专利名称：液压抽油机的动力单元及包括该动力单元的液压抽油机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采油设备，特别涉及一种液压抽油机的动力单元及包括该动力单元的液压抽油机。
背景技术：
目前的采油通常利用传统的磕头机驱动。但是，传统的磕头机在节能方面效率很低。比如，在油缸中的活塞杆带动井下泵和抽油杆完成一个采油循环之后抽油杆再次下降采油时，活塞杆和抽油杆等下降产生的重力势能不能被有效地利用，从而造成能量的巨大浪费。此外,传统的磕头机设备重量大、高度高、占地空间大,从而造成成本很高,安装维修不便。
实用新型内容考虑到现有技术的上述缺陷，本实用新型要解决的技术问题是提供一种高效节能的液压抽油机的动力单元。根据本实用新型，提供了一种液压抽油机的动力单元，该动力单元包括:电机；由该电机驱动以带动井下泵抽油杆往复移动的二次调节技术液压马达；由二次调节技术液压马达选择性地驱动以蓄能或释放能量的气体加载式蓄能器；设置在二次调节技术液压马达和气体加载式蓄能器之间的液控单向阀；被触发以设定井下泵抽油杆的冲程的传感器；控制阀，其基于所述传感器的信号分别控制二次调节技术液压马达的运转方式以及液控单向阀的反向流通与截止。优选地，所述气体加载式蓄能器是活塞式蓄能器，其包括缸筒、设置在缸筒内以将缸筒分隔为气腔和油腔的活塞、与气腔相连以供给气体的气源。优选地，所述动力单元还包括通过控制阀向二次调节技术液压马达以及液控单向阀供给控制油的控制泵，所述控制泵与电机、二次调节技术液压马达同轴布置。优选地,所述动力单元还包括与该电机传动连接并由二次调节技术液压马达选择性地驱动以蓄能或释放能量的飞轮。优选地，所述飞轮与电机、二次调节技术液压马达同轴布置。优选地，二次调节技术液压马达是负摆角控制型柱塞马达。优选地，在液控单向阀和气体加载式蓄能器之间设置泄压阀，气体加载式蓄能器设置安全阀，二次调节技术液压马达以及控制泵分别连接泄压阀，二次调节技术液压马达还与补油单向阀连接。优选地，所述动力单元还包括由二次调节技术液压马达驱动进而带动井下泵抽油杆往复移动的油缸和油缸活塞杆。优选地，所述动力单元还包括由二次调节技术液压马达驱动进而带动井下泵抽油杆往复移动的液压绞车。本实用新 型还提供了一种液压抽油机，其包括至少一个前述的动力单元。[0014]本实用新型通过利用二次调节技术液压马达交替用作泵和马达，使得油缸活塞杆和抽油杆下降产生的势能被气体加载式蓄能器存储起来以随后驱动油缸活塞杆上升，从而减小了电机损耗，能够使用功率较小的电机，并且减小了动力单元的重量，降低了设备成本。
图1示出了本实用新型的液压抽油机的动力单元的控制简化图。
具体实施方式
现在参照附图描述本实用新型的实施例。其中相同或类似的部件采用相同的附图本实用新型的液压抽油机的动力单元的控制方式示出在图1中。
如图1所示,该动力单元100包括:电机I ;由该电机I驱动的二次调节技术液压马达2 ;与该电机I传动连接的飞轮3 ;与二次调节技术液压马达2液压传动连接的气体加载式蓄能器4 ;设置在二次调节技术液压马达2和气体加载式蓄能器4之间的液控单向阀44 ;由二次调节技术液压马达2控制进而带动井下泵的抽油杆往复移动的油缸6和油缸活塞杆61 ;被触发以设定油缸活塞杆61的冲程(即抽油杆的冲程)的传感器7 ;控制阀8，其根据来自传感器7的信号控制二次调节技术液压马达2的运转方式和液控单向阀44的反向流通与截止；其中，在油缸活塞杆61下降的过程中，二次调节技术液压马达2通过控制阀8改变运转方式用作马达，驱动飞轮3和气体加载式蓄能器4蓄能。