CN101793136B - 一种抽油机跟踪平衡装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抽油机技术，属于石油开采设备技术领域，特指一种抽油机跟踪平衡装置，主要包括制动电机、减速器、座板、连杆、配重块、探测单元等，其主体通过螺杆安装到抽油机游梁的尾部，控制箱安装在抽油机底座后部位，探测单元感测游梁的工作状态，控制箱据此供电通过变频器使电机正、反转，拖动减速器带动连杆、配重块实现往复运动，跟踪平衡装置平衡了抽油机采油时的液柱载荷，达到了高效节能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及抽油机技术，特指一种抽油机跟踪平衡装置，可实现抽油机液柱载荷的平衡，使抽油机始终在天平状态下运行，属于石油开采设备技术领域。
背景技术
目前世界上油田采油举升设备以游梁式抽油机为主，游梁式抽油机采用力学理论中的杠杆原理，在游梁尾部设计了四连杆机构，通过电动机带动减速器，把圆周运动改变为抽油杆的直线往复运动，实现了抽油的目的。
现在常见的采油机及采油方式，其平衡装置都是基于其自身的结构而设计的，例如主要针对前驴头的平衡装置，鲜有针对采油过程中的液柱载荷的平衡装置和措施。而在实际采油过程中，由于不同工作状态(负载/卸载)下液柱载荷的不平衡，其对抽油机自身的平衡的影响还是很大的，从而造成了相当数量的能量损耗。
申请号为200610105241.8的发明专利申请，公开了一种吊重平衡游梁式抽油机，其在原有游梁式抽油机基础上，采用额外的托架承载机构和吊重滑轮组平衡结构、游梁前置、驱动前置结构，来实现抽油机在抽汲过程中的跟踪平衡。其缺点是结构庞杂，对原有游梁式抽油机的改动很大，不利于现有游梁式抽油机的改造和技术自身的推广。
申请号为92201468.X、名为“液平衡游梁式抽油机”的专利申请，公开了一种以液体介质来平衡游梁机的不平衡能量的抽油机，但其不能实现液柱的重量完全平衡，且需要增设体积庞大的液体平衡缸，给采油现场空间和采油企业的资金投入提出了更高的要求。
基于上述问题，能否找到一种简便实用的装置和方法，用以实现采油机采油过程中液柱重量的全部平衡，使采油机始终在天平状态下运行，高效节能，且能够方便地在现有采油机上进行加装和改造，是本领域技术人员函待解决的一道技术难题。
发明内容
本发明旨在公开一种结构合理，高效节能的抽油机跟踪平衡装置，能够实现采油机采油过程中液柱重量的全部平衡。该装置包括：包括探测单元、配电控制单元、液柱平衡制动单元、平衡单元以及游梁连接单元；其中，所述探测单元与所述配电控制单元通信连接，所述配电控制单元还连接到所述液柱平衡制动单元，所述平衡单元连接到所述液柱平衡制动单元，所述游梁连接单元实现所述装置的主体与抽油机游梁的连接和固定；
优选地，所述探测单元为接近传感器；
优选地，所述探测单元设置在抽油机游梁与支架的交点的附近位置，用于根据游梁与支架的相对位置关系，实时获知抽油机前驴头的运行状态；
优选地，所述配电控制单元包括控制箱和变频器；
优选地，所述液柱平衡制动单元包括制动电机和减速器，所述的制动电机与所述减速器对接，用于为实现液柱平衡的所述平衡单元提供动力；
优选地，所述平衡单元包括连杆和配重块，所述连杆一端与所述液柱平衡制动单元轴对接，另一端连接所述配重块；
优选地，所述游梁连接单元包括固定部件和设置在所述装置的主体上的连接部件；
优选地，所述连接部件为连接座板，所述固定部件为螺杆；
优选地，所述装置的主体设置在抽油机游梁上的与前驴头相对的一端；
本发明还公开了一种采用该抽油机跟踪平衡装置进行抽油机液柱平衡的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)通过设置在抽油机底座附近的配电控制单元内的配电总开关控制该抽油机跟踪平衡装置的启动；
(2)抽油机运转，当前驴头带着液柱载荷扬起时，探测单元根据游梁与支架的相对位置关系，实时探测到前驴头的上行的运行状态，并传送到配电控制单元；
(3)配电控制单元根据前驴头的运行状态控制变频器，产生相应的电机供电信号传送到液柱平衡制动单元，液柱平衡制动单元内的电机向相应的方向转动，并经过减速器带动平衡单元内的连杆和配重块，使连杆和配重块向顺时针方向摆动，以实现与液柱载荷的平衡；
