游梁式抽油机节电方法和节电型游梁式抽油机

摘要

本发明涉及一种游梁式抽油机节电方法和节电型游梁式抽油机，其方法包括在大皮带轮(30)和减速机构(50)之间加设可脱开的啮合装置(40)等步骤，所述可脱开的啮合装置(40)为一内啮合式棘轮机构，曲柄平衡块(61)下落，其势能转化为动能，电动机(10)的负载开始逐步减轻，当减速机构(50)的主轴(51)旋转速度超过大皮带轮(30)的转速时，所述啮合装置(40)脱开啮合而转变为滑动状态，电动机(10)几乎空载运行而节电；曲柄平衡块(61)下落至最低点时，其动能开始转化为势能并储蓄，所述减速机构(50)的主轴(51)转速逐渐变慢，直至与大皮带轮(30)的转速一致，在这一阶段电动机(10)仍近似空载运行，在此之后令所述啮合装置(40)恢复啮合状态，电动机(10)开始负载运行，循环往复。

说明书

技术领域  本发明涉及从井中开采油、气、水、可溶解或可熔化物质或矿物的方法或设备，特别是涉及游梁式抽油机的节电方法和节电型游梁式抽油机。

背景技术  目前，油田原油生产的主要方式是机械采油，机械采油所使用的抽油机大部分是游梁式抽油机。现有技术中，游梁式抽油机在各种工况要求下使用裕量极大，能量消耗多而未充分利用。为了节能，业内人士也做了大量的研究和改进，但大都是从电动机或者单纯地调低冲次等方面着手，节能效果甚微。其实，游梁式抽油机在工作过程中，可充分利用其各运动部件尤其是曲柄平衡块的“势能-动能-势能”的储蓄转化而节省电能。由于现有技术游梁式抽油机的曲柄平衡块始终与减速机构主轴一体固定，曲柄平衡块的转速始终与减速机构的转速一致，曲柄平衡块在旋转过程中，其势能的转化不能得到充分利用；而且，势能转化成动能使曲柄平衡块并减速机构主轴的转速还超越电动机转速，造成异步发电等负面影响(谐波多且大，转换效率低)。再者，现有技术的游梁式抽油机的动力在各部件的传递过程中损耗多，做无用功多。

发明内容  本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种游梁式抽油机的节电方法，该节电方法合理并充分利用了抽油机各运动部件尤其是曲柄平衡块的势能和动能之间的相互转化，大大提高节省电能效果，同时有效地避免了曲柄平衡块在下降过程中反作用到电动机而产生的负面效果。

本发明要解决的另一技术问题在于提供一种基于上述节电方法的节电型游梁式抽油机。

游梁式抽油机在运转过程中始终处于变转矩工况，其各运动部件如曲柄平衡块和悬绳器并抽油泵以及被抽取提升的原油的重量、和它们的运行方向及位置都会使抽油机的工况实时改变。相对于曲柄平衡块的重量来说，悬绳器并抽油泵以及被抽取提升的原油的重量轻，为使问题简化而便于理解，本发明中，在考虑充分利用游梁式抽油机各运动部件的“势能-动能-势能”之间的储存和转化时，只考虑曲柄平衡块的重量及其运行方向和位置，而忽略了其它部件如悬绳器并抽油泵以及被抽取提升的原油重量的影响。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

提出一种游梁式抽油机节电方法，该抽油机用电动机驱动，借助皮带传动使大皮带轮旋转，并再经一减速机构驱动曲柄平衡装置使曲柄平衡块旋转，又通过连杆带动游梁令驴头牵引悬绳器并抽油泵上下运动进行采油，所述节电方法包括如下步骤：

A.在大皮带轮和减速机构之间加设可脱开的啮合装置；

B.在所述抽油机驴头牵引悬绳器并抽油泵上下运动进行采油的一个完整周期内，在已被电动机提升的曲柄平衡块从顶点开始下落时，由于重力的作用其势能转化为动能，电动机的负载开始逐步减轻，当所述曲柄平衡块的重力作用使所述减速机构的主轴旋转速度超过电动机带动大皮带轮的转速时，使所述啮合装置脱开啮合而转变为滑动状态，电动机几乎空载运行而节电；

C.在所述曲柄平衡块下落至最低点时，其动能开始转化为势能并储存，在重力的作用下，所述减速机构的主轴转速逐渐变慢，直至与大皮带轮的转速一致，在这一阶段电动机仍近似空载运行，仍为节省电能的时间段，在此之后令所述啮合装置恢复啮合状态，电动机开始负载运行，通过大皮带轮传递电动机的牵引力至减速机构，直至将所述曲柄平衡块提升至顶点，所述采油的一个完整周期结束；回到步骤B的状态；

