专利名称：一种可实现节能的改进型抽油机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于抽油机结构的改进,特别是一种可实现节能的改进型抽油机。
背景技术：
在石油开采业中，抽油机是必不可少的重要设备。游梁式抽油机由于结构简单，机械特性好，在油田上得到广泛应用。由于抽油机的工作特点，抽油机在下行程工作期间，电机会进入制动状态耗能，因此抽油机存在很大的节能空间。在
抽油机节能方面，曾经采用降压节能的方式，如星形-三角形转换；可控硅调压等，但由于降压点或切换点无法控制，此项技术没有得到推广；后来又出现高转差率电机，和双功率电机等技术，但由于技术不完善等种种原因，没有得到推广应用。
近年来，变频器的广泛应用和价格的大幅度降低，人们开始研究如何将变频器应用到抽油机上，提高抽油机的功能，使之不但节能，还可以无极调速。但抽油机工作方式的特点，使得抽油机电机负载不平衡，周期变化很大，当电机进入制动状态时，变频器因过电压保护停机，无法继续工作。国内对抽油机变频节能改造做了大量的尝试，但都不太成功，主要问题是由于抽油机本身的机械特性，抽油机电机有可能进入制动工作状态，在制动状态时，变频器内部直流母线上会出现"泵升电压"，导致直流母线电压升高，当直流母线电压值达到过电压保护值时，变频器进入保护状态停机，导致抽油机停机无法正常工作。
为解决这问题，人们釆取的措施是安装变频器厂家生产的制动单元和制动电阻，有的人还特别采取了加大变频器直流侧电解电容和减小制动电阻值的措施，通过制动单元和制动电阻消耗直流母线过电压时的多余电能，已达到消除直流母线过电压，防止变频器保护停机。但这种通过消耗电能来抑制直流母线过电压的目的与抽油机节能降耗的思想是相违背的。采用这种这种方式的抽油机变频器装置只能是调速，不但不节能，反而增加了电能消耗，在实际运行中，效果不理想，因此没有得到推广。
为解决这问题，人们又在变频器上安装了电源再生变流器。这也是变频器厂家的配套标准产品。其作用是将变频器直流母线上的过电压经逆变反馈回工频电网，弥补了制动单元和制动电阻的不足，但价格昂贵，效果不理想，因此没有得到推广。
资料显示，抽油机上应用变频器进行节能和调速，存在的难点，至今没有解决，变频器在抽油机上的运用没用得到推广。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可实现节能的改进型抽油机，能使油田上广
泛使用的游梁式抽油机的电机有效脱离制动工作状态，从而达到节能的目的；另
外，由于抽油机电机脱离了制动工作状态，就可以用变频器控制抽油机电机进行无级变频调速，并且不需要外接任何制动单元、制动电阻、电源再生变流器等附件。
本实用新型的目的是这样实现的 一种可实现节能的改进型抽油机，包括与
供电端口连接的空气开关以及驴头、游梁和减速器，平衡臂中部与连杆下端铰接，该连杆上端与游梁后端铰接，平衡臂前端与平衡配重块相固接，驱动平衡配重块转动的大皮带轮通过传动带和由电机驱动的小皮带轮旋转动配合连接，变频器通过电路与电机连接，电机的输出轴与单向离合器的内环相配合固装，单向离合器的外环与小皮带轮相固装。
本实用新型由于在抽油机的小皮带轮和电机输出轴之间配合安装有单向离
合器，即超越离合器，在抽油机下行程工作中，电机不会进入制动工作状态；在抽油机周期工作过程中，电机始终始终处于有效工作状态，此外，变频器不外加任何制动单元和制动电阻，和电源再生变流器等器件一同来处理因电机制动状态
时变频器内部直流母线过电压问题，所以可直接应用于抽油机无级调速，而且可真正达到有效节能的技术效果。
下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型在游梁式抽油机上的说明示意图2为本实用新型单向离合器安装位置的结构示意图3为本实用新型实施例1结构示意图4为本实用新型实施例2结构示意图5为本实用新型实施例3结构示意图6为实现本实用新型变频调速的电气连接示意图。
具体实施方式
一种可实现节能的改进型抽油机，如图1至图5所示，包括与供电端口连接的空气开关QF(即断路器)以及驴头、游梁1和减速器，平衡臂2中部与连杆下端铰接，该连杆上端与游梁l后端铰接，平衡臂2前端与平衡配重块相固接，驱动平衡配重块转动的大皮带轮3通过传动带4和由电机驱动的小皮带轮5旋转动配合连接，变频器6通过电路与电机15连接，电机9的输出轴8与单向离合器7的内环11相配合固装，单向离合器8的外环10与小皮带轮5相固装，单向离合器7为契块式单向离合器或滚柱式单向离合器。如图3所示，具体实施例(l):单向离合器7的内环11与电机9的输出轴2通过键13相固接，单向离合器7的外环10与小皮带轮5通过内六角螺杆12相配合固接，或者如图4所示，单向离合器7的外环10与小皮带轮5通过焊点H相固接。
