抽油机自动平衡装置.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 201915910 U(45)授权公告日 2011.08.03CN201915910U*CN201915910U*(21)申请号 201020675800.0(22)申请日 2010.12.17E21B 43/00(2006.01)F04B 47/14(2006.01)(73)专利权人关辅民地址 062552 河北省任丘市华北石油总医院家属区23楼1单元301室(72)发明人关辅民(54) 实用新型名称抽油机自动平衡装置(57) 摘要抽油机自动平衡装置，涉及石油开采机械设备的配套部件。主要特征是，由主配重和副配重组成，在主箱内装有配重块，在上副箱和下副箱内装有副螺旋道。

2、及配重球，主箱通过动力钢丝绳和悬绳器联结在一起，上、下副箱和悬吊钢丝绳联结在一起，钢丝绳上端通过悬吊卷筒固定在平台上，在副螺旋道出口处安装有上、下放球叉板，球架上安装有螺旋球道，螺旋球道内装有配重球，在螺旋球道出口处安装有放球拉板，提升箱通过滑槽和导轨相连接，主电机、提升电机、悬吊电机、电动拉杆、上电动推杆、下电动推杆、固定压力传感器分别通过导线和可编程控制器相连接。当油井载荷和抽油机平衡重不相等时，可随时自动增加或减少配重，调整抽油机的平衡，达到节电的目的，使抽油机载荷波动较小，电机启动时不会对电网造成冲击。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要。

3、求书 1 页说明书 5 页附图 4 页CN 201915913 U 1/1页21.一种抽油机自动平衡装置，由配重箱和平衡配重一起构成，其特征是：(1)平衡配重由主配重和副配重组成，主配重由主配箱(41)内装有配重块(42)构成；(2)在球架(7)上固定安装有螺旋道(8)，螺旋道(8)内装有配重球(6)；在螺旋道出口处安装有放球拉板(29)，放球拉板(29)通过销轴(47)和电动拉杆(24)的活动端相连接；在螺旋道(8)入口上方固定安装有提升卷筒(12)，提升卷筒(12)的轴和提升电机(11)的轴相连接，在提升卷筒(12)上缠绕有钢丝绳(23)，钢丝绳下端和提升箱(25)相联结，提升箱(25。

4、)通过滑槽和导轨(26)相连接，导轨(26)固定在球架(7)上；在抽油机的塔架平台上固定安装有上电动推杆(27)和下电动推杆(28)；(3)副配重由上副配重和下副配重组成，上副配重由上副箱(34)和悬吊钢丝绳(31)构成，悬吊钢丝绳(31)的下端通过弹簧(32)和上副箱(34)联结在一起；在上副箱(34)内固定装有副螺旋道，在副螺旋道内装有配重球；悬吊钢丝绳(31)的上端缠绕在悬吊卷筒(16)上，悬吊卷筒(16)通过联轴器和涡轮减速器(17)的输出轴相联结；在副螺旋道(36)出口处通过小轴(44)安装有上放球叉板(35)；下副配重的构成和结构与上副配重相同；(4)在上副箱(34)的入口处通过轴。

5、(46)安装有翻板(33)，在下副箱(39)的入口处固定安装有立杆(38)；(5)提升电机(11)、悬吊电机(18)、电动拉杆(24)、上电动推杆(27)、下电动推杆(28)、行程开关(20)分别通过导线和可编程控制器PLC相连接；(6)在导向轮(10)的支座下方安装有固定压力传感器(9)，它通过导线和可编程控制器PLC相连接。权利要求书CN 201915910 UCN 201915913 U 1/5页3抽油机自动平衡装置技术领域0001 本实用新型涉及石油开采机械设备的配套部件，是一种抽油机的平衡装置。背景技术0002 目前，油田采油设备多采用游梁式抽油机或者由此演变而来的类似机型。。

6、虽然游梁式抽油机因结构简单、可靠耐用、操作维护方便而得到广泛使用，但是，由于工作制度难以与地层供液能力动态协调，使抽油机的载荷经常发生变化，导致采油系统效率低、机杆泵故障多。为此不断更新抽油机，诸如链条抽油机、塔架式数控抽油机、复式永磁电机抽油机、直线电机抽油机、超低速大扭矩异型电机拖动塔架式高效低耗智能抽油机等等，这些抽油机克服了原设备的某些缺陷，在油田得到不同程度的推广应用。但是，这些抽油机与游梁式抽油机一样，在平衡方式上没有实质性突破，存在一个共同问题，即在运行时平衡重是固定的，而油井载荷是变化的，在上行程过程中，抽油机悬点承受载荷很大，下行程过程中悬点承受载荷较小，并且需要频繁变换方向。