D.重复步骤B和步骤C，如此不断循环。

所述可脱开的啮合装置为一内啮合式棘轮机构，其包括与大皮带轮呈一体的内棘齿圈和位于该内棘齿圈圈内的棘爪轮，该棘爪轮上可转动地安装有至少两支棘爪并借助结合键套装在减速机构的主轴上，所述棘爪的指向与大皮带轮并内棘齿圈的转动方向相反；在啮合状态，各棘爪的爪尖顶住内棘齿圈的齿谷，由所述内棘齿圈带动棘爪轮并减速机构主轴转动；在滑动状态，一定是棘爪轮并减速机构主轴的转速高于大皮带轮并内棘齿圈的转速。

将所述电动机皮带轮和大皮带轮与皮带之间采用同步传动模式，以避免在传动过程中皮带和皮带轮之间产生的滑动，降低电动机所做的无用功及防止损坏皮带并节省电能。

在电动机和电动机皮带轮之间设置液力变扭器；在电动机输出功率不变的情况下，可根据抽油量的多少，在所述采油的同一完整周期内，通过控制液力变扭器而调节大皮带轮的转速，也即调整抽油泵的上、下行冲次；可根据需要调低上行冲次、调高下行冲次，或调高上行冲次、调低下行冲次，例如，在油田储油量减少的情况下，将所述抽油泵上、下运行冲次调节为：下行冲次为6次/分钟，上行冲次为2次/分钟，总计为4次/分钟。

本发明解决所述技术问题还可以通过采用以下技术方案来进一步实现：

设计、使用一种节电型游梁式抽油机，包括底座、安装在底座上的电动机和减速机构、固定连接在减速机构输出轴上的曲柄平衡装置，以及支架、电控箱、游梁、驴头和悬绳器并抽油泵，所述曲柄平衡装置包括曲柄平衡块并与游梁之间铰接连接有连杆，所述减速机构的主轴上装有大皮带轮；电动机皮带轮借助皮带传动大皮带轮，再经减速机构驱动曲柄平衡装置使曲柄平衡块旋转，又通过连杆带动游梁令驴头牵引悬绳器并抽油泵上下运动进行采油；还设置有一内啮合式棘轮机构，该内啮合式棘轮机构又包括与大皮带轮呈一体的内棘齿圈和位于该内棘齿圈圈内的棘爪轮，该棘爪轮上可转动地安装有至少两支棘爪并借助结合键套装在减速机构的主轴上，所述棘爪的指向与大皮带轮并内棘齿圈的转动方向相反；所述曲柄平衡块从顶点开始下降，在重力的作用下其势能转化为动能，通过减速机构的传递，使减速机构的主轴并棘爪轮有了自身的转速，相应电动机的负载开始逐步减轻；当重力作用使所述减速机构的主轴旋转速度超过电动机带动大皮带轮的转速时，所述棘爪轮与内棘齿圈脱开啮合而转变为滑动状态，也即所述曲柄平衡块并减速机构主轴相对于大皮带轮自行超前旋转，电动机几乎空载运行而节电；当曲柄平衡块下降至最低点时，其动能开始转化为势能，在重力的作用下，所述减速机构的主轴转速逐渐变慢，直至与大皮带轮的转速一致，在这一阶段电动机仍近似空载运行，仍为节省电能的时间段，在此之后所述所述棘爪轮与内棘齿圈恢复啮合状态，各棘爪的爪尖顶住内棘齿圈的齿谷，由所述内棘齿圈带动棘爪轮并减速机构主轴转动电动机开始负载运行；至所述曲柄平衡块旋转至顶点再次下降，如此循环往复。

所述内棘齿圈是在大皮带轮中央圆孔的内圆周上直接加工而成；所述棘爪有三支，于所述棘爪轮圆周上均匀分布。

所述皮带内表面设有皮带齿，所述电动机皮带轮及大皮带轮外表面设有与所述皮带齿相适配的轮齿。

所述电动机与电动机皮带轮之间设有液力变速机构；该液力变速机构是设有四个不同档位的液力变扭器，其电磁阀与电控箱电连接，所述电控箱上设有档位控制板。

还包括接近传感器；该传感器与电控箱连接；由所述接近传感器检测所述曲柄平衡块的不同位置，立即通过电控箱控制所述液力变扭器而调节所述大皮带轮的转速，从而调整抽油泵上下行冲次。

