一种可调整平衡抽油机的制作方法

1.本发明涉及抽油机生产设备技术领域，具体是涉及一种可调整平衡抽油机。


背景技术：

2.抽油机是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”，抽油机是有杆抽油系统中最主要举升设备。根据是否有游梁，可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机，游梁式抽油机的主要部件有：提供动力的动力机；传递动力并降低速度的减速器；传递动力并将旋转运动变成往复运动的四杆机构（曲柄、连杆、游梁、支架及横梁和底座）；传递动力并保证光杆做往复直线运动的驴头及悬绳器总成；使抽油机能停留在任意位置的刹车装置以及为使动力机能在一个较小的负载变化范围内工作的平衡装置等。
3.现有的游梁式抽油机的基本特点是结构简单，制造容易，使用方便，特别是它可以长期在油田全天候运转，使用可靠。是应用最广泛的抽油机。
4.目前调平衡主要是调整平衡块，现场调节存在抽油机平衡率不准确的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的在于提供一种可调整平衡抽油机，以解决上述背景技术中的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可调整平衡抽油机，包括抽油机框架机构，所述抽油机框架机构用于安装装置，还包括：自动平衡机构，所述自动平衡机构安装在抽油机框架机构上，所述自动平衡机构用于不停机自动调整抽油机的平衡；以及动力机构，所述动力机构安装在抽油机框架机构上，所述动力机构设置在自动平衡机构一侧，所述动力机构用于控制抽油机框架机构进行摆动自动，所述动力机构包括电动机、皮带以及电控箱，所述电动机安装在抽油机框架机构上，所述电动机用于动力机构提供动力；所述皮带连接所述电动机的输出端，所述皮带用于传输动力；所述电控箱安装在所述抽油机框架机构上，所述电控箱用于安装电路控制板，对装置进行控制。
7.作为本发明进一步的方案，所述抽油机框架机构包括：游梁，所述游梁的一端安装有自动平衡机构，所述游梁用于支撑自动平衡机构；支架，所述支架的一端固定连接游梁，所述支架用于固定游梁，使得游梁可以进行摆动；以及底座，所述底座固定连接支架的另一端，所述底座用于安装动力机构。
8.作为本发明进一步的方案，所述游梁的另一端安装有驴头，所述驴头用于保证抽油杆在上下运动时保持在井口原点上方。
9.作为本发明进一步的方案，所述自动平衡机构包括：带抱闸电动机，所述带抱闸电动机安装在游梁的一侧，所述带抱闸电动机用于对
自动平衡机构提供动力；减速组件，所述减速组件电路连接所述带抱闸电动机，所述减速组件用于对装置的减速；以及配重组件，所述配重组件安装在游梁侧面，所述配重组件用于对游梁进行配重。
10.作为本发明进一步的方案，所述减速组件包括：一级减速机，所述一级减速机固定连接所述游梁，所述一级减速机用于对装置进行一级减速；以及二级减速机，所述二级减速机固定连接所述游梁，所述二级减速机用于对装置进行二级减速。
11.作为本发明进一步的方案，所述配重组件包括：配重片，所述配重片通过连接杆连接游梁的一端，所述配重片用于对游梁进行配重；以及配重砂桶，所述配重砂桶两侧连接配重片，所述配重砂桶用于辅助进行配重。
12.作为本发明进一步的方案，所述自动平衡机构还包括传感器组件，所述传感器组件包括：角度传感器，所述角度传感器电路连接带抱闸电动机，所述角度传感器用于监测角度；以及限位传感器，所述限位传感器电路连接带抱闸电动机，所述限位传感器用于检测位置。
13.作为本发明进一步的方案，所述角度传感器以及限位传感器的内部计算尾平衡做功：整个上冲程，尾平衡装置中心从a点移至b点，尾平衡装置重力做功w=mgh4（1）h4=h3+h
2-h1=h3=(b-lcosθ/a)*c (2)c=k*s (3)将（2）（3）式代入（1）式可得w=mgks*( b-lcosθ/a) (4)w
‑‑‑‑‑‑‑‑
上冲程尾平衡装置做功m
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡装置质量s
‑‑‑‑‑‑‑‑
冲程k
‑‑‑‑‑‑‑
位移修正系数a
‑‑‑‑‑‑‑
游梁前臂长度b
‑‑‑‑‑‑‑‑
游梁后臂长度i
ꢀ‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡重心至连接点长度θ
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡与游梁夹角尾平衡自动调整前后做功变化δw=w
2-w1=mgks*(b-lcosθ2/a)
‑ꢀ
