专利名称：具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，是对传统四连杆
游梁式抽油机和改进的立式抽油机突破性创新，属机电一体化应用新领域。
背景技术：
在油田开发中，随着地层压力的衰减，油井陆续转入机械采油方式。据国内外资料统计，在全球100多万口各类油井中，机采井占90%左右，而抽油机管式泵采油占机采井的85%以上，其中，经典四连杆游梁式抽油机占主导地位。但受四连杆结构的限制，冲程长度与减速箱扭矩成正比例增加，难以实现高效低耗的要求，且游梁机无法随机改变工作参数、停机调整又费时费力，使工作制度难以与地层供液能力动态协调，导致游梁机系统效率低、冲击负荷大、机杆泵故障多。为了实现机械采油的高效、低耗、智能，近20年来，各类立式抽油机相继投入现场应用，取得较好的节能降耗效果，但由于立式抽油机存在减速箱维护不便、作业让位困难、平衡重防坠落等诸多难题，始终形不成取代性工业规模。随着现代电力电子技术的发展，自2000年以后，中国石油华北油田公司王钢教授发明了国际独创的高效低耗智能抽油机(ZL00246414. 4、 ZL02257259. 7、 ZL200510123422. 9)，解决了以上诸多难题，引起国内外石油机采领域高度关注并争相效仿，但在重载条件下，进一步化减电机驱动载荷和设备自我保护方面仍有研究空间。因此，亟需开发一种优于目前各类机型的全新抽油机取代现有机型。
实用新型内容针对上述技术疑难问题可进一步研究攻关的空间，在上述专利ZL00246414. 4、ZL02257259. 7、 ZL200510123422. 9的基础上，本实用新型的目的在于创新了更新结构的异型减载电机、减载滑轮总成、带防坠落装置的减载平衡重，提供一种具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机。 本实用新型提供的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，包括具有机械举升爬行式移机机构的塔架和塔架顶平台上安装的异型减载电机及其驱动的载荷提升绳与所涉及的多级减载装置和自我保护机构及数字智能控制器；其中载荷提升绳一端通过前减载滑轮总成悬挂抽油杆，另一端通过后减载滑轮总成悬挂与减载平衡重连为一体的防坠落装置；将异型减载电机的正反向转动转换为抽油杆的垂直往复运动的数字智能控制器置于控制柜内。 本实用新型的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的异型减载电机为外转子或内转子结构，其外转子内缘或内转子外缘设置转子硅钢片铁心或按N、 S极对称排布的永磁体；对应的内定子外缘或外定子内缘设置定子硅钢片铁心，该铁心齿间绕集中励磁绕组；定、转子铁心冲片为子母齿短磁路齿极或对称多齿数短磁路齿极；转子小直径滚筒上对称设置绕绳槽，槽内镶嵌耐磨橡胶环，环外绕所述载荷提升绳；异型减载电机的驱动方式为开关磁阻调速驱动或永磁同步调速驱动。[0006] 本实用新型的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的异型减载电机的转 子至少为以下四种形式之一 第一种两端大直径、中部小直径凹式双轮轴外或内转子，内 置轴向铁芯和绕组、径向铁芯和绕组，驱动方式为开关磁阻三维调速驱动或开关磁阻加永 磁同步三维混合驱动；第二种两端小直径、中部大直径凸式台阶形双轮轴外或内转子，转 子上自小到大依次对称排列卸载保护和作业挂抽多用轮、绕绳槽轮及电机驱动转子，其中 卸载保护和作业挂抽多用轮边部设楔形孔；第三种一端小直径、另一端大直径的台阶形 单轮轴外或内转子；第四种筒式外转子。 本实用新型的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的异型减载电机还可
以为一端小直径、另一端大直径的单轮轴外转子结构，其大直径轮内置转子硅钢片铁心及
