一种智能式无游梁液压抽油机的液压系统的制作方法

本实用新型涉及一种智能式无游梁液压抽油机的液压系统，属于油气田抽采设备技术领域。

背景技术：

目前，世界上无游梁液压抽油机，基本由主机、液压站及电控系统组成； 无论主机是哪种形式，其最终都是通过液压缸的往复动作来带动光杆上下反复动作实现工作。一般带有下冲程势能回收（储能）的液压系统通过飞轮、弹簧、蓄能器等方式进行势能回收利用。背景技术存在以下问题：由于液压缸或非标分配器与主油缸和蓄能器连接的腔内液压油无法循环，经过频繁换向反复冲击，长时间工作可能存在密封不严轻微内泄现象，如果没有相应的自动补偿办法，就会造成因缺油引起冲程不到位而停止工作的情况，或无法长期自动运行，需要定期人工进行换油补油。无游梁液压抽油机也存在平衡率问题，如果没有相应的自动调节方法，会使抽油机工作在非平衡状态下，降低系统效率和寿命、影响抽油泵的正常工作。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种智能式无游梁液压抽油机的液压系统，采用双向液压分配器与蓄能器组合，回收下冲程的重力势能，在上冲程时释放重力势能做功，以降低整机能耗，实现节能；具有换向及调速换向两种工作模式，并能根据实际工作情况及季节不同来实现自动换油。系统能实时检测平衡率，并自动进行平衡调节，使抽油机的平衡率始终保持在设定范围内，解决背景技术中存在的上述问题。

本实用新型的技术方案是：

一种智能式无游梁液压抽油机的液压系统，用于单作用液压缸的智能式无游梁液压抽油机，由液压站和智能电控系统组成；

液压站包含：油箱、阀组、双向液压分配器、蓄能器和液压马达，双向液压分配器一侧与智能式无游梁液压抽油机的液压缸连接，另一侧与蓄能器连接，并通过阀组后连接液压马达和油箱，对势能进行回收；智能电控系统包含：多个传感器和电控箱，多个传感器分别设置在智能式无游梁液压抽油机及液压站上，多个传感器的输出端与电控箱连接；

所述液压站的液压马达由变量柱塞泵和电机组成，并设冷却风扇，变量柱塞泵与电机连接，冷却风扇设置在变量柱塞泵和电机旁边；所述变量柱塞泵通过双向溢流阀与电磁换向阀四控制，双向溢流阀和电磁换向阀四实现变量柱塞泵高低压切换完成平衡调节。

采油工作中，液压缸由液压站提供动力，通过液压缸推动升降滑轮带动光杆做往复工作；通过双向液压分配器与蓄能器，将下冲程的重力势能进行储存，并在上冲程时进行释放，降低能耗；工作中产生的载荷力和冲程由传感器测量，并传送至智能电控系统的电控箱中；经数据分析处理器后，以示功图形式存储。

智能式无游梁液压抽油机的冲程可调，在电控箱的触摸屏上设置，拉线位移传感器实时测量液压缸工作的实际位移，当达到设定冲程时，上限位置或下限位置，控制液压站进行换向；如果因为液压缸内存在内泄情况造成液压缸无法达到最大设定冲程位置时，进行自动换油或补油操作，完成自动换油或补油后，重新投入正常工作状态。系统实时检测平衡率，超出平衡率设定范围，对蓄能器及双向液压分配器内的油压进行调节（补油和放油），对抽油机平衡率实时调节，使其达到设定范围。

所述智能电控系统，还设有无线电台综合传输系统，通过无线电台实现多台智能式无游梁液压抽油机的网络化管理。

所述液压站的双向液压分配器与蓄能器组合，回收下冲程的重力势能，在上冲程时释放重力势能做功，以降低整机能耗，实现节能；具有进行换向及调速换向两种工作模式，并实现自动换油或补油操作。

