均衡扭矩之节能式游梁抽油机的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供的均衡扭矩之节能式游梁抽油机，以减速器的传动轴为运转轴，轴上设置有弹簧势能调整系装置，本弹簧势能调整系装置中的曲轴为至少设有一曲轴段的运转轴，各曲轴段上牵挂有外端端位固定的弹簧部。本技术方案具有结构简单、体积和占用空间小、平衡效率高的技术优点，更方便对已有游梁式抽油机减速箱结构实施技术改良。
【专利说明】
均衡扭矩么节能式游梁抽油机
技术领域
[0001] 本实用新型设及石油竖井开采设备一-游梁式抽油机，尤其设及的是匹配扭矩、 降低能耗为核屯、的游梁式抽油机。
【背景技术】
[0002] 原油开采应用较多的仍是游梁式竖井抽油机，其基本组成包括底座、支架、游梁、 游梁的曲柄连杆驱动机构、驴头及其悬绳器等。游梁式抽油机是石油开采设备中的耗能大 户，用电量占油田总用电量的40%，而且其拖动电机的负荷率还极为低下，效率低下，加重 了能源浪费;再者，游梁式抽油机采油工作中，因曲柄下降过程中负荷减轻，拖动电机拖动 产生能量无法被负载吸收，而馈入电网，引发对电网的冲击，致使整体电网供电质量下降。
[0003] 中国专利CN101598013A公开的游梁式抽油机技术方案，是于分级减速的传动轴上 设置有一系列周期运转配重块的系列平衡块装置，用于稳定拖动电机扭矩的作用，提高拖 动电机的负荷效率，W降低电耗量。但其系列平衡块装置的一系列运转配重块的结构设置， 对抽油机结构改动较大，需要提供较大的回转空间，更为重要的是难W根据实际油井载荷 变化状况来便捷、快速实施对应调整，也没有根本解决拖动电机能量馈入电网所产生的电 网冲击影响技术问题。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的发明目的在于提供一种实现稳定拖动电机扭矩、提高拖动电机负荷 率、降低能耗的同时，构成简单、占用空间小、并易于根据实际载荷变化对应实施快速调整 的均衡扭矩之节能式游梁抽油机。本实用新型提供的均衡扭矩之节能式游梁抽油机技术方 案，其主要技术内容是:一种均衡扭矩之节能式游梁抽油机，W减速器的传动轴为运转轴， 轴上设置有弹黃势能调整系装置，本弹黃势能调整系装置中的曲轴为至少设有一曲轴段的 运转轴，各曲轴段上牵挂有外端端位固定的弹黃部，所述的各曲轴段及其弹黃部贡献的周 期性运转反作用扭矩为：
[0005]
[0006] 式中的瓜是第弹黃部贡献的反作用扭矩，幾是第弹黃部固定端距本曲轴段 轴必的距离，娘第外弹黃部的弹性系数，據是第外弹黃部牵挂端的旋转半径，系,是第r 个弹黃部的自由长度，纖是第r个弹黃部曲轴牵挂端的旋转角速度，梦e是初始角，t衷示为 时间；
[0007] 由各弹黃部贡献的反作用扭矩：r伯…+儿^来拟合和稳定拖动电机 扭矩，即：
[000引拖动电机输入扭矩T(input)=抽油机负载扭矩T(demand)-弹黃势能调整系装置 提供的扭矩T(balance)=常量C，使拖动电机输入扭矩T(i吨Ut)最小且接近常数。
[0009] 在上述的整体技术方案中，所述的各曲轴段之间经行星齿轮减速器减速联接。
[0010] 在上述的整体技术方案中，所述的运转轴上还设置有系列平衡块装置，本系列平 衡块装置与弹黃势能调整系装置综合贡献的反作用扭矩为：
[0011] T(balance)=aosin( wQt)+Ai+A2+...+Am,
[0012] 利用T(balance)对已知的T(demand)进行曲线拟合，贝可得到使得T(i叩ut) 最小，且接近常数的一组ar，k;r，化，及rO (r = 1,…，m)。
[0013] 本实用新型公开的均衡扭矩之节能式游梁抽油机技术方案，实现了进一步稳定拖 动电机输出功率的技术目的，在大幅度提高电动机负荷率、延长拖动电机使用寿命、实现节 能技术目的、提高经济效益的同时，装置本身结构简单、体积和占用空间小、平衡效率高的 技术优点，更方便对已有游梁式抽油机减速箱结构实施改良，而且便于根据油井开采的实 际载荷变化简捷、快速的调整弹黃势能调整系装置的参数配置，最为方便调整本装置载荷 特征的主要方式包括有调整弹黃部端位固定位置，W改变运转轴中屯、与弹黃部固定端间的 距离，或者调整更换不同自由长度的弹黃，使得整套平衡装置提供与油井抽油开采负载相 匹配的平衡扭矩;本技术方案的另一技术效果是选用小功率电机，进一步实现高效驱动、低 耗工作的技术目的;本技术方案的再一技术优点是可W彻底解决拖动电机对馈入电网冲击 影响的技术问题。
