢丝绳胶带通过转向轮接悬绳器的两端；反向缠绕滚筒上缠绕的钢丝绳胶带通过转向轮与平衡重联接；滚筒的另一端装有同轴齿轮，齿轮旁边安装有位移传感器；电机、制动器、位移传感器均与控制柜电联接，并受以单片机为核心的控制系统所控制。
2.根据权利要求1所述的电机换向长冲程抽油机，其特征在于，所说的控制柜是以单片机为核心的控制系统，由电流互感器、交流接触器、单片机、位移传感器、电力电子开关器件、整流电路等构成，交流接触器连接在电机定子绕组电源进线上，电源进线穿过电流互感器，单片机的输出接口与两个交流接触器线圈的继电器开关连通，电机转子绕组经滑环后接三相桥式整流电路，整流后接两个串联大功率起动电阻R1和R2，电阻上并联两个电力电子开关器件T1和T2，电力电子开关由单片机提供控制信号。
3.根据权利要求1所述的电机换向长冲程抽油机，其特征在于，所说的平衡重是一个铁箱，内装小铁块，铁箱两侧装有导轮，在导轨架上运动。
4.根据权利要求1所述的电机换向长冲程抽油机，其特征在于，所说的井口上方的转向轮采用双轮分开机构。
全文摘要
本发明提供了一种电机换向长冲程抽油机,由电机、减速器、制动器、滚筒、平衡重、机架、转向轮、钢丝绳胶带、缓冲器和控制柜等组成。电机、减速器和滚筒依次用联轴器连接,滚筒为双向缠绕滚筒,两边为正向缠绕滚筒,中间为反向缠绕滚筒,正向缠绕滚筒上缠绕的钢丝绳胶带通过转向轮接悬绳器,反向缠绕滚筒上缠绕的钢丝绳胶带通过转向轮连接平衡重,转向轮装于机架顶端,井口转向轮采用双轮分开机构。滚筒的另一端装有同轴齿轮,齿轮旁有位移传感器,电机、制动器、位移传感器均与控制柜电联接,并受以单片机为核心的控制系统所控制。本机的特点是以电机换向代替机械换向,简化了机械结构,减少冲击,冲程大,平衡效果好,修井作业方便,毋须让位。
文档编号F04B47/00GK1188854SQ9710563
公开日1998年7月29日 申请日期1997年1月20日 优先权日1997年1月20日
发明者白连平, 刘猛, 杨其俊, 马文忠 申请人:石油大学(华东)