所述液压站的变量柱塞泵（DRG）,可以通过阀组上的双向溢流阀与电磁换向阀四的控制，在高低压间切换（高低压值由双向溢流阀手动调节）。当抽油机的平衡率超出设定范围时，系统需要对蓄能器及双向液压分配器内补油或者放油,这时切换到高压，完成补油或放油后，变量柱塞泵切换回低压，抽油机继续工作。

所述液压站和智能电控系统，作为一个整体集成在一起，与智能式无游梁液压抽油机分开布置，中间采用油管连接，不受油井作业区域限制。

所述液压站的液压马达由变量柱塞泵和电机组成，并设冷却风扇，液压油散热冷却无需供水。

所述液压站即可做单井使用，也可做双井使用。

所述智能电控系统的传感器，所述智能电控系统的多个传感器，包括：用于冲程测量的传感器，采用拉线式位移传感器，设置在液压缸旁边；用于悬点载荷力测量的传感器，采用在线检测式压力传感器，设置在智能式无游梁液压抽油机上。并在主机支架的上下死点位置，各装有一个限位行程开关，用于冲程切换。

所述液压站的阀组，包括比例换向阀、电磁换向阀一、电磁换向阀二、电磁换向阀三、溢流电磁阀、液控单向阀、叠加式节流阀、双向溢流阀、电磁换向阀四；上、下冲程切换中，采用电磁换向阀和比例换向阀来实现换向调节；通过两个电磁换向阀来进行自动换油操作。

本实用新型积极效果：具有换向及调速换向两种工作模式，并能根据实际工作情况及季节不同来实现自动换油控制，采用双向液压分配器与蓄能器组合，回收下冲程的重力势能，在上冲程时释放重力势能做功，以降低整机能耗，实现节能。

附图说明

图1为本实用新型液压系统原理图；

图中：1.蓄能器、2.液压缸、3.高压球阀、4. 变量柱塞泵、5.避震喉、6.压力继电器、7.双向液压分配器、8.电机、9. 比例换向阀、10.电磁换向阀一、11. 电磁换向阀二、12.溢流电磁阀、13. 电磁换向阀三、14.冷却风扇、15.回油过滤器、16. 叠加式单向阀、17. 液控单向阀一、18. 液控单向阀二、19. 油箱、20.电磁换向阀四、21.双向溢流阀；

图2为本实用新型实施例电控箱布置图；

图3为本实用新型实施例电控箱表面图；

图中：22.隔离开关、23.软启动器、24.接触器、25.断路器、26.DC24V直流电源、27.微型断路器、28.PLC控制器、29.中间继电器、30.端子、31.智能电力表、32.触摸屏、33.操作按钮；

图4为本实用新型实施例一双向液压分配器形式示意图；

图中：双向液压分配器采用双液压缸杆同心对接；

图5为本实用新型实施例二双向液压分配器形式示意图；

图中：双向液压分配器采用非标制作双活塞四个腔的分配器互推方式。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本实用新型做进一步说明。

一种智能式无游梁液压抽油机的液压系统，用于单作用液压缸的智能式无游梁液压抽油机，由液压站和智能电控系统组成；

液压站包含：油箱19、阀组、双向液压分配器7和蓄能器1，双向液压分配器7一侧与智能式无游梁液压抽油机的液压缸连接，另一侧与蓄能器1连接，并通过阀组后连接变量柱塞泵4和油箱19，对势能进行回收，由阀组上的电磁换向阀与液控单向阀的组合实现自动换油；双向溢流阀和电磁换向阀四实现变量柱塞泵高低压切换完成平衡调节；

智能电控系统包含：传感器和电控箱，多个传感器分别设置在智能式无游梁液压抽油机及其液压站。

采油工作中，液压缸由液压站提供动力，通过液压缸推动升降滑轮带动光杆做往复工作；通过双向液压分配器7与蓄能器1，将下冲程的重力势能进行储存，并在上冲程时进行释放，降低能耗；工作中产生的载荷力和冲程由传感器测量，并传送至智能电控系统的电控箱中；经数据分析处理器后，以示功图形式存储。

