CN114645694B - 自动调冲次及平衡的立式抽油机 - Google Patents
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Abstract
一种自动调冲次及平衡的立式抽油机，属于油田采油设备技术领域，包括机架上端平台上安装的电机、电机同步带轮、失电制动器、同步带、滚筒同步带轮、滚筒，滚筒上设有正、反缠绕的两组提升带，一组为光杆提升带连接着井口光杆，另一组为配重箱提升带Ⅰ、配重箱提升带Ⅱ连接着配重箱，配重箱有摘挂机构及电磁推杆组成的自动调平衡执行机构，由控制柜的逻辑控制器根据提升带上下位移量控制电机正反转，实现设定冲程的往复运动，根据扭矩计算平衡度自动进行配重箱分拆或结合调整平衡度，按照无线载荷传感器传送的井口载荷自动调整冲次，按照能量回馈单元的回馈功率判断是否失载且停机保护，是一种机电一体化且智能化较高的理想采油设备。
Description
技术领域
本发明属一种油田采油设备技术领域，具体为一种自动调冲次及平衡的立式抽油机。
背景技术
抽油机是油田采油的举升设备，由于深井、稠油等井况的需求，立式抽油机占比越来越大。无游梁式抽油机基本能够实现冲次的不停机调整，且能够人工分别调整上下行的速度；但现有抽油机还不能实现自动调整冲次，蒸汽吞吐开采的稠油井注汽后前期至末期稠油粘度变化很大，造成油井对光杆的下行阻力变化很大，经常造成抽油机下行运行速度大于光杆下行速度而超单边举升力停机，需要人员现场降低下行速度后才能运行；而抽油机上行运行越到后期负荷越大，同样需要在不超过设备的额定功率下运行，降低冲次可使设备不超功率运行；所以迫切需要一种能够自动同步抽油杆下行速度调整冲次，也能自动调整不超抽油机额定功率的冲次下运行的立式抽油机。
对于抽油机的平衡调整，现阶段只在游梁式抽油机有较多方法进行了实施，无游梁式抽油机平衡自动调整难度大，经检索现阶段没有能够实现自动调整平衡功能的立式抽油机。
无游梁式抽油机绝大部分为对重平衡且前后力臂相等，应用在稀油油井上时，只要不是改层、换泵等情况井口载荷变动不大，人工调整抽油机平衡后很长时间不需要进行调整。应用在稠油井上，冷采的情况下平衡情况同稀油相似，只是单边举升力要求更大；而在稠油井的蒸汽吞吐开采的初期对应稀油工况，中后期对应稠油工况，其平衡差距很大，非常必要进行配重的调整，使抽油机适应井况变动下的采油工作。而现阶段的平衡调整都是通过人工停机后进行调整，再运行一段时间检测平衡度，平衡不合适时再停井进行人工调整，直至达到平衡度要求。人工调整停机时间长，劳动强度大，跟踪不及时，非常必要设计一种能够自动调整平衡的立式抽油机。
现有成熟的无游梁式抽油机有机械换向宽带链条式抽油机和电气换向的旋转电机换向无游梁式抽油机，宽带链条换向抽油机冲程为固定冲程，传动链长、机械效率低；专利检索现有载荷皮带摩擦驱动的电机换向无游梁式抽油机，需要单独增加卸负荷及失载保护的机构；专利检索现有载荷皮带或钢丝绳缠绕驱动的电机换向无游梁式抽油机有“智能静音型抽油机”、“双滚筒无游梁式抽油机及控制方法”，“智能静音型抽油机”为外转子永磁同步大扭矩电机直接驱动，为了满足抽油的驱动载荷力，缠绕滚筒直径越小输出力越大，所以选取滚筒直径较小，造成皮带不能直接对中井口而增加对中前导向轮组，使载荷皮带工作曲挠次数翻倍而造成经常断带的现象；“双滚筒无游梁式抽油机及控制方法”为电机驱动减速箱带动滚筒驱动的结构，其减速箱运行时间长后具有噪声增大及漏油的隐患；且现有立式抽油机都无自动调整冲次和平衡的功能，为了实现高效率、低噪声、无需单独的卸负荷及失载保护的机构、具有自动调整冲次和平衡功能，本发明创造性地提出了自动调冲次及平衡立式抽油机。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动调冲次及平衡的立式抽油机，使传动链短、效率高、噪音低、具有失载保护、井口维修摘挂负荷方便、能够自动调整冲次及平衡的立式抽油机。
一种自动调冲次及平衡的立式抽油机，包括控制柜、线缆、反光件、感光开关、编码器、电机、电机同步电机同步带轮、失电制动器、传动同步带、滚筒驱动同步带轮、配重箱提升带Ⅰ、配重箱提升带Ⅱ、光杆提升带、配重箱、配重箱导向轮、箱体中箱体摘挂机构、下箱体摘挂机构、上箱体、中箱体、下箱体、斜拉杆、爬梯、行走装置、机架、底座、水泥基础、悬绳器、调整螺杆、光杆提升带夹板、光杆卡子、无线载荷传感器、滚筒、下箱体摘挂电磁推杆、中箱体到位限位开关、中箱体摘挂电磁推杆、上箱体到位限位开关、计算机、失载保护***、自动调整冲次***、自动调整平衡的控制***。