与其对应的内定子和定子硅钢片铁心及绕组，其小直径轮配置导链减速机构。
本实用新型的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的自我保护机构包括
内涨式或外挂式防坠落装置及保险绳和防撞胶垫、保护绳和防碰胶垫、联动刹车装置，其
中，联动刹车装置包括异型减载电机设置的轮式刹车毂；单组或两组对称设置的制动臂；
制动臂上设置的长销孔；对称设置于长销孔内的固定柱销；靠近异型减载电机轮式刹车毂
内侧，由固定柱销通过制动臂上的长销孔与每一个制动臂销连接的相应的刹车蹄片，轮式
刹车毂对称位于刹车蹄片稍外侧；分别与每组制动臂施加外力端销连接的活动柱销；位于
两个活动柱销外侧预紧制动臂的预紧弹簧；位于两个活动柱销之间，可绕一固定轴转动的
椭圆形凸轮块；设置在凸轮块上的拉杆，以及通过一刹车拉线与拉杆相连接的手刹车。 本实用新型的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的内涨式防坠落装
置包括上部预留加减载空间，边部设置扶正轮或扶正槽的减载平衡重；与减载平衡重上
部挂载板固定柱销连接，靠近制动端开长销孔的对称制动臂；与制动臂销连接，成90。或
120°或180°对称设置的刹车蹄片；靠近刹车蹄片的筒式刹车毂；置于减载平衡重中心孔
内的压縮或拉伸弹簧及置于减载平衡重底部对弹簧进行预紧的预紧螺栓；连接对称制动
臂，上部连接后减载滑轮总成的活动柱销及所涉及的异型减载电机与防坠落装置之间连接
的保险绳和位于塔架内部底端放置的防撞胶垫、减载平衡重和基础之间连接的保护绳及前
减载滑轮总成稍下在抽油杆上套装的防碰胶垫。 本实用新型的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的外挂式防坠落装置 包括上部预留增减载空间，边部设置扶正轮或扶正槽的减载平衡重；与减载平衡重上部 挂载板通过固定柱销连接，靠近制动端焊挂块，可绕固定柱销转动的两个对称制动臂；靠近 制动臂挂块，在塔架上等距离设置的对应于挂块的塔架挂孔；连接对称制动臂，上部连接后 减载滑轮总成的活动柱销及所涉及的异型减载电机与防坠落装置之间连接的保险绳及位 于塔架内部底端放置的防撞胶垫、减载平衡重和基础之间连接的保护绳及前减载滑轮总成 稍下在抽油杆上套装的防碰胶垫。 本实用新型的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的前减载滑轮总成和
后减载滑轮总成包括两端为等径轴的挂载板，对称装配于挂载板两端等径轴上的动滑轮，
挂载板对称中心上下贯通的挂载槽以及对应于挂载槽的压板和锁紧螺杆。 本实用新型的的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的数字智能控制器
可以为变频调速或开关磁阻电机控制器，数字智能控制器包括异型减载电机内置的由角
度齿盘和远红外传感器组成的角位移传感器，分别设置在塔架上部、中部和下部的上位传感器、中位传感器、下位传感器，液晶显示屏、参数调控触摸屏，数据采集、无线远传和故障短信报警单元，以及抽油机启、停、自动手动转换、手动状态上升、下降多个操作按钮。[0013] 本实用新型的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的塔架呈圆柱形或桁架形，塔架上自下至上依次装有下位传感器和数字智能控制器、控制柜、爬梯、爬梯护栏、中位传感器、上位传感器、穿线管、塔架顶平台、异型减载电机、死绳固定器、顶平台护栏、联动刹车装置，塔架内部底端装细砂或防撞胶垫，塔架外部底端开平衡调节门，所述机械举升爬行式移机机构设置于塔架底座，所述控制柜的控制柜门至少装有两种非标螺栓盖控制的防盗锁。 采用以上技术方案，本实用新型与同规格的经典四连杆游梁机及其派生机比较，在电机驱动载荷多级减载、自我保护、智能控制、降本增效等方面都具有明显优势，是总结百多年管式泵机械采油理论和经验发明创新的理想的全天候免维护方向性换代机型。
