均衡扭矩之節(jié)能式游梁抽油機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明申請(qǐng)涉及石油豎井開采設(shè)備一一游梁式抽油機(jī)，尤其涉及的是匹配扭矩、 降低能耗為核心的游梁式抽油機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 原油開采應(yīng)用較多的仍是游梁式豎井抽油機(jī)，其基本組成包括底座、支架、游梁、 游梁的曲柄連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、驢頭及其懸繩器等。游梁式抽油機(jī)是石油開采設(shè)備中的耗能大 戶，用電量占油田總用電量的40 %，而且其拖動(dòng)電機(jī)的負(fù)荷率還極為低下，效率低下，加重 了能源浪費(fèi);再者，游梁式抽油機(jī)采油工作中，因曲柄下降過程中負(fù)荷減輕，拖動(dòng)電機(jī)拖動(dòng) 產(chǎn)生能量無法被負(fù)載吸收，而饋入電網(wǎng)，引發(fā)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，致使整體電網(wǎng)供電質(zhì)量下降。
[0003] 中國(guó)專利CN101598013A公開的游梁式抽油機(jī)技術(shù)方案，是于分級(jí)減速的傳動(dòng)軸上 設(shè)置有一系列周期運(yùn)轉(zhuǎn)配重塊的系列平衡塊裝置，用于穩(wěn)定拖動(dòng)電機(jī)扭矩的作用，提高拖 動(dòng)電機(jī)的負(fù)荷效率，以降低電耗量。但其系列平衡塊裝置的一系列運(yùn)轉(zhuǎn)配重塊的結(jié)構(gòu)設(shè)置， 對(duì)抽油機(jī)結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，需要提供較大的回轉(zhuǎn)空間，更為重要的是難以根據(jù)實(shí)際油井載荷 變化狀況來便捷、快速實(shí)施對(duì)應(yīng)調(diào)整，也沒有根本解決拖動(dòng)電機(jī)能量饋入電網(wǎng)所產(chǎn)生的電 網(wǎng)沖擊影響技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明申請(qǐng)的發(fā)明目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定拖動(dòng)電機(jī)扭矩、提高拖動(dòng)電機(jī)負(fù)荷 率、降低能耗的同時(shí)，構(gòu)成簡(jiǎn)單、占用空間小、并易于根據(jù)實(shí)際載荷變化對(duì)應(yīng)實(shí)施快速調(diào)整 的均衡扭矩之節(jié)能式游梁抽油機(jī)。本發(fā)明申請(qǐng)?zhí)峁┑木馀ぞ刂?jié)能式游梁抽油機(jī)技術(shù)方 案，其主要技術(shù)內(nèi)容是:一種均衡扭矩之節(jié)能式游梁抽油機(jī)，以減速器的傳動(dòng)軸為運(yùn)轉(zhuǎn)軸， 軸上設(shè)置有彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置，本彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置中的曲軸為至少設(shè)有一曲軸段的 運(yùn)轉(zhuǎn)軸，各曲軸段上牽掛有外端端位固定的彈簧部，所述的各曲軸段及其彈簧部貢獻(xiàn)的周 期性運(yùn)轉(zhuǎn)反作用扭矩為：
式中的Ar是第r個(gè)彈簧部貢獻(xiàn)的反作用扭矩^、是第r個(gè)彈簧部固定端距本曲軸段軸 心的距離，kr是第r個(gè)彈簧部的彈性系數(shù)，焉是第r個(gè)彈簧部牽掛端的旋轉(zhuǎn)半徑，.Iv是第r個(gè) 彈簧部的自由長(zhǎng)度，#是第r個(gè)彈簧部曲軸牽掛端的旋轉(zhuǎn)角速度，是初始角，t表示為時(shí) 間； 由各彈簧部貢獻(xiàn)的反作用扭矩:T(balance) = Ai + A2 +…+ Am來擬合和穩(wěn)定拖動(dòng) 電機(jī)扭矩，即： 拖動(dòng)電機(jī)輸入扭矩T(input)=抽油機(jī)負(fù)載扭矩T(demand)-彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置提 供的扭矩T(balance)=常量C，使拖動(dòng)電機(jī)輸入扭矩T(input)最小且接近常數(shù)。
[0005] 在上述的整體技術(shù)方案中，所述的各曲軸段之間經(jīng)行星齒輪減速器減速聯(lián)接。
[0006] 在上述的整體技術(shù)方案中，所述的運(yùn)轉(zhuǎn)軸上還設(shè)置有系列平衡塊裝置，本系列平 衡塊裝置與彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置綜合貢獻(xiàn)的反作用扭矩為： T(balance) = aosin(coOt) + Ai + A2 + …+ Am， 利用T(balance)對(duì)已知的T(demand)進(jìn)行曲線擬合，則可得到使得T(input)最小， 且接近常數(shù)的一組ar，kr，Rr，Lr，r，以及r0 (r = 1，…，m)〇