水泥基础上固定底座，底座上安装行走装置，底座前部是机架，机架后部安装爬梯，底座与机架之间安装斜拉杆，其特征在于：电机输出轴上安装失电制动器转盘及电机同步带轮，失电制动器安装在失电制动器转盘外圆位置的机架平台上，电机同步带轮与滚筒驱动同步带轮之间安装传动同步带，配重箱提升带Ⅰ、配重箱提升带Ⅱ的一端固定在滚筒上，另一端连接到配重箱上，配重箱提升带Ⅱ上安装反光件，光杆提升带的一端固定在滚筒上，另一端通过光杆提升带夹板、调整螺杆、悬绳器、光杆卡子与光杆连接，悬绳器与光杆卡子之间安装光杆无线载荷传感器，机架上部平台靠近配重箱提升带Ⅰ的位置安装感光开关，紧贴配重箱提升带Ⅰ安装编码器，在配重箱的上箱体底部与中箱体上部接合处两边各安装一套中箱体摘挂机构，配重箱的中箱体底部与下箱体上部接合处两边各安装一套下箱体摘挂机构，在中箱体摘挂机构和下箱体摘挂机构的转轴臂下边对应位置的机架上，垂直安装中箱体摘挂电磁推杆和下箱体摘挂电磁推杆，机架下部两边各安装一个上箱体到位限位开关和中箱体到位限位开关，在控制柜内安装有与电路对应接口相连的变频器、能量回馈单元、无线传输程序逻辑控制器RTU、参数调整显示屏、耗电智能电表、回馈智能电表、主回路开关、控制回路开关、上行启动按钮、下行启动按钮、手动自动转换开关、失电制动器控制接触器、失电制动器控制接触器线圈、中箱体摘挂电磁推杆接触器、中箱体摘挂电磁推杆接触器线圈、下箱体摘挂电磁推杆接触器、下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈；与控制柜内电路的对应接口用线缆与感光开关、编码器、电机、失电制动器、下箱体摘挂电磁推杆、中箱体摘挂电磁推杆、中箱体到位限位开关、上箱体到位限位开关相连，感光开关给无线传输程序逻辑控制器RTU提供冲程基准点，编码器给无线传输程序逻辑控制器RTU、光杆提升带提供位移量数据，无线传输程序逻辑控制器RTU按照基准点、位移量数据、参数调整显示屏给定冲程数据控制变频器输出电源、断电及相序变化参数，使电机按照指定转数进行正反转运行，实现抽油机按照给定冲程运行的控制；失载保护的***是满足无线载荷传感器载荷参数为零，且满足能量回馈单元大功率回馈条件，控制失电制动器失电刹车及电机停转，达到抽油机的失载保护；冲次调整***按照参数调整显示屏给定固定运行或无线传输程序逻辑控制器RTU自动判断自动调整的冲次进行控制；自动调整平衡的控制***是无线传输程序逻辑控制器RTU采集变频器运行扭矩参数，进行逻辑计算后控制下箱体摘挂电磁推杆、中箱体摘挂电磁推杆动作，使配重箱的中箱体摘挂机构、下箱体摘挂机构摘挂，达到抽油机自动调整平衡。
所述配重箱中箱体摘挂机构和下箱体摘挂机构，包括转轴臂，转轴座、转轴、转轴挂钩、固定轴、定位压簧、转轴座焊接在上箱体上，转轴支撑在转轴座上，转轴挂钩焊接在转轴上，转轴臂焊接在转轴的外端，对应电磁推杆的推杆，定位弹簧安装在转轴挂钩的尾端与配重箱之间，固定轴安装在中箱体上，通过转轴臂的转动使转轴挂钩脱开固定轴，通过定位弹簧使转轴挂钩保持位置，上箱体下落使转轴挂钩外部斜度推固定轴压缩定位弹簧，转轴挂钩在挤压定位弹簧后挂上固定轴，保持转轴挂钩处于挂上状态。下箱体摘挂电磁推杆、中箱体摘挂电磁推杆安装在转轴臂的下部相应位置的机架上，下箱体摘挂电磁推杆、中箱体摘挂电磁推杆的推出使转轴臂转动，使摘挂机构的挂钩脱开固定轴；配重箱的上箱体与中箱体底部位置对应的机架上安装上箱体到位限位开关、中箱体到位限位开关，使箱体运行到固定位置后停机刹车，满足上、中箱体或中、下箱体摘挂固定位置的需要，实现箱体到位及是否挂好的检测功能；在配重箱体的边侧中部和下部各安装一套中箱体摘挂机构和下箱体摘挂机构，实现配重箱拆合抬起箱体的功能。
所述抽油机往复运动是通过感光开关给无线传输程序逻辑控制器RTU信号确定冲程开始计算的基准位置，通过编码器给无线传输程序逻辑控制器RTU信号计算实际运行距离，由无线传输程序逻辑控制器RTU判断达到设定冲程后给变频器反转信号使电机反转，实现电机正反转带动滚筒，使配重箱提升带Ⅰ、配重箱提升带Ⅱ及光杆提升带卷起或放开，实现抽油机的自动换向上下往复运动功能。
所述失载保护***，包括无线载荷传感器、与控制柜内电路对应接口相连的无线传输程序逻辑控制器RTU、回馈智能电表、能量回馈单元、变频器、电机、失电制动器，还包括传动同步带及电机同步带轮、滚筒、配重箱提升带Ⅰ、配重箱提升带Ⅱ组成的失载保护***，井口光杆断脱发生失载时，无线载荷传感器载荷参数为零传输给无线传输程序逻辑控制器RTU，同时配重箱通过配重箱提升带Ⅰ、配重箱提升带Ⅱ、滚筒、传动同步带、电机同步带轮及滚筒驱动同步带轮拖动电机发电，电能经变频器、能量回馈单元反馈到电网；能量回馈单元及回馈智能电表检测到回馈功率超过回馈功率设定值发出触发条件信号，并传给无线传输程序逻辑控制器RTU，无线传输程序逻辑控制器RTU判断载荷为零且回馈功率超设定值，井口失载故障发生，无线传输程序逻辑控制器RTU立即发出刹车信号让失电制动器失电刹车，在失电制动器与电机制动运行拖动的共同作用下，配重箱按运行速度运行到机架底部，冲程达到上死点，无线传输程序逻辑控制器RTU指令变频器给电机断电；通过检测无线载荷传感器载荷参数为零且能量回馈单元回馈功率等于或大于电机额定功率，无线载荷传感器与回馈智能电表将信号传给无线传输程序逻辑控制器RTU，无线传输程序逻辑控制器RTU判定失载发生，无线传输程序逻辑控制器RTU控制失电制动器失电刹车及电机停转，达到抽油机的失载保护。
所述自动调整冲次***，包括无线载荷传感器、与控制柜内电路对应接口相连的无线传输程序逻辑控制器RTU、变频器、电机，在悬绳器与光杆卡子之间安装无线载荷传感器，无线载荷传感器的载荷数据通过通讯传给无线传输程序逻辑控制器RTU，当载荷数据小于5kN载荷时，无线传输程序逻辑控制器RTU指令变频器下行，降低1Hz运行，使井口载荷参数大于指定载荷，实现抽油机下行冲次减小；无线载荷传感器传给无线传输程序逻辑控制器RTU的载荷数据同冲程数据每点的载荷数据判断油井供液是否充足，供液充足且载荷不超抽油机额定载荷，无线传输程序逻辑控制器RTU指令变频器增加频率和增加冲次；供液不足，无线传输程序逻辑控制器RTU指令变频器减小频率和减小冲次，从而实现抽油机不超载荷、产液最大的条件下自动调整冲次；供液的判断也可以由无线传输程序逻辑控制器RTU将数据传输给计算机，计算机按照逻辑程序判断是增加冲次或减小冲次，然后发指令给无线传输程序逻辑控制器RTU，由无线传输程序逻辑控制器RTU控制变频器增加频率或减小频率，实现自动调整冲次。