图1为本实用新型具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机结构示意图； 图2为图1的轴、径双向组合凹式双轮轴外转子异型减载电机1的结构剖视图； 图3为图1的凸式双轮轴外转子异型减载电机1的结构剖视图； 图4为图1的单轮轴外转子异型减载电机1的结构剖视图； 图5为图1的筒式外转子异型减载电机1的结构剖视图； 图6为图1的异型减载电机1的子母齿短磁路齿极； 图7为图1的异型减载电机1的对称多齿数短磁路齿极； 图8为本实用新型的内涨式防坠落装置11的结构示意图； 图9为本实用新型的外挂式防坠落装置11的结构示意图； 图10为本实用新型的联动刹车装置15的结构示意图； 图11为本实用新型的减载滑轮总成5的结构示意图。 图中1.异型减载电机；2.死绳固定器；3.塔架顶平台；4.载荷提升绳；5.前减载滑轮总成；6.防碰胶垫；7.抽油杆；8.塔架；9.保险绳；IO.后减载滑轮总成；ll.防坠落装置；12.减载平衡重；13.保护绳；14.防撞胶垫；15.联动刹车装置；16.顶平台护栏；17.上位传感器；18.中位传感器；19.控制柜；20.下位传感器；21.数字智能控制器；22.手刹车；23.绕绳槽；24.卸载保护和作业挂抽多用轮；25.楔形孔；26.外转子；27.内定子；28.轴向铁芯和绕组；29.径向铁芯和绕组；30.子母齿短磁路齿极；31.对称多齿数
短磁路齿极；32.预紧螺栓；33.弹簧；34.筒式刹车毂；35.活动柱销；36.制动臂；37.固定柱销；38.长销孔；39.刹车蹄片；40.挂块；41.塔架挂孔；42.轮式刹车毂；43.凸轮块；44.拉杆；45.预紧弹簧；46.动滑轮；47.挂载板；48.挂载槽；49.压板；50.锁紧螺栓。
具体实施方式
本实用新型具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的工作原理是 本实用新型具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机简化了传统抽油机的所
有中间环节，直接由固定在塔架顶平台上的异型减载电机驱动载荷提升绳正反向传递扭矩，载荷提升绳分别通过前、后减载滑轮总成悬挂抽油杆和减载平衡重，数字智能控制器根据油井供液情况适时将异型减载电机的正反向转动转换为抽油杆的垂直往复运动，高效、
低耗、智能地实现抽油机的抽吸循环。减载平衡重理想的天平平衡效应、异型减载电机轮轴
效应、减载滑轮省力原理实现三级减载，防坠落装置、保险绳和防撞胶垫、保护绳和防碰胶
垫、联动刹车装置协调联动实现自我保护。
以下详细描述本实用新型的结构与功能 1.整机结构 本实用新型具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，该机由具有机械举升爬 行式移机机构的塔架8和塔架8底部的数字智能控制器21及塔架顶平台3上的异型减载 电机1组成，其中异型减载电机1驱动转子绕绳槽23内的载荷提升绳4，该绳一端通过前减 载滑轮总成5悬挂抽油杆7，另一端通过后减载滑轮总成10悬挂与减载平衡重12连为一体 的防坠落装置11正反向传递扭矩，并通过数字智能控制器21适时将异型减载电机1的正 反向转动转换为抽油杆7的垂直往复运动，实现抽油机的抽吸循环，该机具有多级减载装 置和自我保护机构。 所述的塔架8呈圆柱形或桁架形，塔架8上依次装有下位传感器20和数字智能控
制器21、控制柜19、爬梯、爬梯护栏、中位传感器18、上位传感器17、穿线管、塔架顶平台3、
异型减载电机1、死绳固定器2、顶平台护栏16、联动刹车装置15，塔架8内部底端装细砂或
防撞胶垫14，塔架8底座设置机械举升爬行式移机机构，塔架8外部底端开平衡调节门，控
制柜19门至少装有2种非标螺栓盖控制的防盗锁，抽油杆7上前减载滑轮总成5稍下位置
