专利名称：压力平衡摇杆换向大轮式抽油机的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种压力平衡摇杆换向大轮式抽油机，属机电一体化应用新领域。
背景技术：
在油田开发中，实现机械采油的主要手段是传统四连杆游梁式抽油机和各类天平平衡立式抽油机。据不完全统计，全世界目前有油井约200万口，其中抽油机机械采油约占95%以上。传统四连杆游梁式抽油机已逾120多年应用历史，具有疲实可靠、经久耐用、作业让位简单、卸载挂抽方便、失载保护可靠的的优点。该机型虽不断改进，不断创新，但其结构和原理万变不离其宗，至今仍占机械采油的90 %左右，成为机械采油的主导机型。随着人类对节能高效、低碳、环保的需求越来越迫切,各类节能省材、不停机智能调参、安全、环保的天平平衡立式抽油机相继诞生。与传统四连杆游梁式抽油机相比，天平平衡立式抽油机具有节能30-70 %，省材30-60 %，不停机智能调参提高工效大于1000倍，适于长冲程、低冲次的工作制度，维护工作量减少60%以上的明显技术优势，有更新传统四连杆游梁式抽油机的发展趋势。上述传统四连杆游梁式抽油机和天平平衡立式抽油机虽然各有优势，但也各有不足。四连杆游梁式抽油机结构庞大、传动链长、效率低、能耗高、调参困难，更新的需求越来必要。天平平衡立式抽油机机架高、维护不方便、作业让位困难、传动链短但相对脆弱、卸载挂抽和失载保护存在技术瓶颈，也需要技术完善。不论何种抽油机做功，上下行程都有一个势能和动能相互转化的过程，如果用气平衡取代重物平衡方式，将使势能和动能进一步优化利用，实现抽油机结构更简单、低机架维护更方便、短链传动效率高、节能省材，并集示功图测试、油水计量、远传遥控等多项功能于一机的革命性突破。
发明内容针对上述传统抽油机存在的不足，本实用新型的目的是采用柔性光杆悬挂点入井的低机架结构和压力平衡原理，下行程抽油杆位能释放储存压能，上行程平衡装置压能释放帮助做功，实现大幅度节能省材，并彻底攻克作业让位、卸载挂抽、失载保护等技术瓶颈，并通过优化智能控制软件，解决示功图监测、油水计量、远传遥控等方面技术难题，实现采油机械的创新和突破。本实用新型的技术解决方案是:所述的压力平衡摇杆换向大轮式抽油机包括置于设有螺杆举升爬行机构矮机架前上端的平衡轮(I)、机架底座中部的驱动装置和后端的压力平衡装置，其中平衡轮(I)为同轴摇杆轮、其摇杆通过连杆与驱动装置的输出曲柄联接，镶嵌耐磨填料的大轮绳槽内披复抽吸平衡绳，或逆时针固定与井内抽油杆连接的柔性抽吸绳，顺时针固定经导向轮通过平衡绳连接器与平衡液压缸(6)柱塞相连接的平衡绳；压力平衡装置的三合一隔离平衡球罐(4)置于矮机架底座内互相串联的压力补偿器(3)和平衡液压缸(6)上部，并与相关联的连接管路定向联接。所述的驱动装置为异型电机直驱装置或通用电机加对称输出减速器联合驱动装置，其中异型电机直驱装置为异型开关磁阻电机或异型永磁电机，其结构至少为以下二种类型之一:第一种为图4所示的轴向两端小直径、中部大直径的凸式双轮轴内转子结构，其轮式内转子空心轴中部固定大直径内转子，其外圆表面和两端面设置与定子磁路相对应的按N、S极性交互排列的轴向强磁体(17)和径向强磁体(18)，或设置与定子齿形相对应的铁心，空心轴两端用轴承对称固定带调冲程销孔的曲柄；中部大直径外定子内圆面圆周上设置轴向定子铁心和绕组(15)，内腔两端面设置径向定子铁心和绕组(16)；第二种为5所示的轴向两端小直径、中部大直径的凸式双轮轴内转子结构，其轮式内转子空心主轴中部固定外圆表面装有转子铁心的双轮轴内转子(19)，两端用轴承对称固定带调冲程销孔的曲柄，中部大直径双轮轴外定子(20)内圆面圆周上固定轴向定子铁心和绕组。