專利名稱：具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的制作方法
技術領域：
本實用新型為一種具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，是對傳統(tǒng)四連桿
游梁式抽油機和改進的立式抽油機突破性創(chuàng)新，屬機電一體化應用新領域。
背景技術：
在油田開發(fā)中，隨著地層壓力的衰減，油井陸續(xù)轉入機械采油方式。據國內外資料統(tǒng)計，在全球100多萬口各類油井中，機采井占90%左右，而抽油機管式泵采油占機采井的85%以上，其中，經典四連桿游梁式抽油機占主導地位。但受四連桿結構的限制，沖程長度與減速箱扭矩成正比例增加，難以實現(xiàn)高效低耗的要求，且游梁機無法隨機改變工作參數(shù)、停機調整又費時費力，使工作制度難以與地層供液能力動態(tài)協(xié)調，導致游梁機系統(tǒng)效率低、沖擊負荷大、機桿泵故障多。為了實現(xiàn)機械采油的高效、低耗、智能，近20年來，各類立式抽油機相繼投入現(xiàn)場應用，取得較好的節(jié)能降耗效果，但由于立式抽油機存在減速箱維護不便、作業(yè)讓位困難、平衡重防墜落等諸多難題，始終形不成取代性工業(yè)規(guī)模。隨著現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展，自2000年以后，中國石油華北油田公司王鋼教授發(fā)明了國際獨創(chuàng)的高效低耗智能抽油機(ZL00246414. 4、 ZL02257259. 7、 ZL200510123422. 9)，解決了以上諸多難題，引起國內外石油機采領域高度關注并爭相效仿，但在重載條件下，進一步化減電機驅動載荷和設備自我保護方面仍有研究空間。因此，亟需開發(fā)一種優(yōu)于目前各類機型的全新抽油機取代現(xiàn)有機型。

實用新型內容針對上述技術疑難問題可進一步研究攻關的空間，在上述專利ZL00246414. 4、ZL02257259. 7、 ZL200510123422. 9的基礎上，本實用新型的目的在于創(chuàng)新了更新結構的異型減載電機、減載滑輪總成、帶防墜落裝置的減載平衡重，提供一種具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機。 本實用新型提供的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，包括具有機械舉升爬行式移機機構的塔架和塔架頂平臺上安裝的異型減載電機及其驅動的載荷提升繩與所涉及的多級減載裝置和自我保護機構及數(shù)字智能控制器；其中載荷提升繩一端通過前減載滑輪總成懸掛抽油桿，另一端通過后減載滑輪總成懸掛與減載平衡重連為一體的防墜落裝置；將異型減載電機的正反向轉動轉換為抽油桿的垂直往復運動的數(shù)字智能控制器置于控制柜內。 本實用新型的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的異型減載電機為外轉子或內轉子結構，其外轉子內緣或內轉子外緣設置轉子硅鋼片鐵心或按N、 S極對稱排布的永磁體；對應的內定子外緣或外定子內緣設置定子硅鋼片鐵心，該鐵心齒間繞集中勵磁繞組；定、轉子鐵心沖片為子母齒短磁路齒極或對稱多齒數(shù)短磁路齒極；轉子小直徑滾筒上對稱設置繞繩槽，槽內鑲嵌耐磨橡膠環(huán)，環(huán)外繞所述載荷提升繩；異型減載電機的驅動方式為開關磁阻調速驅動或永磁同步調速驅動。[0006] 本實用新型的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的異型減載電機的轉 子至少為以下四種形式之一 第一種兩端大直徑、中部小直徑凹式雙輪軸外或內轉子，內 置軸向鐵芯和繞組、徑向鐵芯和繞組，驅動方式為開關磁阻三維調速驅動或開關磁阻加永 磁同步三維混合驅動；第二種兩端小直徑、中部大直徑凸式臺階形雙輪軸外或內轉子，轉 子上自小到大依次對稱排列卸載保護和作業(yè)掛抽多用輪、繞繩槽輪及電機驅動轉子，其中 卸載保護和作業(yè)掛抽多用輪邊部設楔形孔；第三種一端小直徑、另一端大直徑的臺階形 單輪軸外或內轉子；第四種筒式外轉子。 本實用新型的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的異型減載電機還可