所述液压站的双向液压分配器与蓄能器组合，回收下冲程的重力势能，在上冲程时释放重力势能做功，以降低整机能耗，实现节能；具有进行换向及调速换向两种工作模式，并实现自动换油或补油操作及自动实时调节平衡率。智能式无游梁液压抽油机的冲程可调；平衡率可调；可在电控箱的触摸屏32上设置。拉线位移传感器实时测量液压缸工作的实际位移，当达到设定冲程时，上限位置或下限位置，控制液压站进行换向；如果因为液压缸内存在内泄情况造成液压缸无法达到最大设定冲程位置时，进行自动换油或补油操作，完成自动换油或补油后，重新投入正常工作状态。系统实时检测平衡率，超出平衡率设定范围，对蓄能器及双向液压分配器内的油压进行调节（补油和放油），对抽油机平衡率实时调节，使其达到设定范围。

液压站工作步骤如下：

下冲程运动：油箱的一路液压油，从液压站的变量柱塞泵4出口，经溢流电磁阀12进入双向液压分配器7的B腔；另一路液压油，在光杆通过重力作用带动下液压杆向下匀速运动，将液压缸2内的油从液压缸2底部的油口排回到液压站，进入双向液压分配器7的A1腔；两路液压油共同作用下，使双向液压分配器7活塞向双向液压分配器7的B1腔方向运动，双向液压分配器7的A腔油，经冷却风扇14冷却后，回油箱19，双向液压分配器7的B1腔油，被挤压后进入蓄能器1存储；当液压缸行程至下死点时（位移传感器测量值达到设定下限位值），或触发下死点限位行程开关，液压站的电磁换向阀二11换向，结束下冲程运动。

上冲程时：油箱的一路液压油，从液压站的变量柱塞泵4出口，经溢流电磁阀12进入双向液压分配器7的A腔；另一路液压油从蓄能器1出口排出，进入双向液压分配器7的B1腔；两路液压油共同作用下，使双向液压分配器7活塞向双向液压分配器7的A1腔方向运动，双向液压分配器7的B腔油，经冷却风扇14冷却后回油箱19；双向液压分配器7的A1腔中的油，从双向液压分配器7出口，进入液压缸2底部的进油口，带动活塞向上运动，液压缸2行程至上死点时（位移传感器测量值达到设定上限位值），或触发上死点限位行程开关，液压站的电磁换向阀二11换向，结束上冲程运动。

也可通过切换采取比例换向阀9控制上下冲程速度，达到无极调速的效果。

自动换油（补油）：自动换油（补油）可以根据四季不同需求设定，进行定时换油，主要解决双向液压分配器7 A1腔与液压缸2腔内液压油的散热问题，同时实现定时补油。也可以根据实际液压缸的行程来判定是否需要补油，如果正常工作一段时间后，液压缸达不到上限位设定值的时候（可能存在漏油情况），系统判定为需要补油，这时进行自动换油（补油）。如果是轻微的内泄情况，可以通过自动补油操作来解决，当系统完成自动换油（补油）程序后，继续进行正常工作状态。

自动换油（补油）：满足定时条件时，液压缸动作到下限位设定值位置时，开始换油程序。如果是漏油情况导致液压缸无法达到设定上限位时，这时先将液压缸降至下限位（保证换油时主机停在下死点）确保安全，然后开始换油程序。

换油程序：首先电磁换向阀一10与电磁换向阀三13回油，双向液压分配器7 B1腔及蓄能器1内的油回油箱，双向液压分配器7 A1腔内油回油箱，双向液压分配器A1、B1腔内油都回油箱后，这时电磁换向阀二11向双向液压分配器A腔内给油（走上行程），同时电磁换向阀一10向双向液压分配器7 B1腔内给油，当双向液压分配器7 B1腔与蓄能器内油充满(达到一定压力)时，电磁换向阀二11换向给双向液压分配器7B腔给油（走下行程），同时电磁换向阀三13给双向液压分配器7 A1腔内注油，当双向液压分配器7 A1腔内注满油时，完成换油（补油）程序，这时电磁换向阀一10和电磁换向阀三13回到中间位置，并由液控单向阀一17、液控单向阀二18保证不会回油。然后继续进行工作状态，重新开始上冲程。

