皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油的制造方法
【专利摘要】皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油机由机架、上平台、电机、刹车系统、牵引系统、配重系统、控制系统、安全机构、折叠让位机构构成。电机是一种外转子低转速大力矩稀土永磁同步电机，皮带驱动轮与电机同轴，设置在电机的两侧，前后皮带的下端互为相反绕向，绕在电机驱动轮上，上端与钢丝绳通过连接装置相连结，两根钢丝绳的另一端分别与悬点负荷和配重相连结，作为牵引系统。抽油机的往复运动是由电机本身正反转形成的，电机的正反转及运行速度是由控制系统根据数字化程序控制的，在电机的外转子外缘设置刹车系统，在上平台的前侧设置折叠让位机构。该型抽油机不仅节能环保而且安全可靠，减轻工人劳动强度。
【专利说明】皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油机
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及油田石油机械中的抽油机，尤其涉及石油采油机械中的无游梁式抽油机。
【背景技术】
[0002]目前公知的抽油机有游梁式抽油机和无游梁式抽油机。前者为传统抽油机，已经使用了 100多年，具有皮实耐用的优点，但大马拉小车，传动路径长，机械效率低，能耗高，调参困难，不适应长冲程低冲次场合。后者是近十多年来有关研发人员结合油田实际，先后开发出的无游梁式抽油机。目前市场上有一种智能宽皮带式抽油机(专利号:200620085856.4)，这种抽油机具有长冲程，低冲次，适合大泵提液，小泵深抽场合，以及稠油开采，比较皮实。目前是无游梁抽油机中推广量较大的一种机型。但是，动力仍采用游梁式抽油机相同规格的电动机，仍属于大马拉小车。且有一套繁琐的机械换向机构，效率低，噪音大。传动机构仍用减速箱，且减速箱是放在地面，容易被不法分子偷盗润滑油，润滑油被盗后若不能及时发现，易造成轴承烧毁，最终导致减速箱报废。另外还存在皮带遇风振颤抖动，存在安全隐患。井口作业需整机后移，移机不方便。发生故障时检修困难，整机成本闻等缺陷。
【发明内容】
[0003]为了克服现有智能宽皮带式抽油机的上述缺陷，本发明提供一种皮带钢丝绳组合卷扬数字化节能抽油机，可以删减繁琐的机械换向机构、减速机构，从而使得抽油机结构更简单，调节更方便。达到可靠、节能，环保，高效，控制数字化，管理智能化。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案:皮带钢丝绳复式卷扬数字化节能抽油机由机架、上平台、电机、刹车系统、牵引系统、配重系统、控制系统、安全机构、折叠让位机构构成。电机采用外转子低转速大力矩稀土永磁同步电机，电机两端是皮带驱动轮，皮带绕向按照前后互为相反绕法，作为牵引系统，在机架内采用皮带，在机架外采用钢丝绳，在皮带与钢丝绳连接之处采用特制的连接装置。抽油机的往复运动是由电机本身正反转形成的，电机的正反转及运行速度是由控制系统根据数字化程序控制的，在电机的外转子外缘设置刹车系统。
[0005]所述机架，设计成塔架形式，作为抽油机的载体。所述上平台是机架的顶部结构，作为前后定滑轮的底座，该底座可折叠为油井作业让出空间。
[0006]所述动力系统，设计一种外转子低转速大扭矩稀土永磁同步电机，并与变频器控制系统相匹配，在外转子轴向两侧设计驱动轮，由于转速< 25rpm，故无需减速机。直接将动力机械、传动机械、工作机械三机合一，传动路径为0，由于机械效率高，加之采用天平式调平衡，故电机功率配备为同型号游梁式抽油机、智能宽带抽油机的50%。
