CN101871338A - 直驱抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直驱抽油机，包括井架(1)、控制器(2)、钢丝绳轮(7)、永磁电动机(8)、前导向轮(9)和后导向轮(5)，所述控制器(2)和永磁电动机(8)组成变频驱动系统以驱动抽油机，所述永磁电动机(8)置于井架(1)的底盘上或地面上，所述钢丝绳轮(7)与所述永磁电动机(8)连接并同步旋转，所述钢丝绳轮(7)上缠绕固定有钢丝绳，所述钢丝绳被固定部分两侧的绳身分别经由前导向轮(9)和后导向轮(5)、其端部分别悬挂抽油泵拉杆和平衡块(4)。本发明的直驱抽油机传动效率更高、结构更简单、摩擦环节更少、冲程及冲次调节控制更方便。

Description

直驱抽油机

技术领域

本发明涉及油田抽油机械领域，特别是涉及一种由可控变频驱动系统直接驱动的直驱抽油机。

背景技术

当前公知的抽油机是游梁式抽油机，它由电动机经皮带传动，变速箱减速，再通过四连杆机构及驴头将电动机的旋转运动变成上下直线运动，以带动抽油机拉杆上下运动抽油。游梁式抽油机运行可靠，易于维护，使用广泛，但是经多种机械减速装置及运动方式变换结构的处理，才能将电动机比较高速的旋转运动变为低冲次的直线运动，传动系统结构复杂、传动效率低、成本较高、冲程及冲次调节不方便。

尽管目前也有人研究了采用永磁电动机的抽油机，但其往往结构较为复杂，传动效率低下，摩擦环节多，机械损耗大，不够节能，成本高，调参不便。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是克服现有抽油机的上述缺点，提供一种传动系统效率更高、结构更简单、摩擦环节更少、冲程及冲次调节控制更方便的直驱抽油机。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，提供一种直驱抽油机，其包括井架、控制器、钢丝绳轮、永磁电动机、前导向轮和后导向轮，所述控制器和永磁电动机组成变频驱动系统以驱动抽油机，所述永磁电动机置于井架的底盘上或地面上，所述钢丝绳轮与所述永磁电动机连接并同步旋转，所述钢丝绳轮上缠绕有钢丝绳，所述钢丝绳的一端绕过所述前导向轮悬挂抽油泵拉杆，另一端绕过所述后导向轮悬挂平衡块。

优选地，所述控制器控制所述永磁电动机使得所述钢丝绳轮顺时针或逆时针方向转动带动所述抽油泵拉杆向上运动抽油。

优选地，所述永磁电动机的内部设置有位置传感器，用于在抽油泵到达设定的上位点和下位点时发送位置信号给所述控制器，所述控制器根据所述位置信号控制所述抽油机的冲程。

优选地，在所述钢丝绳轮与所述后导向轮之间设置有中间导向轮，所述钢丝绳一端经由所述中间导向轮导向后再绕过所述后导向轮，所述中间导向轮的设置使得所述钢丝绳轮与所述前导向轮、以及所述钢丝绳轮与中间导向轮之间的钢丝绳处于同一水平面上。

优选地，所述永磁电动机的轴伸与所述钢丝绳轮由联轴节连接并同步旋转。

优选地，所述永磁电动机为永磁内转子电动机。

优选地，在所述钢丝绳轮的外径上装有制动器。

优选地，所述钢丝绳由两根钢丝绳组成，所述两根钢丝绳各有一端被固定在所述钢丝绳轮上。

优选地，所述位置传感器为无触点位置传感器。

优选地，所述控制器通过输出不同相序的三相电流使所述永磁电动机改变旋转方向以实现抽油泵的上、下运动抽油过程。

所述控制器通过输出不同频率及电压的三相电使所述永磁电动机改变旋转速度以实现抽油机的冲次调节。

(三)有益效果

由于永磁电动机中的磁场是由永久磁钢产生，不需要消耗励磁功率，节省了产生磁场所需的能量；传动系统中没有采用皮带传动和减速器、四连杆机构等机械，因而传动系统效率更高、传动系统的结构更简化；抽油机抽油过程控制能够自动完成，冲程、冲次的调节均由控制器改变其参数设置来完成，调节简便；整个抽油机的体积减少，质量减轻，成本降低；永磁电动机及钢丝绳轮置于地面，减轻了井架负荷，并且维护更方便。