以為一端小直徑、另一端大直徑的單輪軸外轉子結構，其大直徑輪內置轉子硅鋼片鐵心及
與其對應的內定子和定子硅鋼片鐵心及繞組，其小直徑輪配置導鏈減速機構。
本實用新型的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的自我保護機構包括
內漲式或外掛式防墜落裝置及保險繩和防撞膠墊、保護繩和防碰膠墊、聯(lián)動剎車裝置，其
中，聯(lián)動剎車裝置包括異型減載電機設置的輪式剎車轂；單組或兩組對稱設置的制動臂；
制動臂上設置的長銷孔；對稱設置于長銷孔內的固定柱銷；靠近異型減載電機輪式剎車轂
內側，由固定柱銷通過制動臂上的長銷孔與每一個制動臂銷連接的相應的剎車蹄片，輪式
剎車轂對稱位于剎車蹄片稍外側；分別與每組制動臂施加外力端銷連接的活動柱銷；位于
兩個活動柱銷外側預緊制動臂的預緊彈簧；位于兩個活動柱銷之間，可繞一固定軸轉動的
橢圓形凸輪塊；設置在凸輪塊上的拉桿，以及通過一剎車拉線與拉桿相連接的手剎車。 本實用新型的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的內漲式防墜落裝
置包括上部預留加減載空間，邊部設置扶正輪或扶正槽的減載平衡重；與減載平衡重上
部掛載板固定柱銷連接，靠近制動端開長銷孔的對稱制動臂；與制動臂銷連接，成90?；?br> 120°或180°對稱設置的剎車蹄片；靠近剎車蹄片的筒式剎車轂；置于減載平衡重中心孔
內的壓縮或拉伸彈簧及置于減載平衡重底部對彈簧進行預緊的預緊螺栓；連接對稱制動
臂，上部連接后減載滑輪總成的活動柱銷及所涉及的異型減載電機與防墜落裝置之間連接
的保險繩和位于塔架內部底端放置的防撞膠墊、減載平衡重和基礎之間連接的保護繩及前
減載滑輪總成稍下在抽油桿上套裝的防碰膠墊。 本實用新型的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的外掛式防墜落裝置 包括上部預留增減載空間，邊部設置扶正輪或扶正槽的減載平衡重；與減載平衡重上部 掛載板通過固定柱銷連接，靠近制動端焊掛塊，可繞固定柱銷轉動的兩個對稱制動臂；靠近 制動臂掛塊，在塔架上等距離設置的對應于掛塊的塔架掛孔；連接對稱制動臂，上部連接后 減載滑輪總成的活動柱銷及所涉及的異型減載電機與防墜落裝置之間連接的保險繩及位 于塔架內部底端放置的防撞膠墊、減載平衡重和基礎之間連接的保護繩及前減載滑輪總成 稍下在抽油桿上套裝的防碰膠墊。 本實用新型的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的前減載滑輪總成和
后減載滑輪總成包括兩端為等徑軸的掛載板，對稱裝配于掛載板兩端等徑軸上的動滑輪，
掛載板對稱中心上下貫通的掛載槽以及對應于掛載槽的壓板和鎖緊螺桿。 本實用新型的的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的數(shù)字智能控制器
可以為變頻調速或開關磁阻電機控制器，數(shù)字智能控制器包括異型減載電機內置的由角
度齒盤和遠紅外傳感器組成的角位移傳感器，分別設置在塔架上部、中部和下部的上位傳感器、中位傳感器、下位傳感器，液晶顯示屏、參數(shù)調控觸摸屏，數(shù)據采集、無線遠傳和故障短信報警單元，以及抽油機啟、停、自動手動轉換、手動狀態(tài)上升、下降多個操作按鈕。[0013] 本實用新型的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的塔架呈圓柱形或桁架形，塔架上自下至上依次裝有下位傳感器和數(shù)字智能控制器、控制柜、爬梯、爬梯護欄、中位傳感器、上位傳感器、穿線管、塔架頂平臺、異型減載電機、死繩固定器、頂平臺護欄、聯(lián)動剎車裝置，塔架內部底端裝細砂或防撞膠墊，塔架外部底端開平衡調節(jié)門，所述機械舉升爬行式移機機構設置于塔架底座，所述控制柜的控制柜門至少裝有兩種非標螺栓蓋控制的防盜鎖。 采用以上技術方案，本實用新型與同規(guī)格的經典四連桿游梁機及其派生機比較，在電機驅動載荷多級減載、自我保護、智能控制、降本增效等方面都具有明顯優(yōu)勢，是總結百多年管式泵機械采油理論和經驗發(fā)明創(chuàng)新的理想的全天候免維護方向性換代機型。