所述的异型电机核心部件转子铁心、定子铁心和绕组的齿形、磁路、绕组结构至少为以下二种类型之一:第一种为图6所示的通电相为90°长磁路(23)定、转子铁心齿重合，非通电相定、转子铁心齿为双齿交错微重合齿铁心(21)，相绕组为隔二齿互绕三相绕组(22)；第二种为图7所示的通电相为180°长磁路(25)定、转子铁心齿重合，非通电相定、转子铁心齿为单齿交错半重合齿铁心(26)，相绕组为隔三齿互绕四相绕组(24)。所述的联轴器为接触式刚性联轴器或非接触传动永磁联轴器，其中非接触传动永磁联轴器结构至少为以下三种类型之一:第一种为图8所示的主动盘(27)和从动盘(28)盘面外环上按N、S极顺序对称交互密集或分散排列偶数强磁体(29)的同步式永磁联轴器，两盘之间用压力轴承(31)间隔，主动盘(27)外缘设置拆装调节螺杆(30)；第二种为图9所示的永磁吸盘(32)和从动吸盘(33)盘面外环上设置独立磁极总成或偶数组合磁极总成(34)的吸盘式永磁联轴器，其中磁极总成(34)包括置于环形磁轭中用隔板隔开的固定强磁体和活动强磁体，固定强磁体底部设置导磁极头，活动强磁体顶部设置磁力线叠加或短路闭合的活动柱销，两盘之间用双排滚子压力轴承(35)间隔；第三种为在永磁同步联轴器的的基础上，主动盘(27)或从动盘(28)上的强磁体
(29)改为铜环，靠涡流感应产生扭矩的涡流式永磁联轴器。所述的压力平衡装置为压缩机定期补气平衡装置或随机补气平衡装置，其中随机补气平衡装置包括压力补偿器(3)、隔离平衡球罐(4)、缓冲补偿罐(5)和平衡液压缸(6)及相关连接管路，其中隔离平衡球罐(4)与其下部的缓冲补偿罐(5)为三合一储压装置，隔离平衡球罐(4)顶部设定压放气阀，边部设充放气阀和压力采集及观察机构，内置液压油缸，液压油缸底部设置与平衡液压缸(6)有柱塞前端连接的平衡导压管(7)，平衡导压管
(7)上设充泄油阀。所述的压力补偿器(3)设二级压缩缸并置于平衡绳经过的抽油机下死点处，其一级压缩缸无柱塞端进口通过一级压缩连通管(8)和只进不出的单流阀或电磁阀与平衡液压缸(6)无柱塞尾端连接，一级压缩缸无柱塞端出口通过二级压缩连通管(9)和只出不进的单流阀连接缓冲补偿罐(5) ;二级压缩缸无柱塞端进口通过充气连通管(10)和只进不出的单流阀连接缓冲补偿罐(5)，二级压缩缸无柱塞端出口通过三级压缩连通管(11)和只出不进的单流阀与隔离平衡球罐(4)连接；平衡绳连接器运行至抽油机下死点与压力补偿器(3) —、二级压缩缸柱塞接触进行三级压缩随机补气稳压。采用以上技术方案，本实用新型与传统四连杆游梁式抽油机和天平平衡立式抽油机相比具有大幅度节能省材，不停机智能调参、调平衡和作业让位、卸载挂抽、失载保护、地面维护方便的明显技术优势和示功图模拟、油水计量、远传遥控功能，是机械采油理想的方向性换代机型。
图1为压力平衡摇杆换向大轮式抽油机结构及压力管路连接示意图；图2为图1的通用电机加对称输出减速器联合驱动抽油机结构示意图；图3为图1的通用电机加对称输出减速器联合驱动装置结构示意图；图4为图1的凸式双轮轴永磁混合驱动异型内转子电机结构示意图；图5为图1的凸式双轮轴异型内转子电机结构示意图；图6为图4的异型电机长磁路双齿交错微重合齿铁心、绕组结构示意图；图7为图5的异型电机长磁路单齿交错半重合齿铁心、绕组结构示意图；图8为图3的同步式永磁联轴器结构示意图；图9为图3的吸盘式永磁联轴器结构示意图。图中:1.平衡轮；2.异型电机；3.压力补偿器；4.隔离平衡球罐；5.缓冲补偿罐；
6.平衡液压缸；7.平衡导压管；8.—级压缩连通管；9.二级压缩连通管；10.充气连通管；