套装防碰胶垫6。 2.多级减载装置 所述的多级减载装置至少包括减载平衡重12、异型减载电机1、前减载滑轮总成 5和后减载滑轮总成IO，其中减载平衡重12上部预留增减载空间，边部设置扶正轮或扶正 槽，靠天平平衡效应实现一级减载。 所述的异型减载电机1的异型转子为外转子或内转子结构，其外转子内缘或内转 子外缘设置转子硅钢片铁心或按N、 S极对称排布的永磁体，对应的内定子外缘或外定子内 缘设置定子硅钢片铁心，该铁心齿间绕集中励磁绕组，定、转子铁心冲片为子母齿短磁路齿 极30或对称多齿数短磁路齿极31，转子小直径滚筒上对称设置绕绳槽，槽内镶嵌耐磨橡胶 环，环外绕载荷提升绳4，异型减载电机1的驱动方式为开关磁阻调速驱动或永磁同步调速 驱动，靠轮轴效应实现二级减载。 所述的异型减载电机1为两端大直径、中部小直径凹式双轮轴外或内转子结构， 内置轴向铁芯和绕组、径向铁芯和绕组，驱动方式为开关磁阻三维调速驱动或开关磁阻加 永磁同步三维混合驱动。 所述的异型减载电机1为两端小直径、中部大直径凸式台阶形双轮轴外或内转子 结构，转子上自小到大依次对称排列卸载保护和作业挂抽多用轮24、绕绳槽轮及电机驱动 转子，其中卸载保护和作业挂抽多用轮24边部设楔形孔25。 所述的异型减载电机1为一端小直径、另一端大直径的台阶形单轮轴外或内转子 结构，其大直径轮内置内定子、定子铁芯和绕组、转子铁芯，中直径轮设3-5道绕绳槽23，小 直径轮边缘设楔形孔。 所述的异型减载电机1为筒式外转子结构。[0040] 所述的异型减载电机1为一端小直径、另一端大直径的单轮轴外转子结构，其大 直径轮内置转子硅钢片铁心及与其对应的内定子和定子硅钢片铁心及绕组，其小直径轮配 置导链减速机构。 所述的前减载滑轮总成5和后减载滑轮总成10包括两端车等径轴的挂载板47， 对称装配于挂载板两端等径轴的动滑轮46，挂载板对称中心上下贯通的挂载槽48以及对 应于挂载槽的压板49和锁紧螺杆50，靠动滑轮省一半力原理实现三级减载。 3.自我保护机构 所述的自我保护机构包括防坠落装置11、保险绳9和防撞胶垫14、保护绳13和防 碰胶垫6、联动刹车装置15。 所述的防坠落装置11分内涨式防坠落装置和外挂式防坠落装置，该装置包括减 载平衡重12、制动臂36、刹车蹄片39、刹车毂34及附属的保险绳9、防撞胶垫14、保护绳13 和防碰胶垫6，靠载荷端意外失载后制动臂36同步张开实施事故工况以动制动一级自我保 护。 所述的内涨式防坠落装置包括上部预留加减载空间，边部设置扶正轮或扶正槽 的减载平衡重12，与减载平衡重上部挂载板固定柱销37销连接，靠近制动端开长销孔38的 对称制动臂36，与制动臂销连接，成90。或120°或180°对称设置的刹车蹄片39，靠近刹 车蹄片39的筒式刹车毂34，置于减载平衡重中心孔内的压縮或拉伸弹簧33及置于减载平 衡重底部对弹簧进行预紧的预紧螺栓32，连接对称制动臂，上部连接后减载滑轮总成10的 活动柱销35及所涉及的异型减载电机与防坠落装置之间连接的保险绳9和位于塔架内部 底端放置的防撞胶垫14，减载平衡重和基础之间连接的保护绳13及前减载滑轮总成稍下 在抽油杆上套装的防碰胶垫6，利用被拉伸或压縮的弹簧33在载荷端意外失载后瞬间收紧 或释放，同步拉动制动臂36沿有一定活动余量的长销孔38涨紧于筒式刹车毂34上，实施 事故工况紧急制动。 所述的为外挂式防坠落装置包括上部预留增减载空间，边部设置扶正轮或扶正 槽的减载平衡重12，与减载平衡重上部挂载板通过固定柱销37销连接，靠近制动端焊挂块 40，可绕固定柱销37转动的两个对称制动臂36，靠近制动臂挂块40，在塔架上等距离设置 的对应于挂块的塔架挂孔41，与制动臂对称销连接，上部连接后减载滑轮总成10的活动柱 销35和涉及的异型减载电机与防坠落装置之间连接的保险绳9及位于塔架内部底端放置 的防撞胶垫14，减载平衡重和基础之间连接的保护绳13及前减载滑轮总成稍下在抽油杆 上套装的防碰胶垫6，利用载荷端意外失载后带挂块40的制动臂36绕固定柱销37下行转 动，同步带动挂块40外伸，挂紧于塔架挂孔41内，实施事故工况紧急制动。 