所述自动调整平衡的控制***，包括与控制柜内电路对应接口相连的变频器、无线传输程序逻辑控制器RTU、电机、失电制动器、中箱体摘挂电磁推杆接触器、中箱体摘挂电磁推杆接触器线圈、下箱体摘挂电磁推杆接触器、下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈、下箱体摘挂电磁推杆、中箱体摘挂电磁推杆、中配重箱摘挂机构及下配重箱摘挂机构组成自动调整平衡的控制***；变频器将下行与上行运行的扭矩参数传给无线传输程序逻辑控制器RTU，无线传输程序逻辑控制器RTU进行逻辑计算比较，下行转矩比上行转矩等于1为完全平衡，大于1为配重超重，小于1配重缺少；下行转矩比上行转矩大于1.2设定值，无线传输程序逻辑控制器RTU在光杆上行时自动进入减少配重调整程序，抽油机运行到直至配重箱触发中箱体到位限位开关动作，无线传输程序逻辑控制器RTU指令变频器停止输出，电机停转且失电制动器失电制刹车，无线传输程序逻辑控制器RTU指令下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈得电，下箱体摘挂电磁推杆接触器常开触点闭合，下箱体摘挂电磁推杆得电伸出，推下箱体摘挂机构的转轴臂转动带动转轴挂钩与固定轴脱开，延时几秒后无线传输程序逻辑控制器RTU控制失电制动器得电打开刹车，抽油机上行运行200mm，机架上的两个串接的中箱体到位限位开关仍处于打开状态，无线传输程序逻辑控制器RTU判断摘下箱体成功，无线传输程序逻辑控制器RTU指令下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈失电，下箱体摘挂电磁推杆在弹簧力的作用下退回，为挂配重箱做好准备，此时抽油机转入正常运行模式，抽油机运行中检测到下行转矩比上行转矩比值仍大于1.2，无线传输程序逻辑控制器RTU再控制中箱体摘下运行；当下行转矩比上行转矩小于0.8设定值，无线传输程序逻辑控制器RTU控制抽油机挂上中箱体，继续运行一段时间后下行转矩比上行转矩又小于0.8设定值，无线传输程序逻辑控制器RTU指令再挂上或下箱体，完成了抽油机的自动平衡调整。
本发明与现有技术相比具有以下优点：实现自动电气换向，冲程冲次不停机无级可调，上下行速度可分别调整，井口维修摘挂负荷方便，作业移机让位方便，井口载荷失载保护、自动调整冲次、自动调平衡，填补了现有立式抽油机无自动调整冲次及平衡的空白。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图
图2是本发明的左视结构示意图
图3是本发明图1俯视结构示意图
图4是本发明的电磁推杆操控配重箱摘挂机构左视结构示意图
图5是本发明的电磁推杆操控配重箱摘挂机构主视结构示意图
图6是本发明的电气控制原理图
图1、2、3中：
1.控制柜、2.线缆、3.反光件、4.感光开关、5.编码器、6.电机、6.1电机同步带轮、7.失电制动器、7－1.失电制动器转盘；8.传动同步带、9.滚筒驱动同步带轮、10－1.配重箱提升带Ⅰ、10－2.配重箱提升带Ⅱ、11.光杆提升带、12.配重箱、13.斜拉杆、14.爬梯、15.行走装置、16.机架、17.底座、18.水泥基础、19.悬绳器、20.调整螺杆、21.光杆提升带夹板、22.光杆卡子、23.无线载荷传感器、24.滚筒、25.下箱体摘挂电磁推杆、26.中箱体到位限位开关、27.中箱体摘挂电磁推杆、28.上箱体到位限位开关。
图4、5中：
12－1.配重箱导向轮、12－2.中箱体摘挂机构、12－2－1.转轴臂、12－2－2.转轴座、12－2－3.转轴、12－2－4.转轴挂钩、12－2－5.固定轴、12－2－6.定位压簧、12－3.下箱体摘挂机构、12－4.上箱体、12－5.中箱体、12－6.下箱体。
图6中：
1－1.变频器、1－2.能量回馈单元、1－3.无线传输程序逻辑控制器RTU、1－4.参数调整显示屏、1－5.耗电智能电表、1－6.回馈智能电表、1－7.主回路开关、1－8.控制回路开关、1－9.上行启动按钮、1－10.下行启动按钮、1－11.手动自动转换开关、1－12.失电制动器控制接触器、1－12－1.失电制动器控制接触器线圈、1－13.中箱体摘挂电磁推杆接触器、1－13－1.中箱体摘挂电磁推杆接触器线圈、1－14.下箱体摘挂电磁推杆接触器、1－14－1.下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈、29.计算机。
具体实施方式
为了详细的对自动调冲次及平衡的立式抽油机进行说明，下边结合附图通过实施例做进一步阐述。