圖1為本實用新型具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機結構示意圖； 圖2為圖1的軸、徑雙向組合凹式雙輪軸外轉子異型減載電機1的結構剖視圖； 圖3為圖1的凸式雙輪軸外轉子異型減載電機1的結構剖視圖； 圖4為圖1的單輪軸外轉子異型減載電機1的結構剖視圖； 圖5為圖1的筒式外轉子異型減載電機1的結構剖視圖； 圖6為圖1的異型減載電機1的子母齒短磁路齒極； 圖7為圖1的異型減載電機1的對稱多齒數(shù)短磁路齒極； 圖8為本實用新型的內漲式防墜落裝置11的結構示意圖； 圖9為本實用新型的外掛式防墜落裝置11的結構示意圖； 圖10為本實用新型的聯(lián)動剎車裝置15的結構示意圖； 圖11為本實用新型的減載滑輪總成5的結構示意圖。 圖中1.異型減載電機；2.死繩固定器；3.塔架頂平臺；4.載荷提升繩；5.前減載滑輪總成；6.防碰膠墊；7.抽油桿；8.塔架；9.保險繩；IO.后減載滑輪總成；ll.防墜落裝置；12.減載平衡重；13.保護繩；14.防撞膠墊；15.聯(lián)動剎車裝置；16.頂平臺護欄；17.上位傳感器；18.中位傳感器；19.控制柜；20.下位傳感器；21.數(shù)字智能控制器；22.手剎車；23.繞繩槽；24.卸載保護和作業(yè)掛抽多用輪；25.楔形孔；26.外轉子；27.內定子；28.軸向鐵芯和繞組；29.徑向鐵芯和繞組；30.子母齒短磁路齒極；31.對稱多齒數(shù)
短磁路齒極；32.預緊螺栓；33.彈簧；34.筒式剎車轂；35.活動柱銷；36.制動臂；37.固定柱銷；38.長銷孔；39.剎車蹄片；40.掛塊；41.塔架掛孔；42.輪式剎車轂；43.凸輪塊；44.拉桿；45.預緊彈簧；46.動滑輪；47.掛載板；48.掛載槽；49.壓板；50.鎖緊螺栓。
具體實施方式
本實用新型具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的工作原理是 本實用新型具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機簡化了傳統(tǒng)抽油機的所
有中間環(huán)節(jié)，直接由固定在塔架頂平臺上的異型減載電機驅動載荷提升繩正反向傳遞扭矩，載荷提升繩分別通過前、后減載滑輪總成懸掛抽油桿和減載平衡重，數(shù)字智能控制器根據油井供液情況適時將異型減載電機的正反向轉動轉換為抽油桿的垂直往復運動，高效、
低耗、智能地實現(xiàn)抽油機的抽吸循環(huán)。減載平衡重理想的天平平衡效應、異型減載電機輪軸
效應、減載滑輪省力原理實現(xiàn)三級減載，防墜落裝置、保險繩和防撞膠墊、保護繩和防碰膠
墊、聯(lián)動剎車裝置協(xié)調聯(lián)動實現(xiàn)自我保護。
以下詳細描述本實用新型的結構與功能 1.整機結構 本實用新型具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，該機由具有機械舉升爬 行式移機機構的塔架8和塔架8底部的數(shù)字智能控制器21及塔架頂平臺3上的異型減載 電機1組成，其中異型減載電機1驅動轉子繞繩槽23內的載荷提升繩4，該繩一端通過前減 載滑輪總成5懸掛抽油桿7，另一端通過后減載滑輪總成10懸掛與減載平衡重12連為一體 的防墜落裝置11正反向傳遞扭矩，并通過數(shù)字智能控制器21適時將異型減載電機1的正 反向轉動轉換為抽油桿7的垂直往復運動，實現(xiàn)抽油機的抽吸循環(huán)，該機具有多級減載裝 置和自我保護機構。 所述的塔架8呈圓柱形或桁架形，塔架8上依次裝有下位傳感器20和數(shù)字智能控