所述的保险绳9两端固定于异型减载电机1和防坠落装置11上，保护绳13两端 固定于减载平衡重12和基础上，保险绳9和保护绳13的长度分别等于抽油机起始位置到 上死点或下死点的长度，并分别由防撞胶垫(14)和防碰胶垫(6)辅助实施上、下超行程二 级和三级自我保护。 所述的联动刹车装置15包括单组或两组对称设置的制动臂36，制动臂上设置的 长销孔38，对称设置于长销孔内的固定柱销37，靠近异型减载电机轮式刹车毂内侧，由固 定柱销通过制动臂上的长销孔与每一个制动臂销连接的相应的刹车蹄片39，异型减载电机 轮式刹车毂42对称位于刹车蹄片稍外侧，分别与每组制动臂施加外力端销连接的活动柱销35，位于两个活动柱销外侧预紧制动臂的预紧弹簧45，位于两个活动柱销之间，可绕一 固定轴转动的椭圆形凸轮块43，设置在凸轮块上的拉杆44以及通过一刹车拉线与拉杆相 连接的手刹车22，联动刹车装置15实施人为或事故工况下对异型减载电机1的四级制动保 护。 4.数字智能控制器 所述的数字智能控制器21采用变频调速或开关磁阻电机控制器，数字智能控制
器包括异型减载电机内置的由角度齿盘和远红外传感器组成的角位移传感器，分别设置
在塔架上部、中部和下部的上位传感器17、中位传感器18、下位传感器20，液晶显示屏、参
数调控触摸屏，数据采集无线远传和故障短信报警单元以及抽油机启、停、自动手动转换、
手动状态上升、下降多个操作按钮。 5.多级减载装置减载效果理论分析 (1).减载平衡重-"理想的平衡效应"将悬点最大载荷减载80%左右 在管式泵抽油机采油中，其上行程最大载荷P等于液柱载荷(Wf)、杆柱载荷(Wr)、
动载荷(Wra)、摩擦力(Ff)之和减去浮力(Fb)，即: 最大载荷P = Wf+Wr (l+a) +Ff_Fb 下行程最小载荷等于杆柱载荷(Wr)减去动载荷(Wra)和浮力(Fb)及摩擦力(Ff) 之禾口，即最小载荷=Wr(l-a)-(Fb+Ff) 如果没有适当的平衡，则电动机必须在上行程完成全部有效功，而在下行程，由于 重力作用，最小载荷拖动电动机滑行，这就必须使用大功率的电动机及减速装置，同时其效 率也很差。为了解决上下行程载荷严重不平衡造成的高能耗、高物耗和低效率问题，必须辅 之以适当的平衡。上下行程的平均载荷即"理想的平衡效应"为 (CI) = 1/2 (最大载荷+最小载荷) = l/2[Wf+Wr(l+a)+Wr(l-a)-2Fb] = Wf/2+Wr-Fb 于是在上冲程，抽油机举升有浮力的抽油杆和液体的综合重量时，电动机会得到 这种平衡力的帮助，结果只需要一个相当于液重之半的不平衡力Wf/2，下冲程时，有浮力的 抽油杆下行，会受到平衡力的阻抗，结果还剩下一个相当于液重之半的不平衡力由电动机 完成，经理论计算和矿场实际验证，Wf/2只相当于最大载荷的20%左右，则减载平衡重-"理 想的平衡效应"减载效果为悬点最大载荷的80%左右，即电机驱动力只需20% P。 (2).异型减载电机-"轮轴效应"进一步将一次减载后的驱动载荷减载40% 异型减载电机(1)转子结构为典型的凹式或凸式双轮轴，作用在轮上的驱动力为 F，轮半径为R，作用在轴上的载荷为经过减载平衡重一次减载后的20% P，轴半径为r，根据 轮轴原理，则FR = 20% Pr 即F = 20% Pr/R，本实用新型设计r/R = 0. 6 则F = 12% P，即"轮轴效应"进一步将一次减载后的驱动载荷减载40% 。 (3).减载滑轮_ "动滑轮省一半力原理"再次将二次减载后的驱动载荷减载50% 本实用新型的减载滑轮总成5和10为2组动滑轮，动滑轮驱动力为f ，提升载荷经 2次减载降为12XP后，根据动滑轮动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂的原理，则 2rXf = 12% PXr[0068] 则f = 6% P即电机驱动力仅为悬点最大载荷的6% 。