如图1-6所示，一种自动调冲次及平衡的立式抽油机，包括：控制柜1、线缆2、反光件3、感光开关4、编码器5、电机6，电机同步电机同步带轮6－1；失电制动器7、传动同步带8、滚筒驱动同步带轮9、配重箱提升带Ⅰ10－1、配重箱提升带Ⅱ10－2；光杆提升带11；配重箱12、配重箱导向轮12－1、中箱体摘挂机构12－2、下箱体摘挂机构12－3、12－4上箱体、12－5中箱体、12－6下箱体、斜拉杆13、爬梯14、行走装置15、机架16、底座17、水泥基础18、悬绳器19、调整螺杆20、光杆提升带夹板21、光杆卡子22、无线载荷传感器23、滚筒24、下箱体摘挂电磁推杆25、中箱体到位限位开关26、中箱体摘挂电磁推杆27、上箱体到位限位开关28、计算机29。其特征在于：电机6输出轴上安装失电制动器转盘7－1及电机同步带轮6－1，失电制动器7安装在失电制动器转盘7－1外圆位置的机架16平台上，电机同步带轮6－1与滚筒驱动同步带轮9之间安装传动同步带8，
配重箱提升带Ⅰ10－1、配重箱提升带Ⅱ10－2的一端固定在滚筒24上，另一端连接到配重箱12上，配重箱提升带Ⅱ10－2上安装反光件3，光杆提升带11的一端固定在滚筒24上，另一端通过光杆提升带夹板21、调整螺杆20、悬绳器19、光杆卡子22与光杆连接，悬绳器19与光杆卡子22之间安装光杆无线载荷传感器23，机架上部平台靠近配重箱提升带Ⅰ10－2的位置安装感光开关4，紧贴配重箱提升带Ⅰ10－1安装编码器5，在配重箱12的上箱体12－4底部与中箱体12－5上部接合处两边各安装一套中箱体摘挂机构12－2，配重箱12的中箱体12－5底部与下箱体12－6上部接合处两边各安装一套下箱体摘挂机构12－3，在中箱体摘挂机构12－2和下箱体摘挂机构12－3的转轴臂12－2－1下边对应位置的机架16上垂直安装中箱体摘挂电磁推杆27和下箱体摘挂电磁推杆25，机架16下部两边各安装一个上箱体到位限位开关28和中箱体到位限位开关26，控制柜1内电路上安装变频器1－1、能量回馈单元1－2、无线传输程序逻辑控制器RTU1－3、参数调整显示屏1－4、耗电智能电表1－5、回馈智能电表1－6、主回路开关1－7、控制回路开关1－8、上行启动按钮1－9、下行启动按钮1－10、手动自动转换开关1－11、失电制动器控制接触器1－12、失电制动器控制接触器线圈1－12－1、中箱体摘挂电磁推杆接触器1－13、中箱体摘挂电磁推杆接触器线圈1－13－1、下箱体摘挂电磁推杆接触器1－14、下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈1－14－1；控制柜1电路的对应接口用线缆2与感光开关4、编码器5、电机6、失电制动器7、下箱体摘挂电磁推杆25、中箱体摘挂电磁推杆27、中箱体到位限位开关26、上箱体到位限位开关28相连，感光开关4给无线传输程序逻辑控制器RTU1－3提供冲程基准点，编码器5给无线传输程序逻辑控制器RTU1－3光杆提升带11的位移量数据，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3按照基准点、位移量数据、参数调整显示屏1－4给定冲程数据控制变频器1－1输出电源供、断电及相序变化，使电机6按照指定转数进行正反转运行，实现抽油机按照给定冲程运行的控制；失载保护的***是满足无线载荷传感器23载荷参数为零，且满足能量回馈单元1－2大功率回馈条件，控制失电制动器7失电刹车及电机6停转达到抽油机的失载保护；冲次调整***按照参数调整显示屏1－4给定固定运行或无线传输程序逻辑控制器RTU1－3自动判断自动调整的冲次进行控制；自动调整平衡的控制***是无线传输程序逻辑控制器RTU1－3采集变频器1－1运行扭矩参数，进行逻辑计算后控制下箱体摘挂电磁推杆25、中箱体摘挂电磁推杆27操作配重箱的中箱体摘挂机构12－2、下箱体摘挂机构12－3摘挂，使抽油机达到自动调整平衡。
抽油运行：给控制柜1的主回路开关1－7及控制回路开关1－8送电，手动或自动转换开关1－11拨到手动位置，起始默认配重箱12在机架16的下部，按住下行启动按钮1－10给无线传输程序逻辑控制器RTU1－3发出启动信号，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3给失电制动器控制接触器线圈1－12－1供电，失电制动器7得电释放刹车，同时给变频器1－1启动信号，变频器1－1给电机6供电转动，电机6经电机同步带轮6－1、传动同步带8及滚筒驱动同步带轮9驱动滚筒24转动，滚筒24上的配重箱提升带Ⅰ10－1、配重箱提升带Ⅱ10－2卷起，光杆提升带11从滚筒24上放开，配重箱提升带Ⅰ10－2上的反光件3经过感光开关4时给无线传输程序逻辑控制器RTU1－3位置基准信号，松开下行按钮1－10，抽油机停止运行，将手动自动转换开关1－11拨到自动位置，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3自动给变频器1－1上行转向信号，抽油机开始上行运行，编码器5转轮紧贴配重箱提升带Ⅰ10－1转动，并将脉冲信号传给无线传输程序逻辑控制器RTU1－3，当运行到参数调整显示屏1－4设定的冲程参数时，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3给变频器1－1换向信号，变频器1－1输出不同相序的电，使电机6反转，抽油机换向运行，如此实现自动的抽油机上下按照设定的冲程长度往复运行。配重箱提升带Ⅰ10－1、配重箱提升带Ⅱ10－2与光杆提升带11为高强度厚度薄的提升带，带的厚度小于5mm，在缠绕使用时总厚度不影响光杆对中的要求，无需光杆对中扶正轮，减少了提升带的曲挠次数，提高了提升带的使用寿命。
