一种游梁式抽油机的节能装置的制作方法

[0001]
本实用新型属于石油装备技术领域，具体的涉及一种游梁式抽油机的节能装置。


背景技术：

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游梁式抽油机作为国际上使用最早并且应用最广泛的抽油机，由于其结构简单、易于操作对于各种环境的适应能力极强的特点，使其一直延续使用直到现在。游梁式抽油机虽有优点，其也存在相当大的缺陷，其中高耗能算是游梁式抽油机的致命缺陷，其中最为显著的就是电力消耗，游梁式抽油机的电力消耗相当于整个石油企业总耗能的百分之二十，这对石油企业的经济运行成本无疑造成了巨大的压力，使整个石油开采能本上升到了一个新的高度上，而抽油机作为石油开采最重要、最核心的机器设备，如何达到节能减耗是游梁式抽油机亟待解决的问题，更是一直困扰石油开采企业的问题。
[0003]
目前的抽油机结构：包括固定在底座一侧的配电控制箱，手动刹车装置，电动机，减速机，抽油机组成，电动机通过配电控制箱外接电网，配电控制箱控制电动机启动，关联减速机并带动抽油机往复运动，需要停机时候通过配电控制箱停电，手动刹车装置控制电动机刹车。游梁式抽油机耗能大的原因主要有以下几点：
[0004]
1、电动机负载低，低效率运行：由于启动载荷较大，为保证抽油机的启动要求和在运行时有足够的过载能力，通常所配的电动机装机功率较大，而电动机正常运行时都是轻载运行，造成抽油机负载率低，与电动机不匹配，形成“大马拉小车”的生产状况，使线路、变压器、电动机的功率损耗增大；电动机的运行效率取决于负载率，轻载时电动机的效率很低，当负载增加到一定值时，变化则很小，有实验证明：负载率＜0.4时，效率的变化不大，负载率>0.7时，效率最高。当电动机负荷很低时，电动机仍要从电网吸取较大的无功功率，从而降低了功率因数，这就是目前电机功率因数低的主要原因。
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2、平衡率低：现场使用的抽油机平衡率低，严重的不平衡造成电力的浪费，造成多数电动机电流变化不均匀，使电动机内耗大大增加，影响整个抽油系统的效率。
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3、存在发电现象：现有的节电措施大都是针对电机低负荷率下效率低和功率因数低造成的电能浪费的情况，而抽油机浪费电能的另一个重要原因是抽油机拖动电机发电。由于抽油机负载波动很大，在抽油机的正常运转中会出现抽油机减速机输入轴的运转速度大于电机对它的驱动速度的情况，这时，抽油机就拖动电机发电，其发的电不会完全与电网同步和存在线路损耗，可以肯定电机发的电不能完全被电网利用。在整个电能—机械能—电能的转换过程中能有很大的一部分能量被浪费掉，导致能耗高。
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4、刹车装置耗能：抽油机停车时，由于游梁平衡块的惯性，会使得抽油机继续转动或者来回摆动，需要刹车系统对其制动，制动的过程也耗费了大量的能源。
[0008]
鉴于现有游梁式抽油机耗能大的技术缺陷，需要提供一种结构简单，使用方便，能够有效利用抽油过程中低功耗或者刹车过程的剩余动能，提高电动机运行效率，减小能耗的一种游梁式抽油机的节能装置。