11.三级压缩连通管；12.对称输出减速器；13.联轴器；14.通用电机；15.轴向定子铁心和绕组；16.径向定子铁心和绕组；17.轴向永磁体；18.径向永磁体；19.双轮轴内转子；20.双轮轴外定子；21.双齿交错微重合齿铁心；22.隔二齿互绕三相绕组；23.90°长磁路；24.隔三齿互绕四相绕组；25.180°长磁路；26.单齿交错半重合齿铁心；27.主动盘；28.从动盘；29.强磁体；30.调节螺杆；31.压力轴承；32.永磁吸盘；33.从动吸盘；34.磁极总成；35.双排滚子压力轴承。
具体实施方式
实施例1:如图1所示:所述的压力平衡摇杆换向大轮式抽油机包括置于设有螺杆举升爬行机构矮机架前上端的平衡轮(I)、机架底座中部的驱动装置和后端的压力平衡装置，其中平衡轮(I)为同轴摇杆轮、其摇杆通过连杆与驱动装置的输出曲柄联接，镶嵌耐磨填料的大轮绳槽内披复抽吸平衡绳，或逆时针固定与井内抽油杆连接的柔性抽吸绳，顺时针固定经导向轮通过平衡绳连接器与平衡液压缸(6)柱塞相连接的平衡绳；压力平衡装置的三合一隔离平衡球罐(4)置于矮机架底座内互相串联的压力补偿器(3)和平衡液压缸(6)上部，并与相关联的连接管路定向联接。[0036]所述的驱动装置为异型电机直驱装置，其结构为图4所示的轴向两端小直径、中部大直径的凸式双轮轴内转子结构，其轮式内转子空心轴中部固定大直径内转子，其外圆表面和两端面设置与定子磁路相对应的按N、S极性交互排列的轴向强磁体(17)和径向强磁体(18)，或设置与定子齿形相对应的铁心，空心轴两端用轴承对称固定带调冲程销孔的曲柄；中部大直径外定子内圆面圆周上设置轴向定子铁心和绕组(15)，内腔两端面设置径向定子铁心和绕组(16)。所述的异型电机核心部件转子铁心、定子铁心和绕组的齿形、磁路、绕组结构为图6所示的通电相为90°长磁路(23)定、转子铁心齿重合,非通电相定、转子铁心齿为双齿交错微重合齿铁心(21)，相绕组为隔二齿互绕三相绕组(22)。所述的压力平衡装置为随机补气平衡装置，随机补气平衡装置包括压力补偿器(3)、隔离平衡球罐(4)、缓冲补偿罐(5)和平衡液压缸(6)及相关连接管路，其中隔离平衡球罐(4)与其下部的缓冲补偿罐(5)为三合一储压装置，隔离平衡球罐(4)顶部设定压放气阀，边部设充放气阀和压力采集及观察机构，内置液压油缸，液压油缸底部设置与平衡液压缸(6)有柱塞前端连接的平衡导压管(7)，平衡导压管(7)上设充泄油阀。所述的压力补偿器(3)设二级压缩缸并置于平衡绳经过的抽油机下死点处，其一级压缩缸无柱塞端进口通过一级压缩连通管(8)和只进不出的单流阀或电磁阀与平衡液压缸(6)无柱塞尾端连接，一级压缩缸无柱塞端出口通过二级压缩连通管(9)和只出不进的单流阀连接缓冲补偿罐(5) ;二级压缩缸无柱塞端进口通过充气连通管(10)和只进不出的单流阀连接缓冲补偿罐(5)，二级压缩缸无柱塞端出口通过三级压缩连通管(11)和只出不进的单流阀与隔离平衡球罐(4)连接；平衡绳连接器运行至抽油机下死点与压力补偿器(3) —、二级压缩缸柱塞接触进行三级压缩随机补气稳压。所述的压力平衡摇杆换向大轮式抽油机设计参数为:最大提升载荷:80kn ;电动机功率:15kw ；平衡压力:5Mpa ；冲程:l-3m无级调节；冲次:0_5r/min无级调节；整机重量:3000kg;外型尺寸:5.0X1.0X3(m)。实施例2:如图2所示:本实用新型压力平衡摇杆换向大轮式抽油机包括置于设有螺杆举升爬行机构矮机架前上端的平衡轮(I)、机架底座中部的驱动装置和后端的压力平衡装置，其中平衡轮(I)为同轴摇杆轮、其摇杆通过连杆与驱动装置的输出曲柄联接，镶嵌耐磨填料的大轮绳槽内披复抽吸平衡绳，或逆时针固定与井内抽油杆连接的柔性抽吸绳，顺时针固定经导向轮通过平衡绳连接器与平衡液压缸(6)柱塞相连接的平衡绳；压力平衡装置的三合一隔离平衡球罐(4)置于矮机架底座内互相串联的压力补偿器(3)和平衡液压缸(6)上部，并与相关联的连接管路定向联接。