如图5所示，具体实施例(2):单向离合器7的内环11与电机9的输出轴2通过键13相固接，单向离合器7的外环IO端面通过内六角螺杆12与中间轴17的内端面相固接，中间轴17通过键15与小皮带轮5相配合固接，中间轴的外端面上通过螺紋配合固装着锁母16,锁母16的内端面与小皮带轮5的外端面相接触配合，锁母的作用防止小皮带轮5的松动移位。。
所加装的单向离合器，又称超越离合器，是一种常用基础机械部件。单向离合器的工作特点是，当单向离合器的动力输出部分(内环或外环)转速比动力源(外环或内环)还快时，离合器处于解脱状态，内外环没有任何联动关系，各自以不同转速转动，反之内外环锁定。当电机输出轴作为动力源对外输出动力时，电机输出轴转动，单向离合器的内外环锁定，与单向离合器外环相连接的小皮带轮以电机同样的转速转动并拖动外部机械做功；外部机械沿电机的转向反向拖动小皮带转动，在这种反向拖动作用下，当小皮带及单向离合器外环的转速超过与内环相连的电机输出轴的转速时，单向离合器处于解脱状态，内外环没有任何联动关系，内外环各自以不同转速转动，电机不会进入制动状态。电机的制动状态得到了有效消除。
抽油机节能运行的实现
由于抽油机拖动的抽油装置重量很大，为减轻电机负载，在曲柄上加平衡块进行配重，使游梁支点两侧重量相当，达到平衡。在实际工作中，要做到完全平衡是不可能的，通常要求平衡度在15%以内，并且抽油装置侧重。
抽油机拖动抽油装置工作在上行程时，电机拖动抽油机做功，电机处于电动状态；工作在下行程时，由于游梁两恻不平衡，抽油装置侧重，抽油装置在重力的作用下，其重力通过游梁，连杆，曲柄，减速器，皮带，反向拖动电机，拖动方向与电机转向相同。在这种反向拖动作用下，电机的负载逐渐变轻到空载运行，此期间电机仍然工作在电动状态。反向拖动作用继续增大，当拖动电机旋转的速度超过电机的同步转速时，电机进入制动状态，并且消耗电能。抽油机上下行程为一个周期，抽油机电机的工作状态也在"电动-空载-制动-空载-电动"周期变化。电机在制动工作状态时，消耗电能，造成能源的浪费。用本发明所提供的方法，在抽油机电机的输出轴与小皮带轮之间加装单向离合器。单向离合器的内环与电机输出轴用键连接，为动力源；外环与小皮带轮连接，当为动力输出部分。
当抽油机工作在上行程时，单向离合器的内外环锁定，与单向离合器外环相连接的小皮带轮以电机同样的转速转动并拖动抽油机做功，电机处于电动状态；抽油机工作在下行程时，在这种反向拖动作用下，小皮带轮的转速越来越大，当拖动电机旋转的速度超过电机的同步转速时，单向离合器处于解脱状态，内外环没有任何联动关系，与外环相连的小皮带轮以大于电机同步转速的速度转动，抽油机电机因此不会进入制动状态，电机的制动状态得到了有效消除。在抽油机上下行程工作周期中，电机的工作状态在"电动-空载-电动-"周期变化，没有了制动状态，消除了制动时的电能消耗，真正实现了节能运行。
在与供电端口连接的空气开关QF和电机9的输入端口之间设置着两条并联电路上，其中一条并联电路上依次串接着交流接触器KMi与交流接触器KM3,在交流接触器KMi与交流接触器KM3之间的电路上串接着变频器6;另一条并联电路上依次串接着交流接触器KM2和电机过载保护器KH。
如图6所示，Li、 L2、 L3是供电端口的三相电源端口， R、 S、 T是变频器6的三相输入端，U、 V、 W是变频器6的三相输出端，控制部分由变频器、空气开关QF、交流接触器KMi、 KM2、 KM3和电机过载保护器KH组成，如图6进行电气连接；变频器6不外接任何制动单元，制动电阻，和电源再生变流器等器件。电路通过交流接触器的动作，可实现变频和工频运行模式的转换，交流接触器KMi和KM3同时吸合时处于变频运行状态，交流接触器KM2吸合时处于工频运行状态，交流接触器KMi、KM3和交流接触器KM2之间通过控制电路的互锁电路使之不能同时吸合，当工作在变频模式时，通过改变频率，可实现抽油机的无极调速。当变频器故障时，工频模式可作为备用模式，应急运行。
抽油机变频调速的实现