(4)当前驴头卸载并下行时，探测单元根据游梁与支架的相对位置关系，实时探测到前驴头的下行的运行状态，并传送到配电控制单元；
(5)配电控制单元根据前驴头的运行状态控制变频器，产生相反的电机供电信号传送到液柱平衡制动单元，液柱平衡制动单元内的电机向相反的方向转动，并经过减速器带动平衡单元内的连杆和配重块，使连杆和配重块向逆时针方向摆动，以实现与液柱卸载情况的平衡；
(6)重复步骤(2)～(5)，直至关断抽油机或抽油机跟踪平衡装置的电源。
本发明实现了抽油机液柱载荷的平衡，使抽油机始终在天平状态下运行，结构简单，易于推广。
附图说明
图1：本发明的抽油机跟踪平衡装置结构示意图；
图2：本发明的抽油机跟踪平衡装置在现有游梁式抽油机上的安装位置示意图；
符号说明
1 制动电机
2 减速器
3 连接座板
4 螺杆
5 连杆
6 配重块
7 控制箱
8 传感器
A 装置主体的安装位置
B 传感器的安装位置
C 控制箱的安装位置
具体实施方式
下面，结合附图，以案例的方式详细说明本发明的抽油机跟踪平衡装置的结构组成，以及在游梁式抽油机上的安装。
结合图1，一种抽油机跟踪平衡装置，包括：探测单元、配电控制单元、液柱平衡制动单元、平衡单元以及游梁连接单元；其中，所述探测单元与所述配电控制单元通信连接，所述配电控制单元还连接到所述液柱平衡制动单元，所述平衡单元连接到所述液柱平衡制动单元，所述游梁连接单元实现所述装置的主体与抽油机游梁的连接和固定。
探测单元设置在抽油机游梁与支架的交点的附近位置(例如交点的左、右侧)，用于根据游梁与支架的相对位置关系，实时获知出抽油机前驴头的运行状态，例如是接近传感器8(亦称接近开关)；当然亦可采用其它类型的传感器，只要其能探测抽油机前驴头的运行状态即可。该探测单元既可以是单个传感器，也可以是两个乃至多个传感器的组合。
配电控制单元包括控制箱7和变频器(图中未示出)，控制箱7中可以包括配电开关，用于为抽油机跟踪平衡装置整体提供电源；还包括主控部分，例如采用处理器如CPU/DSP/MCU/PLC等(当然也可以采用数字/模拟电路来简单实现)，用于接收从传感器8传送来的信号，据此判断出前驴头的运行状态，并对变频器实行相应的控制。
为了便于人员操作，控制箱7可设置在抽油机底座附近的位置。
液柱平衡制动单元包括制动电机1和减速器2，制动电机1与减速器2对接，用于为实现液柱平衡的平衡单元提供动力。
平衡单元主要包括连杆5和配重块6，连杆5一端与液柱平衡制动单元轴对接，另一端连接配重块6；连杆的长度以及配重块的重量可以根据需要进行设置，以产生的力矩能够涵盖抽油机的液柱载荷的最大值为宜，当然优选根据液柱载荷进行准确的力矩运算，据此进行连杆的长度以及配重块的重量设置。
游梁连接单元包括固定部件一连接座板3，和设置在该装置的主体上的连接部件—螺杆4；当然也可以采用其它的部件，只要能实现两个机械部件的稳定连接即可。
该抽油机跟踪平衡装置的主体设置在抽油机游梁上的与前驴头相对的一端，当然不一定需要在末端位置，只要保证与前驴头不在游梁与支架交点(支点)的同一边即可。
图2示出了该抽油机跟踪平衡装置的几个部分在游梁式抽油机上的示例安装位置。游梁式抽油机在现有技术中很常见，本领域技术人员对图中其各部分组件，如前驴头、游梁、连杆、曲柄、底座、支架等也很熟悉，在此不再赘述。
需要指出的是，为了表述方便，本文中将该装置除探测单元和配电控制单元以外的部分统称为“装置主体”(图1中除7、8以外的部分)。
下面结合该装置，描述一下采用该装置进行抽油机液柱平衡的方法。
该方法主要包括以下步骤：
(1)通过设置在抽油机底座附近的配电控制单元内的配电总开关控制该抽油机跟踪平衡装置的启动；
(2)抽油机运转，当前驴头带着液柱载荷扬起时，探测单元根据游梁与支架的相对位置关系，实时探测到前驴头的上行的运行状态，并传送到配电控制单元；
(3)配电控制单元根据前驴头的运行状态控制变频器，产生相应的电机供电信号传送到液柱平衡制动单元，液柱平衡制动单元内的电机1向相应的方向转动，并经过减速器2带动平衡单元内的连杆5和配重块6，使连杆5和配重块6向顺时针方向摆动，以实现与液柱载荷的平衡；