附图说明

图1是依据本发明优选实施例的直驱抽油机的结构示意图；

图2是依据本发明优选实施例的直驱抽油机的永磁电动机及钢丝绳轮结构剖视图。

其中，1：井架；2：控制器；3：中间导向轮；4：平衡块；5：后导向轮；6：制动器；7：钢丝绳轮；8：永磁电动机；9：前导向轮；10：固定卡；11：采油井口；12：钢丝绳轮支架；13：联轴节；14：磁钢；15：定子；16：转子；17：永磁电动机外壳；18：位置传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明的直驱抽油机包括井架1、控制器2、钢丝绳轮7、永磁电动机8、前导向轮9和后导向轮5，所述控制器2和永磁电动机8组成变频驱动系统以驱动抽油机，所述永磁电动机8置于井架1的底盘上或地面上，所述钢丝绳轮7与所述永磁电动机8连接并同步旋转，所述钢丝绳轮7上缠绕固定有钢丝绳，所述钢丝绳被固定部分两侧的绳身分别经由前导向轮9和后导向轮5、其端部分别悬挂抽油泵拉杆和平衡块4。所述控制器2控制所述永磁电动机8使得所述钢丝绳轮7顺时针或逆时针方向转动通过钢丝绳带动所述抽油泵拉杆向上运动抽油；此时，所述平衡块4向下运动。

其中，井架1是用型钢焊接而成，井架1紧固在地基上，在井架1上安装有碳钢材质经机械加工而成的前导向轮9和后导向轮5，优选还安装中间导向轮3，优选后导向轮安装在井架1的顶部，优选每只导向轮内安装有减少摩擦的滚珠轴承，钢丝绳的绳身的一部分被固定在钢丝绳轮7上，抽油泵侧的钢丝绳端部通过固定卡10与抽油泵拉杆相连接，抽油泵侧绳身经过前导向轮9后缠绕在钢丝绳轮7上，平衡块侧的钢丝绳端部与平衡块4连接，平衡块侧的绳身经过后导向轮5，优选还经过中间导向轮3缠绕在钢丝绳轮7上。优选地，所述中间导向轮3使得所述钢丝绳在所述钢丝绳轮7的前、后侧处于同一水平面上，从而钢丝绳轮7所受的前、后侧的力能够部分相互抵消，改善了钢丝绳轮7的受力状况。钢丝绳的绕制方法是：当钢丝绳轮顺时针(或逆时针)方向转动时，抽油泵拉杆作向上运动，平衡块4作向下运动。

其中，永磁电动机8由机械加工及电加工制成，用地脚螺钉固定在井架1的底盘上或地面上，钢丝绳轮7为机械加工制成，两端各有一个碳钢焊接及机械加工制成的钢丝绳轮支架12支承，每个钢丝绳轮支架12内装有一个滚珠轴承，以减少摩擦损耗，钢丝绳轮支架12固定在井架1的底盘上或地面上，安装时永磁电动机8的轴伸与钢丝绳轮7的轴心线一致，优选采用联轴节13将二者连接起来同步运转。

优选地，所述永磁电动机8为永磁内转子电动机。永磁外转子电动机往往用电动机外壳做钢丝绳轮，由于永磁电动机的外转子直径大，在满足抽油机的冲程及冲次条件下，永磁外转子电动机的转速低，因而永磁外转子电动机的体积大，耗材多，成本高，受力复杂，容易损坏。而永磁电动机的价格是抽油机价格的主要部分，在同样冲次和冲程情况下，永磁内转子电动机的速度至少高一倍，因为钢丝绳轮的直径比外转子直径至少小2倍，因此永磁内转子电动机的成本比永磁外转子电动机成本要低一半。因而，采用永磁内转子电动机，进一步降低了成本。