mgks*(b-lcosθ1/a)(5)δw
ꢀ‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整前后变化w2‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整后做功
w1‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整前做功θ2‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整后与游梁夹角θ1‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整前与游梁夹角达到平衡状态时尾平衡调整计算（θ2）达到平衡时满足条件：p
上2
=p
下2 (6)p
上2
=（p
上1
t
上-δw） /t
上
(7)p
下2
=（p
下1
t
下
+δw）/t
下
(8)将（7）（8）代入（6）可得δw=[（p
上1
‑ꢀ
p
下1
）*t
上
t
下
]/（t
上+ t
下
）(9)p
上1
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整前电机上冲程平均功率（pcs可查）p
下1
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整前电机下冲程平均功率（pcs可查）p
上2
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整后电机上冲程平均功率p
下2
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整后电机下冲程平均功率t
上
‑‑‑‑‑‑‑‑
上冲程时间t
下
‑‑‑‑‑‑‑‑
下冲程时间联立（5）（9）可得：θ2=arccos{cosθ
1-[a(p
上1
‑ꢀ
p
下1
)* t
上
* t
下
/mgksl(t
上
+ t
下
)]}。
[0014]
作为本发明进一步的方案，所述动力机构包括：电动机，所述电动机安装在底座上，所述电动机用于动力机构提供动力；皮带，所述皮带连接所述电动机的输出端，所述皮带用于传输动力；以及电控箱，所述电控箱安装在所述底座上，所述电控箱用于安装电路控制板，对装置进行控制。
[0015]
作为本发明进一步的方案，所述动力机构通过驱动机构连接抽油机框架机构，所述驱动机构包括：曲柄，所述曲柄的一端活动连接电控箱；曲柄销，所述曲柄销对称设置在曲柄两侧，所述曲柄销活动连接曲柄；以及连杆，所述连杆的一端活动连接曲柄销，所述连杆的另一端连接游梁。
[0016]
综上所述，本发明实施例与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过所述抽油机框架机构用于安装设备，自动平衡机构把抽油机工作时在下冲程的能量储存起来，在上冲程中利用储存的能量来帮助电动机作功，就可以使不平衡运转向平衡运转转化，从而使电动机在上下冲程中都做相等的正功，通过设置动力机构使得抽油机框架机构进行摆动，同时可以调节高度。
[0017]
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
[0018]
图1为发明实施例的结构示意图。
[0019]
图2为发明实施例的尾平衡自动调节计算图。
[0020]
附图标记：1-驴头、2-游梁、3-支架、4-底座、5-电动机、6-皮带、7-电控箱、8-曲柄、
9-曲柄销、10-连杆、11-带抱闸电动机、12-一级减速机、13-二级减速机、14-配重片、15-配重砂桶、16-角度传感器、17-限位传感器。
具体实施方式
[0021]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0022]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0023]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0024]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
[0026]
一种可调整平衡抽油机，包括抽油机框架机构，所述抽油机框架机构用于安装装置，还包括：自动平衡机构，所述自动平衡机构安装在抽油机框架机构上，所述自动平衡机构用于不停机自动调整抽油机的平衡；以及动力机构，所述动力机构安装在抽油机框架机构上，所述动力机构设置在自动平衡机构下方，所述动力机构用于控制抽油机框架机构进行摆动。
[0027]