(4)当前驴头卸载并下行时，探测单元根据游梁与支架的相对位置关系，实时探测到前驴头的下行的运行状态，并传送到配电控制单元；
(5)配电控制单元根据前驴头的运行状态控制变频器，产生相反的电机供电信号传送到液柱平衡制动单元，液柱平衡制动单元内的电机1向相反的方向转动，并经过减速器2带动平衡单元内的连杆5和配重块6，使连杆5和配重块6向逆时针方向摆动，以实现与液柱卸载情况的平衡；
(6)重复步骤(2)～(5)，直至关断抽油机或抽油机跟踪平衡装置的电源。
本发明与其它产品技术相比，具有如下优点：
1、抽油机电机的装机功率下降50％；
2、降低了交变载荷，有功节能50％～70％，节省能耗，降低成本；
3、简单实用，耐疲劳，延长了抽油机的使用寿命；
4、操作简便，结构合理，对现有抽油机的结构几乎无影响，利于改造推广。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。
Claims (4)
1.一种抽油机跟踪平衡装置，其特征在于，包括探测单元、配电控制单元、液柱平衡制动单元、平衡单元以及游梁连接单元；其中，所述探测单元与所述配电控制单元通信连接，所述配电控制单元还连接到所述液柱平衡制动单元，所述平衡单元连接到所述液柱平衡制动单元，所述游梁连接单元实现所述装置的主体与抽油机游梁的连接和固定；所述平衡单元包括连杆(5)和配重块(6)，所述连杆(5)一端与所述液柱平衡制动单元轴对接，另一端连接所述配重块(6)；所述连杆(5)的长度以及配重块(6)的重量根据液柱载荷的力矩运算进行设置，其产生的力矩能够涵盖抽油机的液柱载荷的最大值；所述液柱平衡制动单元包括制动电机(1)和减速器(2)，所述的制动电机(1)与所述减速器(2)对接，用于为实现液柱平衡的所述平衡单元提供动力，所述探测单元为接近传感器(8)，所述探测单元设置在抽油机游梁与支架的交点的附近位置，用于根据游梁与支架的相对位置关系，实时获知抽油机前驴头的运行状态，所述配电控制单元包括控制箱(7)和变频器，所述游梁连接单元包括固定部件和设置在所述装置的主体上的连接部件；所述探测单元是多个传感器的组合；所述控制箱(7)中包括配电开关，用于为抽油机跟踪平衡装置整体提供电源；还包括主控部分，采用处理器CPU或DSP或MCU或PLC，用于接收从传感器传送来的信号，据此判断出前驴头的运行状态，并对变频器实行相应的控制；所述控制箱设置在抽油机底座附近。
2.根据权利要求1所述的抽油机跟踪平衡装置，其特征在于，所述连接部件为连接座板(3)，所述固定部件为螺杆(4)。
3.根据权利要求1或2所述的抽油机跟踪平衡装置，其特征在于，所述装置的主体设置在抽油机游梁上与前驴头相对的一端。
4.采用如权利要求1所述的抽油机跟踪平衡装置进行抽油机液柱平衡的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)通过设置在抽油机底座附近的配电控制单元内的配电总开关控制该抽油机跟踪平衡装置的启动；
(2)抽油机运转，当前驴头带着液柱载荷扬起时，探测单元根据游梁与支架的相对位置关系，实时探测到前驴头的上行的运行状态，并传送到配电控制单元；
(3)配电控制单元根据前驴头的运行状态控制变频器，产生相应的电机供电信号传送到液柱平衡制动单元，液柱平衡制动单元的制动电机(1)向相应的方向转动，并经过减速器(2)带动平衡单元内的连杆(5)和配重块(6)，使连杆(5)和配重块(6)向顺时针方向摆动，以实现与液柱载荷的平衡；
(4)当前驴头卸载并下行时，探测单元根据游梁与支架的相对位置关系，实时探测到前驴头的下行的运行状态，并传送到配电控制单元；
(5)配电控制单元根据前驴头的运行状态控制变频器，产生相反的电机供电信号传送到液柱平衡制动单元，液柱平衡制动单元的制动电机(1)向相反的方向转动，并经过减速器(2)带动平衡单元的连杆(5)和配重块(6)，使连杆(5)和配重块(6)向逆时针方向摆动，以实现与液柱卸载情况的平衡；
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