[0007]所述牵引系统，牵引方式为卷扬，适用于稠油开采，大泵提液，小泵深抽。是在外转子电机两侧的驱动轮上各固定四根皮带，前侧两根，后侧两根，它们在电机驱动轮上缠绕方向互为相反，中间两根是顺时针绕法，两侧两根是逆时针绕法，前侧皮带的下端固定在电机驱动轮上，另一端与钢丝绳连结，绕过上平台定滑轮后与前侧悬绳器相连。后侧皮带的下端固定在电机驱动轮上，另一端与钢丝绳连结，绕过上平台定滑轮后与配重相连。电机转动时，若为顺时针，中间的两根皮带在电机驱动轮上卷起，将前侧的悬点负荷从下止点提升到上止点，两侧的两根皮带在电机驱动轮上释放，把后侧配重从上止点下放到下止点。
[0008]所述刹车系统，是设计一种机电液一体化的刹车装置，它是安装在外转子电机的外缘，该刹车装置设计成常闭式，当需要打开抱闸时，通电使磁铁线圈得电，吸引拔叉控制抱闸打开，使电机工作，当需要停车或因故障停车时，停止向磁铁线圈供电，磁铁线圈失电丧失吸力，抱闸便在弹簧的作用下将电机抱紧。
[0009]所述配重系统，是与抽油机前侧光杆悬点负荷相平衡的装置，它的重量是悬点负荷提起时的最大负荷和下放时的最小负荷的平均值，抽油机抽油时，井口工况随时变化，因此应定期检查其平衡情况，并不定期调节。配重系统是由上下两块固定配重和可调配重构成，方法是根据上下行程电流差进行配重调节，若前侧上升电流大，后侧配重上升电流小，则说明配重重量轻，应对配重增加重量，反之，则应对配重减少重量。抽油机是安装在野外，对配重还要设计扶正装置，防止如大风对配重造成晃荡。为安全起见，在机架底层应设置保护围栏，防止人畜进入配重下方。此外当油井作业需要卸挂负荷时，将前侧悬绳器运行到下止点时停车，此时，配重已处于上止点，为了卸挂负荷不用吊车配合，在配重下边对应的导轨上插上两根柱销再启动抽油机，将配重坐落在柱销上，便可安全地卸挂前边的负荷。
[0010]所述控制系统，是由变频器、PLC及上下冲程位置传感器，电机电参数传感器，悬点负荷压力传感器等高度集成的集中控制系统。电机电参数为电流、电压、频率等参数，通过对电机参数的分析，可分析出平衡度，当上下行程电流差值在允许范围内时，抽油机可以正常工作，当电流差超过15%时，控制系统便会发出调节平衡的信号，值班人员获悉后应及时派人调节平衡。控制系统与电机，刹车电机以及各种传感器用电缆和导线有序连接。该型抽油机的工作原理如下，当控制系统向电机供电时，刹车电机接电后的瞬间，松开卡瓦对电机解除约束，工作电机便开始运转，假设电机作顺时针转动，皮带随驱动轮卷扬，于是带动前侧悬点负荷向上止点运行，后侧皮带拽着配重向下止点运行。当悬绳器运行到上止点位置时，上止点位置传感器便将信号反馈给控制系统，随即反向送电，于是电机便逆时针转动，从而皮带带动配重向上止点运行，前侧悬点负荷在重力作用下向下止点运行。当悬点负荷运行到下止点时，下止点位置传感器又将信号传输到控制系统，从而使电机减速换向，于是电机便又顺时针转动，如此周而复始，电机便带动抽油杆、抽油泵把原油从地下源源不断抽吸到地面上来。
[0011]所述折叠让位系统是在上平台的前侧设计可折叠定滑轮底座，井口作业时为了给修井机让出空间，先将抽油机前侧光杆悬绳器运行到下止点，将配重座落在导轨柱销上，再把光杆负荷利用光杆卡子转移到井口上，然后把光杆从悬绳器上卸下，再将钢丝绳从上平台前侧的动滑轮上解开，再从中间定滑轮上绕到前边底座端部挂钩上，利用抽油机自身动力将其吊起即可。