优选地，在所述钢丝绳轮7与所述后导向轮5之间设置有中间导向轮3，所述钢丝绳缠绕所述钢丝绳轮7后经由所述中间导向轮3导向后再经由所述后导向轮5导向而在其端部悬挂所述平衡块4，所述中间导向轮3使得所述钢丝绳在所述钢丝绳轮7的前、后侧处于同一水平面上。优选地，在所述钢丝绳轮7的外径上装有制动器6，便于抽油机在检修和紧急情况下使用，以确保所述的抽油机安全。优选地，所述钢丝绳由两根钢丝绳组成，所述两根钢丝绳各有一端被固定在所述钢丝绳轮7上，方便调节和更换。

所述永磁电动机8的内部设置有位置传感器18，所述位置传感器18为无触点位置传感器。抽油机冲程是由安装在永磁电动机8内的无触点位置传感器产生的位置信号来控制，所述控制器2根据抽油泵到达设定的上位点和下位点时所述无触点位置传感器发来的位置信号，控制抽油机的冲程。采用无触点位置传感器产生的位置信号来控制，是根据控制器的预先设置来确定上位点和下位点的位置，从而到达预定位置时无触点位置传感器即发出位置信号，比用有触点的行程开关控制更先进、可靠。

抽油机冲次调节是靠改变控制信号的设定值来控制，所述控制器2依据新的设定值，改变给所述永磁电动机8供电的电压值和频率值来控制抽油机冲次。当所述控制器2提高给所述永磁电动机8供电的电压值和频率值时，所述永磁电动机8的转速提高，抽油机冲次随之提高；当所述控制器2降低给所述永磁电动机8供电的电压值和频率值时，所述永磁电动机8的转速降低，抽油机冲次随之降低，用此种办法控制抽油机冲次，方法简便、可靠、准确。

控制器2优选地安装在井架内，控制器2按抽油机特定的冲次和冲程的技术需求，设定供给永磁电动机的电压、频率和相序。当控制器2给永磁电动机8按照正相序U，V，W供电时，永磁电动机8带动钢丝绳轮7顺时针方向(或逆时针)旋转，抽油泵拉杆向上运动抽油至地面，同时平衡块4向下运动释放位能，帮助永磁电动机8抽油；当抽油泵达到设定的抽油上位点时，永磁电动机8内的位置传感器18发送位置信号给控制器2，控制器2据此改变给永磁电动机8的供电相序为U，W，V，此时永磁电动机8转向改变为逆时针(或顺时针)方向旋转，此时抽油泵向下运动吸油，永磁电动机8拖动平衡块4上升储蓄位能；当抽油泵达到设定的抽油下位点时，控制器2根据此下位点时永磁电动机8内的位置传感器18发送的位置信号，改变给永磁电动机8的供电相序为U，V，W，此时永磁电动机8转向改变为顺时针(或逆时针)方向旋转，重复抽油。如此反复运行，源源不断地将地下储存的石油抽至地面。所述位置传感器18优选为无触点位置传感器。所述平衡块4的作用使所述永磁电动机8的负载更加均衡，改善了所述永磁电动机8的负载特性，降低了抽油机对所述永磁电动机8的过载能力要求，有助于降低所述的永磁电动机8的体积、质量和成本。

本发明可以方便地调节抽油机的冲次及冲程，调节抽油机冲次的过程是：改变控制器2给永磁电动机8供电的频率和电压设定，当控制器2提高给永磁电动机8的供电频率和电压时，永磁电动机8运行速度加快，因而抽油泵在上位点到下位点的时间间隔缩短，导致抽油机冲次提高；当改变控制器2的设定，降低供给永磁电动机8的供电频率和电压，永磁电动机8运行速度减慢，因而抽油泵在上位点到下位点的时间间隔延长，导致抽油机冲次降低。

抽油机冲程调高的过程是：改变位置信号的设定，延长控制器2给永磁电动机8的供电相序切换的时间设定，永磁电动机8在控制器同一相序供电的时间间隔延长，此时永磁电动机8的速度并未改变，因而调高了抽油机的冲程；同理，缩减控制器2给永磁电动机8的供电相序切换的时间设定，永磁电动机8在控制器同一相序供电的时间间隔缩短，永磁电动机8的速度并未改变，因而降低了抽油机的冲程。

