CN109488257B - 一种压力互补的液压抽油机 - Google Patents
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Abstract
一种压力互补的液压抽油机，为成对设置的液压缸，让两个液压缸交替的上下运动驱动井下泵工作达到抽油的目的。当一个液压缸缸杆上升抽油时，需要双向液压泵注油提供上升的能量。这时另一个液压缸为下降阶段，它的吊绳以下的零部件下降的重力势能将释放出来，这些能量的部分通过液压油向双液压泵提供给正在上升的液压油缸，使得驱动电动机的功率减小，具有节能的效果。双向液压泵连续正反向运行将使得一个液压缸杆上升，另一个液压缸杆下降。将使得本发明连续不断地完成抽油的工作。在增设分流器的情况下可以配置多对液压缸，满足局部使用多台抽油机的要求。
Description
技术领域
本发明属于油田用抽油机技术领域，特别是涉及一种压力互补的液压抽油机。
技术背景
油田用的抽油机，最典型的要数游梁式抽油机。它性能可靠，结构简单，操作维护简单，技术成熟。它的主要特点是：整机结构合理，工作平稳，噪音小和操作维护方便；强度高，刚性好，承载能力大，使用寿命长；刹车采用外抱式结构，配有保险装置，操作灵活，制动迅速，安全可靠。他的缺点是：由于其结构所致的不平衡导致输出扭矩波动大，电机损耗大。
如图6所示，常规游梁式抽油机的工作原理是，主要由曲柄、变速箱、连杆和游梁构成的连杆机构，在电动机经变速箱的驱动下，使得驴头上下运动。通过吊绳、悬绳器和光杆的带动下，驱动井下泵的执行部件上下运动，将井下液体抽出地面。其中平衡块是当驴头上升时起助推作用，驴头下降时储存能量用。
图6中的201为基座，202为变速箱，203为电动机，204为刹车，205为皮带轮，206为曲柄，207为平衡块，208为连杆，209为游梁，210为驴头，211为吊绳，212为悬绳器，213为支架，214为油管，215为光杆，216为井下泵。
前置式游梁式抽油机是对常规游梁式抽油机做改动的一种。在驴头上冲时将曲柄的旋转角度设计成约195°，驴头下降时曲柄的旋转角度设计成约165°。驴头在上升的过程中时间延长，这样，电机的功率就可以降低。起到了节能的作用。
塔架式抽油机是一种无游梁式抽油机，其特点是把常规游梁式抽油机的游梁和驴头换成一个组装的同心复合轮，其支架高冲程长。它的工作原理是：电动机供给动力，经减速器、曲柄、连杆、吊绳和复合传动，使悬绳器带动井下泵做上下往复运动，把井下液体抽出地面。它的优点是冲程长，提液能力强，运转平稳，可靠。其缺点是结构复杂，整机重量和高度大，安装、参数调整和维护保养比较费力，吊绳受重载挤压易破坏，且更换比较困难。
无游梁式抽油机，其中的一种是从美国引进的专利产品。采用了负荷皮带的吸振特性，减缓冲击的影响，大链轮延长了换向时间，减小换向冲击，链条增加了传动的可靠性。实现冲程长，节能，低冲次，操作简单，可靠性高等优点。其不足之处，对井口高度和井口类型要求较高，冲程固定不能调整。
发明内容
本发明的目的是设计一个液压***，控制两个液压缸交替做出上下往复运动的抽油机的动作。当一个液压缸的缸杆向下运动时，即抽油机的下冲程过程，另一个液压缸的缸杆向上运动，即抽油机的上冲程过程。当一个液压缸的缸杆向下运动时，在重力的作用下，其中吊绳以下的零部件下降的势能将释放出来，而这时，另一个液压缸的缸杆在向上运动，需要得到能量上升。缸杆下降的液压缸释放出的部分能量通过液压油经双向液压泵传递给缸杆上升的液压缸，这样缸杆上升时所需的能量就会减少，具有节能的效果。当两个液压缸的运动方向变换时，它们之间的液压能量在一定程度上是互补的。因为在采油区通常是由好多相邻的抽油机在同时工作，作为成对使用的抽油机的方案是不存在问题的。对于采油区需要多对的抽油机工作时，本发明通过设置分流器就可以实现多对液压缸的两两交替上下运动，实现多台抽油机在一个较小的区域内同时工作。
用液压油作为能量传递不太受结构和距离的限制，实施起来比纯机械能量的传递要优越得多。
对于液压泵来说，其输入功率与扭矩关系的计算公式为：
M=V•ΔP/6.28ηm
