專利名稱：滾筒式頂驅(qū)數(shù)控抽油機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)新穎的抽油機，也就是滾筒式頂驅(qū)數(shù)控抽油機，屬于機電一體化的石油開采機械技術(shù)領(lǐng)域。
我國油田采油所使用的抽油機，通常是由抽油機架與電機、減速箱、曲柄連桿式傳動機構(gòu)、鑄鐵平衡塊構(gòu)成的機械傳動裝置所組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作運行繁瑣、噪音大、能耗高、傳動部件磨損嚴重。而且，由于我國油田中稠油和深井開采任務(wù)日趨嚴重，使本來矛盾就相當(dāng)尖銳的抽油機動力與負荷的平衡問題更加突出，盡管采用多種綜合機械平衡措施，例如游梁平衡、曲柄平衡，以及大馬拉小車的動力配置，仍然不能使抽油機的動力達到均衡，至多達到即使抽油負荷突然增加若干倍時(對于稠質(zhì)油井，同一口油井里的原油粘滯度變化是相當(dāng)大的)，也能維持正常運行生產(chǎn)而已，至于能量的浪費損耗是相當(dāng)可觀的。例如，盡管配備的驅(qū)動電機額定功率要比抽油時消耗的實際功率要大得多，但由于現(xiàn)在曲柄連桿式抽油機的效率很低(通常只有0.3-0.4左右)，以及電機的運行工況遠離設(shè)計點，一旦遇到開采稠油時，仍會發(fā)生動力不足的“力不從心”之感。而且，現(xiàn)在抽油機在其一個運行周期里的負荷狀態(tài)極其復(fù)雜，在游梁上行程時從電網(wǎng)中輸入的能量，實際上只有一小部分是用來提升原油做功的，絕大部分能量被用來舉升裝置本身的運動部件；而到下行程時，這部分勢能也沒有釋放出來作功而以發(fā)熱形式白白浪費了。為了改善上述狀況，人們對抽油機采取了各種機械平衡措施，但這些措施都要受到機械結(jié)構(gòu)的限制，平衡效果并不理想，而且，由于這些平衡部件的存在和影響，使構(gòu)件的受力情況變得更加復(fù)雜，設(shè)備更易損壞。
本發(fā)明的目的是提供一種能較好地解決抽油機的動力均衡的滾筒式頂驅(qū)數(shù)控抽油機。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的包括有抽油機機架、抽油井筒、抽油活塞、光桿卡子、摩擦滾筒、牽引摩擦帶，平衡配重和電動機，其特征在于所述的電動機是作為換能器的數(shù)控全速稀土同步電機，該電機的輸入端接有雙向可變頻逆變電源，該逆變電源與供電網(wǎng)相連；在抽油機出油井口處裝有壓力傳感器、測量抽油括塞位置的位置傳感器和對可變頻逆變電源進行控制的可編程控制器，上述兩個傳感器的輸出端都與可編程控制器的輸入端相連；所述電機直接與安裝在抽油機頂部的摩擦滾筒相連，作為其驅(qū)動動力源；摩擦滾筒上的繞性牽引摩擦帶的一端通過光桿卡子與抽油活塞桿相接，另一端則掛有平衡配重。
本發(fā)明是在申請人的專利技術(shù)《數(shù)控全速稀土同步電機》(CN91203427.0)和《數(shù)控全速動力/電力裝置》(CN93200001.0)基礎(chǔ)上的創(chuàng)造，是將原滾筒式抽油機改成頂部直接驅(qū)動，省卻繁雜的機械傳動裝置，同時輔以當(dāng)代高新技術(shù)裝備和供電網(wǎng)一起構(gòu)成有機聯(lián)系的一個機電一體化的新型抽油機。該抽油機與電網(wǎng)連成一個可控的交換能量和平衡動力的有機整體在抽油機上行程抽油時，由驅(qū)動電機從電網(wǎng)獲取能量做功，且此時可根據(jù)原油粘滯度、抽油活塞行程位置等隨時調(diào)整電機輸出功率、轉(zhuǎn)速；在其下行程時，抽油機運動部件成具備的勢能又通過作為換能器的數(shù)控稀土同步電機轉(zhuǎn)化為電能而饋送回供電網(wǎng)，從而大大提高本實用新型抽油機的工作效率和能量利用率，使抽油機的動力特性、能耗和供電質(zhì)量都能得到明顯改善。同時，本發(fā)明并設(shè)有改變原抽油機的主體結(jié)構(gòu)和使用方法，有利用推廣應(yīng)用該發(fā)明。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
參見圖1，本發(fā)明是在原滾筒式抽油機機架1的頂部安裝的摩擦滾筒2的一側(cè)直接安裝該滾筒2的驅(qū)動電機3，該驅(qū)動電機3是數(shù)控全速稀土同步電機，其轉(zhuǎn)子外緣裝有稀土永磁材料制成的多個磁極，其定子線圈外接有雙向可變頻逆變電源4，該逆變電源4又與供電網(wǎng)5相連。在摩擦滾筒2上撓裝有牽引摩擦帶7，該摩擦帶7籍由摩擦滾筒2的旋轉(zhuǎn)而作升降運動，摩擦帶的一端通過光桿卡子8與抽油活塞桿9相連，另一端則掛有平衡配重10。11是由抽油井筒，12是抽油機底座，13、14分別是在抽油機出油井口近旁安裝的壓力傳感器和測量抽油活塞位置的位置傳感器，15是可編程控制器，用于對雙向可變頻逆變電源進行控制，上述兩個傳感器的輸出則都與可編程控制器15的輸入端相連。