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型的总构造图。
[0015] 图2为弹黃势能调整系装置的一实施结构图。
[0016] 图3为每一曲轴段和其弹黃部贡献的反作用扭矩特性曲线图。
[0017]图4为各曲轴段WS种整数倍于抽油机原平衡块转速的特征曲线图。
[0018] 图5为弹黃势能调整系装置与原负荷扭矩相弥合前、后的特征曲线图。
【具体实施方式】
[0019] 本实用新型提供的均衡扭矩之节能式游梁抽油机，包括有底座1、游梁5、游梁支架 2、驴头4及悬挂器3、减速器6和曲柄连杆驱动机构，于分级减速器6的传动轴为运转轴设置 有弹黃势能调整系装置。所述的弹黃势能调整系装置中的曲轴传动联接于减速器的传动 轴，该减速器的传动轴可W是减速器输入轴11、输出轴12或其内各级传动轴上。所述的曲轴 为至少设有一曲轴段的运转轴7,如图2所示，各曲轴段上牵挂有外端端位固定的弹黃部9， 运转轴7的各曲轴段及其弹黃部9周期性运转所贡献的反作用扭矩为：
[0020]
[0021]参见图3,是一种不规则的特性正弦曲线，其中A是第r个弹黃部贡献的反作用扭 矩，錢*是第弹黃部固定端距本曲轴段轴必的距离，是第弹黃部的弹性系数，是 第弹黃部牵挂端的旋转半径，宠,点第弹黃部的自由长度，:?是第弹黃部牵挂端 的旋转角速度，榮,是初始角，堤时间。
[0022] 弹黃势能调整系装置的各弹黃部贡献的扭矩：r伯a知…+儿共同来弥 合、稳定拖动电机扭矩，即：
[0023] 电动机输入扭矩T(input)=抽油机负载扭矩T(demand)-弹黃势能调整系装置提供 的扭矩T(balance)=常量C，使拖动电机输入扭矩TQ吨Ut)最小且接近常数。其中的各曲 轴段之间经确定不同减速比的行星齿轮减速器10减速联接，输出传动至游梁5。
[0024] 各曲轴段和弹黃部9的设置参数可W根据实际情况、W最终弥合拖动电机输入扭 矩来选择确定的。W曲轴的旋转角速度为减速器输出轴角速度的整数倍为例，所设置的曲 轴段及其弹黃部数目越多，与负载拟合度就越好。如图4给出的是在现有游梁式抽油机结构 基础上，分别增设=种弹黃势能调整系装置的拟合曲线图，一是一曲轴段与原平衡块15相 同转速，见曲线曰，二是一曲轴段为两倍于原平衡块15的转速，见曲线b，=是一曲轴段且四 倍于原平衡块15的转速，见曲线C，旋转时提供扭矩曲线图，曲线D为原平衡块15的扭矩曲 线。可知，转速越高于原平衡块转速，与负载拟合度就越好，电机输入曲线就越接近直线。
[0025] =者组合后形成的总平衡扭矩如图5所示。图中的虚线A是假定负载的负荷扭矩曲 线，其实线是根据假定的负荷扭矩曲线确定的平衡块加上述=曲轴段弹黃部构成的弹黃势 能调整系装置所产生的平衡扭矩曲线，该平衡扭矩曲线与负荷扭矩曲线之差即为电机输入 之扭矩，为虚线B。可W看出，虽然虚线B还不是直线，但已经非常平稳，提高了负载率，且 无负值，即拖动电机无发电过程，克服了现有技术存在的拖动电机对电网的冲击的技术问 题。
[0026] 在增设弹黃势能调整系装置的游梁式抽油机基础上，于分级减速器的传动轴为运 转轴上还可设置有中国专利CN101598013A公开的系列平衡块装置，本系列平衡块装置与弹 黃势能调整系装置贡献的组合反作用扭矩为：
[0027] T 化 alance)=aosin( wQt)+Ai+A2+...+Am,
[00%] 利用T(balance)对已知的T(demand)进行曲线拟合，贝可得到使得T(i叩ut) 最小，且接近常数的一组ar，k;r，化，Lr, ;r，W及rO (r = 1,…，m)。
【主权项】
1. 一种均衡扭矩之节能式游梁抽油机，包括有底座（1)、游梁（5)、游梁支架（2)、驴头 (4)及悬挂器(3)、减速器(6)和曲柄连杆驱动机构，其特征在于于减速器(6)的传动轴为运 转轴设置有弹簧势能调整系装置，所述的弹簧势能调整系装置中的曲轴为至少设有一曲轴 段的运转轴(7)，各曲轴段上牵挂有外端端位固定的弹簧部(9)。2. 根据权利要求1所述的均衡扭矩之节能式游梁抽油机，其特征在于所述的各曲轴段 之间经行星齿轮减速器(10)减速联接。3. 根据权利要求1或2所述的均衡扭矩之节能式游梁抽油机，其特征在于减速器的传动 轴为运转轴上还设置有系列平衡块装置。
【文档编号】E21B43/00GK205638375SQ201620131970
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年2月20日
【发明人】张洪延
【申请人】张洪延