在本实施例中，参见图1，所述抽油机框架机构用于安装设备，自动平衡机构把抽油机工作时在下冲程的能量储存起来，在上冲程中利用储存的能量来帮助电动机5作功，就可以使不平衡运转向平衡运转转化，从而使电动机5在上下冲程中都做相等的正功，通过设置动力机构使得抽油机框架机构进行摆动，同时可以调节高度。
[0028]
在一个实施例中，所述抽油机框架机构包括：游梁2，所述游梁2的一端安装有自动平衡机构，所述游梁2用于支撑自动平衡机构；支架3，所述支架3的一端固定连接游梁2，所述支架3用于固定游梁2，使得游梁2可以进行摆动；以及底座4，所述底座4固定连接支架3的另一端，所述底座4用于安装动力机构。
[0029]
根据本实施例，参见图1，所述底座4上安装有支架3，所述支架3远离底座4的一端活动连接游梁2，所述游梁2在动力机构提供动力的情况下，进行摆动和高低的变换，实现抽
油。
[0030]
进一步的，所述游梁2的另一端安装有驴头1，所述驴头1用于保证抽油杆在上下运动时保持在井口原点上方。
[0031]
在一个实施例中，自动平衡机构包括：带抱闸电动机11，所述带抱闸电动机11安装在游梁2的一侧，所述带抱闸电动机11用于对自动平衡机构提供动力；减速组件，所述减速组件电路连接所述带抱闸电动机11，所述减速组件用于对装置的减速；以及配重组件，所述配重组件安装在游梁2侧面，所述配重组件用于对游梁2进行配重。
[0032]
在本实施例中，参见图1，所述带抱闸电动机11可以在电机停止工作的时候锁定装置，防止电机因为外力发动电机，所述减速组件电路连接带抱闸电动机11。
[0033]
进一步的，所述减速组件包括：一级减速机12，所述一级减速机12固定连接所述游梁2，所述一级减速机12用于对装置进行一级减速；以及二级减速机13，所述二级减速机13固定连接所述游梁2，所述二级减速机13用于对装置进行二级减速。
[0034]
在本实施例中，参见图1，采用涡轮蜗杆减速一级传动和斜齿换向二级传动一级减速机12和二级减速机13，该机构总体传动比为1000，输出轴设计为两侧输出，输出动力可带动2.5t重量，摆动角度精度可达5.5
°
，同时一级传动的涡轮蜗杆机构可有效防止因负荷自重导致的反向摆动，即为机械自锁功能。
[0035]
进一步的，所述所述配重组件包括：配重片14，所述配重片14通过连接杆连接游梁2的一端，所述配重片14用于对游梁2进行配重；以及配重砂桶15，所述配重砂桶15两侧连接配重片14，所述配重砂桶15用于辅助进行配重。
[0036]
在本实施例中，参见图1，在抽油机游梁2尾部安装配重片14和配重砂桶15，在下冲程中电机和下冲程的悬点载荷一起对配重体做功，把配重体升高储存位能，在上冲程中平衡系统放出能量，帮助电机对悬点做功。
[0037]
进一步的，所述自动平衡机构还包括传感器组件，所述传感器组件包括：角度传感器16，所述角度传感器16电路连接带抱闸电动机11，所述角度传感器16用于监测角度；以及限位传感器17，所述限位传感器17电路连接带抱闸电动机11，所述限位传感器17用于检测位置。
[0038]
在本实施例中，所述角度传感器16和限位传感器17电路连接带抱闸电动机11，所述角度传感器16和限位传感器17可以更好的控制自动平衡机构。
[0039]
在一个实施例中，所述角度传感器16以及限位传感器17的内部计算尾平衡做功：整个上冲程，尾平衡装置中心从a点移至b点，尾平衡装置重力做功w=mgh4（1）h4=h3+h
2-h1=h3=(b-lcosθ/a)*c (2)
c=k*s (3)将（2）（3）式代入（1）式可得w=mgks*( b-lcosθ/a)(4)w
‑‑‑‑‑‑‑‑
上冲程尾平衡装置做功m
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡装置质量s
‑‑‑‑‑‑‑‑
冲程k
‑‑‑‑‑‑‑‑
位移修正系数a
‑‑‑‑‑‑‑‑
游梁前臂长度b
‑‑‑‑‑‑‑‑
游梁后臂长度i
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡重心至连接点长度θ
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡与游梁夹角尾平衡自动调整前后做功变化δw=w
2-w1=mgks*(b-lcosθ2/a)
‑ꢀ
mgks*(b-lcosθ1/a) (5)δw