本发明的方案通过简单的结构即将电动机的旋转运动转变为抽油泵和平衡块的上下运动，仅采用了一个钢丝绳轮和几个导向轮，摩擦损耗少，节省能量，降低成本。将永磁电动机放置在井架的底盘上或地面上，减轻井架重量，节约井架钢材，并且方便检修和维护。采用钢丝绳轮，按照传递永磁电动机的扭矩和钢丝绳传来的牵引力的强度和刚度要求对钢丝绳轮进行设计，其外直径通常较小，因此在满足抽油机同样的冲程和冲次的条件下永磁电动机有较高的转速，导致永磁电动机的体积会更小，材料用量更低，电动机成本更低。电动机和钢丝绳轮分体制造，电动机转子同步驱动钢丝绳轮，两者分离更容易，更方便更换易损件，钢丝绳轮是价廉的易损件，当使用时间长了以后，钢丝绳轮损坏更换而无需更换电动机，降低了成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种直驱抽油机，其特征在于，所述直驱抽油机包括井架(1)、控制器(2)、钢丝绳轮(7)、永磁电动机(8)、前导向轮(9)和后导向轮(5)，所述控制器(2)和永磁电动机(8)组成变频驱动系统以驱动抽油机，所述永磁电动机(8)置于井架(1)的底盘上或地面上，所述钢丝绳轮(7)与所述永磁电动机(8)连接并同步旋转，所述钢丝绳轮(7)上缠绕有钢丝绳，所述钢丝绳的一端绕过所述前导向轮(9)悬挂抽油泵拉杆，另一端绕过所述后导向轮(5)悬挂平衡块(4)。

2.如权利要求1所述的直驱抽油机，其特征在于，所述控制器(2)控制所述永磁电动机(8)使得所述钢丝绳轮(7)顺时针或逆时针方向转动带动所述抽油泵拉杆向上运动抽油。

3.如权利要求1所述的直驱抽油机，其特征在于，所述永磁电动机(8)的内部设置有位置传感器(18)，用于在抽油泵到达设定的上位点和下位点时发送位置信号给所述控制器(2)，所述控制器(2)根据所述位置信号控制所述抽油机的冲程。

4.如权利要求1所述的直驱抽油机，其特征在于，在所述钢丝绳轮(7)与所述后导向轮(5)之间设置有中间导向轮(3)，所述钢丝绳一端经由所述中间导向轮(3)导向后再绕过所述后导向轮(5)，所述中间导向轮(3)的设置使得所述钢丝绳轮(7)与所述前导向轮(9)、以及所述钢丝绳轮(7)与中间导向轮(3)之间的钢丝绳处于同一水平面上。

5.如权利要求1-4中任一项所述的直驱抽油机，其特征在于，所述永磁电动机(8)的轴伸与所述钢丝绳轮(7)由联轴节(13)连接。

6.如权利要求1-4中任一项所述的直驱抽油机，其特征在于，所述永磁电动机(8)为永磁内转子电动机。

7.如权利要求1-4中任一项所述的直驱抽油机，其特征在于，在所述钢丝绳轮(7)的外径上装有制动器(6)。

8.如权利要求1-4中任一项所述的直驱抽油机，其特征在于，所述钢丝绳由两根钢丝绳组成，所述两根钢丝绳各有一端被固定在所述钢丝绳轮(7)上。

9.如权利要求3所述的直驱抽油机，其特征在于，所述位置传感器(18)为无触点位置传感器。

10.如权利要求1-4中任一项所述的直驱抽油机，其特征在于，所述控制器(2)通过输出不同相序的三相电流使所述永磁电动机(8)改变旋转方向以实现抽油泵的上、下运动抽油过程。

11.如权利要求1-4中任一项所述的直驱抽油机，其特征在于，所述控制器(2)通过输出不同频率及电压的三相电使所述永磁电动机(8)改变旋转速度以实现抽油机的冲次调节。

Images