專利名稱：直線電磁抽油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的抽油機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，抽油機(jī)的能耗在采油成本中占有相當(dāng)大的比重。因此，抽油機(jī)采油系統(tǒng)的節(jié)能降耗是石油開采過程節(jié)能的重點(diǎn)。目前應(yīng)用最廣泛的常規(guī)游梁式抽油機(jī)采油系統(tǒng)的組成如圖1所示，采油系統(tǒng)主要由三部分組成地面部分——游梁式抽油機(jī)，由電動(dòng)機(jī)11、減速箱12和四連桿機(jī)構(gòu)13(包括曲柄、連桿、橫梁、游梁)、驢頭和懸繩器等組成；地下部分——抽油泵17懸掛在套管16中油管15的下端；聯(lián)系地面和地下部分的中間部分——抽油桿14，由一種或幾種直徑的抽油桿和接箍組成。游梁式抽油機(jī)的基本工作原理是把電能轉(zhuǎn)換為電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)減速器減速后再利用四連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閼尹c(diǎn)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于其本身的結(jié)構(gòu)特征，決定它存在平衡效果差、曲柄軸凈扭矩脈動(dòng)大、存在負(fù)扭矩、負(fù)載率低、工作效率低、“大馬拉小車”和能耗高等缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為以下四個(gè)方面的缺點(diǎn)一、能耗高電動(dòng)機(jī)功率和傳動(dòng)損失大一般情況下，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在輸出功率為(60％--100％)額定功率條件下工作時(shí)，其效率接近于額定效率，然而，由于抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷變化十分劇烈而頻繁，在抽油機(jī)的每一沖程中，電動(dòng)機(jī)的輸出功率都將出現(xiàn)兩次瞬時(shí)功率極大值和兩次瞬時(shí)功率極小值，其瞬時(shí)功率極大值可能超過額定功率，而極小值一般為負(fù)功率，即電動(dòng)機(jī)不僅不輸出功率，反而由抽油機(jī)拖動(dòng)而發(fā)電，因此電動(dòng)機(jī)輸出功率的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了(60％--100％)額定功率的范圍。二、大馬拉小車為了適應(yīng)負(fù)載變化大、運(yùn)動(dòng)慣性大的工作條件，實(shí)際生產(chǎn)中的游梁式抽油機(jī)常年工作在低功率因數(shù)、低效率、高能耗的“大馬拉小車”狀態(tài)。三、難以改變沖程。常規(guī)游梁式抽油機(jī)沖程增大后，其外形尺寸和總重量將大幅度增加，這是由于游梁式抽油機(jī)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的。四、慣性載荷過大常規(guī)游梁式抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)使得驢頭運(yùn)動(dòng)規(guī)律為類似簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其最高速度和最低速度與勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度相差較大，所以加速度較勻速運(yùn)動(dòng)也大得多，造成慣性載荷大，使抽油機(jī)承受載荷過大，縮短了抽油機(jī)使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種直線電磁抽油機(jī)，以克服傳統(tǒng)抽油機(jī)能耗高、“大馬拉小車”、難以改變沖程和慣性載荷大的缺陷。本發(fā)明的技術(shù)方案是它包括直線電機(jī)、機(jī)架2、復(fù)合導(dǎo)向輪3、兩根鋼絲繩、懸繩器5、平衡導(dǎo)向輪6、平衡重物7和底座9，復(fù)合導(dǎo)向輪3和平衡導(dǎo)向輪6分別設(shè)置在“T”形的機(jī)架2的上橫梁2-1的兩端上，復(fù)合導(dǎo)向輪3和平衡導(dǎo)向輪6的旋轉(zhuǎn)軸都是水平方向設(shè)置，第一鋼絲繩4-1的一端連接第二鋼絲繩4-2的一端并固定在懸繩器5上，第一鋼絲繩4-1的另一端繞過復(fù)合導(dǎo)向輪3的外圓輪體并固定在直線電機(jī)的動(dòng)子1-1上，第二鋼絲繩4-2的另一端繞過平衡導(dǎo)向輪6的外圓輪體并固定在平衡重物7上，機(jī)架2的下端固定在底座9上，直線電機(jī)的定子1-2固定在機(jī)架2的立柱上，定子1-2的中心線為鉛垂方向。本發(fā)明的抽油機(jī)工作時(shí)，懸繩器5固定在抽油桿10的上端，直線電機(jī)的電磁力推動(dòng)動(dòng)子1-1上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，完成抽油工作。