摘挂负荷：按住上行启动按钮1－9使光杆上行，当配重箱12落到机架16的底座上时，松开上行启动按钮1－9，打开配重箱12的中箱体摘挂机构12－2，使配重箱12的上箱体12－4与中箱体12－5分开，按住下行启动按钮1－10使抽油机下行，当接近下死点时松开下行启动按钮1－10抽油机停止运行，在井口打上光杆卡子，继续按住下行启动按钮1－10使光杆下行，使无线载荷传感器23不再顶在光杆卡子22上，悬绳器19与其上部的光杆卡子22有间隙，即可方便的将悬绳器19与光杆脱离摘除负荷，为了安全再按住上行启动按钮1－9使光杆上行，将配重箱12的上箱体落到中箱体上，挂负荷时按照反向步骤挂上负荷即可。摘挂负荷无需其他辅助设备，方便、安全、快捷。
失载保护：包括与控制柜内电路对应接口相连的无线载荷传感器23、无线传输程序逻辑控制器RTU1－3、回馈智能电表1－6、能量回馈单元1－2、变频器1－1、电机6、失电制动器7，还包括传动同步带8、电机同步带轮6－1及滚筒驱动同步带轮9、滚筒24、配重箱提升带Ⅰ10、配重箱提升带Ⅱ10－2。井口光杆断脱发生失载时，无线载荷传感器23载荷参数为零传输给无线传输程序逻辑控制器RTU1－3，同时配重箱12通过配重箱提升带Ⅰ10－1、配重箱提升带Ⅱ10－2、滚筒24、传动同步带8及电机同步带轮6－1及滚筒驱动同步带轮9拖动电机6发电，电能经变频器1－1、能量回馈单元1－2反馈到电网，由于配重箱12拖动发电量很大，能量回馈单元1－2及回馈智能电表1－6检测到回馈功率超过回馈功率设定值发出触发条件信号，并传给无线传输程序逻辑控制器RTU1－3，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3判断载荷为零且回馈功率超设定值，井口失载故障发生，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3立即发出刹车信号让失电制动器7失电刹车，在失电制动器7与电机6制动运行拖动的共同作用下，配重箱12按运行速度运行到机架16底部，冲程达到上死点无线传输程序逻辑控制器RTU1－3给变频器1－1指令给电机6断电，达到抽油机的失载保护功能。避免配重箱12快速落到水泥基础18上，发生砸坏水泥基础及其他安全事故。
自动调整冲次控制：包括与控制柜内电路对应接口相连的无线载荷传感器23、无线传输程序逻辑控制器RTU1－3、变频器1－1、电机6。在悬绳器19与光杆卡子22之间安装无线载荷传感器23，无线载荷传感器23的载荷数据通过通讯传给无线传输程序逻辑控制器RTU1－3，当载荷数据小于5kN或其他指定的载荷时，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3给定变频器1－1下行降低1Hz指令运行，使井口载荷参数大于指定载荷，从而实现抽油机下行冲次减小，达到连续运行抽油的目的，同时避免了对抽油机的破坏；无线载荷传感器23传给无线传输程序逻辑控制器RTU1－3的载荷数据同冲程数据每点的载荷数据判断油井供液是否充足，若是供液充足且现时载荷不超抽油机额定载荷，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3指令变频器给变频器1－1增加频率指令增加冲次，若是供液不足，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3指令变频器给变频器1－1减小频率指令减小冲次，从而实现抽油机不超载荷、产液最大的条件下自动调整冲次。供液的判断也可以由无线传输程序逻辑控制器RTU1－3将数据传输给计算机29，计算机29按照逻辑程序判断是增加冲次或减小冲次，然后发指令给无线传输程序逻辑控制器RTU1－3，由无线传输程序逻辑控制器RTU1－3控制变频器增加频率或减小频率，实现自动调整冲次。
自动调整平衡控制：如图1、2、6所示，包括与控制柜内电路对应接口相连的变频器1－1、无线传输程序逻辑控制器RTU1－3、电机6、失电制动器7、中箱体摘挂电磁推杆接触器1－13、中箱体摘挂电磁推杆接触器线圈1－13－1、下箱体摘挂电磁推杆接触器1－14、下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈1－14－1、下箱体摘挂电磁推杆25、中箱体摘挂电磁推杆27，还包括中配重箱摘挂机构12－2及下配重箱摘挂机构12－3。自动调整平衡的控制是变频器1－1将下行与上行运行的扭矩参数传给无线传输程序逻辑控制器RTU1－3，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3进行逻辑计算比较，下行转矩比上行转矩等于1为完全平衡，大于1为配重超重，小于1配重缺少。