本發(fā)明的主休機械結(jié)構(gòu)和使用方法與常規(guī)抽油機變化不大，仍是由數(shù)控電機3作為主動力源，驅(qū)動摩擦滾筒2旋轉(zhuǎn)，并籍滾筒2帶動牽引摩擦帶7上下升降而使抽油活塞桿9作抽吸原油的上下往復(fù)運動。但在抽油桿上行程時，數(shù)控電機3通過雙向可變頻電源4從供電網(wǎng)饋入電能作功；此時雙向可變頻電源4在可編程控制器15的控制下，把從電網(wǎng)引入的交流電轉(zhuǎn)變成頻率、相位、電流都可實時改變的交流電饋入稀土全速同步電機3，來控制其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、輸出扭矩和行程，以便最大效能將原油從地底下抽出。而在抽油活塞桿9到達頂點后向下運動時，原先白白損失的勢能可通過摩擦滾筒2帶動驅(qū)動電機3的稀土永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在其定子線圈上感應(yīng)生成的電勢也通過雙向可變頻逆變電源4引出，并使之與電網(wǎng)同步后饋入供電網(wǎng)5，使抽油機的能耗和動力均衡特性得到根本改善。
在抽油機的抽油井口安裝的壓力傳感器13和位置傳感器14則是用于監(jiān)測油井內(nèi)抽油活塞工作時的阻力和位置，并同時輸入到可編程控制器15中，由可編程控制器15根據(jù)輸入的運動狀態(tài)與事先設(shè)定的最佳運動參數(shù)相比較，對雙向可變頻逆變電源4進行數(shù)字控制，調(diào)整其輸出電壓的各種參數(shù)，以使抽油活塞能在最佳工況下運行，自然就避免了抽空和“力不從心”現(xiàn)象的出現(xiàn)。由于在牽引摩擦帶7的另一端裝有平衡配重10，使它與抽油活塞等運動部件配合，驅(qū)動電機3的輸出扭矩就只承受抽油時的動載荷。
本發(fā)明選用的電機是已獲專利的數(shù)控全速稀土同步電機。這種電機可與數(shù)控電源配套在大范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而與負載基本無關(guān)，機械特性好，啟動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動慣量小，特別適宜抽油機這種速度負載特性變化懸殊的工作機作為驅(qū)動動力即使轉(zhuǎn)速從低速到高速劇烈變化，其輸出扭矩仍維持基本不變。這樣就容易實現(xiàn)對抽油機的變工況驅(qū)動，可適應(yīng)地層深處地質(zhì)情況差異大，儲油深度、原油粘滯度、含水量等參數(shù)不一的復(fù)雜情況，從根本上解決常規(guī)抽油機存在多年的工效低、能耗高、易磨損的老大難問題。同時，該電機還可將抽油工作行程中產(chǎn)生的位能很好地轉(zhuǎn)化為電能饋送回供電網(wǎng)，大大節(jié)省抽油機的能耗。這樣我們可以事先測定各種工藝參數(shù)，編制最佳工況的動態(tài)特性數(shù)據(jù)和程序裝入可編程控制器15里，由其發(fā)出相應(yīng)指令給雙向可變頻逆變電源4，由該電源4輸出脈寬、頻率、幅度都可調(diào)的脈沖給全速稀土同步電機勵磁，使之驅(qū)動摩擦滾筒旋轉(zhuǎn)；同時又隨時通過兩個傳感器13、14監(jiān)測活塞抽油工況并進行實時調(diào)整，可使本發(fā)明運行在最佳工況，有很高的生產(chǎn)率和能量利用率。
權(quán)利要求
1.一種滾筒式頂驅(qū)數(shù)控抽油機，包括有抽油機架、抽油井筒、抽油活塞、光桿卡子、摩擦滾筒、牽引摩擦帶，平衡配重和電動機，其特征在于所述的電動機是作為換能器的數(shù)控全速稀土同步電機，該電機的輸入端接有雙向可變頻逆變電源，該逆變電源與供電網(wǎng)相連；在抽油機出油井口處裝有壓力傳感器、測量抽油活塞位置的位置傳感器和對可變頻逆變電源進行控制的可編程控制器，上述兩個傳感器的輸出端都與可編程控制器的輸入端相連；所述電機直接與安裝在抽油機頂部的摩擦滾筒相連，作為其驅(qū)動動力源；摩擦滾筒上的繞性牽引摩擦帶的一端通過光桿卡子與抽油活塞桿相接，另一端則掛有平衡配重。
全文摘要
一種滾筒式頂驅(qū)數(shù)控抽油機，是將在抽油機機架頂部安裝的摩擦滾筒直接與作為換能器的數(shù)控全速稀土同步電機連接，該電機由雙向可變頻逆變電源饋電，該逆變電源與供電網(wǎng)相連，在出油井口裝有壓力傳感器、位置傳感器和對逆變電源進行控制的可編程控制器，由摩擦滾筒帶動其上的撓性牽引摩擦帶上下升降而帶動活塞抽油。該裝置在活塞桿上行時，驅(qū)動力矩大；在其下行程時，能將運動部件的勢能轉(zhuǎn)化為電能饋送回電網(wǎng)，故動力特性好，能耗低。
文檔編號E21B43/00GK1125812SQ9411321
公開日1996年7月3日 申請日期1994年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月30日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