制器21、控制柜19、爬梯、爬梯護欄、中位傳感器18、上位傳感器17、穿線管、塔架頂平臺3、
異型減載電機1、死繩固定器2、頂平臺護欄16、聯(lián)動剎車裝置15，塔架8內部底端裝細砂或
防撞膠墊14，塔架8底座設置機械舉升爬行式移機機構，塔架8外部底端開平衡調節(jié)門，控
制柜19門至少裝有2種非標螺栓蓋控制的防盜鎖，抽油桿7上前減載滑輪總成5稍下位置
套裝防碰膠墊6。 2.多級減載裝置 所述的多級減載裝置至少包括減載平衡重12、異型減載電機1、前減載滑輪總成 5和后減載滑輪總成IO，其中減載平衡重12上部預留增減載空間，邊部設置扶正輪或扶正 槽，靠天平平衡效應實現(xiàn)一級減載。 所述的異型減載電機1的異型轉子為外轉子或內轉子結構，其外轉子內緣或內轉 子外緣設置轉子硅鋼片鐵心或按N、 S極對稱排布的永磁體，對應的內定子外緣或外定子內 緣設置定子硅鋼片鐵心，該鐵心齒間繞集中勵磁繞組，定、轉子鐵心沖片為子母齒短磁路齒 極30或對稱多齒數(shù)短磁路齒極31，轉子小直徑滾筒上對稱設置繞繩槽，槽內鑲嵌耐磨橡膠 環(huán)，環(huán)外繞載荷提升繩4，異型減載電機1的驅動方式為開關磁阻調速驅動或永磁同步調速 驅動，靠輪軸效應實現(xiàn)二級減載。 所述的異型減載電機1為兩端大直徑、中部小直徑凹式雙輪軸外或內轉子結構， 內置軸向鐵芯和繞組、徑向鐵芯和繞組，驅動方式為開關磁阻三維調速驅動或開關磁阻加 永磁同步三維混合驅動。 所述的異型減載電機1為兩端小直徑、中部大直徑凸式臺階形雙輪軸外或內轉子 結構，轉子上自小到大依次對稱排列卸載保護和作業(yè)掛抽多用輪24、繞繩槽輪及電機驅動 轉子，其中卸載保護和作業(yè)掛抽多用輪24邊部設楔形孔25。 所述的異型減載電機1為一端小直徑、另一端大直徑的臺階形單輪軸外或內轉子 結構，其大直徑輪內置內定子、定子鐵芯和繞組、轉子鐵芯，中直徑輪設3-5道繞繩槽23，小 直徑輪邊緣設楔形孔。 所述的異型減載電機1為筒式外轉子結構。[0040] 所述的異型減載電機1為一端小直徑、另一端大直徑的單輪軸外轉子結構，其大 直徑輪內置轉子硅鋼片鐵心及與其對應的內定子和定子硅鋼片鐵心及繞組，其小直徑輪配 置導鏈減速機構。 所述的前減載滑輪總成5和后減載滑輪總成10包括兩端車等徑軸的掛載板47， 對稱裝配于掛載板兩端等徑軸的動滑輪46，掛載板對稱中心上下貫通的掛載槽48以及對 應于掛載槽的壓板49和鎖緊螺桿50，靠動滑輪省一半力原理實現(xiàn)三級減載。 3.自我保護機構 所述的自我保護機構包括防墜落裝置11、保險繩9和防撞膠墊14、保護繩13和防 碰膠墊6、聯(lián)動剎車裝置15。 所述的防墜落裝置11分內漲式防墜落裝置和外掛式防墜落裝置，該裝置包括減 載平衡重12、制動臂36、剎車蹄片39、剎車轂34及附屬的保險繩9、防撞膠墊14、保護繩13 和防碰膠墊6，靠載荷端意外失載后制動臂36同步張開實施事故工況以動制動一級自我保 護。 所述的內漲式防墜落裝置包括上部預留加減載空間，邊部設置扶正輪或扶正槽 的減載平衡重12，與減載平衡重上部掛載板固定柱銷37銷連接，靠近制動端開長銷孔38的 對稱制動臂36，與制動臂銷連接，成90。或120°或180°對稱設置的剎車蹄片39，靠近剎 車蹄片39的筒式剎車轂34，置于減載平衡重中心孔內的壓縮或拉伸彈簧33及置于減載平 衡重底部對彈簧進行預緊的預緊螺栓32，連接對稱制動臂，上部連接后減載滑輪總成10的 活動柱銷35及所涉及的異型減載電機與防墜落裝置之間連接的保險繩9和位于塔架內部 底端放置的防撞膠墊14，減載平衡重和基礎之間連接的保護繩13及前減載滑輪總成稍下 在抽油桿上套裝的防碰膠墊6，利用被拉伸或壓縮的彈簧33在載荷端意外失載后瞬間收緊 或釋放，同步拉動制動臂36沿有一定活動余量的長銷孔38漲緊于筒式剎車轂34上，實施 事故工況緊急制動。 