抽油桿10為上沖程時(shí)，載荷為抽油桿10重量加上液柱載荷，而總平衡重量(平衡重物7加動(dòng)子1-1的重量，總重量可以設(shè)置為抽油桿10重量加上二分之一液柱載荷)呈自由落體下行做功，此時(shí)直線電機(jī)動(dòng)子1-1下行拉力只有二分之一液柱載荷；抽油桿10為下沖程時(shí)，抽油桿重量呈自由落體下行做功，此時(shí)直線電機(jī)動(dòng)子上行推力仍為二分之一液柱載荷。從而使電機(jī)上、下行程中的出力基本相等。本發(fā)明的抽油機(jī)是采用大推力直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)抽油桿做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的抽油機(jī)，與常規(guī)游梁式抽油機(jī)相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、平衡效果好、運(yùn)行平穩(wěn)、系統(tǒng)效率高、節(jié)能效果好、能滿足采油工藝自動(dòng)控制的要求和適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境等特點(diǎn)，特別適合深井、稠油井、抽空控制油井等使用，為重型抽油機(jī)的制造開辟了新途徑。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)抽油桿，無需游梁式抽油機(jī)的減速器和四連桿機(jī)構(gòu)。(2)效率高、耗能低直線電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)鏈短，減少了機(jī)械傳動(dòng)過程中的能量損失，提高了傳動(dòng)效率。(3)長(zhǎng)沖程由于不使用四連桿機(jī)構(gòu)，克服了游梁式抽油機(jī)增加沖程時(shí)減速箱扭矩增加的缺點(diǎn)，只需加高機(jī)架即可，抽油機(jī)外形尺寸和總重量增加值不大，因此，適用于長(zhǎng)沖程。(4)慣性小直線電磁抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律除上下死點(diǎn)有短時(shí)間加減速運(yùn)動(dòng)外，大部分時(shí)間是勻速運(yùn)動(dòng)，使慣性載荷大幅度下降，抽油機(jī)性能得到較大改善。(5)過載能力強(qiáng)由于直流直線電機(jī)具有很高的過載能力，可以解決啟動(dòng)時(shí)對(duì)大推力的要求，因此無需“大馬拉小車”。(6)柔性好由于采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)環(huán)節(jié)少，使系統(tǒng)具有易于控制的特點(diǎn)。抽油機(jī)的沖程和沖次可以實(shí)時(shí)改變，并能根據(jù)具體工況，調(diào)整抽油桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。


圖1是已有的游梁式抽油機(jī)采油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是實(shí)施方式三的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖2的A向視圖，圖5是實(shí)施方式五的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖2具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式由直線電機(jī)、機(jī)架2、復(fù)合導(dǎo)向輪3、兩根鋼絲繩、懸繩器5、平衡導(dǎo)向輪6、平衡重物7、底座9組成，復(fù)合導(dǎo)向輪3和平衡導(dǎo)向輪6分別設(shè)置在“T”形的機(jī)架2的上橫梁2-1的兩端上，復(fù)合導(dǎo)向輪3和平衡導(dǎo)向輪6的旋轉(zhuǎn)軸都是水平方向設(shè)置，第一鋼絲繩4-1的一端連接第二鋼絲繩4-2的一端并固定在懸繩器5上，第一鋼絲繩4-1的另一端繞過復(fù)合導(dǎo)向輪3的外圓輪體并固定在直線電機(jī)的動(dòng)子1-1上，第二鋼絲繩4-2的另一端繞過平衡導(dǎo)向輪6的外圓輪體并固定在平衡重物7上，機(jī)架2的下端固定在底座9上，直線電機(jī)的定子1-2固定在機(jī)架2的立柱上，定子1-2的中心線為鉛垂方向。直線電機(jī)的推力小于直線電機(jī)的動(dòng)子1-1的重量。由于可以借助平衡重物7使直線電機(jī)的動(dòng)子向上和向下運(yùn)動(dòng)時(shí)電磁推力均勻，從而可以選用推力較小的直線電機(jī)，節(jié)省電能和電磁材料。
具體實(shí)施方式