(4).卸载保护和作业挂抽多用轮将驱动载荷大幅度放大，实现一机多用 上述多级减载装置将悬点最大载荷三次减载后，电机驱动力仅为悬点最大载荷的
6%，而以此驱动力驱动卸载保护和作业挂抽多用轮上的负载，却可以使负载大幅度放大。
根据轮轴原理，此时，电机驱动力为6% P，轮半径为R，轴半径为r'，轴负载为Q，则Q r'=
6% PR 即Q = 6% PR/r'，本实用新型设计R/r' = 5 PJ:Q = 30%P 结论多级减载装置将悬点最大载荷三次减载后，电机驱动力仅为悬点最大载荷 的6 % ，这就使电机功率和体积可以大幅度减小，从而为降本增效和节能降耗提供了理论依 据，而以减载为6% P的驱动力驱动卸载保护和作业挂抽多用轮上的负载，却使负载放大到 30% P，实现了由大减小，由小增大的一机多用。 实施方式1 如图l所示，本实用新型具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机的塔架8固 定在水泥基础上，塔架顶平台3上安装异型减载电机1，电机外转子绕绳槽内镶嵌耐磨橡胶 环，环外绕载荷提升绳4，该绳一端通过前减载滑轮总成5悬挂抽油杆7，另一端通过后减载 滑轮总成10悬挂与减载平衡重12连为一体的防坠落装置11，电机外转子驱动载荷提升绳 4正反向传递扭矩，并通过数字智能控制器21适时将电机的正反向转动转换为抽油杆7的 垂直往复运动，高效低耗智能地实现抽油机的抽吸循环。 所述的塔架8用壁厚15mm工字钢或槽钢焊制。 所述的异型减载电机1采用图2的轴、径双向组合凹式双轮轴外转子减载电机， 短磁路开关磁阻调速驱动，电机外径小1000，绕绳槽外径小600，主轴用空心轴，定转子铁 芯采用36/48对称多齿极结构，电机额定转速50r/min，额定扭矩3. 6kn. m，额定输出功率 30kw。 所述的防坠落装置11采用外挂式结构，与铸铁减载平衡重12连为一体。 所述的前减载滑轮总成5和后减载滑轮总成10采用对称3-5绕绳槽结构，与挂载
板47装为一体。 所述的数字智能控制器21采用开关磁阻电机控制器，并配置角位移传感器、上、 中、下位置红外光电传感器、液晶显示屏、参数调控触摸屏、数据采集无线远传和故障短信 报警单元、抽油机启、停、自动手动转换、上升、下降等操作按钮。 其它组件采用市售标准产品。 上述组件单体测试合格后，工厂组装，调试达到设计技术指标。 整机设计参数为 最大提升载荷160kn ; 电动机功率30kw ; 冲程l-8m无级调节，冲次0-5次/分无级调节； 整机重量:20T，外型尺寸:2. 8X1.6X12(m)。 实施方式2 该方案结构原理同实施方案l，不同的是驱动载荷为120kn，因而所采用的机架和电机、防坠落装置较方案1减少一个等级。 该方案所采用的塔架8用01OOO、壁厚15mm螺旋管焊制。 该方案所采用的异型减载电机1为图3的两端小直径、中部大直径凸式双轮轴外 转子减载结构，短磁路开关磁阻调速驱动，电机外径小800，绕绳槽外径小500，主轴用空心 轴，定转子铁芯采用36/48对称多齿极结构，电机额定转速50r/min，额定扭矩2kn. m，额定 输出功率15kw。 该方案所采用的防坠落装置11为内涨式结构，与铸铁减载平衡重12连为一体。 其它配置同实施方案l，只是设计参数作了改动。 整机设计参数为 最大提升载荷120kn ; 电动机功率15kw; 冲程l-6m无级调节，冲次0-6次/分无级调节； 整机重量15T，外型尺寸2. 8X1.5Xll(m)。 实施方式3 该方案结构原理同实施方案2，不同的是驱动载荷为80kn，因而所采用的机架和 电机、防坠落装置较方案1减少二个等级。 该方案所采用的塔架8用07OO、壁厚10mm螺旋管焊制。 所采用的异型减载电机1为图4的一端小直径、另一端大直径的单轮轴外转子减
载结构，永磁同步调速驱动，电机外径小800，绕绳槽外径小500，主轴用空心轴，电机额定