其中，M--输入扭矩N•M，V--排量L/min，ΔP--进出口压力差bar，ηm--液压泵的总效率。
从公式中可以看出：在其他值恒定不变的情况下，液压泵进出口压力差越小，所需要输入的扭矩越小，液压缸的缸杆下降时排除油的压力肯定比油箱中提供的油的压力大。因此，当液压泵吸取一个压缸缸杆下降时排除的油给另一个液压缸的缸杆上升时注入液压油，所需的扭矩会小一些。而从油箱中吸取油提供给另一个液压缸的缸杆上升时注入液压油，所需的扭矩要大一些。如果液压泵为双向液压泵，根据需要改变液压油的流动方向，两个液压缸的缸杆将交替上下运动，完成同样的抽油动作，双向液压泵所需要的扭矩就会减小，所需电动机的功率就会小一些。
采用的技术方案
设计一个电气控制***，给主液压驱动***和辅液压驱动***提供动力和控制，同时接收反馈信号，根据反馈信号调整提供给主液压驱动***和辅液压驱动***提供动力的大小，包括对主液压驱动***和辅液压驱动***的启动、停止、正向运行、反向运行、过载保护和对应的主液压驱动***和辅液压驱动***的监测与控制等，实现对液压缸的运动速度和往复运动的行程调整。在主液压驱动***和辅液压驱动***内，电动机带动双向液压泵将一个液压缸内的液体抽出并注入到另一个液压缸内的反复工作，来实现一个液压缸的缸杆上升和另一个液压缸的缸杆下降的交替的抽油动作。
设计主液压驱动***，它主要由电动机和双向液压泵构成，主要为两个液压缸注入或抽出油用。由于管路的的泄漏等原因，存在主液压驱动***的高压侧的油量不够的情况。
为了使得两个油缸缸杆的运动同时到达设定的位置时，所设置的辅液压驱动***从油箱中吸取一部分液压油来补充给高压侧。
为了得到对两个液压缸运动的有效控制，在两个液压缸上分别装设传感器，监视液压缸的动作。传感器将所需要的信息反馈给电气控制***，电气控制***通过预先设定的程序判断发出相应的指令，调整主液压驱动***和辅液压驱动***中的电动机运行状态，通过双向液压泵注入或抽出液压油于液压缸。
实现上述方案的另一个办法是，主液压驱动***中的双向液压泵也可以作为液压马达使用，电动机的转动轴伸出于电动机的两端，电动机轴的每一侧连接有双向液压泵，每个双向液压泵单独向对应的液压缸注入和***液压油，油箱作为油源。当一个双向液压泵向一个液压油缸注入液压油时，另一个液压油缸在所带的重力负荷的作用下，使得其中的油经过另一个双向液压泵流回油箱，在流回油箱的油的作用下，这另一个双向液压泵就以液压马达的身份转动，帮助电动机转动，电动机带动前述的双向液压泵，向前述的液压缸注油时，使得液压缸的缸杆上升的扭矩减小，具有节能的效果。反之也是一样。
在油田的抽油工作中，一个小的区域内可能不止两台抽油机。根据这种情况，在主液压驱动***的两个油口上连接分流器。根据需要抽油机的台数设置连接分流器分流出口的数量，多个成对的液压缸的油路驱动接口分别对应连接分流器的分流出口，同时成对配置辅液压驱动***，实现多台抽油机的工作效果。所述的分流器是具有多个分支出口且每个分支出口上都设有阀门能将主管道中的液体按比例分流到各分支出口的管路构件。
分流器、液压缸、电动机、双向液压泵和传感器为市售产品。
说明书附图
图1为一种压力互补的液压抽油机***方框图；
图2为一种压力互补的液压抽油机衍生方案***方框图；
图3为一种压力互补的液压抽油机的工作原理图一；
图4为一种压力互补的液压抽油机的工作原理图二；
图5为一种压力互补的液压抽油机的工作原理图三；
图6为为常规游梁式抽油机的组装示意图。
具体实施方式
实施例1
一种压力互补的液压抽油机，包括：主液压驱动***1、辅液压驱动***2、油箱3、第一液压油缸4、第一传感器5、第二液压油缸6、第二传感器7和电气控制***8。其特征在于：
如图1所示，主液压驱动***1的管路接口A1管路连接第一液压油缸4管路接口A2，当主液压驱动***1的管路接口A1向第一液压油缸4油路接口A2注入高压液体时，第一液压油缸4的缸杆上升。
第一液压油缸4的管路接口A1管路连接油箱3的管路接口A1。这个连接基本上没有功能作用，作为液压缸活塞上部的上下运动从油箱3中吸油或排油。因为液压缸缸杆下降时靠的是液压缸缸杆下部连接的零部件的重量，这个重量足以使得液压缸缸杆下降。