[0012]本发明的有益效果是显而易见的，一是结构上删除了机械式换向机构，删减了减速机，使该型抽油机结构更简单，提高机械效率，减少噪音，消除润滑油泄漏污染。二是设计稀土永磁外转子同步电机和高集中度变频控制系统，电机功率配备仅为同型号游梁抽油机、智能宽带抽油机的50%，控制电机直接换向并实现软起动，电机功率因数高，节电率高，调节技术参数方便快捷，便于自动化控制。三是采用天平式平衡，并由控制系统动态测得平衡度，及时进行调节，节电效果显著。四是将配重与导轨采用大间隙非接触形式扶正器，既不耗能又无噪音。五是当抽油机需要井口作业时，可将配重座落在柱销上，便于悬绳器处于下止点卸挂负荷。六是采用上平台折叠机构，不用整机移机，大大方便井口作业，节省人力，减轻劳动强度。七是牵引系统采用皮带和钢丝绳组合卷扬，可以大大改善电机的平稳换向和节能。八是抽油机维护不用吊车配合，节约维护成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面结合附图和实施例对该皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油机作进一步的说明:
[0014]图1是现有智能宽皮带式抽油机的结构简图；
[0015]图2是本发明的结构图；
[0016]图3是外转子稀土永磁电机结构图
[0017]图4是配重在井口卸挂负荷时座落在柱销上的主视图；
[0018]图5是配重在井口卸挂负荷时座落在柱销上的左视图；
[0019]图6是折叠让位机构；
[0020]图7是钢丝绳与皮带连接装置；
[0021]图8是导轨主视图；
[0022]图9是导轨左视图。
[0023]图中:1、上平台；2、定滑轮；3、牵引系统；4、机架；5、钢丝绳；6、皮带；7、配重；8、导轨；9、柱销；10、电机；11、刹车系统；12、砼基础；13、控制系统；14、悬绳器；15、压力传感器；16、方卡子；17、连接装置；18、折叠让位机构。
【具体实施方式】:
[0024]在图2实施例中:1.是抽油机的上平台，用型钢焊制，上平台1是定滑轮2的底座，它是安装在机架4上。机架4是抽油机的载体，用型钢制造，它是安装在砼基础12上。2是定滑轮，定滑轮利用MC制成，定滑轮座利用铸钢制造。图3是电机10结构图，该电机设计成一种外转子低转速大扭矩稀土永磁同步电机。电机10安装在轮基础12上，电机10两侧设置驱动轮，供柔性索带传递动力。在电机10的外转子外缘安装刹车系统11。电机10的动力通过皮带、钢丝绳、定滑轮传递。3是牵引系统，采用皮带和钢丝绳组合卷扬，将皮带6固定在电机10驱动轮上，前侧一端与钢丝绳5连结，绕过上平台定滑轮2后与悬绳器14相连。后侧一端与钢丝绳5连结，绕过上平台定滑轮2后与配重7相连，当电机10顺时针转动时，与电机同轴的两端驱动轮一同运转，通过驱动轮的卷扬和释放将悬点负荷14提起，将配重7放下。皮带6在驱动轮上随电机正转时卷扬，反转时释放，当悬绳器处于上止点时，前侧皮带已在驱动轮上卷起，直径处于最大，而后侧配重皮带已在驱动轮上释放，直径处于最小。此时处于换向状态，若忽略摩擦力，前后平衡度处于100%时，则不用电机驱动，抽油机即可自动完成换向，因此利于节能和平稳换向。11是刹车系统，为了保证抽油机在运行过程中，遇到超载或失载，停电等情况时，控制系统13根据控制系统的指令自动停车保护，一旦停电，刹车电机同时停电，抱闸在弹簧作用下会在瞬间将电机制动，从而保证抽油机的整机安全。图4、5所示是配重系统，它由5T，2T，1T配重块根据需要组合而成。为了能起到微调的目的，制备若干20Kg的调节块，以便对配重系统进行微调。抽油机有时需要井下维修时，前侧悬绳器处于下止点，配重处于上止点，为了利于卸挂负荷，并不用吊车配合，在配重的下边在导轨上插上两根柱销9，把配重座落在柱销9上。13是控制系统，用电缆和导线将电机和制动系统的电机及各种传感器，按电路图进行连接，通电后，首先将各种工况的技术参数，如电流，电压，频率，上行程时间，下行程时间，换向爬行时间技术数据输入控制器，抽油机运行后靠控制系统13控制电机10的正反转和上下行程的时间。抽油机在控制系统13的控制下，周而复始地工作着。同时，控制系统会根据前侧悬点负荷的变化，通过电参数获得平衡度，如果平衡度超出输入数据的上限或下限，会自动显示不平衡度，提示管理人员进行调节或处理。图8、9是导轨，是由1根无缝钢管与上平台和机座焊接固定。图7是皮带钢丝绳连接装置，上端是钢丝绳5，下端是皮带6，使用皮带6是利用其卷扬时的直径变化而引起的力矩变化，有利于换向和节能。前后端机架外的牵引使用钢丝绳5是避免皮带6遇风振颤，从而发挥皮带钢丝绳的各自优势。图6是折叠让位机构，当抽油机需要井口作业时，通过抽油机自身动力，将前侧定滑轮底座吊起，为修井机械提供空间。