二下面結(jié)合圖2具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是直線電機(jī)選用多相永磁同步直線電機(jī)、多相感應(yīng)直線電機(jī)、多相開關(guān)磁阻直線電機(jī)或多相感應(yīng)子式直線電機(jī)。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖3具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是它還包括控制電路21、開關(guān)電路23、永磁體26和若干個(gè)霍爾傳感器22，所有的霍爾傳感器22沿直線電機(jī)的定子1-2的高度方向均勻排列在定子1-2的內(nèi)表面上，永磁體26設(shè)置在動(dòng)子1-1的外圓表面上與霍爾傳感器22相對(duì)應(yīng)的位置，所有的霍爾傳感器22的信號(hào)輸出端分別連接在控制電路21的輸入端上，控制電路21的輸出端連接在開關(guān)電路23的控制端上，開關(guān)電路23的輸入端連接直線電機(jī)的電源1-3的輸出端，開關(guān)電路23的輸出端連接在直線電機(jī)的定子1-2的電源接線端1-4上?？刂齐娐?1以DSP或微處理器為核心，它能夠接收來自各個(gè)位置的霍爾傳感器22的信號(hào)，通過微處理器中的程序決定直線電機(jī)的動(dòng)子1-1的行程和動(dòng)子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)次數(shù)，進(jìn)而控制油井抽油桿柱的沖程和工作時(shí)間長(zhǎng)短。如此設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)油井供油能力的大小決定動(dòng)子1-1的行程和抽油機(jī)工作時(shí)間長(zhǎng)短。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖4具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是它還包括平移底座8和導(dǎo)軌24，導(dǎo)軌24固定在底座9的上表面上，平移底座8的上表面固定在機(jī)架2的下端部，平移底座8的下表面設(shè)置在導(dǎo)軌24上并能沿著導(dǎo)軌24的長(zhǎng)度方向移動(dòng)。如此設(shè)置，能夠很方便地調(diào)整機(jī)架2的位置，從而調(diào)整懸繩器5懸點(diǎn)位置與井口對(duì)中。
具體實(shí)施方式
五下面結(jié)合圖5具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是它還包括直線電機(jī)動(dòng)子速度設(shè)定單元30-1、速度比較器30-2、速度調(diào)節(jié)器30-3、電流比較器30-4、電流調(diào)節(jié)器30-5、電力變換器30-6、電流反饋處理電路30-7和直線電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)速度反饋處理電路30-8組成，直線電機(jī)動(dòng)子速度設(shè)定單元30-1的輸出端連接速度比較器30-2的正輸入端，速度比較器30-2的輸出端連接速度調(diào)節(jié)器30-3的輸入端，速度調(diào)節(jié)器30-3的輸出端連接電流比較器30-4的正輸入端，電流比較器30-4的輸出端連接電流調(diào)節(jié)器30-5的輸入端，電流調(diào)節(jié)器30-5的輸出端連接電力變換器30-6的輸入端，電力變換器30-6的輸出端連接直線電機(jī)繞組1-3，電流反饋處理電路30-7采集電力變換器30-6輸出的電流并反饋到電流比較器30-4的負(fù)輸入端與速度調(diào)節(jié)器輸出的電流值進(jìn)行減法運(yùn)算，直線電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)速度反饋處理電路30-8采集直線電機(jī)動(dòng)子1-1的運(yùn)動(dòng)速度并輸入到速度比較器30-2的負(fù)輸入端與直線電機(jī)動(dòng)子速度設(shè)定單元30-1輸出的設(shè)定速度相減。如此設(shè)置，能直接輸入速度給定，通過閉環(huán)控制電路調(diào)節(jié)直線電機(jī)繞組上的電流，調(diào)節(jié)直線電機(jī)工作時(shí)的電磁力和動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)速度。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是直線電機(jī)選用雙面平板型直線電機(jī)或圓筒型直線電機(jī)。其它的組成和連接方式與實(shí)施方式一相同。
權(quán)利要求
1.直線電磁抽油機(jī)，其特征在于它包括直線電機(jī)、機(jī)架(2)、復(fù)合導(dǎo)向輪(3)、兩根鋼絲繩、懸繩器(5)、平衡導(dǎo)向輪(6)、平衡重物(7)和底座(9)，復(fù)合導(dǎo)向輪(3)和平衡導(dǎo)向輪(6)分別設(shè)置在“T”形的機(jī)架(2)的上橫梁(2-1)的兩端上，復(fù)合導(dǎo)向輪(3)和平衡導(dǎo)向輪(6)的旋轉(zhuǎn)軸都是水平方向設(shè)置，第一鋼絲繩(4-1)的一端連接第二鋼絲繩(4-2)的一端并固定在懸繩器(5)上，第一鋼絲繩(4-1)的另一端繞過復(fù)合導(dǎo)向輪(3)的外圓輪體并固定在直線電機(jī)的動(dòng)子(1-1)上，第二鋼絲繩(4-2)的另一端繞過平衡導(dǎo)向輪(6)的外圓輪體并固定在平衡重物(7)上，機(jī)架(2)的下端固定在底座(9)上，直線電機(jī)的定子(1-2)固定在機(jī)架(2