同现有技术相比较，本发明游梁式抽油机的节电方法和节电型游梁式抽油机的技术效果在于：1.在大皮带轮和减速机构之间设置一可脱开的啮合装置——内啮合式棘轮机构，这样充分利用了曲柄平衡块的势能，并使势能充分转换成动能再转换成势能，大大减轻电动机的载荷而节省动能，同时，当曲柄平衡块的重力作用使减速机构的主轴转速超过大皮带轮转速时，减速机构的主轴自动与大皮带轮分离，从而避免曲柄平衡块在下降时反作用到电动机，将现有技术游梁式抽油机存在劣势转为优势；2.皮带传动采用同步传输模式，杜绝了传动过程中皮带打滑的现象，降低动力在传递过程中的损耗，节省电能；3.设置液力变速机构，可根据储油量多少等实际情况实时调整抽油机冲次，减少无用功；4.内啮合式棘轮机构的内棘齿轮与大皮带轮一体化，在现有技术游梁式抽油机的基础上改造更换方便，成本低。

附图说明

图1是本发明节电型游梁式抽油机结构主视示意图；

图2是所述节电型游梁式抽油机的侧视示意图，游梁和支架在图中未画出；

图3是所述节电型游梁式抽油机传递动力各部件组合结构示意图；

图4是所述节电型游梁式抽油机皮带传动部件的机构示意图；

图5是所述节电型游梁式抽油机啮合装置——内啮合式棘轮机构的结构示意图；

图6是本发明方法使用液力变扭器节电运行的控制流程原理示意图。

具体实施方式  以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

一种游梁式抽油机节电方法，如图1、2所示，该抽油机用电动机10驱动，借助皮带20传动使大皮带轮30旋转，并再经一减速机构50驱动曲柄平衡装置60使曲柄平衡块61旋转，又通过连杆81带动游梁80令驴头82牵引悬绳器并抽油泵90上下运动进行采油，所述节电方法包括如下步骤：

A.在大皮带轮30和减速机构50之间加设可脱开的啮合装置40；

B.在所述抽油机驴头82牵引悬绳器并抽油泵90上下运动进行采油的一个完整周期内，在已被电动机10提升的曲柄平衡块61从顶点开始下落时，由于重力的作用其势能转化为动能，电动机10的负载开始逐步减轻，当所述曲柄平衡块60的重力作用使所述减速机构50的主轴51旋转速度超过电动机10带动大皮带轮30的转速时，使所述啮合装置40脱开啮合而转变为滑动状态，电动机10几乎空载运行而节电；

C.在所述曲柄平衡块61下落至最低点时，其动能开始转化为势能并储存，在重力的作用下，所述减速机构50的主轴51转速逐渐变慢，直至与大皮带轮30的转速一致，在这一阶段电动机10仍近似空载运行，仍为节省电能的时间段，在此之后令所述啮合装置40恢复啮合状态，电动机10开始负载运行，通过大皮带轮30传递电动机的牵引力至减速机构50，直至将所述曲柄平衡块61提升至顶点，所述采油的一个完整周期结束；回到步骤B的状态；

D.重复步骤B和步骤C，如此不断循环。

如图4、5所示，所述可脱开的啮合装置40为一内啮合式棘轮机构，其包括与大皮带轮30呈一体的内棘齿圈34和位于该内棘齿圈34圈内的棘爪轮35，该棘爪轮35上可转动地安装有三支棘爪36并借助结合键53套装在减速机构50的主轴51上，所述棘爪36的指向与大皮带轮30并内棘齿圈34的转动方向相反；在啮合状态，各棘爪36的爪尖顶住内棘齿圈34的齿谷，由所述内棘齿圈34带动棘爪轮35并减速机构主轴51转动；在滑动状态，一定是棘爪轮35并减速机构主轴51的转速高于大皮带轮30并内棘齿圈34的转速。

如图4所示，将所述电动机皮带轮11和大皮带轮30与皮带20之间采用同步传动模式，以避免在传动过程中皮带和皮带轮之间产生的滑动，传动平稳可靠且降低电动机所做的无用功以节省电能，同时可防止皮带的损坏。

如图3所示，在电动机10和电动机皮带轮11之间设置液力变扭器15；在电动机输出功率不变的情况下，可根据抽油量的多少(油液面的高低)，在所述采油的同一完整周期内，通过控制液力变扭器15而调节大皮带轮30的转速，也即调整抽油泵90的上、下行冲次；可根据需要调低上行冲次、调高下行冲次，或调高上行冲次、调低下行冲次；在油液面较低的情况下，将所述抽油泵90上、下运行冲次调节为：下行冲次为6次/分钟，上行冲次为2次/分钟，总计为4次/分钟。