所述的為外掛式防墜落裝置包括上部預留增減載空間，邊部設置扶正輪或扶正 槽的減載平衡重12，與減載平衡重上部掛載板通過固定柱銷37銷連接，靠近制動端焊掛塊 40，可繞固定柱銷37轉動的兩個對稱制動臂36，靠近制動臂掛塊40，在塔架上等距離設置 的對應于掛塊的塔架掛孔41，與制動臂對稱銷連接，上部連接后減載滑輪總成10的活動柱 銷35和涉及的異型減載電機與防墜落裝置之間連接的保險繩9及位于塔架內部底端放置 的防撞膠墊14，減載平衡重和基礎之間連接的保護繩13及前減載滑輪總成稍下在抽油桿 上套裝的防碰膠墊6，利用載荷端意外失載后帶掛塊40的制動臂36繞固定柱銷37下行轉 動，同步帶動掛塊40外伸，掛緊于塔架掛孔41內，實施事故工況緊急制動。 所述的保險繩9兩端固定于異型減載電機1和防墜落裝置11上，保護繩13兩端 固定于減載平衡重12和基礎上，保險繩9和保護繩13的長度分別等于抽油機起始位置到 上死點或下死點的長度，并分別由防撞膠墊(14)和防碰膠墊(6)輔助實施上、下超行程二 級和三級自我保護。 所述的聯(lián)動剎車裝置15包括單組或兩組對稱設置的制動臂36，制動臂上設置的 長銷孔38，對稱設置于長銷孔內的固定柱銷37，靠近異型減載電機輪式剎車轂內側，由固 定柱銷通過制動臂上的長銷孔與每一個制動臂銷連接的相應的剎車蹄片39，異型減載電機 輪式剎車轂42對稱位于剎車蹄片稍外側，分別與每組制動臂施加外力端銷連接的活動柱銷35，位于兩個活動柱銷外側預緊制動臂的預緊彈簧45，位于兩個活動柱銷之間，可繞一 固定軸轉動的橢圓形凸輪塊43，設置在凸輪塊上的拉桿44以及通過一剎車拉線與拉桿相 連接的手剎車22，聯(lián)動剎車裝置15實施人為或事故工況下對異型減載電機1的四級制動保 護。 4.數(shù)字智能控制器 所述的數(shù)字智能控制器21采用變頻調速或開關磁阻電機控制器，數(shù)字智能控制
器包括異型減載電機內置的由角度齒盤和遠紅外傳感器組成的角位移傳感器，分別設置
在塔架上部、中部和下部的上位傳感器17、中位傳感器18、下位傳感器20，液晶顯示屏、參
數(shù)調控觸摸屏，數(shù)據采集無線遠傳和故障短信報警單元以及抽油機啟、停、自動手動轉換、
手動狀態(tài)上升、下降多個操作按鈕。 5.多級減載裝置減載效果理論分析 (1).減載平衡重-"理想的平衡效應"將懸點最大載荷減載80%左右 在管式泵抽油機采油中，其上行程最大載荷P等于液柱載荷(Wf)、桿柱載荷(Wr)、
動載荷(Wra)、摩擦力(Ff)之和減去浮力(Fb)，即: 最大載荷P = Wf+Wr (l+a) +Ff_Fb 下行程最小載荷等于桿柱載荷(Wr)減去動載荷(Wra)和浮力(Fb)及摩擦力(Ff) 之禾口，即最小載荷=Wr(l-a)-(Fb+Ff) 如果沒有適當?shù)钠胶?，則電動機必須在上行程完成全部有效功，而在下行程，由于 重力作用，最小載荷拖動電動機滑行，這就必須使用大功率的電動機及減速裝置，同時其效 率也很差。為了解決上下行程載荷嚴重不平衡造成的高能耗、高物耗和低效率問題，必須輔 之以適當?shù)钠胶狻Ｉ舷滦谐痰钠骄d荷即"理想的平衡效應"為 (CI) = 1/2 (最大載荷+最小載荷) = l/2[Wf+Wr(l+a)+Wr(l-a)-2Fb] = Wf/2+Wr-Fb 于是在上沖程，抽油機舉升有浮力的抽油桿和液體的綜合重量時，電動機會得到 這種平衡力的幫助，結果只需要一個相當于液重之半的不平衡力Wf/2，下沖程時，有浮力的 抽油桿下行，會受到平衡力的阻抗，結果還剩下一個相當于液重之半的不平衡力由電動機 完成，經理論計算和礦場實際驗證，Wf/2只相當于最大載荷的20%左右，則減載平衡重-"理 想的平衡效應"減載效果為懸點最大載荷的80%左右，即電機驅動力只需20% P。 (2).異型減載電機-"輪軸效應"進一步將一次減載后的驅動載荷減載40% 異型減載電機(1)轉子結構為典型的凹式或凸式雙輪軸，作用在輪上的驅動力為 F，輪半徑為R，作用在軸上的載荷為經過減載平衡重一次減載后的20% P，軸半徑為r，根據 輪軸原理，則FR = 20% Pr 即F = 20% Pr/R，本實用新型設計r/R = 0. 6 則F = 12% P，即"輪軸效應"進一步將一次減載后的驅動載荷減載40% 。 (3).減載滑輪_ "動滑輪省一半力原理"再次將二次減載后的驅動載荷減載50% 本實用新型的減載滑輪總成5和10為2組動滑輪，動滑輪驅動力為f ，提升載荷經 2次減載降為12XP后，根據動滑輪動力乘動力臂等于阻力乘阻力臂的原理，則 2rXf = 12% PXr[0068] 則f = 6% P即電機驅動力僅為懸點最大載荷的6% 。