所述的驱动装置为通用电机加对称输出减速器联合驱动装置。所述的联轴器为非接触传动永磁联轴器，其结构为图8所示的主动盘(27)和从动盘(28)盘面外环上按N、S极顺序对称交互密集或分散排列偶数强磁体(29)的同步式永磁联轴器，两盘之间用压力轴承(31)间隔，主动盘(27)外缘设置拆装调节螺杆(30)。所述的压力平衡装置为随机补气平衡装置，随机补气平衡装置包括压力补偿器(3)、隔离平衡球罐(4)、缓冲补偿罐(5)和平衡液压缸(6)及相关连接管路，其中隔离平衡球罐(4)与其下部的缓冲补偿罐(5)为三合一储压装置，隔离平衡球罐(4)顶部设定压放气阀，边部设充放气阀和压力采集及观察机构，内置液压油缸，液压油缸底部设置与平衡液压缸(6)有柱塞前端连接的平衡导压管(7)，平衡导压管(7)上设充泄油阀。所述的压力补偿器(3)设二级压缩缸并置于平衡绳经过的抽油机下死点处，其一级压缩缸无柱塞端进口通过一级压缩连通管(8)和只进不出的单流阀或电磁阀与平衡液压缸(6)无柱塞尾端连接，一级压缩缸无柱塞端出口通过二级压缩连通管(9)和只出不进的单流阀连接缓冲补偿罐(5) ;二级压缩缸无柱塞端进口通过充气连通管(10)和只进不出的单流阀连接缓冲补偿罐(5)，二级压缩缸无柱塞端出口通过三级压缩连通管(11)和只出不进的单流阀与隔离平衡球罐(4)连接；平衡绳连接器运行至抽油机下死点与压力补偿器(3) —、二级压缩缸柱塞接触进行三级压缩随机补气稳压。所述的压力平衡摇杆换向大轮式抽油机设计参数为:最大提升载荷:140kn ；电动机功率:37kw ；冲程:l-6m无级调节；冲次:0-5r/min无级调节；平衡压力:8Mpa ；整机重量:6000kg；外型尺寸:9X1.2X3(m)。
权利要求1.一种压力平衡摇杆换向大轮式抽油机，其特征在于:该机包括置于设有螺杆举升爬行机构矮机架前上端的平衡轮(I)、机架底座中部的驱动装置和后端的压力平衡装置，其中平衡轮(I)为同轴摇杆轮、其摇杆通过连杆与驱动装置的输出曲柄联接，镶嵌耐磨填料的大轮绳槽内披复抽吸平衡绳，或逆时针固定与井内抽油杆连接的柔性抽吸绳，顺时针固定经导向轮通过平衡绳连接器与平衡液压缸(6)柱塞相连接的平衡绳；压力平衡装置的三合一隔离平衡球罐(4)置于矮机架底座内互相串联的压力补偿器(3)和平衡液压缸(6)上部，并与相关联的连接管路定向联接。
2.根据权利要求1所述的压力平衡摇杆换向大轮式抽油机，其特征在于:所述的驱动装置为异型电机直驱装置或通用电机加对称输出减速器联合驱动装置，其中异型电机直驱装置为异型开关磁阻电机或异型永磁电机，其结构至少为以下二种类型之一: 第一种为轴向两端小直径、中部大直径的凸式双轮轴内转子结构，其轮式内转子空心轴中部固定大直径内转子，其外圆表面和两端面设置与定子磁路相对应的按N、S极性交互排列的轴向强磁体(17)和径向强磁体(18)，或设置与定子齿形相对应的铁心，空心轴两端用轴承对称固定带调冲程销孔的曲柄；中部大直径外定子内圆面圆周上设置轴向定子铁心和绕组(15)，内腔两端面设置径向定子铁心和绕组(16)； 第二种为轴向两端小直径、中部大直径的凸式双轮轴内转子结构，其轮式内转子空心主轴中部固定外圆表面装有转子铁心的双轮轴内转子(19)，两端用轴承对称固定带调冲程销孔的曲柄，中部大直径双轮轴外定子(20)内圆面圆周上固定轴向定子铁心和绕组。