下行转矩比上行转矩大于1.2或其他合理设定值，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3在上行时自动进入减少配重调整程序，抽油机运行到直至配重箱触发中箱体到位限位开关26动作，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3让变频器1－1停止输出，电机6停转且失电制动器7失电制刹车，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3指令下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈1－14－1得电，下箱体摘挂电磁推杆接触器1－14常开触点闭合，下箱体摘挂电磁推杆25得电伸出，推下箱体摘挂机构12－3的转轴臂12－2－1转动带动转轴挂钩12－2－4与固定轴12－2－5脱开，延时几秒后无线传输程序逻辑控制器RTU1－3控制失电制动器7得电打开刹车，抽油机上行运行200mm，机架16上的两个串接的中箱体到位限位开关26仍处于打开状态，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3判断摘下箱体成功，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3指令下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈1－14－1失电，下箱体摘挂电磁推杆25在弹簧力的作用下退回，为挂配重箱做好准备，此时抽油机转入正常运行模式，运行半小时后若检测下行转矩比上行转矩比值仍大于1.2，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3再控制中箱体摘下运行。当下行转矩比上行转矩小于0.8或其他合理设定值，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3控制抽油机挂上中箱体，继续运行一段时间后下行转矩比上行转矩又小于0.8或其他合理设定值，无线传输程序逻辑控制器RTU1－3控制抽油机再挂上下箱体，从而完成了抽油机的自动平衡调整。
Claims (5)
1.一种自动调冲次及平衡的立式抽油机，包括控制柜（1）、电机（6）、配重箱（12）、斜拉杆（13）、爬梯（14）、行走装置（15）、机架（16）、底座（17）、水泥基础（18）、悬绳器（19）、调整螺杆（20）、光杆提升带夹板（21）、光杆卡子（22）、滚筒（24）、失载保护***、自动调整冲次***、自动调整平衡的控制***；其特征在于：电机（6）输出轴上安装失电制动器转盘（7－1）及电机同步带轮（6－1），失电制动器（7）安装在失电制动器转盘（7－1）外圆位置的机架（16）平台上，电机同步带轮（6－1）与滚筒驱动同步带轮（9）之间安装传动同步带（8），配重箱提升带Ⅰ（10－1）、配重箱提升带Ⅱ（10－2）的一端固定在滚筒（24）上，另一端连接到配重箱（12）上，配重箱提升带Ⅱ（10－2）上安装反光件（3），光杆提升带（11）的一端固定在滚筒（24）上，另一端通过光杆提升带夹板（21）、调整螺杆（20）、悬绳器（19）、光杆卡子（22）与光杆连接，悬绳器（19）与光杆卡子（22）之间安装光杆无线载荷传感器（23），机架上部平台靠近配重箱提升带Ⅰ（10－2）的位置安装感光开关（4），紧贴配重箱提升带Ⅰ（10－1）安装编码器（5），在配重箱（12）的上箱体（12－4）底部与中箱体（12－5）上部接合处两边各安装一套中箱体摘挂机构（12－2），配重箱（12）的中箱体（12－5）底部与下箱体（12－6）上部接合处两边各安装一套下箱体摘挂机构（12－3），在中箱体摘挂机构（12－2）和下箱体摘挂机构（12－3）的转轴臂（12－2－1）下边对应位置的机架（16）上垂直安装中箱体摘挂电磁推杆（27）和下箱体摘挂电磁推杆（25），机架（16）下部两边各安装一个上箱体到位限位开关（28）和中箱体到位限位开关（26）；控制柜1内安装有与电路对应接口相连的变频器（1－1）、能量回馈单元（1－2）、无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）、参数调整显示屏（1－4）、耗电智能电表（1－5）、回馈智能电表（1－6）、主回路开关（1－7）、控制回路开关（1－8）、上行启动按钮（1－9）、下行启动按钮（1－10）、手动自动转换开关（1－11）、失电制动器控制接触器（1－12）、失电制动器控制接触器线圈（1－12－1）、中箱体摘挂电磁推杆接触器（1－13）、中箱体摘挂电磁推杆接触器线圈（1－13－1）、下箱体摘挂电磁推杆接触器（1－14）、下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈（1－14－1）；控制柜（1）电路的对应接口用线缆（2）与感光开关（4）、编码器（5）、电机（6）、失电制动器（7）、下箱体摘挂电磁推杆（25）、中箱体摘挂电磁推杆（27）、中箱体到位限位开关（26）、上箱体到位限位开关（28）相连，感光开关（4）给无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）提供冲程基准点，编码器（5）给无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）、光杆提升带（11）提供位移量数据，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）按照基准点、位移量数据、参数调整显示屏（1－4）给定冲程数据控制变频器（1－1）输出电源、断电及相序变化，使电机（6）按照指定转数进行正反转运行