第一传感器5的触发切换侧A1连接于第一液压油缸4上的设定位置A3，第一传感器5的信号输出接线端A2连接电气控制***8的信号接收接线端A12。
主液压驱动***1的管路接口A2管路连接第二液压油缸6管路接口A2，当主液压驱动***1的管路接口A2向第二液压油缸6油路接口A2注入高压液体时，第二液压油缸6的缸杆上升。
第二液压油缸6的管路接口A1管路连接油箱3的管路接口A2。
第二传感器7的触发切换侧A1连接于第二液压油缸6上的设定位置A3，第二传感器7的信号输出接线端A2连接电气控制***8的信号接收接线端A13。
主液压驱动***1的动力、控制及信号连接端A4连接电气控制***8的动力、控制及信号连接端A1。
辅液压驱动***2的油路接口A1管路连接第一液压油缸4的管路接口A2，辅液压驱动***2的油路接口A2管路连接油箱3的油路接口A8。辅液压驱动***2的油路接口A3管路连接第二液压油缸6的管路接口A2，辅液压驱动***2的动力及控制接线端A4管路连接电气控制***8的动力及控制接线端A11。
所述的主液压驱动***1的管路接口A1和管路接口A2互为进出液体的管路接口。主液压驱动***1在工作时，其管路接口A1和管路接口A2的某一侧缺液体时，辅液压驱动***2予以补充。
如图3所示，为一种压力互补的液压抽油机的工作原理图一，电气控制***为电动机A提供动力电源、启停、测量、正转、反转、转速控制和动力的调整功能，电动机A带动双向液压泵正转或反转。当双向液压泵将液压油由液压油缸A向液压油缸B输送时，油的压力推动液压油缸B的活塞向上运动，带动液压油缸B的缸杆向上运动。这时，液压油缸B动作是执行对井下泵的抽油的动作，而液压油缸A中的液压油在减少，液压油缸A中的缸杆下降。参见图6，液压油缸A中缸杆的下降的动力有悬绳器和光杆等的重力的作用。也就是说，液压油缸A中的油的减少，除了双向液压泵的作用外，还有悬绳器和光杆等的重力的作用。液压油缸A的缸杆在向下运动时，在悬绳器和光杆等的重力的作用下，液压油缸A的活塞下部的油是有压力的，这个压力肯定大于油箱中油的压力的。根据前述的公式M=V•ΔP/6.28ηm，如果液压油缸A的活塞下部的油的压力与液压油缸B的活塞下部的油的压力的差值减小，且在V和ηm不变的情况下双向液压泵所需的扭矩M就会减小，电动机的出力就会减小。这样，液压油缸A中的缸杆下部所带的零部件下降的部分势能转化为对液压油缸B的缸杆向上的驱动，起到了节能的效果。当双向液压泵输油的方向改变时，其工作效果是一样的。
电动机B接受电气控制***的动力电和控制，驱动双向液压调节泵运行。由于管路泄漏等原因，存在高压油侧油量不足的现象，双向液压调节泵就是起到油量补充的作用，所补充的液压油是从油箱中汲取的。这样，有利于液压油缸A中的缸杆和液压油缸B中的缸杆运动达到所要求的设定的位置。
为了使得电气控制***有效实时地控制双向液压泵的运行，在液压油缸A和液压油缸B上分别装设传感器A和传感器B，收集液压油缸A和液压油缸B运行状态信号，提供被电气控制***。电气控制***根据预先设置的运行程序，提供最适合的电力输出和控制输出。
图3中的001为电气控制***，002为电动机A，003为双向液压泵，004为油箱，005为双向液压调节泵，006为液压油缸A，007为传感器A，008为传感器B，009为液压油缸B，010为电动机B。
图4为一种压力互补的液压抽油机的工作原理图二，这个与图3的方案的区别是，电动机A的主轴延申出电动机A的两侧，一端的轴轴连接双向液压泵A，另一端的轴轴连接双向液压泵B，电动机的轴、双向液压泵A和双向液压泵B一起转动，双向液压泵A和双向液压泵B也做液压马达使用。
当双向液压泵B从油箱里抽油向液压油缸B中注油时，让液压油缸B的缸杆上升，同时双向液压油缸A在重力的作用下将液压油经过双向液压泵A送回油箱。这时的双向液压泵A起到液压马达的作用，将输出的力矩传递给电动机A，对电动机A主轴的转动有助推作用。可以使电动机A少出力来维持对双向液压泵B的正常驱动。反之也是一样的。