【权利要求】
1.一种皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油机是由上平台(1)，定滑轮(2)，牵引系统(3)，机架(4)，钢丝绳(5)，皮带(6)，配重(7)，电机(10)，刹车系统(11)，控制系统(13)，皮带钢丝绳连接装置(17)，折叠让位系统(18)构成，所述电机(10)是一种外转子低转速大力矩稀土永磁同步电机，皮带驱动轮与电机同轴，设置在电机轴的两侧，抽油机的往复运动是由电机(10)本身正反转形成的，电机的正反转及运行速度是由控制系统(13)根据数字化程序控制的，在电机(10)的外转子外缘设置刹车系统(11)，其特征在于:在电机(10)驱动轮上固定缠绕皮带(6)，在机架外采用钢丝绳(5)，在皮带(6)与钢丝绳(5)接头处设置皮带钢丝绳连接装置(17)。
2.根据权利要求2所述皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油机，其特征在于:前后皮带在电机驱动轮上绕向互为相反，即前边的两根皮带在驱动轮上顺时针缠绕，那么后边的两根皮带在驱动轮上为逆时针缠绕。
3.根据权利要求2所述皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油机，其特征在于:皮带钢丝绳连接装置是在一个框架壳体内，一端铣有略大于皮带宽度和厚度的长方形孔，皮带穿入其中，在皮带的两侧各连接上一块矩形法兰，用两根连接螺栓固紧，框架另一端钻有略大于钢丝绳直径的通孔，钢丝绳一端浇有绳头，另一端为自由端，安装时将钢丝绳自由端从通孔中穿过拉紧即可。
4.根据权利要求1所述皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油机，其特征在于:配重系统是由配重(7)，导轨(8)，柱销(9)构成，配重顶部与钢丝绳(5)相连结，配重(7)由导轨(8)扶正。
5.根据权利要求5所述皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油机，其特征在于:当抽油机需要卸挂负荷时，悬点负荷处于下止点，配重(7)处在上止点，在配重(7)的下边导轨(8)上穿上柱销(9)，将配重(7)座落在柱销(9)上。
6.根据权利要求1所述皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油机，其特征在于:控制系统是根据电机(10)的电参数作为平衡度的数字分析源，电机(10)正转和反转的电流值是前后负荷重量的真实反映，它们成正相关，当它们的差值大于15%时，控制系统即会发出不平衡的信号，提示管理人员调节配重(7)的重量以获得新的平衡。
7.根据权利要求1所述皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油机，其特征在于:折叠系统是将前侧定滑轮(2)安装在可折叠的定滑轮底座(18)上，通过上平台中间的定滑轮(2)，利用抽油机自身动力将其吊起。
【文档编号】E21B43/00GK103670339SQ201310587188
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】廖启新, 王英军, 王献辉, 廖大林, 李要民, 董丽丽, 王会萍, 张明忠, 高利兵 申请人:河南信宇石油机械制造股份有限公司