，实现抽油机按照给定冲程运行的控制；失载保护的***是满足无线载荷传感器（23）载荷参数为零，且满足能量回馈单元（1－2）大功率回馈条件，控制失电制动器（7）失电刹车及电机（6）停转，达到抽油机的失载保护；冲次调整***按照参数调整显示屏（1－4）给定固定运行或无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）自动判断自动调整的冲次进行控制；自动调整平衡的控制***是无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）采集变频器（1－1）运行扭矩参数，进行逻辑计算后控制下箱体摘挂电磁推杆（25）、中箱体摘挂电磁推杆（27）动作，使配重箱的下箱体摘挂机构（12－3）、中箱体摘挂机构（12－2）摘挂，达到抽油机自动调整平衡。
2.根据权利要求1所述的自动调冲次及平衡的立式抽油机，其特征在于：所述中箱体摘挂机构（12－2）和下箱体摘挂机构（12－3），包括转轴臂（12－2－1）、转轴座（12－2－2）、转轴（12－2－3）、转轴挂钩（12－2－4）、固定轴（12－2－5）、定位压簧（12－2－6）、转轴座（12－2－2）焊接在配重箱（12）的上箱体（12－4）上，转轴（12－2－3）支撑在转轴座（12－2－2）上，转轴挂钩（12－2－4）焊接在转轴（12－2－3）上，转轴臂（12－2－1）焊接在转轴（12－2－3）的外端，对应中箱体摘挂电磁推杆（27）的推杆，定位弹簧（12－2－6）安装在转轴挂钩（12－2－4）的尾端与配重箱体（12）之间，固定轴（12－2－5）安装在中箱体（12－5）上，通过转轴臂（12－2－1）的转动使转轴挂钩（12－2－4）脱开固定轴（12－2－5），通过定位弹簧（12－2－6）使转轴挂钩（12－2－4）保持位置，上箱体（12－4）下落使转轴挂钩（12－2－4）外部斜度推固定轴（12－2－5）压缩定位弹簧（12－2－6），转轴挂钩（12－2－4）在挤压定位弹簧（12－2－6）后挂上固定轴（12－2－5），保持转轴挂钩（12－2－4）处于挂上状态，下箱体摘挂机构（12－3）与中箱体摘挂机构（12－2）结构相同，只是安装在中箱体（12－5）与下箱体（12－6）之间，对应下箱体摘挂电磁推杆（25）。
3.根据权利要求1所述的自动调冲次及平衡的立式抽油机，其特征在于：所述失载保护***，包括无线载荷传感器（23）、与控制柜内电路对应接口相连的无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）、回馈智能电表（1－6）、能量回馈单元（1－2）、变频器（1－1）、电机（6）、失电制动器（7），还包括传动同步带（8）及电机同步带轮（6－1）、滚筒（24）、配重箱提升带Ⅰ（10－1）、配重箱提升带Ⅱ（10－2）组成的失载保护***，井口光杆断脱发生失载时，无线载荷传感器（23）载荷参数为零传输给无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3），同时配重箱（12）通过配重箱提升带Ⅰ（10－1）、配重箱提升带Ⅱ（10－2）、滚筒（24）、传动同步带（8）、电机同步带轮（6－1）及滚筒驱动同步带轮（9）拖动电机（6）发电，电能经变频器（1－1）、能量回馈单元（1－2）反馈到电网；能量回馈单元（1－2）及回馈智能电表（1－6）检测到回馈功率超过回馈功率设定值发出触发条件信号，并传给无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3），无线传输程序逻辑控制器RTU1－3判断载荷为零且回馈功率超设定值，井口失载故障发生，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）立即发出刹车信号让失电制动器（7）失电刹车，在失电制动器（7）与电机（6）制动运行拖动的共同作用下，配重箱（12）按运行速度运行到机架（16）底部，冲程达到上死点，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）指令变频器（1－1）给电机（6）断电；通过检测无线载荷传感器（23）载荷参数为零且能量回馈单元（1－2）回馈功率等于或大于电机（6）额定功率，无线载荷传感器（23）与回馈智能电表（1－6）将信号传给无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3），无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）判定失载发生，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）控制失电制动器（7）失电刹车及电机（6）停转，达到抽油机的失载保护。