图4中的101为电气控制***，102为双向液压泵A，103为电动机A，104为双向液压泵B，105为油箱，106为双向液压调节泵，107为电动机B，108为液压油缸A，109为传感器A，110为传感器B，111为液压油缸B。
实施例2
一种压力互补的液压抽油机的实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：
如图2所示，在主液压驱动***（1）与辅液压驱动***（2）和第一液压油缸（4）的管路连接之间增设第一分流器9。第一分流器9的管路接口A管路连接主液压驱动***1的管路接口A1。多个第一液压油缸4管路接口A2管路对应连接第一分流器9的多个对应设定的分流管路接口。
多个第一传感器5的触发切换侧A1分别对应连接于多个第一液压油缸4上的设定位置A3，多个第一传感器5的信号输出接线端A2分别对应连接电气控制***8的对应的信号接收接线端。
多个第一液压油缸4的管路接口A1分别管路连接油箱3的对应的管路接口。
在主液压驱动***（1）与第二液压油缸（6）的管路连接之间增设第二分流器10。第二分流器10的管路接口A管路连接主液压驱动***1的管路接口A2。多个第二液压油缸6管路接口A2管路对应连接第二分流器10上的对应设定的分流管路接口。
多个第二传感器7的触发切换侧A1分别对应连接于多个第二液压油缸6上的设定位置A3，多个第二传感器7的信号输出接线端A2分别对应连接电气控制***8的对应的信号接收接线端。
多个第二液压油缸6的管路接口A1分别对应管路连接油箱3上对应的管路接口。
多个辅液压驱动***2的管路接口A1对应成对管路连接多个第一液压油缸4的管路接口A2。多个辅液压驱动***2的管路接口A3对应成对管路连接多个第二液压油缸6的管路接口A2。
多个辅液压驱动***2的管路接口A2分别管路连接油箱3的对应的管路接口。多个辅液压驱动***2的动力、控制及信号连接端A4分别连接电气控制***8的对应的动力、控制及信号连接端。
第一分流器9的多个分流管路接口的液体流动方向与第二分流器10的多个分流管路接口的液体流动方向相反。
图5所示，它是在图3的基础上改动生成的。它实现了多对液压油缸同时交替上下往复运动，从而实现一个局部地区多对抽油机的抽油工作。
双向液压泵两端的油路接口分别连接分流器A和分流器B，每个分流器的分流出口的数量根据需要而设置。分流器A的分流出口连接对应连接多个液压油缸A活塞下部的接油口，分流器B的分流出口连接对应连接多个液压油缸B活塞下部的接油口。这样，当多个液压油缸A的缸杆上升时，多个液压油缸B的缸杆下降。其中所配置的多个电动机B和双向液压调节泵，设置于每一对液压油缸A和液压油缸B之间，起油量补充作用。所设置的多对传感器A和传感器B对应装设于液压油缸A和液压油缸B上的设定位置，其信号输出端连接于电气控制***的对应的接口上，对多个液压油缸A和多个液压油缸B的运行进行反馈式的控制。
图5中的001为电气控制***，002为电动机A，003为双向液压泵，004为油箱，005为双向液压调节泵，006为液压油缸A，007为传感器A，008为传感器B，009为液压油缸B，010为电动机B，011为分流器A，012为分流器B。
本发明所强调的主要技术特征是，通过液压功能回路驱动两个液压缸交替上下运动，产生两台抽油机的抽油动作。一个液压缸的缸杆下降时，排除的液压油的压力助推液压泵使得另一个液压缸的缸杆向上运动。减小了液压泵单独带动液压缸的缸杆向上运动所需要的转矩，具有节能的效果。通过增设分流器可以实现局部地区多对抽油的抽油工作。
Claims (2)
1.一种压力互补的液压抽油机，包括：主液压驱动***（1）、辅液压驱动***（2）、油箱（3）、第一液压油缸（4）、第一传感器（5）、第二液压油缸（6）、第二传感器（7）和电气控制***（8）；其特征在于：
主液压驱动***（1）的管路接口A1管路连接第一液压油缸（4）管路接口A2，当主液压驱动***（1）的管路接口A1向第一液压油缸（4）管路接口A2注入高压液体时，第一液压油缸（4）的缸杆上升；