转速50r/min，额定扭矩1. 5kn. m，额定输出功率5kw。 其它配置同实施方案2，只是设计参数作了改动。 整机设计参数为 最大提升载荷80kn ; 电动机功率5kw ; 冲程l-5m无级调节，冲次0-6次/分无级调节； 整机重量5T，外型尺寸1. 8X1X6. 5(m)。 实施方式4 该方案结构原理同实施方案3，不同的是所采用的异型减载电机1为图5的筒式外 转子结构，永磁同步调速驱动，电机外径小500，主轴用空心轴，电机额定转速50r/min，额 定扭矩lkn. m，额定输出功率3kw。 该方案所采用的塔架8用06OO、壁厚8mm螺旋管焊制。 其它配置同实施方案3，只是设计参数作了改动。 整机设计参数为 最大提升载荷30kn; 电动机功率3kw; 冲程l-3m无级调节，冲次0-6次/分无级调节； 整机重量3T，外型尺寸1.8X1X5. 5 (m)。
权利要求一种具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，其特征在于该机包括具有机械举升爬行式移机机构的塔架和塔架顶平台上安装的异型减载电机及其驱动的载荷提升绳与所涉及的多级减载装置和自我保护机构及数字智能控制器；其中载荷提升绳一端通过前减载滑轮总成悬挂抽油杆，另一端通过后减载滑轮总成悬挂与减载平衡重连为一体的防坠落装置；将异型减载电机的正反向转动转换为抽油杆的垂直往复运动的数字智能控制器置于控制柜内。
2. 根据权利要求1所述的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，其特征在于 所述的异型减载电机为外转子或内转子结构，其外转子内缘或内转子外缘设置转子硅钢片 铁心或按N、 S极对称排布的永磁体；对应的内定子外缘或外定子内缘设置定子硅钢片铁 心，该铁心齿间绕集中励磁绕组；定、转子铁心冲片为子母齿短磁路齿极或对称多齿数短磁 路齿极；转子小直径滚筒上对称设置绕绳槽，槽内镶嵌耐磨橡胶环，环外绕所述载荷提升 绳；异型减载电机的驱动方式为开关磁阻调速驱动或永磁同步调速驱动。
3. 根据权利要求1或2所述的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，其特征在 于所述异型减载电机的转子至少为以下四种形式之一 第一种两端大直径、中部小直径凹式双轮轴外或内转子，内置轴向铁芯和绕组、径向 铁芯和绕组，驱动方式为开关磁阻三维调速驱动或开关磁阻加永磁同步三维混合驱动；第二种两端小直径、中部大直径凸式台阶形双轮轴外或内转子，转子上自小到大依次 对称排列卸载保护和作业挂抽多用轮、绕绳槽轮及电机驱动转子，其中卸载保护和作业挂 抽多用轮边部设楔形孔；第三种一端小直径、另一端大直径的台阶形单轮轴外或内转子；第四种筒式外转子。
4. 根据权利要求1或2所述的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，其特征在 于所述异型减载电机为一端小直径、另一端大直径的单轮轴外转子结构，其大直径轮内置 转子硅钢片铁心及与其对应的内定子和定子硅钢片铁心及绕组，其小直径轮配置导链减速 机构。
5. 根据权利要求1所述的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，其特征在于 所述的自我保护机构包括内涨式或外挂式防坠落装置及保险绳和防撞胶垫、保护绳和防碰 胶垫、联动刹车装置，其中，联动刹车装置包括异型减载电机设置的轮式刹车毂， 单组或两组对称设置的制动臂， 制动臂上设置的长销孔， 对称设置于长销孔内的固定柱销，靠近异型减载电机轮式刹车毂内侧，由固定柱销通过制动臂上的长销孔与每一个制动 臂销连接的相应的刹车蹄片，轮式刹车毂对称位于刹车蹄片稍外侧， 分别与每组制动臂施加外力端销连接的活动柱销， 位于两个活动柱销外侧预紧制动臂的预紧弹簧， 位于两个活动柱销之间，可绕一固定轴转动的椭圆形凸轮块， 设置在凸轮块上的拉杆，以及通过一刹车拉线与拉杆相连接的手刹车。