一种节电型游梁式抽油机，如图1、2所示，包括底座、安装在底座上的电动机10和减速机构50、固定连接在减速机构50输出轴上的曲柄平衡装置60，以及支架、电控箱70、游梁80、驴头82和悬绳器并抽油泵90，所述曲柄平衡装置60包括曲柄平衡块61并与游梁80之间铰接连接有连杆81，所述减速机构50的主轴51上装有大皮带轮30；电动机皮带轮11借助皮带20传动大皮带轮30，再经减速机构50驱动曲柄平衡装置60使曲柄平衡块61旋转，又通过连杆81带动游梁80令驴头82牵引悬绳器并抽油泵90上下运动进行采油；还设置有一内啮合式棘轮机构，该内啮合式棘轮机构又包括在大皮带轮30中央圆孔的内圆周上直接加工而成的内棘齿圈34和位于该内棘齿圈34圈内的棘爪轮35，该棘爪轮35上沿圆周方向可转动地均匀安装有三支棘爪36并借助结合键53套装在减速机构50的主轴51上，所述棘爪36的指向与大皮带轮30并内棘齿圈34的转动方向相反；所述曲柄平衡块61从顶点开始下降，在重力的作用下其势能转化为动能，通过减速机构50的传递，使减速机构50的主轴51并棘爪轮35有了自身的转速，相应电动机10的负载开始逐步减轻；当重力作用使所述减速机构50的主轴51旋转速度超过电动机10带动大皮带轮30的转速时，所述棘爪轮35与内棘齿圈34自动脱开啮合而转变为滑动状态，也即所述曲柄平衡块61并减速机构50主轴51相对于大皮带轮30自行超前旋转，电动机10几乎空载运行而节电；当曲柄平衡块61下降至最低点时，其动能开始转化为势能，在重力的作用下，所述减速机构50的主轴51转速逐渐变慢，直至与大皮带轮30的转速一致，在这一阶段电动机10仍近似空载运行，仍为节省电能的时间段，在此之后所述棘爪轮35与内棘齿圈34恢复啮合状态，各棘爪36的爪尖顶住内棘齿圈34的齿谷，由所述内棘齿圈34带动棘爪轮35并减速机构主轴51转动，电动机10开始负载运行；至所述曲柄平衡块61旋转至顶点再次下降，如此循环往复。

如图4所示，本发明节电型游梁式抽油机的皮带20内表面设有皮带齿，所述电动机皮带轮11及大皮带轮外表面设有与所述皮带齿相适配的轮齿。

如图3所示，所述电动机10与电动机皮带轮11之间设有液力变速机构，该液力变速机构是设有四个不同档位的液力变扭器15，其电磁阀与电控箱70电连接，所述电控箱70上设有档位控制板。还配套设置有接近传感器72；该传感器72与电控箱70电连接；由所述接近传感器72检测所述曲柄平衡块61的不同位置，立即通过电控箱70控制所述液力变扭器15而调节所述大皮带轮30的转速，从而调整抽油泵90上下行冲次。图6是本发明方法使用液力变扭器15节电运行的控制流程原理示意图，所述抽油机的电控技术及接近传感器的应用均属现有技术，此处不再赘述。

本发明节电型游梁式抽油机可以直接在现有技术的抽油机上改造更换，而且非常简单方便。更换时，卸下原抽油机的大皮带轮，装上本发明节电型游梁式抽油机的内啮合式棘轮机构及大皮带轮即可实现初步改造；为了进一步节省电能，同时将电动机及电控箱和皮带都予以更换。

下面再简单说明一下本发明节电型游梁式抽油机的操作运行：

电动机空载启动并到位后，启动电控箱70，将液力变扭器15调至一档(低速档)，当抽油机低速启动起来并克服悬绳器并抽油泵90的惯性作用，及克服机械启动的静摩擦后，通过调节液力变扭器15的档位使电动机10转速满足采油量要求的转速。当根据实际地质储量即油液面高低进行增加或减少采油量时，不需要停机，可直接通过档位设定增加或减少抽油机驴头82牵引悬绳器并抽油泵90上下往复运动的冲次：1.地质储液量不足时，直接选择低冲次，即液力变扭器15运行在一档或二档(冲次为1次～3次/分钟)；且根据实际的运行电流情况，直接星形运行，使节能的空间更大；2.地质储液量充足时，选择高冲次，并即液力变扭器15运行在三档或四档(冲次为4次～6次/分钟)；3.根据实际情况，借助接近传感器72，实时变换液力变扭器15的档位，例如，当地质储量不足时，抽油泵90下行时，液力变扭器15调至三档或四档，冲次为4次～6次/分钟，抽油泵90上行时，液力变扭器15调至一档或二档，冲次为1次～3次/分钟，这样大大降低了无用功。同现有技术的工况相比较，可匹配实际正常采油需要的电动机10的功率(可以减少30％～40％)，也即节省电能效果可达30％～40％。在调整抽油机的冲次时不需要更换皮带轮或电极(极数)，直接设定需要冲次即可。