第一液压油缸（4）的管路接口A1管路连接油箱（3）的管路接口A1；
第一传感器（5）的触发切换侧A1连接于第一液压油缸（4）上的设定位置A3，第一传感器（5）的信号输出接线端A2连接电气控制***（8）的信号接收接线端A12；
主液压驱动***（1）的管路接口A2管路连接第二液压油缸（6）管路接口A2，当主液压驱动***（1）的管路接口A2向第二液压油缸（6）管路接口A2注入高压液体时，第二液压油缸（6）的缸杆上升；
第二液压油缸（6）的管路接口A1管路连接油箱（3）的管路接口A2；
第二传感器（7）的触发切换侧A1连接于第二液压油缸（6）上的设定位置A3，第二传感器（7）的信号输出接线端A2连接电气控制***（8）的信号接收接线端A13；
主液压驱动***（1）的动力、控制及信号连接端A4连接电气控制***（8）的动力、控制、信号连接端A1；
辅液压驱动***（2）的管路接口A1管路连接第一液压油缸（4）的管路接口A2，辅液压驱动***（2）的管路接口A2管路连接油箱（3）的管路接口A8；辅液压驱动***（2）的管路接口A3管路连接第二液压油缸（6）的管路接口A2，辅液压驱动***（2）的动力、控制及信号接线端A4管路连接电气控制***（8）的动力、控制及信号接线端A11；
所述的主液压驱动***（1）的管路接口A1和管路接口A2互为进出液体的管路接口；主液压驱动***（1）在工作时，其管路接口A1和管路接口A2的某一侧缺液体时，辅液压驱动***（2）予以补充；
在主液压驱动***（1）与辅液压驱动***（2）和第一液压油缸（4）的管路连接之间加设第一分流器（9）；第一分流器（9）的管路主接口A管路连接主液压驱动***（1）的管路接口A1，第一分流器（9）的分流接口A1管路连接辅液压驱动***（2）的管路接口A1和第一液压油缸（4）的管路接口A2；
在主液压驱动***（1）与第二液压油缸（6）的管路连接之间加设第二分流器（10）；第二分流器（10）的管路主接口A管路连接管路连接主液压驱动***（1）的管路接口A2，第二分流器（10）的分流接口A1管路连接管路连接第二液压油缸（6）的管路接口A2；
多个第一液压油缸（4）管路接口A2管路对应连接第一分流器（9）的多个对应设定的分流管路接口；
多个第一传感器（5）的触发切换侧A1分别对应连接于多个第一液压油缸（4）上的设定位置A3，多个第一传感器（5）的信号输出接线端A2分别对应连接电气控制***（8）的对应的信号接收接线端；
多个第一液压油缸（4）的管路接口A1分别管路连接油箱（3）的对应的管路接口；
多个第二液压油缸（6）管路接口A2管路对应连接第二分流器（10）上的多个对应设定的分流管路接口；
多个第二传感器（7）的触发切换侧A1分别对应连接于多个第二液压油缸（6）上的设定位置A3，多个第二传感器（7）的信号输出接线端A2分别对应连接电气控制***（8）的对应的信号接收接线端；
多个第二液压油缸（6）的管路接口A1分别对应管路连接油箱（3）上对应的管路接口；
多个辅液压驱动***（2）的管路接口A1对应成对管路连接多个第一液压油缸（4）的管路接口A2；多个辅液压驱动***（2）的管路接口A3对应成对管路连接多个第二液压油缸（6）的管路接口A2；
多个辅液压驱动***（2）的管路接口A2分别管路连接油箱（3）的对应的管路接口；多个辅液压驱动***（2）的动力、控制及信号连接端A4分别连接电气控制***（8）的对应的动力、控制及信号连接端；
第一分流器（9）的多个分流管路接口的液体流动方向与第二分流器（10）的多个分流管路接口的液体流动方向相反且对应相等。
2.根据权利要求1所述的一种压力互补的液压抽油机，其特征在于：所述的第一传感器（5）和第二传感器（7）分别采集第一液压油缸（4）和第二液压油缸（6）的动作信号反馈给电气控制***（8），使得电气控制***（8）对主液压驱动***（1）和辅液压驱动***（2）实施控制，调整第一液压油缸（4）和第二液压油缸（6）干杆的往复运动状态。
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