)的立柱上，定子(1-2)的中心線為鉛垂方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電磁抽油機(jī)，其特征在于直線電機(jī)的推力小于直線電機(jī)的動(dòng)子(1-1)的重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電磁抽油機(jī)，其特征在于直線電機(jī)選用多相永磁同步直線電機(jī)、多相感應(yīng)直線電機(jī)、多相開關(guān)磁阻直線電機(jī)或多相感應(yīng)子式直線電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電磁抽油機(jī)，其特征在于它還包括控制電路(21)、開關(guān)電路(23)、永磁體(26)和若干個(gè)霍爾傳感器(22)，所有的霍爾傳感器(22)沿直線電機(jī)的定子(1-2)的高度方向均勻排列在定子(1-2)的內(nèi)表面上，永磁體(26)設(shè)置在動(dòng)子(1-1)的外圓表面上與霍爾傳感器(22)相對(duì)應(yīng)的位置，所有的霍爾傳感器(22)的信號(hào)輸出端分別連接在控制電路(21)的輸入端上，控制電路(21)的輸出端連接在開關(guān)電路(23)的控制端上，開關(guān)電路(23)的輸入端連接直線電機(jī)的電源(1-3)的輸出端，開關(guān)電路(23)的輸出端連接在直線電機(jī)的定子(1-2)的電源接線端(1-4)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電磁抽油機(jī)，其特征在于它還包括平移底座(8)和導(dǎo)軌(24)，導(dǎo)軌(24)固定在底座(9)的上表面上，平移底座(8)的上表面固定在機(jī)架(2)的下端部，平移底座(8)的下表面設(shè)置在導(dǎo)軌(24)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電磁抽油機(jī)，其特征在于它還包括直線電機(jī)動(dòng)子速度設(shè)定單元(30-1)、速度比較器(30-2)、速度調(diào)節(jié)器(30-3)、電流比較器(30-4)、電流調(diào)節(jié)器(30-5)、電力變換器(30-6)、電流反饋處理電路(30-7)和直線電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)速度反饋處理電路(30-8)組成，直線電機(jī)動(dòng)子速度設(shè)定單元(30-1)的輸出端連接速度比較器(30-2)的正輸入端，速度比較器(30-2)的輸出端連接速度調(diào)節(jié)器(30-3)的輸入端，速度調(diào)節(jié)器(30-3)的輸出端連接電流比較器(30-4)的正輸入端，電流比較器(30-4)的輸出端連接電流調(diào)節(jié)器(30-5)的輸入端，電流調(diào)節(jié)器(30-5)的輸出端連接電力變換器(30-6)的輸入端，電力變換器(30-6)的輸出端連接直線電機(jī)繞組(1-3)，電流反饋處理電路(30-7)采集電力變換器(30-6)輸出的電流并反饋到電流比較器(30-4)的負(fù)輸入端與速度調(diào)節(jié)器輸出的電流值進(jìn)行減法運(yùn)算，直線電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)速度反饋處理電路(30-8)采集直線電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)速度并輸入到速度比較器(30-2)的負(fù)輸入端與直線電機(jī)動(dòng)子速度設(shè)定單元(30-1)輸出的設(shè)定速度相減。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電磁抽油機(jī)，其特征在于直線電機(jī)選用雙面平板型直線電機(jī)或圓筒型直線電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的抽油機(jī)。直線電磁抽油機(jī)包括直線電機(jī)、機(jī)架2、復(fù)合導(dǎo)向輪3、兩根鋼絲繩、懸繩器5、平衡導(dǎo)向輪6、平衡重物7、底座9，3和6分別設(shè)置在“T”形的2的上橫梁的兩端上，3和6的旋轉(zhuǎn)軸都是水平方向，第一鋼絲繩4－1的一端連接第二鋼絲繩4－2的一端并固定在5上，4－1的另一端繞過3的外圓輪體并固定在直線電機(jī)的動(dòng)子上，4－2的另一端繞過6的外圓輪體并固定在7上，2的下端固定在9上，直線電機(jī)的定子固定在機(jī)架2的立柱上，定子的中心線為鉛垂方向。5固定在抽油桿的上端，直線電機(jī)的動(dòng)子上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，完成抽油工作。它克服了傳統(tǒng)抽油機(jī)能耗高、“大馬拉小車”、難以改變沖程和慣性載荷大的缺陷。
文檔編號(hào)H02K41/02GK1847611SQ200510009898
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日
發(fā)明者李立毅, 寇寶泉, 高偉正, 潘靜元, 呂振東 申請(qǐng)人:哈爾濱三方直線電磁技術(shù)有限公司