新型智能塔式曳引抽油机的设计

新型智能塔式曳引抽油机的设计

摘要随着社会的不断进步与科学技术的不断发展，能源问题变得越来越紧迫。正是适应这种社会趋势，长冲程、低冲次，同时具有良好节能效果和性能稳定性的采油装备在各个油田有着广泛的应用市场。适应这种需求，塔式曳引抽油机能够很好的将直线抽油方式与数字刹车技术进行很好的结合，进而充分避免在使用传统抽油机时候面临的耗电量大，冲程短以及调参较为困难以及机械效率低下的难题，具有良好的实际运行状况，因而赢得了广泛的市场，成为一种高效节能的抽油设备。

关键词电能；智能塔式；抽油机；节能；市场前景

0、前言

目前，在我国有着数量众多的采油机械生产厂商在进行塔式抽油机的设计，这些厂商大多是使用传统形式的电机来带动减速机，这样通过相应的控制系统，使电机转化方向，进而带动相应的减速机进行换向运动。在这种传统的设计方式中也存在着相应的问题，例如，存在减速机的正反向旋转时候不能得到有效地润滑；减速机进行正反向旋转，会有着较为频繁的齿轮啮合与换向，这样会在一定程度上降低减速机的寿命。

下文将对塔式抽油机的设计进行论述。在相应的塔式抽油机工作时候能够实现自身功率的调整，能在高功率情况下启动，在低功率情况下运行，效率较高，同时具有良好的节能效果，同时抽油机系统能够通过矢量控制变频器，实现最佳的出力矩，而且系统较为平稳，没有较大的冲击效果，课可以实现无级变速控制，任意调整相应的冲程和冲次。

一、系统的给构及设计原理

智能塔式抽油机系统具体包括动力传动系统、机架及移动装置、控制系统、平衡箱以及平衡箱安全刹车系统等五个主要的组成部分，整个系统能够充分适合在普通油井进行采油作业，在具有长冲程、低冲次的采用状况下可以有效使用。，

整个抽油机的工作原理为：通过相应的电机对一级皮带减速轮进行驱动；减速轮驱动后，通过相应的钢丝绳轮、涨紧轮以及导向轮对相应的钢丝绳组进行驱动，而在钢丝绳组一端与相应的平衡箱进行连接，另一端则会经过悬绳器悬挂光杆，对钢丝绳夹持装置中相应的压缩弹簧进行调整，使每根钢丝绳受力均匀、平衡，当电机转动时，机械系统会通过相应的的霍尔元件（安装在机架中部），对平衡箱的位置进行自动检测，进而将有关信息反馈到相应的控制系统，而控制系统则会自动进行运行，充分利用钢丝绳表面的靡擦力，根据相应的光电信号对平衡箱的运动位移进行检测，进而控制相应的电机带动相应的悬点负荷运动。

二、动力传动系统的设计

智能塔式抽油机系统中的动力传动系统在工作过程中，会利用相应的低速、大扭矩同步电机，通过一级皮带进行减速，之后利用相应的特殊曳引系统对抽油杆进行驱动，同时整个系统使用柔性钢丝绳式驱动保证整个机械得到过载保护，避免出现刚性冲击现象。

三、控制系统和修井移动系统的设计

整机的控制系统系具有智能化特点，具体构成有具有高过载能力以及矢量控制的变频器；可编程控制单元以及相应的传感器。具体的功能特点有：

（1}可以实现人机对话，同时能够实现多冲程、多冲次的无机调节；

（2）可以对整机冲程、冲次、频率、运行时间、抽油杆运行速度、电流、转矩以及输出功率等因素进行监控；

（3}对光杆是否失重状况进行自动判断，能够紧急进行停机；

（4）能够对电机全过程进行自动控制，同时对欠载、过热、超载、缺相、短路保护，对相应的故障进行自动记忆。

（5）在不改变相应冲程的前提之下，对冲次进行调整，同时利用相应的系统检测功

能对冲程变量进行自动修正，进而实现冲程的恒定，同时有效减少了钢丝绳相对于绳轮滑动的现象，减少了对钢丝绳的磨损；同时还课可以减少对于抽油杆的震动以及冲击现象，能够有效延长抽油杆的寿命。

（6）系统的机架可以通过相应的自行走装置向后方进行移动，进而能够为相应的修井作业保留较长的作业空间。

四、设计的相关特点

该设备动力系统使用的为外转子稀土永磁同步电机，这种电机的特点为：转速较低，扭矩较大，耗能较低。在控制系统设计中采用相应的变频器和PLC，特点为能够实现功能的数字化，自动化以及智能化控制。动力系统与控制系统相互匹配，可以使得电机能够在不使用相应电机的情况下，在较低的转速下运行，同时可以实现较为规律的正反转。由此，抽油机能够带动相应的抽油机油杆和抽油泵直接进行原油的吸取，动载较小，同时运行较为平稳。

4.1 创新点

1）与常规的游梁式抽油机相比，减少了减速箱和游梁- 连杆- 曲柄机构之间相应的传动环节，结构较为简单，质量较轻，同时占地的面积较小。

2）设备在设计过程中选用外转子稀土永磁同步电机以及相应的变频控制技术，能够直接平衡，同时在曳引系统中使用了大量的动滑轮，这样电机承受的负荷较小，具有良好的节电效果；

3）使用外转子电机具有较大的扭矩、转速较低，因而可以进行长冲程、低冲次的作业，同时适合应用在相应的稠油井，以及地产井。

4）采用相应的天平式重力平衡方式，具有较高的平衡率，操作简单方便；

5）采用相应的变频技术，可以对冲程和冲次进行无级的调节，同时具备相应的超载保护功能、失载保护功能、缺相保护功能、短路自动停电保护功能以及电机过热保护功能。具有启动电流较小，正反向转换较为平稳，整机的震动噪音较小；6）整机可以通过相应的控制旋钮对抽油机的冲次进行调节，同时配合相应的传感器对冲程进行调节。通过对配重平衡块的质量对整机的平衡进行调节。操作过程简单方便；

7）采用相应的电液制动系统，具有良好的制动安全性。在日常工作中产生的噪音很小，远远低于相应的国家标准。

4.2 对比常规型抽油机具有的优势

1）设备运行较为平稳，动载较低，就有良好的节能效果，设备每天能够节省240度电量；

2）在常规型游梁式抽油机工作时通过相应的减速箱实现设备的减速以及扭矩输出，而塔式抽油机则通过外转子电机（位于塔顶）进行扭矩的输出。能够减少相应的齿轮油费用以及相关的直接和间接损失；

3）电机通过相应的钢丝绳牵引，减少了三角皮带的支出费用；

4）不同于相应的常规四连杆抽油机，不用定期进行黄油轴承的保养工作，能够有效提高设备的运行效率；

5）利用相应的变频技术对冲程、冲次进行调整，其中最大冲程能够达到

7.3m。

五、市场展望

在进行智能塔形抽油机的设计过程中，要进一步与用户的需求进行结合，同时与不同油井工况的合理匹配，进而实现最佳节能效果；同时还要对相关结构的设计进行优化，实现生产和安装的模块化；此外还要加强对于电气控制系统的研究，这样能够有效加强系统的可靠性、适应性以及经济性。