平衡率调节：正常工作状态时，系统实时检测平衡率。根据上下冲程周期来计算平衡率。平衡率设定一定范围（百分比），如果上冲程周期大于下冲程周期，超过设定百分比时，系统判定平衡轻，当液压缸到达上死点时，液压缸停止运动，变量柱塞泵的控制油路经电磁换向阀四20换向后经双向溢流阀 21，切换到高压，这时变量柱塞泵输出压力提高后（大于双向液压分配器7 B1腔与蓄能器内油压），电磁换向阀二 11 换向给双向液压分配器7 B1腔与蓄能器内补油一秒，补油后电磁换向阀四 20 换向，变量柱塞泵切换回低压，液压缸恢复工作继续向下换向走下冲程。

如果下冲程周期大于上冲程周期，超过设定百分比时，系统判定平衡重，当液压缸到达下死点的时候，液压缸停止运动，变量柱塞泵的控制油路经电磁换向阀四20换向后经双向溢流阀 21，切换到高压，这时变量柱塞泵输出压力提高后，电磁换向阀二 11 换向，双向液压分配器7 B1腔与蓄能器回油一秒，回油后电磁换向阀四 20 换向，变量柱塞泵切换回低压，液压缸恢复工作继续向上换向走上冲程。

每次调节完后，正常工作一分钟后再次计算当前平衡率，如果仍超出平衡率设定范围，则继续调节，反复执行此程序，一直达到系统平衡率在设定范围内时，结束调节。

智能电控系统实施方式：

柱塞泵电机的启动由软启动器23完成，电控箱内配备西门子PLC控制器28、DC24V直流电源24、隔离开关22、接触器24、断路器25、微型断路器27；PLC控制器28对油箱温度和液位、双向液压分配器油压、主机限位行程开关和传感器，进行信号采集，经过数据分析处理器的转换和分析运算后，将检测值和处理结果送到电控箱面板的触摸屏32上，可供人工查询和操作。也可通过电控箱上操作按钮33进行操作。PLC控制器，采用西门子S7-200smart系列作为主控制器，并与触摸屏32以太网连接通讯。通过触摸屏的触摸操作，可手动对冲程、冲次进行在线调整；也可使用自动调整方式：双向液压分配器的压力传感器和磁致伸缩位移传感器采集的数据，通过电缆传输到数据分析处理器的S7200PLC模拟量输入模块，由数据分析处理器的CPU进行处理后，通过示功图的形式显示在触摸屏32上，再通过数据分析处理器中预存的故障状态示功图数据与实时绘制的示功图进行比对，判断出是否存在故障隐患并分析出故障类型，传送到显示触摸屏上显示，用于提醒工人维护和注意，实时绘制的示功图经过分析计算后可得出井下动液面高度，根据动液面高度可自动调整冲次：当动液面高度增加时，增加冲次（不超过设计最大值）；当动液面高度降低时，减少冲次。还通过智能电力表31实时监测用电情况，并通过数据MODBUS通讯将数据传给PLC控制器28，并在触摸屏32 显示和记录。

智能电控系统设有无线电台综合传输系统，通过无线电台实现多台智能式无游梁液压抽油机的网络化管理；无线电台综合传输系统的无线电台信号收发器，使用CDMA网络DTU模块与油田集中管理系统连接通讯，并通过CDMA网络将油井产量、运行等数据实时传输到远方油田管理等系统中，提供报表自动存储、导入导出和打印等功能。

实施例一，参照附图4，所述双向液压分配器采用双液压缸杆同心对接。

实施例二，参照附图5，所述双向液压分配器采用非标制作双活塞四个腔的分配器互推方式。

本实用新型液压系统采用双液压缸杆同轴心对接或非标制作双活塞四个腔的分配器互推的方式将下冲程产生的势能通过液压传递给蓄能器进行储存。