(4).卸載保護和作業(yè)掛抽多用輪將驅動載荷大幅度放大，實現(xiàn)一機多用 上述多級減載裝置將懸點最大載荷三次減載后，電機驅動力僅為懸點最大載荷的
6%，而以此驅動力驅動卸載保護和作業(yè)掛抽多用輪上的負載，卻可以使負載大幅度放大。
根據輪軸原理，此時，電機驅動力為6% P，輪半徑為R，軸半徑為r'，軸負載為Q，則Q r'=
6% PR 即Q = 6% PR/r'，本實用新型設計R/r' = 5 PJ:Q = 30%P 結論多級減載裝置將懸點最大載荷三次減載后，電機驅動力僅為懸點最大載荷 的6 % ，這就使電機功率和體積可以大幅度減小，從而為降本增效和節(jié)能降耗提供了理論依 據，而以減載為6% P的驅動力驅動卸載保護和作業(yè)掛抽多用輪上的負載，卻使負載放大到 30% P，實現(xiàn)了由大減小，由小增大的一機多用。 實施方式1 如圖l所示，本實用新型具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機的塔架8固 定在水泥基礎上，塔架頂平臺3上安裝異型減載電機1，電機外轉子繞繩槽內鑲嵌耐磨橡膠 環(huán)，環(huán)外繞載荷提升繩4，該繩一端通過前減載滑輪總成5懸掛抽油桿7，另一端通過后減載 滑輪總成10懸掛與減載平衡重12連為一體的防墜落裝置11，電機外轉子驅動載荷提升繩 4正反向傳遞扭矩，并通過數(shù)字智能控制器21適時將電機的正反向轉動轉換為抽油桿7的 垂直往復運動，高效低耗智能地實現(xiàn)抽油機的抽吸循環(huán)。 所述的塔架8用壁厚15mm工字鋼或槽鋼焊制。 所述的異型減載電機1采用圖2的軸、徑雙向組合凹式雙輪軸外轉子減載電機， 短磁路開關磁阻調速驅動，電機外徑小1000，繞繩槽外徑小600，主軸用空心軸，定轉子鐵 芯采用36/48對稱多齒極結構，電機額定轉速50r/min，額定扭矩3. 6kn. m，額定輸出功率 30kw。 所述的防墜落裝置11采用外掛式結構，與鑄鐵減載平衡重12連為一體。 所述的前減載滑輪總成5和后減載滑輪總成10采用對稱3-5繞繩槽結構，與掛載
板47裝為一體。 所述的數(shù)字智能控制器21采用開關磁阻電機控制器，并配置角位移傳感器、上、 中、下位置紅外光電傳感器、液晶顯示屏、參數(shù)調控觸摸屏、數(shù)據采集無線遠傳和故障短信 報警單元、抽油機啟、停、自動手動轉換、上升、下降等操作按鈕。 其它組件采用市售標準產品。 上述組件單體測試合格后，工廠組裝，調試達到設計技術指標。 整機設計參數(shù)為 最大提升載荷160kn ; 電動機功率30kw ; 沖程l-8m無級調節(jié)，沖次0-5次/分無級調節(jié)； 整機重量:20T，外型尺寸:2. 8X1.6X12(m)。 實施方式2 該方案結構原理同實施方案l，不同的是驅動載荷為120kn，因而所采用的機架和電機、防墜落裝置較方案1減少一個等級。 該方案所采用的塔架8用01OOO、壁厚15mm螺旋管焊制。 該方案所采用的異型減載電機1為圖3的兩端小直徑、中部大直徑凸式雙輪軸外 轉子減載結構，短磁路開關磁阻調速驅動，電機外徑小800，繞繩槽外徑小500，主軸用空心 軸，定轉子鐵芯采用36/48對稱多齒極結構，電機額定轉速50r/min，額定扭矩2kn. m，額定 輸出功率15kw。 該方案所采用的防墜落裝置11為內漲式結構，與鑄鐵減載平衡重12連為一體。 其它配置同實施方案l，只是設計參數(shù)作了改動。 整機設計參數(shù)為 最大提升載荷120kn ; 電動機功率15kw; 沖程l-6m無級調節(jié)，沖次0-6次/分無級調節(jié)； 整機重量15T，外型尺寸2. 8X1.5Xll(m)。 實施方式3 該方案結構原理同實施方案2，不同的是驅動載荷為80kn，因而所采用的機架和 電機、防墜落裝置較方案1減少二個等級。 該方案所采用的塔架8用07OO、壁厚10mm螺旋管焊制。 所采用的異型減載電機1為圖4的一端小直徑、另一端大直徑的單輪軸外轉子減
載結構，永磁同步調速驅動，電機外徑小800，繞繩槽外徑小500，主軸用空心軸，電機額定