技术实现要素：

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本实用新型的目的在于提供一种结构简单，使用方便，能够有效利用抽油过程中低功耗或者刹车过程的剩余动能，提高电动机运行效率，减小能耗的一种游梁式抽油机的节能装置。
[0010]
为解决上述问题，本实用新型提供了一种游梁式抽油机的节能装置，包括固定在底座上的配电控制箱，手动刹车装置，电动机，减速机和抽油机，配电控制箱内装配有电机功率变换控制器和电源连接头，其中，电动机，减速机之间设置有电动机/发电机机组，电动机，电动机/发电机机组，减速机通过传动皮带连接在一起；减速机输出轴的上方设置有上位置传感器，减速机输出轴的下方设置有下位置传感器；上位置传感器、下位置传感器用于感知减速机输出轴位置；上位置传感器、下位置传感器分别通过信号电缆与电机功率变换控制器连接。
[0011]
进一步包括有电池组，电池组或固定于配电控制箱内，或固定于底座上，或埋设于地下，电动机、电动机/发电机机组、电池组、电源连接头，分别通过动力线缆与电机功率变换控制器连接。
[0012]
电动机/发电机机组将电动机和发电机同轴，利用电动机和发电机的可逆性，将发电机和电动机二合一。
[0013]
电动机/发电机机组包括两种工作状态：
[0014]
在启动过程和抽油过程：工作在电动状态，通过减速机为抽油机提供附加动力，工作在电动状态时由电池组供给电力；
[0015]
在停机刹车过程和吸油过程：工作在发电状态，将抽油机和减速机的惯性动力转换成电能，存储到电池组中。
[0016]
电机功率变换控制器用于根据上位置传感器，下位置传感器的信号，判断抽油机工作处在抽油过程或者吸油过程，电机功率变换控制器用于管理电池组的冲放电过程；当电池组电量不足时，通过电源连接头为电池组补充电能。
[0017]
电动机：由外接电源提供电能，为抽油机提供常规动力。
[0018]
抽油机启动时，电动机，电动机/发电机机组同时工作，利用最大扭矩启动抽油机，电动机/发电机机由电池组储存的电能供电，可减轻电动机的启动电流，减少对电网的冲击。
[0019]
抽油机正常运行时，有两个过程，一个是抽油过程，一个时吸油过程。
[0020]
在抽油过程，由于抽油电动机负荷增大，电动机/发电机机组工作在电动机状态，由电池组提供能源，为电动机提供助力，降低电动机负荷。
[0021]
在吸油过程，抽油机的电动机负荷减小，电动机/发电机机组转变为发电机状态，增加抽油机的电动机负荷，将多余的能量转化为电能，存储到电池组中。
[0022]
抽油机停车及刹车时候。电动机停止工作，电动机/发电机机组工作在发电状态，由发电机增加的力矩，提高刹车效果，并将多余的机械能转变为电能存储到电池组中，从而达到节能效果。
[0023]
进一步的：电池组为蓄电池。优选型号为：三元锂电池
[0024]
进一步的：电动机/发电机机组为将电动机和发电机同轴，利用电动机和发电机的可逆性，将发电机和电动机二合一，这种结构尤其适用野外，为了有效调整电网负荷波动而
存在的。电动机/发电机机组的型号为：永磁同步电机。
[0025]
进一步的：电机功率变换控制器为大功率igbt变频控制器
[0026]
进一步的：上位置传感器，下位置传感器为霍尔位置传感器。
[0027]
本实用新型的有益效果为：
[0028]
1、本实用新型是一种游梁式抽油机的节能装置，利用抽油过程中低功耗或者刹车过程的剩余动能进行发电，将电能存储在电池组中，在抽油机启动式，或者过载时，利用电池组的电能驱动辅助电动机，为抽油机提供助力，达到节约能源的目的。
[0029]
2、本实用新型可以解决游梁式抽油机大马拉小车的耗能问题。也可以解决游梁式抽油机的电动机功率因数低，负荷变化大的问题，提高电动机运行效率。
[0030]
3、本实用新型可以将原抽油机发动机的功率输出功率变得平滑，减少对电网冲击，提高电网的传输效率。
[0031]
4、本实用新型有多种组合方式和方法，可以将电动机/发电机机组，单独设立为一个发电机和一个电动机。电池组可以放置与配电箱中，也可以设置埋地箱，可以防止冬夏季温度过低或过高，保障电池组的效率。
[0032]
附图说明：
[0033]
图1为本实用新型的结构示意图。
[0034]
图2为本实用新型抽油过程利用电池组的电能驱动辅助电动机，为抽油机提供助力的示意图。
[0035]
图3为本实用新型在吸油过程，电动机/发电机机组转变为发电机状态，将多余的能量转化为电能的示意图。
[0036]
附图标识：
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1、配电控制箱
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2、手动刹车装置
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3、电动机
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4、电动机/发电机机组5、减速机
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6、下位置传感器
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7、上位置传感器
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8、抽油机
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9、电机功率变换控制器
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10、电池组
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11、电源连接头
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12、底座
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13、皮带
[0042]
具体实施方式：