在油缸活塞杆61上升的过程中，气体加载式蓄能器4通过液控单向阀44释放所存储的能量，并且飞轮3也释放能量，二次调节技术液压马达2通过控制阀8改变运转方式用作泵，从而由飞轮3和气体加载式蓄能器4释放的能量以及电机I驱动二次调节技术液压马达2进而带动油缸活塞杆61上升米油。通过设置既能用作泵又能用作马达的二次调节技术液压马达2，使得油缸活塞杆61和抽油杆在下降过程中的势能被利用来驱动飞轮3和气体加载式蓄能器4蓄能。反之，在油缸活塞杆61和抽油杆上升过程中，飞轮3和气体加载式蓄能器4所储存的能量被利用来驱动油缸活塞杆61和抽油杆上升。从而，大大节省了用电量损耗。电机I可以采用普通电机，优先采用滑差电机。二次调节技术液压马达2优选为带负摆角控制的变量柱塞马达，在控制阀8的作用下可以改变斜盘摆角以转换运转方式，在油缸活塞杆61上升时，二次调节技术液压马达2为正摆角用作泵；在油缸活塞杆61下降时，二次调节技术液压马达2为负摆角用作马达。飞轮3与电机1、二次调节技术液压马达2传动连接。在油缸活塞杆61下降时，用作马达的二次调节技术液压马达2驱动飞轮3加速旋转，从而将活塞杆61下降产生的势能转换成飞轮3的旋转动能存储起来。而在油缸活塞杆61上升时，飞轮3的旋转动能经传动轴传递至用作泵的二次调节技术液压马达2。气体加载式蓄能器4优选为性能稳定的活塞式蓄能器，其包括缸筒41、设置在缸筒41内将缸筒41分隔为气腔411和油腔412的活塞42以及与气腔411相连以供给气体比如氮气的气源43比如氮气瓶。液控单向阀44与控制阀8相连以被控制实现在蓄能时反向截止，在释放能量时反向流通。活塞42能够在缸筒41内往复运动以不断压缩气体蓄积能量或者使气体膨胀释放能量。在油缸活塞杆61下降时，用作马达的二次调节技术液压马达2驱动气体加载式蓄能器4，使液压油经由液控单向阀44进入缸筒41以压缩气腔内的气体，从而将活塞杆61下降产生的势能转换成气体的压缩能量存储起来。而在油缸活塞杆61上升时，液控单向阀44由控制阀8供给控制压力油，从而反向流通，被压缩的气体推动活塞42排出液压油，从而释放所存储的压缩能量以驱动用作泵的二次调节技术液压马达2。为了防止油腔412内的油压过高，油腔412连通有泄压阀46。同样，为了防止气腔411内的气压过高，气腔411连通有安全阀45。油缸6安装在油缸支架上，油缸活塞杆61与井下泵的抽油杆连接，以带动抽油杆上下往复运动。优选地，油缸活塞杆61与井下泵的抽油杆布置在一条直线上，从而两者始终没有偏心地共线，保证了井下泵抽油杆可以长时间工作，延长了使用寿命。传感器7安装在油缸6的油缸支架上，用来检测油缸活塞杆61的位置。其中，传感器7优选为位移传感器，其可以是开关量传感器，比如分别设置在油缸支架的上下部的两个接近开关:上部接近开关71和下部接近开关72，如图1所示，上部接近开关71和下部接近开关72可以为常闭型，也可以为常开型，其间的距离决定了油缸活塞杆61的冲程。传感器7也可以是模拟量传感器，从而可以在最大冲程范围内的任何位置改变冲程。控制阀8优选为电磁换向阀，比如比例阀中的比例减压阀、比例换向阀等，其具有两个比例电磁铁，根据传感器7传来的信号对不同的比例电磁铁通电，从而可以切换二次调节技术液压马达2和液控单向阀44的运转方式。并且，根据对比例电磁铁通电的电流大小，能够改变柱塞马达的排量，从而改变油缸活塞杆61的运动速度。控制阀8也可以通过普通电磁换向阀和压力阀来实现，但速度无法电气调节，而需要手动调节。该动力单元用于连接到油箱以给二次调节技术液压马达2供油。