[0007] 本發(fā)明申請(qǐng)公開的均衡扭矩之節(jié)能式游梁抽油機(jī)技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步穩(wěn)定拖 動(dòng)電機(jī)輸出功率的技術(shù)目的，在大幅度提高電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率、延長(zhǎng)拖動(dòng)電機(jī)使用壽命、實(shí)現(xiàn)節(jié) 能技術(shù)目的、提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，裝置本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積和占用空間小、平衡效率高的 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，更方便對(duì)已有游梁式抽油機(jī)減速箱結(jié)構(gòu)實(shí)施改良，而且便于根據(jù)油井開采的實(shí) 際載荷變化簡(jiǎn)捷、快速的調(diào)整彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置的參數(shù)配置，最為方便調(diào)整本裝置載荷 特征的主要方式包括有調(diào)整彈簧部端位固定位置，以改變運(yùn)轉(zhuǎn)軸中心與彈簧部固定端間的 距離，或者調(diào)整更換不同自由長(zhǎng)度的彈簧，使得整套平衡裝置提供與油井抽油開采負(fù)載相 匹配的平衡扭矩;本技術(shù)方案的另一技術(shù)效果是選用小功率電機(jī)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高效驅(qū)動(dòng)、低 耗工作的技術(shù)目的;本技術(shù)方案的再一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是可以徹底解決拖動(dòng)電機(jī)對(duì)饋入電網(wǎng)沖擊 影響的技術(shù)問題。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明申請(qǐng)的總構(gòu)造圖。
[0009] 圖2為彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置的一實(shí)施結(jié)構(gòu)圖。
[0010] 圖3為每一曲軸段和其彈簧部貢獻(xiàn)的反作用扭矩特性曲線圖。
[0011 ]圖4為各曲軸段以三種整數(shù)倍于抽油機(jī)原平衡塊轉(zhuǎn)速的特征曲線圖。
[0012] 圖5為彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置與原負(fù)荷扭矩相彌合前、后的特征曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 本發(fā)明申請(qǐng)?zhí)峁┑木馀ぞ刂?jié)能式游梁抽油機(jī)，包括有底座1、游梁5、游梁支架 2、驢頭4及懸掛器3、減速器6和曲柄連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，于分級(jí)減速器6的傳動(dòng)軸為運(yùn)轉(zhuǎn)軸設(shè)置 有彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置。所述的彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置中的曲軸傳動(dòng)聯(lián)接于減速器的傳動(dòng) 軸，該減速器的傳動(dòng)軸可以是減速器輸入軸11、輸出軸12或其內(nèi)各級(jí)傳動(dòng)軸上。所述的曲軸 為至少設(shè)有一曲軸段的運(yùn)轉(zhuǎn)軸7,如圖2所示，各曲軸段上牽掛有外端端位固定的彈簧部9， 運(yùn)轉(zhuǎn)軸7的各曲軸段及其彈簧部9周期性運(yùn)轉(zhuǎn)所貢獻(xiàn)的反作用扭矩為：
參見圖3,是一種不規(guī)則的特性正弦曲線，其中，Ar是第r個(gè)彈簧部貢獻(xiàn)的反作用扭矩， 是第r個(gè)彈簧部固定端距本曲軸段軸心的距離，kr是第r個(gè)彈簧部的彈性系數(shù)，A是第r 個(gè)彈簧部牽掛端的旋轉(zhuǎn)半徑，.Iv是第r個(gè)彈簧部的自由長(zhǎng)度，.是第r個(gè)彈簧部牽掛端的 旋轉(zhuǎn)角速度，是初始角，t是時(shí)間。
[0014] 彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置的各彈簧部貢獻(xiàn)的扭矩:T(balance) = A1 + A2 +…+ Am 共同來彌合、穩(wěn)定拖動(dòng)電機(jī)扭矩，BP: 電動(dòng)機(jī)輸入扭矩T(input)=抽油機(jī)負(fù)載扭矩T(demand)-彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置提供 的扭矩T(balance)=常量C，使拖動(dòng)電機(jī)輸入扭矩T(input)最小且接近常數(shù)。其中的各曲 軸段之間經(jīng)確定不同減速比的行星齒輪減速器10減速聯(lián)接，輸出傳動(dòng)至游梁5。
[0015] 各曲軸段和彈簧部9的設(shè)置參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況、以最終彌合拖動(dòng)電機(jī)輸入扭 矩來選擇確定的。以曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度為減速器輸出軸角速度的整數(shù)倍為例，所設(shè)置的曲 軸段及其彈簧部數(shù)目越多，與負(fù)載擬合度就越好。如圖4給出的是在現(xiàn)有游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ)上，分別增設(shè)三種彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置的擬合曲線圖，一是一曲軸段與原平衡塊15相 同轉(zhuǎn)速，見曲線a，二是一曲軸段為兩倍于原平衡塊15的轉(zhuǎn)速，見曲線b，三是一曲軸段且四 倍于原平衡塊15的轉(zhuǎn)速，見曲線c，旋轉(zhuǎn)時(shí)提供扭矩曲線圖，曲線D為原平衡塊15的扭矩曲 線?？芍?，轉(zhuǎn)速越高于原平衡塊轉(zhuǎn)速，與負(fù)載擬合度就越好，電機(jī)輸入曲線就越接近直線。