轉速50r/min，額定扭矩1. 5kn. m，額定輸出功率5kw。 其它配置同實施方案2，只是設計參數(shù)作了改動。 整機設計參數(shù)為 最大提升載荷80kn ; 電動機功率5kw ; 沖程l-5m無級調節(jié)，沖次0-6次/分無級調節(jié)； 整機重量5T，外型尺寸1. 8X1X6. 5(m)。 實施方式4 該方案結構原理同實施方案3，不同的是所采用的異型減載電機1為圖5的筒式外 轉子結構，永磁同步調速驅動，電機外徑小500，主軸用空心軸，電機額定轉速50r/min，額 定扭矩lkn. m，額定輸出功率3kw。 該方案所采用的塔架8用06OO、壁厚8mm螺旋管焊制。 其它配置同實施方案3，只是設計參數(shù)作了改動。 整機設計參數(shù)為 最大提升載荷30kn; 電動機功率3kw; 沖程l-3m無級調節(jié)，沖次0-6次/分無級調節(jié)； 整機重量3T，外型尺寸1.8X1X5. 5 (m)。
權利要求一種具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，其特征在于該機包括具有機械舉升爬行式移機機構的塔架和塔架頂平臺上安裝的異型減載電機及其驅動的載荷提升繩與所涉及的多級減載裝置和自我保護機構及數(shù)字智能控制器；其中載荷提升繩一端通過前減載滑輪總成懸掛抽油桿，另一端通過后減載滑輪總成懸掛與減載平衡重連為一體的防墜落裝置；將異型減載電機的正反向轉動轉換為抽油桿的垂直往復運動的數(shù)字智能控制器置于控制柜內。
2. 根據權利要求1所述的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，其特征在于 所述的異型減載電機為外轉子或內轉子結構，其外轉子內緣或內轉子外緣設置轉子硅鋼片 鐵心或按N、 S極對稱排布的永磁體；對應的內定子外緣或外定子內緣設置定子硅鋼片鐵 心，該鐵心齒間繞集中勵磁繞組；定、轉子鐵心沖片為子母齒短磁路齒極或對稱多齒數(shù)短磁 路齒極；轉子小直徑滾筒上對稱設置繞繩槽，槽內鑲嵌耐磨橡膠環(huán)，環(huán)外繞所述載荷提升 繩；異型減載電機的驅動方式為開關磁阻調速驅動或永磁同步調速驅動。
3. 根據權利要求1或2所述的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，其特征在 于所述異型減載電機的轉子至少為以下四種形式之一 第一種兩端大直徑、中部小直徑凹式雙輪軸外或內轉子，內置軸向鐵芯和繞組、徑向 鐵芯和繞組，驅動方式為開關磁阻三維調速驅動或開關磁阻加永磁同步三維混合驅動；第二種兩端小直徑、中部大直徑凸式臺階形雙輪軸外或內轉子，轉子上自小到大依次 對稱排列卸載保護和作業(yè)掛抽多用輪、繞繩槽輪及電機驅動轉子，其中卸載保護和作業(yè)掛 抽多用輪邊部設楔形孔；第三種一端小直徑、另一端大直徑的臺階形單輪軸外或內轉子；第四種筒式外轉子。
4. 根據權利要求1或2所述的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，其特征在 于所述異型減載電機為一端小直徑、另一端大直徑的單輪軸外轉子結構，其大直徑輪內置 轉子硅鋼片鐵心及與其對應的內定子和定子硅鋼片鐵心及繞組，其小直徑輪配置導鏈減速 機構。
5. 根據權利要求1所述的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，其特征在于 所述的自我保護機構包括內漲式或外掛式防墜落裝置及保險繩和防撞膠墊、保護繩和防碰 膠墊、聯(lián)動剎車裝置，其中，聯(lián)動剎車裝置包括異型減載電機設置的輪式剎車轂， 單組或兩組對稱設置的制動臂， 制動臂上設置的長銷孔， 對稱設置于長銷孔內的固定柱銷，靠近異型減載電機輪式剎車轂內側，由固定柱銷通過制動臂上的長銷孔與每一個制動 臂銷連接的相應的剎車蹄片，輪式剎車轂對稱位于剎車蹄片稍外側， 分別與每組制動臂施加外力端銷連接的活動柱銷， 位于兩個活動柱銷外側預緊制動臂的預緊彈簧， 位于兩個活動柱銷之間，可繞一固定軸轉動的橢圓形凸輪塊， 設置在凸輪塊上的拉桿，以及通過一剎車拉線與拉桿相連接的手剎車。