电机制动状态时变频器会因为直流母线"再生电压"问题造成过压保护停机，无法工作。在本实用新型的电机输出轴与小皮带轮之间加装单向离合器，使在抽油机下行程工作中，电机不会进入制动工作状态。在抽油机周期工作过程中，电机始终处于有效工作状态，因此，变频器不外加任何制动单元和制动电阻，和电源再生变流器等器件来处理因电机制动状态时变频器内部直流母线过电压问题而直接应用于抽油机无极调速。变频器的调速作用在抽油机上行程中有效，下行程则是依靠抽油装置重力作用自由下行。
本实用新型取得的有益效果
在抽油机电机的输出轴与皮带轮之间加装单向离合器。
① 有效脱离了电机的制动工作状态，而进入空载工作状态，可以节省电机制动状态是所消耗的电能，节能效果显著；
② 有效脱离了电机的制动工作状态，在使用变频器调速时，变频器内部直流母线不会产生"泵升电压"，可避免变频器因"泵升电压"造成的过电压保护停机。因此，变频器在游梁式抽油机的调速应用中，不需要外加任何制动单元，制动电阻，和电源再生变流器等器件。用变频器对游梁式抽油机进行调速控制，改变了用更换不同直径小皮带轮的调速方式，降低了劳动强度。
③抽油机在下行程工作状态中，由于没有电机的制动作用，抽油装置下行速度快，抽油机在上下行程整个工作周期中，以上慢下快的模式工作。上行速度慢,
等于是加长了井下原油的汇集时间，有利于提高抽油泵的充满度；下行速度快，
等于是缩短了抽油机一个工作周期的时间，提高了抽油机单位时间的抽吸次数。本实用新型有利于提供抽油机的工作效率，有利于原油增产。
权利要求1、一种可实现节能的改进型抽油机，包括与供电端口连接的空气开关QF以及驴头、游梁(1)和减速器，平衡臂(2)中部与连杆下端铰接，该连杆上端与游梁(1)后端铰接，平衡臂(2)前端与平衡配重块相固接，驱动平衡配重块转动的大皮带轮(3)通过传动带(4)和由电机驱动的小皮带轮(5)旋转动配合连接，变频器(6)通过电路与电机(15)连接，其特征是电机(9)的输出轴(8)与单向离合器(7)的内环(11)相配合固装，单向离合器(8)的外环(10)与小皮带轮(5)相固装。
2、 根据权利要求l所述的可实现节能的改进型抽油机，其特征是单向离合器(7)为契块式单向离合器或滚柱式单向离合器。
3、 根据权利要求l所述的可实现节能的改进型抽油机，其特征是单向离合器7的内环(11)与电机(9)的输出轴(2)通过键(13)相固接，单向离合器(7)的外环(10)与小皮带轮(5)通过内六角螺杆(12)相配合固接。
4、 根据权利要求l所述的可实现节能的改进型抽油机，其特征是单向离合器(7)的内环(11)与电机(9)的输出轴(2)通过键(13)相固接，单向离合器(7)的外环(10)与小皮带轮(5)通过焊点(14)相固接。
5、 根据权利要求l所述的可实现节能的改进型抽油机，其特征是单向离合器(7)的内环(11)与电机(9)的输出轴(2)通过键(13)相固接，单向离合器(7)的外环(10)端面通过内六角螺杆(12)与中间轴(17)的内端面相固接，中间轴(17)通过键(15)与小皮带轮(5)相配合固接。
6、 根据权利要求5所述的可实现节能的改进型抽油机，其特征是中间轴的外端面上通过螺紋配合固装着锁母(16),锁母(16)的内端面与小皮带轮(5)的外端面相接触配合。
7、 根据权利要求l所述的可实现节能的改进型抽油机，其特征是在与供电端口连接的空气开关QF和电机(9)的输入端口之间设置着两条并联电路，其中一条并联电路上依次串接着交流接触器KMi与交流接触器KM3,在交流接触器KMi与交流接触器KM3之间的电路上串接着变频器(6);另 一条并联电路上依次串接着交流接触器KM2和电机过载保护器KH。
专利摘要本实用新型属于抽油机结构的改进，特别是一种可实现节能的改进型抽油机，包括驴头、游梁和减速器，平衡臂中部与连杆下端铰接，该连杆上端与游梁后端铰接，平衡臂前端与平衡配重块相固接，驱动平衡配重块转动的大皮带轮通过传动带和由电机驱动的小皮带轮旋转动配合连接，变频器通过电路与电机连接，电机的输出轴与单向离合器的内环相配合固装，单向离合器的外环与小皮带轮相固装。本实用新型能使油田上广泛使用的游梁式抽油机的电机有效脱离制动工作状态，可用变频器控制抽油机电机进行无级变频调速，并且不需要外接任何制动单元、制动电阻、电源再生变流器等附件。
文档编号E21B43/00GK201358762SQ200920139960
公开日2009年12月9日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者勇 刘 申请人:勇 刘