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的压力平衡摇杆换向大轮式抽油机，其特征在于:所述的异型电机核心部件转子铁心、定子铁心和绕组的齿形、磁路、绕组结构至少为以下二种类型之一: 第一种通电相为90°长磁路 (23)定、转子铁心齿重合，非通电相定、转子铁心齿为双齿交错微重合齿铁心(21)，相绕组为隔二齿互绕三相绕组(22)； 第二种通电相为180°长磁路(25)定、转子铁心齿重合，非通电相定、转子铁心齿为单齿交错半重合齿铁心(26)，相绕组为隔三齿互绕四相绕组(24)。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的压力平衡摇杆换向大轮式抽油机，其特征在于:所述的联轴器为接触式刚性联轴器或非接触传动永磁联轴器，其中非接触传动永磁联轴器结构至少为以下三种类型之一: 第一种为主动盘(27)和从动盘(28)盘面外环上按N、S极顺序对称交互密集或分散排列偶数强磁体(29)的同步式永磁联轴器，两盘之间用压力轴承(31)间隔，主动盘(27)外缘设置拆装调节螺杆(30)； 第二种为永磁吸盘(32)和从动吸盘(33)盘面外环上设置独立磁极总成或偶数组合磁极总成(34)的吸盘式永磁联轴器，其中磁极总成(34)包括置于环形磁轭中用隔板隔开的固定强磁体和活动强磁体，固定强磁体底部设置导磁极头，活动强磁体顶部设置磁力线叠加或短路闭合的活动柱销，两盘之间用双排滚子压力轴承(35)间隔； 第三种为在永磁同步联轴器的的基础上，主动盘(27)或从动盘(28)上的强磁体(29)改为铜环，靠涡流感应产生扭矩的涡流式永磁联轴器。
5.根据权利要求1所述的压力平衡摇杆换向大轮式抽油机，其特征在于:所述的压力平衡装置为压缩机定期补气平衡装置或随机补气平衡装置，其中随机补气平衡装置包括压力补偿器(3)、隔离平衡球罐(4)、缓冲补偿罐(5)和平衡液压缸(6)及相关连接管路，其中隔离平衡球罐(4)与其下部的缓冲补偿罐(5)为三合一储压装置，隔离平衡球罐(4)顶部设定压放气阀，边部设充放气阀和压力采集及观察机构，内置液压油缸，液压油缸底部设置与平衡液压缸(6)有柱塞前端连接的平衡导压管(7)，平衡导压管(7)上设充泄油阀。
6.根据权利要求1或权利要求5所述的压力平衡摇杆换向大轮式抽油机，其特征在于:所述的压力补偿器(3)设二级压缩缸并置于平衡绳经过的抽油机下死点处，其一级压缩缸无柱塞端进口通过一级压缩连通管(8)和只进不出的单流阀或电磁阀与平衡液压缸(6)无柱塞尾端连接，一级压缩缸无柱塞端出口通过二级压缩连通管(9)和只出不进的单流阀连接缓冲补偿罐(5) ;二级压缩缸无柱塞端进口通过充气连通管(10)和只进不出的单流阀连接缓冲补偿罐(5)，二级压缩缸无柱塞端出口通过三级压缩连通管(11)和只出不进的单流阀与隔离平衡球罐(4)连接；平衡绳连接器运行至抽油机下死点与压力补偿器(3) —、二级压缩缸柱塞接触进行 三级压缩随机补气稳压。
专利摘要本实用新型为一种压力平衡摇杆换向大轮式抽油机，属机电一体化应用新领域。该机包括置于设有螺杆举升爬行机构矮机架前上端的平衡轮、机架底座中部的驱动装置和后端的压力平衡装置，其中平衡轮为同轴摇杆轮、其摇杆通过连杆与驱动装置的输出曲柄联接，镶嵌耐磨填料的大轮绳槽内披复抽吸平衡绳，或逆时针固定与井内抽油杆连接的柔性抽吸绳，顺时针固定经导向轮通过平衡绳连接器与平衡液压缸柱塞相连接的平衡绳；压力平衡装置的三合一隔离平衡球罐置于矮机架底座内互相串联的压力补偿器和平衡液压缸上部，并与相关联的连接管路定向联接。该机具有大幅度节能省材，不停机智能调参、调平衡和作业让位、卸载挂抽、失载保护、地面维护方便的明显技术优势和示功图模拟、油水计量、远传遥控功能，是机械采油理想的方向性换代机型。
文档编号H02K51/00GK202970646SQ20122067297
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者王颖 申请人:王颖