6. 根據權利要求1或5所述的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，其特征在于所述的內漲式防墜落裝置包括上部預留加減載空間，邊部設置扶正輪或扶正槽的減載平衡重， 與減載平衡重上部掛載板固定柱銷連接，靠近制動端開長銷孔的對稱制動臂，與制動臂銷連接，成90。或120°或180°對稱設置的剎車蹄片，靠近剎車蹄片的筒式剎車轂，置于減載平衡重中心孔內的壓縮或拉伸彈簧及置于減載平衡重底部對彈簧進行預緊 的預緊螺栓，連接對稱制動臂，上部連接后減載滑輪總成的活動柱銷及所涉及的異型減載電機與防 墜落裝置之間連接的保險繩和位于塔架內部底端放置的防撞膠墊、減載平衡重和基礎之間 連接的保護繩及前減載滑輪總成稍下在抽油桿上套裝的防碰膠墊。
7. 根據權利要求1或5所述的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，其特征在于所述的外掛式防墜落裝置包括上部預留增減載空間，邊部設置扶正輪或扶正槽的減載平衡重，與減載平衡重上部掛載板通過固定柱銷連接，靠近制動端焊掛塊，可繞固定柱銷轉動 的兩個對稱制動臂，靠近制動臂掛塊，在塔架上等距離設置的對應于掛塊的塔架掛孔，連接對稱制動臂，上部連接后減載滑輪總成的活動柱銷及所涉及的異型減載電機與防 墜落裝置之間連接的保險繩及位于塔架內部底端放置的防撞膠墊、減載平衡重和基礎之間 連接的保護繩及前減載滑輪總成稍下在抽油桿上套裝的防碰膠墊。
8. 根據權利要求1所述的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，其特征在于 所述的前減載滑輪總成和后減載滑輪總成包括兩端為等徑軸的掛載板，對稱裝配于掛載板兩端等徑軸上的動滑輪，掛載板對稱中心上下貫通的掛載槽以及對應于掛載槽的壓板和鎖緊螺桿。
9. 根據權利要求1所述的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，其特征在于 所述的數(shù)字智能控制器為變頻調速或開關磁阻電機控制器，數(shù)字智能控制器包括異型減載電機內置的由角度齒盤和遠紅外傳感器組成的角位移傳感器， 分別設置在塔架上部、中部和下部的上位傳感器、中位傳感器、下位傳感器， 液晶顯示屏、參數(shù)調控觸摸屏，數(shù)據采集、無線遠傳和故障短信報警單元，以及抽油機啟、停、自動手動轉換、手動狀態(tài) 上升、下降多個操作按鈕。
10. 根據權利要求1所述的具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，其特征在于 所述的塔架呈圓柱形或桁架形，塔架上自下至上依次裝有下位傳感器和數(shù)字智能控制器、 控制柜、爬梯、爬梯護欄、中位傳感器、上位傳感器、穿線管、塔架頂平臺、異型減載電機、死 繩固定器、頂平臺護欄、聯(lián)動剎車裝置，塔架內部底端裝細砂或防撞膠墊，塔架外部底端開 平衡調節(jié)門，所述機械舉升爬行式移機機構設置于塔架底座，所述控制柜的控制柜門至少 裝有兩種非標螺栓蓋控制的防盜鎖。
專利摘要本實用新型為一種具有多級減載裝置和自我保護機構的抽油機，屬機電一體化應用新領域。該機由安裝在塔架頂部的異型減載電機及其驅動的載荷提升繩，前、后減載滑輪總成，與減載平衡重連為一體的防墜落裝置及所涉及的保險繩、保護繩、防撞膠墊、防碰膠墊、數(shù)字智能控制器組成，具有多級減載裝置和自我保護機構，其中數(shù)字智能控制器適時將異型減載電機的正反向轉動轉換為抽油桿的垂直往復運動，實現(xiàn)抽油機的抽吸循環(huán)。該機具有降本增效、節(jié)能環(huán)保、安全可靠、智能高效的優(yōu)點，可廣泛應用于立式抽油機等行業(yè)提升作業(yè)。
文檔編號H02K1/14GK201486534SQ200920222339
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月2日 優(yōu)先權日2009年9月2日
發(fā)明者王存祿, 王鋼, 王穎 申請人:王穎;王鋼;王存祿