另外，该动力单元还包括控制泵9，以通过控制阀8给二次调节技术液压马达2和液控单向阀44供给控制油来改变运转方式。二次调节技术液压马达2和控制泵9的输出端均连接泄压阀，防止泵内压力过高。优选地，飞轮3、电机1、二次调节技术液压马达2以该顺序同轴布置，更优选地，飞轮3、电机1、二次调节技术液压马达2以及控制泵9以该顺序同轴布置，使得这些部件均由一个电机供电，从而整个动力单元100的结构紧凑。其中，在飞轮3、电机1、二次调节技术液压马达2以及控制泵9之间的传动轴始终沿同一方向旋转,如图1中的顺时针方向箭头所示。该液压抽油机的动力单元100通过将油缸活塞杆61与井下泵的抽油杆连接来带动抽油杆上下往复运动抽油，其一个工作循环如下:初始时，油缸活塞杆61位于其冲程的最底端即下止点，传感器7产生油缸活塞杆61位于下止点的信号。此时，控制阀8接收来自传感器7的信号使二次调节技术液压马达2运转用作泵，从而使油缸活塞杆61向上运动带动抽油杆抽油，在整个运动过程中，控制阀8以小的控制量实现小的泵排量，进而活塞杆以慢速运动避免了需要大的电机功率。当油缸活塞杆61从底部上升到达其冲程的最顶端即上止点时，下一步将向下运动，控制阀8接收来自传感器7的信号使二次调节技术液压马达2用作马达。在油缸活塞杆61下降的过程中，二次调节技术液压马达2将油缸活塞杆61和抽油杆下降产生的重力势能转化为其输出端产生的旋转动能传输至飞轮3使其加速旋转，并向液控单向阀44供给液压油使气体加载式蓄能器4的气体压缩从而存储传递过来的能量。当油缸活塞杆61下降到达其冲程的最底端即下止点时，传感器7产生油缸活塞杆61到达下止点的信号，抽油杆下一步将向上运动，此时，控制阀8接收来自传感器7的信号使二次调节技术液压马达2用作泵，并使气体加载式蓄能器4经由液控单向阀44反向排出液压油以释放能量。在油缸活塞杆61上升的过程中，飞轮3和气体加载式蓄能器4分别持续释放各自存储的旋转动能和压缩能，与电机I和二次调节技术液压马达2 —起驱动油缸活塞杆61和抽油杆上升抽油。如此周而复始。另外，需要说明的是，在上述工作循环中，二次调节技术液压马达2始终交替地被驱动用作马达和泵。这能最大限度地利用油缸活塞杆61和抽油杆的下降势能，从而最大程度地回收和节省能量。还需要说明的是，飞轮3的设置并不是必须的。也即，可以仅仅设置气体加载式蓄能器4这样一种蓄能装置。根据本实用新型的液压抽油机可以安装一个上述动力单元。然而，根据油井的分布情况，该液压抽油机可以设置更多的动力单元。多个动力单元可以连接到一个较大的油箱单元。因此，可以利用一个较大的油箱单元驱动两个以上的油缸采油。在前述实施例中，一个动力单元包括一个二次调节技术液压马达2，但是，二次调节技术液压马达2的数量并不限于此，而可以是多个。另外，如前所述，二次调节技术液压马达2驱动油缸6和油缸活塞杆61带动抽油杆往复运动。但是，油缸及活塞杆的设置并不是必须的，也可以采用其它驱动机构来带动抽油杆抽油，比如，可以将油缸替换成现有的液压绞车，利用液压绞车的缆绳或皮带等拉动抽油杆上下往复运动。另外，上述位移传感器也可以替换成其它类型的传感器，比如磁感应检测装置，同样实现被触发以设定抽油杆冲程的目的。对于本领域技术人员而言，其它 优点和变型是显而易见的。因此本实用新型就其更宽泛的意义而言不限于所示和所述的具体细节、代表性结构以及示例性示例。