[0016] 三者組合后形成的總平衡扭矩如圖5所示。圖中的虛線A是假定負(fù)載的負(fù)荷扭矩曲 線，其實(shí)線是根據(jù)假定的負(fù)荷扭矩曲線確定的平衡塊加上述三曲軸段彈簧部構(gòu)成的彈簧勢(shì) 能調(diào)整系裝置所產(chǎn)生的平衡扭矩曲線，該平衡扭矩曲線與負(fù)荷扭矩曲線之差即為電機(jī)輸入 之扭矩，為虛線B。可以看出，雖然虛線B還不是直線，但已經(jīng)非常平穩(wěn)，提高了負(fù)載率，且 無負(fù)值，即拖動(dòng)電機(jī)無發(fā)電過程，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的拖動(dòng)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊的技術(shù)問 題。
[0017] 在增設(shè)彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置的游梁式抽油機(jī)基礎(chǔ)上，于分級(jí)減速器的傳動(dòng)軸為運(yùn) 轉(zhuǎn)軸上還可設(shè)置有中國(guó)專利CN101598013A公開的系列平衡塊裝置，本系列平衡塊裝置與彈 簧勢(shì)能調(diào)整系裝置貢獻(xiàn)的組合反作用扭矩為： T(balance) = a〇sin(c〇〇t) + Ai + A2 + …+ Am， 利用T(balance)對(duì)已知的T(demand)進(jìn)行曲線擬合，則可得到使得T(input)最小， 且接近常數(shù)的一組ar，kr，Rr，Lr，r，以及r0 (r = 1，…，m)〇
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種均衡扭矩之節(jié)能式游梁抽油機(jī)，其特征在于W減速器的傳動(dòng)軸為運(yùn)轉(zhuǎn)軸，軸上 設(shè)置有彈黃勢(shì)能調(diào)整系裝置，本彈黃勢(shì)能調(diào)整系裝置中的曲軸為至少設(shè)有一曲軸段的運(yùn)轉(zhuǎn) 軸，各曲軸段上牽掛有外端端位固定的彈黃部，所述的各曲軸段及其彈黃部貢獻(xiàn)的周期性 運(yùn)轉(zhuǎn)反作用扭矩為：式中的Ar是第r個(gè)彈黃部貢獻(xiàn)的反作用扭矩，《私是第r個(gè)彈黃部固定端位距傳動(dòng)軸軸屯、 的距離Ar是第r個(gè)彈黃部的彈性系數(shù)，瑪是第r個(gè)彈黃部牽掛端的旋轉(zhuǎn)半徑，.Iy是第r個(gè)彈 黃部的自由長(zhǎng)度，是第r個(gè)彈黃部牽掛端的旋轉(zhuǎn)角速度，資,4.是初始角，t是時(shí)間； 由各彈黃部貢獻(xiàn)的反作用扭矩:T(balance) = Al + A2 +…+ Am來彌合和穩(wěn)定拖動(dòng) 電機(jī)扭矩，即： 拖動(dòng)電機(jī)輸入扭矩T(i叩Ut)=抽油機(jī)負(fù)載扭矩T(demand)-彈黃勢(shì)能調(diào)整系裝置提 供的扭矩T(balance)=常量C，使拖動(dòng)電機(jī)輸入扭矩T(i噸Ut)最小且接近常數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡扭矩之節(jié)能式游梁抽油機(jī)，其特征在于所述的各曲軸段 之間經(jīng)行星齒輪減速器(10)減速聯(lián)接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的均衡扭矩之節(jié)能式游梁抽油機(jī)，其特征在于減速器的傳動(dòng) 軸為運(yùn)轉(zhuǎn)軸上還設(shè)置有系列平衡塊裝置，本系列平衡塊裝置與彈黃勢(shì)能調(diào)整系裝置綜合貢 獻(xiàn)的反作用扭矩為： T(balance) = a〇sin(?0 t) + Al + As + ... + Am， 利用T(balance)對(duì)已知的T(demand)進(jìn)行曲線擬合，貝可得到使得T(i噸ut)最小， 且接近常數(shù)的一組ar，k;r，化，Lr, ;r，W及rO (r = 1，…，m)。
【專利摘要】本發(fā)明申請(qǐng)?zhí)峁┑木馀ぞ刂?jié)能式游梁抽油機(jī)，以減速器的傳動(dòng)軸為運(yùn)轉(zhuǎn)軸，軸上設(shè)置有彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置，本彈簧勢(shì)能調(diào)整系裝置中的曲軸為至少設(shè)有一曲軸段的運(yùn)轉(zhuǎn)軸，各曲軸段上牽掛有外端端位固定的彈簧部，所述的各曲軸段及其彈簧部貢獻(xiàn)的周期性運(yùn)轉(zhuǎn)反作用扭矩為：。本技術(shù)方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積和占用空間小、平衡效率高的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，更方便對(duì)已有游梁式抽油機(jī)減速箱結(jié)構(gòu)實(shí)施技術(shù)改良。
【IPC分類】E21B43/00
【公開號(hào)】CN105507853
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610094182
【發(fā)明人】張洪延
【申請(qǐng)人】張洪延
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年2月20日