4.根据权利要求1所述的自动调冲次及平衡的立式抽油机，其特征在于：所述自动调整冲次***，包括无线载荷传感器（23）、与控制柜内电路对应接口相连的无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）、变频器（1－1）、电机（6），在悬绳器（19）与光杆卡子（22）之间安装无线载荷传感器（23），无线载荷传感器（23）的载荷数据通过通讯传给无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3），当载荷数据小于5kN载荷时，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）指令变频器（1－1）下行，降低1Hz运行，使井口载荷参数大于指定载荷，实现抽油机下行冲次减小；无线载荷传感器（23）传给无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）的载荷数据同冲程数据每点的载荷数据判断油井供液是否充足，供液充足且载荷不超抽油机额定载荷，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）指令变频器（1－1）增加频率和增加冲次；供液不足，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）指令变频器（1－1）减小频率和减小冲次，从而实现抽油机不超载荷、产液最大的条件下自动调整冲次；供液的判断也可以由无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）将数据传输给计算机（29），计算机（29）按照逻辑程序判断是增加冲次或减小冲次，然后发指令给无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3），由无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）控制变频器增加频率或减小频率，实现自动调整冲次。
5.根据权利要求1所述的自动调冲次及平衡的立式抽油机，其特征在于：所述自动调整平衡的控制***，包括与控制柜内电路对应接口相连的变频器（1－1）、无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）、电机（6）、失电制动器（7）、中箱体摘挂电磁推杆接触器（1－13）、中箱体摘挂电磁推杆接触器线圈（1－13－1）、下箱体摘挂电磁推杆接触器（1－14）、下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈（1－14－1）、下箱体摘挂电磁推杆（25）、中箱体摘挂电磁推杆（27）、中配重箱摘挂机构（12－2）及下配重箱摘挂机构（12－3）组成自动调整平衡的控制***；变频器（1－1）将下行与上行运行的扭矩参数传给无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3），无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）进行逻辑计算比较，下行转矩比上行转矩等于1为完全平衡，大于1为配重超重，小于1配重缺少；下行转矩比上行转矩大于1.2设定值，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）在光杆上行时自动进入减少配重调整程序，抽油机运行到直至配重箱触发中箱体到位限位开关（26）动作，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）指令变频器（1－1）停止输出，电机（6）停转且失电制动器（7）失电制刹车，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）指令下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈（1－14－1）得电，下箱体摘挂电磁推杆接触器（1－14）常开触点闭合，下箱体摘挂电磁推杆（25）得电伸出，推下箱体摘挂机构（12－3）的转轴臂（12－2－1）转动带动转轴挂钩（12－2－4）与固定轴（12－2－5）脱开，延时几秒后无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）控制失电制动器（7）得电打开刹车，抽油机上行运行200mm，机架（16）上的两个串接的中箱体到位限位开关（26）仍处于打开状态，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）判断摘下箱体成功，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）指令下箱体摘挂电磁推杆接触器线圈（1－14－1）失电，下箱体摘挂电磁推杆（25）在弹簧力的作用下退回，为挂配重箱做好准备，此时抽油机转入正常运行模式，抽油机运行中检测到下行转矩比上行转矩比值仍大于1.2，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）再控制中箱体摘下运行；当下行转矩比上行转矩小于0.8设定值，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）控制抽油机挂上中箱体，继续运行一段时间后下行转矩比上行转矩又小于0.8设定值，无线传输程序逻辑控制器RTU（1－3）指令再挂上或下箱体，完成了抽油机的自动平衡调整。
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