一种新型游梁抽油机动平衡智能调节装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种新型游梁抽油机动平衡智能调节装置，属油田采油机械控制【技术领域】。它是在外壳内的右边固定安装有伺服电机，左边通过轴承座装有丝杠，外壳内的左边装有承力导轨，丝杠上装有游码塑料波纹管；伺服电机与丝杠通过联轴器连接；外壳的左端装有通过连杆与游码活动连接的摆杆，摆杆上装有平衡箱，伺服电机通过信号线与地面的数字化控制柜连接。本实用新型固定在游梁尾部，不改变原有结构，采用控制系统控制伺服电机动作，可实现远程控制，调平衡范围广，平衡效果好。对油田恶劣环境的适应性强，提高了整个平衡装置的使用寿命。解决了现有抽油机要选用大功率电机，电动机工作在低功率因数状态，导致电网供电质量变差的问题。
【专利说明】一种新型游梁抽油机动平衡智能调节装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种新型游梁抽油机动平衡智能调节装置，属于油田采油机械和 地面自动控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 抽油机有杆泵采油系统的工作特点是：在一个完整的冲程循环内抽油机悬点载荷 变化较大，上冲程驴头悬点需提起抽油杆和油柱，这时电动机要付出很大的能量；到下冲程 时，抽油杆依靠自重就可以下落，不但不需要电机付出能量，反而对电机做功，使电机处于 发电状态。为了减少电动机在上下冲程中受到的不均匀载荷，现有抽油机上普遍加装有平 衡装置。常规的游梁式抽油机采用曲柄平衡方式，下冲程悬点载荷下落的回馈能量和动力 机共同对曲柄平衡装置做功，将其转化成势能储存起来；上冲程曲柄平衡装置将势能释放 与动力机共同对悬点做功，提起悬点载荷；常规的游梁式抽油机曲柄平衡装置在减速器输 出轴上产生的平衡扭矩是按正弦规律变化的，导致载荷扭矩曲线和曲柄平衡扭矩曲线折减 后的净扭矩曲线波动较大，有较高的"峰值"和较深的负向"谷值"存在，必须要选用较大扭 矩的减速器和较大功率的电动机，形成高能耗，而且电动机工作在低功率因数状态，导致电 网的供电质量变差。
[0003] 为了减少高能耗，目前油田的游梁式抽油机采用了多种节能措施。如在曲柄上加 装平衡装置的方法有副平衡块二次平衡法，该方法是在曲柄平衡块的直线端面上加装一副 平衡块，通过改变副平衡块的位置，达到二次平衡的效果；该平衡方法虽然可以改变平衡系 统的偏置角，部分的降低曲柄上的扭矩，减少负扭矩，但由于副平衡块的重量有限，调节的 效果也有限。同时，由于在曲柄平衡块上增加了调节装置，结构较为复杂，降低了整个系统 的可靠性，而且不能降低曲柄销上的受力，因此，该二次平衡方式没能在油田大面积推广。 再者，在曲柄上加装平衡装置要实现曲柄平衡的自动化难度较大，其原因在于曲柄和平衡 重是360°不断旋转运动的，这会使曲柄辅助平衡装置振动剧烈，控制线不断缠绕。
[0004] 又如现有的游梁辅助平衡措施是在常规型游梁式抽油机的尾部加装固定的平衡 重，资料显示有一定的节能效果，但由于平衡重角度不可调节，使游梁平衡与悬点载荷很难 匹配，特别是在浅井中平衡效果差，平衡能力比较有限，难以适应各种不同的工况，个别工 况甚至造成更大的能耗。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的在于，针对上述【背景技术】的现状和不足，提供一种新型游梁抽 油机动平衡智能调节装置，该装置固定在游梁尾部，采用控制系统控制伺服电机动作，进而 实现摆杆摆角〇°到90°变化，实现实时动态自动调平衡，拓宽调平衡范围，改善调平衡效 果，并且可实现远程控制。
[0006] 本实用新型是通过如下的技术方案来实现上述目的的：
[0007] 该新型游梁抽油机动平衡智能调节装置包括方形法兰、外壳、伺服电机、联轴器、 丝杠、数字化控制柜、轴承座、环形铁片、游码、承力轴承、承力导轨、连杆、摆杆、平衡箱、限 位销、塑料波纹管和保护罩，其特征在于：外壳内的右边固定安装有伺服电机，外壳内的左 边通过轴承座固定安装有丝杠，丝杠上的螺纹为梯形螺纹；外壳内的左边前后两侧固定安 装有承力导轨，丝杠上安装有游码，游码两侧安装有与承力导轨配合的承力轴承，承力轴承 可沿承力导轨直线滚动，游码与丝杠通过梯形螺纹螺旋配合；游码两端的丝杠上通过环形 铁片装有塑料波纹管；伺服电机与丝杠通过联轴器连接；外壳的右端固装有方形法兰，夕卜 壳的左端通过耳板铰接固定有可绕铰接点摆动的摆杆，摆杆的一端通过连杆与游码活动连 接，摆杆的另一端固装有平衡箱，平衡箱内安放有平衡块，平衡块通过限位销固定；外壳上 部安装有保护罩，保护罩左端中部开有一条宽度略大于摆杆的槽；伺服电机通过信号线与 地面的数字化控制柜连接。