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如图1-3所示，图1为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型抽油过程利用电池组的电能驱动辅助电动机，为抽油机提供助力的示意图。图3为本实用新型在吸油过程，电动机/发电机机组转变为发电机状态，将多余的能量转化为电能的示意图。本实用新型的游梁式抽油机的节能装置，包括固定在底座12上的配电控制箱1，手动刹车装置2，电动机3，减速机5和抽油机8，配电控制箱1内装配有电机功率变换控制器9和电源连接头11，其中，电动机3，减速机5之间设置有电动机/发电机机组4，电动机3，电动机/发电机机组4，减速机5通过传动皮带13连接在一起；减速机5输出轴的上方设置有上位置传感器7，减速机5输出轴的下方设置有下位置传感器6；上位置传感器7、下位置传感器6用于感知减速机输出轴位置；上位置传感器7、下位置传感器6分别通过信号电缆与电机功率变换控制器9连接。
[0044]
进一步包括有电池组10，电池组10或固定于配电控制箱1内，或固定于底座12上，或埋设于地下，电动机3、电动机/发电机机组4、电池组10、电源连接头11，分别通过动力线缆与电机功率变换控制器9连接。电动机/发电机机组4将电动机和发电机同轴，利用电动机
和发电机的可逆性，将发电机和电动机二合一。
[0045]
电动机/发电机机组4包括两种工作状态：
[0046]
在启动过程和抽油过程：工作在电动状态，通过减速机5为抽油机8提供附加动力，工作在电动状态时由电池组10供给电力；
[0047]
在停机刹车过程和吸油过程：工作在发电状态，将抽油机8和减速机5的惯性动力转换成电能，存储到电池组10中。
[0048]
电机功率变换控制器9用于根据上位置传感器7，下位置传感器6的信号，判断抽油机8工作处在抽油过程或者吸油过程，电机功率变换控制器9用于管理电池组10的冲放电过程；当电池组10电量不足时，通过电源连接头11为电池组10补充电能，也可以在夜间低谷电价时存储电能，白天时使用。
[0049]
电动机3：由外接电源提供电能，为抽油机提供常规动力。
[0050]
抽油机启动时，电动机3，电动机/发电机机组4同时工作，利用最大扭矩启动抽油机，电动机/发电机机4由电池组10储存的电能供电，可减轻电动机3的启动电流，减少对电网的冲击。
[0051]
抽油机正常运行时，有两个过程，一个是抽油过程，一个时吸油过程。
[0052]
在抽油过程，由于抽油电动机3负荷增大，电动机/发电机机组4工作在电动机状态，由电池组10提供能源，为电动机3提供助力，降低电动机负荷。
[0053]
在吸油过程，抽油机的电动机3负荷减小，电动机/发电机机组4转变为发电机状态，增加抽油机的电动机负荷，将多余的能量转化为电能，存储到电池组10中。
[0054]
抽油机停车及刹车时候。电动机3停止工作，电动机/发电机机组4工作在发电状态，由发电机增加的力矩，提高刹车效果，并将多余的机械能转变为电能存储到电池组10中，从而达到节能效果。
[0055]
电动机/发电机机组4的工作原理：
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电动机与发电机：两者构造相同。都由线圈、磁铁、换向器、电刷组成。两者元件连接方式相同。各元件均以串联方式组成电路。两者都受磁场方向影响，发电机中产生的电流方向与磁场方向有关；电动机中线圈受力方向与磁场方向有关。
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其主要差别：
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工作目的和能的转化不同：发电机需外界做功将机械能转化为电能；电动机对外做功把电能转化为机械能。
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发电机有一种运行状态：电动机状态，是指发电机接入电网后，被电网拖动运转，但是不发电，只是转动。此时就是一个电动机。所以理想状态，抛开电路接线问题，励磁问题，如果可以将一台电动机理想化的给转子给了励磁电流，给原动机3000转速，改为由定子输出电压，是可以发出电能的，且在理想状态，不及损耗，调整励磁和转速，发出的电和他作为电动机消耗的电能可以基本一样的。
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所以，电动机/发电机机组4：将电动机和发电机同轴，利用电动机和发电机的可逆性，将发电机和电动机二合一，这种结构尤其适用野外，为了有效调整电网负荷波动而存在的。实际应用中，也可以电动机和发电机分置，其电子控制部分也会相对简单。
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性能比较
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将本实用新型与现有的抽油机进行比较节能效果如下：
组别启动抽油吸油停车能耗本实用新型辅助电机动作，能耗低辅助电机动作，能耗低惯性力矩发电，电池充电惯性力矩发电，电池充电低（25%-40%）现有技术抽油机启动力矩大，能耗高抽油力矩大，能耗高抽油力矩小，惯性大抽油力矩小，惯性大需要手动刹车装置高（100%）
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综上，本实用新型利用抽油过程中低功耗或者刹车过程的剩余动能进行发电，将电能存储在电池组中，在抽油机启动式，或者过载时，利用电池组的电能驱动辅助电动机，为抽油机提供助力，达到节约能源的目的。本实用新型可以解决游梁式抽油机大马拉小车的耗能问题。也可以解决游梁式抽油机的电动机功率因数低，负荷变化大的问题，提高电动机运行效率。本实用新型可以将原抽油机发动机的功率输出功率变得平滑，减少对电网冲击，提高电网的传输效率。本实用新型有多种组合方式和方法，可以将电动机/发电机机组，单独设立为一个发电机和一个电动机。电池组可以放置与配电箱中，也可以设置埋地箱，可以防止冬夏季温度过低或过高，保障电池组的效率。