权利要求1.一种液压抽油机的动力单元(100)，其特征在于，该动力单元包括: 电机(I); 由该电机(I)驱动以带动井下泵抽油杆往复移动的二次调节技术液压马达(2)； 由二次调节技术液压马达(2)选择性地驱动以蓄能或释放能量的气体加载式蓄能器(4)； 设置在二次调节技术液压马达(2)和气体加载式蓄能器(4)之间的液控单向阀(44)； 被触发以设定井下泵抽油杆的冲程的传感器(7)； 控制阀(8)，其基于所述传感器(7)的信号分别控制二次调节技术液压马达(2)的运转方式和液控单向阀的反向流通与截止。
2.根据权利要求1所述的动力单元，其特征在于，所述气体加载式蓄能器(4)是活塞式蓄能器，其包括缸筒(41)、设置在缸筒(41)内以将缸筒(41)分隔为气腔(411)和油腔(412)的活塞(42)以及与气腔(411)相连以供给气体的气源(43)。
3.根据权利要求1或2所述的动力单元，其特征在于，还包括通过控制阀(8)向二次调节技术液压马达(2)以及液控单向阀(44)供给控制油的控制泵(9)，所述控制泵(9)与电机(1)、二次调节技术液压马达(2)同轴布置。
4.根据权利要求1或2所述的动力单元,其特征在于,还包括与该电机(I)传动连接并由二次调节技术液压马达(2)选择性地驱动以蓄能或释放能量的飞轮(3)。
5.根据权利要求4所述的动力单元，其特征在于，所述飞轮(3)与电机(I)、二次调节技术液压马达(2)同轴布置。
6.根据权利要求1或2所述的动力单元，其特征在于，二次调节技术液压马达(2)是负摆角控制型柱塞马达。
7.根据权利要求3所述的动力单元，其特征在于，在液控单向阀(44)和气体加载式蓄能器(4)之间设置泄压阀(46)，气体加载式蓄能器(4)设置安全阀(45)，二次调节技术液压马达(2)以及控制泵(9)分别连接泄压阀，二次调节技术液压马达(2)还与补油单向阀连接。
8.根据权利要求1或2所述的动力单元，其特征在于，还包括由二次调节技术液压马达(2)驱动进而带动井下泵抽油杆往复移动的油缸(6)和油缸活塞杆(61)。
9.根据权利要求1或2所述的动力单元，其特征在于，还包括由二次调节技术液压马达(2)驱动进而带动井下泵抽油杆往复移动的液压绞车。
10.一种液压抽油机，其包括至少一个根据权利要求1-9任一项所述的动力单元(100)。
专利摘要本实用新型涉及液压抽油机的动力单元，包括电机(1)；由该电机(1)驱动以带动井下泵抽油杆往复移动的二次调节技术液压马达(2)；由二次调节技术液压马达选择性地驱动以蓄能或释放能量的气体加载式蓄能器(4)；设置在二次调节技术液压马达(2)和气体加载式蓄能器(4)之间的液控单向阀(44)；被触发以设定井下泵抽油杆的冲程的传感器(7)；控制阀(8)，其基于传感器的信号分别控制二次调节技术液压马达的运转方式和液控单向阀的反向流通。本实用新型还提供包括至少一个动力单元的液压抽油机。本实用新型采用蓄能器蓄能回收再利用了能量，减少了能量损耗，同时也减小了电机功率，降低了成本。
文档编号E21B43/00GK203097846SQ201320103799
公开日2013年7月31日 申请日期2013年3月7日 优先权日2013年3月7日
发明者雷正忠, 黎本 申请人:博世力士乐(常州)有限公司