[0008] 本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：
[0009] 该新型游梁抽油机动平衡智能调节装置固定在游梁尾部，采用控制系统控制伺服 电机动作，无需手动调平衡，可根据监测信息通过数字化控制柜控制执行机构自动调节抽 油机平衡，智能化程度高，并且可实现远程控制。通过改变摆杆摆角从〇°到90°的变化 及改变平衡重的重量来调节抽油机的平衡，调平衡范围广，平衡效果好，真正达到了节省电 能和提高抽油机寿命的目的。另外，该装置选用滑动丝杠螺母，可以实现自锁，无需制动装 置；且丝杠采用塑料波纹管和保护罩双重密封保护，有利于防砂防尘，增强了该装置对油田 恶劣环境的适应性，提高了整个平衡装置的使用寿命；采用承力轴承与承力导轨滚动配合， 与普通的燕尾导轨相比摩擦力大大减小；整个平衡装置通过方形法兰安装在游梁尾部，不 改变原抽油机的结构，平衡装置结构简单紧凑，造价低且适用范围广。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1为一种新型游梁抽油机动平衡智能调节装置安装在抽油机上的结构示意图；
[0011] 图2为一种新型游梁抽油机动平衡智能调节装置的主视图；
[0012] 图3为一种新型游梁抽油机动平衡智能调节装置的俯视图；
[0013] 图4为一种新型游梁抽油机动平衡智能调节装置自动调平衡工作原理图。
[0014] 图中：1、游梁，2、方形法兰，3、外壳，4、伺服电机，5、联轴器，6、丝杠，7、数字化控制 柜，8、9、轴承座，10、11、17、18、环形铁片，12、游码，13、14、承力轴承，15、16、承力导轨，19、 连杆，20、摆杆，21、平衡箱，22、限位销，23、24、塑料波纹管，25、保护罩。
【具体实施方式】
[0015] 该新型游梁抽油机动平衡智能调节装置包括方形法兰2、外壳3、伺服电机4、联轴 器5、丝杠6、数字化控制柜7、轴承座8、9、环形铁片10、11、17、18、游码12、承力轴承13、14、 承力导轨15、16、连杆19、摆杆20、平衡箱21、限位销22、塑料波纹管23、24和保护罩25,夕卜 壳3内的右边固定安装有伺服电机4,外壳3内的左边通过轴承座8、9固定安装有丝杠6， 丝杠6上的螺纹为梯形螺纹。外壳3内的左边前后两侧固定安装有承力导轨15、16,丝杠6 上安装有游码12,游码12两侧安装有与承力导轨15、16配合的承力轴承13、14,承力轴承 13、14可沿承力导轨15、16直线滚动，采用承力轴承13、14和承力导轨15、16 -方面承受调 平衡过程中丝杠6垂直方向的分力，另一方面，与传统燕尾槽相比，通过滚动摩擦的方式大 大减小了与导轨的摩擦。游码12与丝杠6通过梯形螺纹螺旋配合。游码12两端的丝杠6 上通过环形铁片11、18、17、10装有塑料波纹管23、24,所述的两段塑料波纹管23、24的直径 和长度相等，其两端通过轴承座8、9内侧和游码12两端焊接的环形铁片11、10、18、17粘接 固定在丝杠6外部，对丝杠6起到防砂防尘的作用。伺服电机4与丝杠6通过联轴器5连 接。外壳3的右端固装有方形法兰2,外壳3的左端通过耳板铰接固定有可绕铰接点摆动的 摆杆20,摆杆20的一端通过连杆19与游码12活动连接，摆杆20的另一端固装有平衡箱 21，平衡箱21内安放有平衡块，平衡块通过限位销22固定；外壳3上部安装有保护罩25， 保护罩25左端中部开有一条宽度略大于摆杆20的槽；伺服电机4通过信号线与地面的数 字化控制柜7连接。（参见附图1?4)
[0016] 所述的摆杆20摆动的铰支点位置高于游码12与连杆19的铰支点，使得丝杠6上 受到的轴向分力远低于当摆杆20的铰支点与游码12的铰支点位于同一高度时丝杠6的轴 向分力，而且摆杆20摆动的角度可以实现0°到90°变化，所以不仅对丝杠6的选型和寿 命更加有利，而且与平衡重平动相比，拓宽了调平衡范围，改善了调平衡效果。
[0017] 所述的保护罩25为有机玻璃材料，安放在外壳3的上部，对平衡装置起保护作用。 根据摆杆20最高点的轨迹流线设计，两端水平伸出一部分，与外壳3两端水平伸出的部分 用螺栓连接固定。保护罩25左端中部开有一条宽度略大于摆杆的缝，防止摆杆20摆动到 一定角度时被保护罩25挡住后不能运动。流线型设计节省材料，外形美观，且方便观测，易 于安装。