6. 根据权利要求1或5所述的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，其特征在于所述的内涨式防坠落装置包括上部预留加减载空间，边部设置扶正轮或扶正槽的减载平衡重， 与减载平衡重上部挂载板固定柱销连接，靠近制动端开长销孔的对称制动臂，与制动臂销连接，成90。或120°或180°对称设置的刹车蹄片，靠近刹车蹄片的筒式刹车毂，置于减载平衡重中心孔内的压縮或拉伸弹簧及置于减载平衡重底部对弹簧进行预紧 的预紧螺栓，连接对称制动臂，上部连接后减载滑轮总成的活动柱销及所涉及的异型减载电机与防 坠落装置之间连接的保险绳和位于塔架内部底端放置的防撞胶垫、减载平衡重和基础之间 连接的保护绳及前减载滑轮总成稍下在抽油杆上套装的防碰胶垫。
7. 根据权利要求1或5所述的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，其特征在于所述的外挂式防坠落装置包括上部预留增减载空间，边部设置扶正轮或扶正槽的减载平衡重，与减载平衡重上部挂载板通过固定柱销连接，靠近制动端焊挂块，可绕固定柱销转动 的两个对称制动臂，靠近制动臂挂块，在塔架上等距离设置的对应于挂块的塔架挂孔，连接对称制动臂，上部连接后减载滑轮总成的活动柱销及所涉及的异型减载电机与防 坠落装置之间连接的保险绳及位于塔架内部底端放置的防撞胶垫、减载平衡重和基础之间 连接的保护绳及前减载滑轮总成稍下在抽油杆上套装的防碰胶垫。
8. 根据权利要求1所述的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，其特征在于 所述的前减载滑轮总成和后减载滑轮总成包括两端为等径轴的挂载板，对称装配于挂载板两端等径轴上的动滑轮，挂载板对称中心上下贯通的挂载槽以及对应于挂载槽的压板和锁紧螺杆。
9. 根据权利要求1所述的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，其特征在于 所述的数字智能控制器为变频调速或开关磁阻电机控制器，数字智能控制器包括异型减载电机内置的由角度齿盘和远红外传感器组成的角位移传感器， 分别设置在塔架上部、中部和下部的上位传感器、中位传感器、下位传感器， 液晶显示屏、参数调控触摸屏，数据采集、无线远传和故障短信报警单元，以及抽油机启、停、自动手动转换、手动状态 上升、下降多个操作按钮。
10. 根据权利要求1所述的具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，其特征在于 所述的塔架呈圆柱形或桁架形，塔架上自下至上依次装有下位传感器和数字智能控制器、 控制柜、爬梯、爬梯护栏、中位传感器、上位传感器、穿线管、塔架顶平台、异型减载电机、死 绳固定器、顶平台护栏、联动刹车装置，塔架内部底端装细砂或防撞胶垫，塔架外部底端开 平衡调节门，所述机械举升爬行式移机机构设置于塔架底座，所述控制柜的控制柜门至少 装有两种非标螺栓盖控制的防盗锁。
专利摘要本实用新型为一种具有多级减载装置和自我保护机构的抽油机，属机电一体化应用新领域。该机由安装在塔架顶部的异型减载电机及其驱动的载荷提升绳，前、后减载滑轮总成，与减载平衡重连为一体的防坠落装置及所涉及的保险绳、保护绳、防撞胶垫、防碰胶垫、数字智能控制器组成，具有多级减载装置和自我保护机构，其中数字智能控制器适时将异型减载电机的正反向转动转换为抽油杆的垂直往复运动，实现抽油机的抽吸循环。该机具有降本增效、节能环保、安全可靠、智能高效的优点，可广泛应用于立式抽油机等行业提升作业。
文档编号H02K1/14GK201486534SQ200920222339
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月2日 优先权日2009年9月2日
发明者王存禄, 王钢, 王颖 申请人:王颖;王钢;王存禄