ꢀ‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整前后变化w2‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整后做功w1‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整前做功θ2‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整后与游梁夹角θ1‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整前与游梁夹角达到平衡状态时尾平衡调整计算（θ2）达到平衡时满足条件：p
上2
=p
下2 (6)p
上2
=（p
上1
t
上-δw） /t
上
(7)p
下2
=（p
下1
t
下
+δw）/t
下
(8)将（7）（8）代入（6）可得δw=（（p
上1
‑ꢀ
p
下1
）*t
上
t
下
）/（t
上+ t
下
）(9)p
上1
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整前电机上冲程平均功率（pcs可查）p
下1
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整前电机下冲程平均功率（pcs可查）p
上2
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整后电机上冲程平均功率p
下2
‑‑‑‑‑‑‑‑
尾平衡自动调整后电机下冲程平均功率t
上
‑‑‑‑‑‑‑‑
上冲程时间t
下
‑‑‑‑‑‑‑‑
下冲程时间联立（5）（9）可得：θ2=arccos{cosθ
1-[a(p
上1
‑ꢀ
p
下1
)* t
上
* t
下
/mgksl(t
上
+ t
下
)]}。
[0040]
在本实施例中，平衡装置电气控制系统设计为手动控制和自动控制，控制系统由人机界面显示、主控模块、电流数据采集模块、上下冲程界点采集回路、摆动闭环控制回路及机械限点保护回路组成。电流数据采集模块采集抽油机的实时工作电流，本次设计采集与原抽油机电气控制系统中的智能数字电表进行连接通讯，（因原通信链路以纳入抽油机信息化生产通讯接口中，故不能对数字电表进行一分二通讯）因此在本次设计中曾设rs485通信共享器，使数字电表分别与油井rtu通讯和平衡装置控制系统通讯（即为两主一从通讯方式），将电流数据传送给主控模块计算出上行电流和下行电流，据此得到抽油机工作的实
时平衡率（平衡率=（下行电流/上行电流）*100%），与控制系统内逻辑程序中设定的平衡率值相比较，如果超过阈值，主控模块控制电动机5工作，使双侧摆臂和配重体进行相应角度的摆动调整，通过摆动闭环控制回路实时回传输出轴的角度数据，并实时监测平衡率的变化，当满足平衡率要求后，主控模块控制电动机5停止工作。当主控模块控制电动机5调整平衡工作一段时间后，如果实时平衡率无明显变化或未达到平衡调整要求时，控制系统则发出报警提示。
[0041]
在一个实施例中，所述动力机构包括：电动机5，所述电动机5安装在底座4上，所述电动机5用于动力机构提供动力；皮带6，所述皮带6连接所述电动机5的输出端，所述皮带6用于传输动力；以及电控箱7，所述电控箱7安装在所述底座4上，所述电控箱7用于安装电路控制板，对装置进行控制。
[0042]
在本实施例中，参见图1，所述电动机5用于动力机构提供动力，不局限于电动机5，其余可提供动力的设备也可以，所述电控箱7内设置有电路控制板，所述电路控制板电路连接角度传感器16和限位传感器17，控制系统由人机界面显示、主控模块、电流数据采集模块、上下冲程界点采集回路、摆动闭环控制回路及机械限点保护回路组成。
[0043]
在一个实施例中，所述动力机构通过驱动机构连接抽油机框架机构，所述驱动机构包括：曲柄8，所述曲柄8的一端活动连接电控箱7；曲柄销9，所述曲柄销9对称设置在曲柄8两侧，所述曲柄销9活动连接曲柄8；以及连杆10，所述连杆10的一端活动连接曲柄销9，所述连杆10的另一端连接游梁2。
[0044]
在本实施例中，参见图1，动力机构带动曲柄8进行往复运动，曲柄8通过曲柄销9带动连杆10运动，游梁2在连杆10的作用下，可以进行摆动和调节。
[0045]
本发明的工作原理是：启动电动机5，使得皮带6带动曲柄8摆动，在曲柄8的摆动下，可以保证连杆10带动游梁2进行工作，在抽油机游梁2尾部安装配重片14和配重砂桶15，在下冲程中电机和下冲程的悬点载荷一起对配重体做功，把配重体升高储存位能，在上冲程中平衡系统放出能量，帮助电机对悬点做功，自动平衡机构把抽油机工作时在下冲程的能量储存起来，在上冲程中利用储存的能量来帮助带抱闸电动机11作功，就可以使不平衡运转向平衡运转转化，从而使电动机5在上下冲程中都做相等的正功，通过设置动力机构使得抽油机框架机构进行摆动，同时可以调节高度。
[0046]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。