[0018] 所述的数字化控制柜7接收并分析传感器采集的数据，计算出抽油机的平衡度并 实时显示平衡度，再通过软件设置一个最佳平衡度，控制器则计算出达到最佳平衡度伺服 电机4需要转动的圈数，进而驱动伺服电机4动作，最终实现摆杆20的摆动。采用伺服电 机4具有精度高、稳定性好、低速大转矩、响应速度快、能频繁起制动及正反转的优点；控制 位置和速度精度高，调平衡快速精确。
[0019] 该平衡装置的执行机构于地面组装完成后通过方形法兰2固定在游梁1的尾部。 在抽油机驴头上安装有传感器，传感器和电参数采集模块共同构成数据采集模块。数据采 集模块的信号输出端与数字化控制柜7的信号输入端通过信号线连接。工作时，当抽油机 调平衡时，数字化控制柜7接收数据采集模块采集的数据，通过软件计算出此时抽油机的 平衡度，并实时显示平衡度，再设定一个最佳平衡度，控制器计算出使摆杆20摆动到目标 位置时伺服电机4需要转动的转数，控制器输入运动指令代码，输出控制信号给伺服电机 4,驱动伺服电机4动作。伺服电机4通过联轴器5带动丝杠6旋转，丝杠6上制作有梯形 螺纹，和游码12内环形铜套的梯形螺纹配合，将丝杠6的旋转运动转变为游码12的直线运 动，在游码12直线运动的过程中，游码12两侧的承力轴承13、14随着游码12的直线运动 在承力导轨15、16上作直线滚动，将丝杠垂直方向上的分力转移到承力导轨15、16上，波纹 管23、24则随游码12的直线运动弹性伸缩，保护丝杠。游码12的直线运动带动连杆19运 动，连杆19的运动使得摆杆20的摆角发生变化，使得平衡力臂和平衡力矩也随之改变，当 到达目标平衡位置时，电机停止动作。由于在抽汲过程中，油藏状况不断改变，所以需要设 定适当的调整周期经常调整平衡，待到所设定的周期再次调平衡时，再重复以上操作流程。 控制过程参见附图4的自动调平衡工作原理图。
[0020] 以上所述只是本实用新型的较佳实施例而已，上述举例说明不对本实用新型的实 质内容作任何形式上的限制，所属【技术领域】的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本实 用新型的技术实质对以上【具体实施方式】所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭 示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本实用新型技术方案的 范围内，而不背离本实用新型的实质和范围。
【权利要求】
1. 一种新型游梁抽油机动平衡智能调节装置，它包括方形法兰（2)、外壳（3)、伺服电 机（4)、联轴器（5)、丝杠（6)、数字化控制柜（7)、轴承座（8、9)、环形铁片（10、11、17、18)、 游码（12)、承力轴承（13、14)、承力导轨（15、16)、连杆（19)、摆杆（20)、平衡箱（21)、限位 销（22)、塑料波纹管（23、24)和保护罩（25)，其特征在于：外壳（3)内的右边固定安装有伺 服电机（4)，外壳（3)内的左边通过轴承座（8、9)固定安装有丝杠（6)，丝杠（6)上的螺纹为 梯形螺纹；外壳（3)内的左边前后两侧固定安装有承力导轨（15、16)，丝杠（6)上安装有游 码（12)，游码（12)两侧安装有与承力导轨（15、16)配合的承力轴承（13、14)，承力轴承（13、 14)可沿承力导轨（15、16)直线滚动，游码（12)与丝杠（6)通过梯形螺纹螺旋配合；游码 (12)两端的丝杠（6)上通过环形铁片（11、18、17、10)装有塑料波纹管（23、24);伺服电机 (4)与丝杠（6)通过联轴器（5)连接；外壳（3)的右端固装有方形法兰（2)，外壳（3)的左端 通过耳板铰接固定有可绕铰接点摆动的摆杆（20)，摆杆（20)的一端通过连杆（19)与游码 (12)活动连接，摆杆（20)的另一端固装有平衡箱（21)，平衡箱（21)内安放有平衡块，平衡 块通过限位销（22)固定；外壳（3)上部安装有保护罩（25)，保护罩（25)左端中部开有一条 宽度大于摆杆（20)的槽；伺服电机（4)通过信号线与地面的数字化控制柜（7)连接。
【文档编号】E21B43/00GK203867528SQ201420190440
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年4月19日 优先权日:2014年4月19日
【发明者】周思柱, 易文君, 李宁, 华剑, 曾豪勇, 秦伦 申请人:长江大学