7、；随着抽汲进行，井内液体高度不断变化，也影响抽油机载荷的变化。若需要调整平衡重，就要停机，由人工来增加或减少平衡重。这种在运行时只有固定平衡重的抽油机，是无法实现抽油机平衡的实质性突破的，不能满足当前节能工作的要求，不能适应当前科技日益发展的需要。实用新型内容0003 本实用新型的目的是设计一种抽油机自动平衡装置，使抽油机在运行过程中可以根据载荷的变化自动调节平衡重。0004 本实用新型的技术解决方案是这样实现的，一种抽油机自动平衡装置，由配重箱和平衡配重结合在一起构成，其特殊之处是：(1)平衡配重由主配重和副配重组成，主配重由主配箱41内装有配重块42构成。(2)在球架7上固定安装有螺旋道8。

8、，螺旋道8内装有配重球6。在螺旋道出口处安装有放球拉板29，放球拉板29通过销轴47和电动拉杆24的活动端相连接。在螺旋道8入口上方固定安装有提升卷筒12，提升卷筒12的轴和提升电机11的轴相连接，在提升卷筒12上缠绕有钢丝绳23，钢丝绳下端和提升箱25相联结，提升箱25通过滑槽和导轨26相连接，导轨26固定在球架7上。在抽油机的塔架平台上固定安装有上电动推杆27和下电动推杆28。(3)副配重由上副配重和下副配重组成，上副配重由上副箱34和悬吊钢丝绳31构成，悬吊钢丝绳31的下端通过弹簧32和上副箱34联结在一起。在上副箱34内固定装有副螺旋道，在副螺旋道内装有配重球。悬吊钢丝绳31的上端缠绕。

9、在悬吊卷筒17上，悬吊卷筒17通过联轴器和涡轮减速器18的输出轴相联结；在副螺旋道36出口处通过小轴44安装有上放球叉板35。下副配重的构成和结构与上副配重相同。(4)在上副箱34的入口处通过轴46安装有翻板33，在下副箱39的入口处固定安装有立杆38。(5)提升电机11、悬吊电机16、电动拉杆24、上电动推杆27、下电动推杆28、行程开关20分别通过导线和可编程控制器PLC相连接。(6)在导向轮10的支座下方安装有固定压力传感器9，它通过导线和可编程控制器PLC相连接。说明书CN 201915910 UCN 201915913 U 2/5页40005 本实用新型的有益效果是：(1)由于在。

10、导向轮支座下方安装有固定压力传感器9，可以随时把油井的载荷传送到控制柜中的可编程控制器PLC中，当油井载荷和抽油机总平衡重不相平衡时，可编程控制器PLC将信息传递给电动拉杆24或上电动推杆27以及下电动推杆28，即可从球架7放下一个配重球到上副箱34或下39中，或者从上副箱34或下副箱39中放出一个配重球，从而达到在抽油机运行过程中自动调整平衡重，达到节电的目的。(2)由于本装置将抽油机的平衡重分为主配重、上副配重和下副配重，在抽油泵柱塞上行开始时的加速阶段内，由它们共同作用，利用平衡重的总重量使柱塞向上加速运行，减少电机的负荷。当它们达到匀速运动的速度时，上副配重被钢丝绳吊住，停止向下运动，。

11、下副配重和主配重一起以匀速运动的速度继续下行。当它们到达匀速运动的终止点时，下副配重被钢丝绳吊住，停止向下运动，这时抽油泵柱塞在主配重的作用下，一直到达上止点。这样可以更精确地起到平衡作用，使电机的驱动功率达到最小。(3)由于采取了主配重、上副配重、下副配重三套平衡措施，实现了在运动的状态下自动添加平衡重或减少平衡重，并且由于钢丝绳和上副箱、下副箱之间是通过弹簧连接在一起的，在加载或减载的过程中可以起到缓冲的作用，可使抽油机的电流波动很小，在电机启动时也不会对电网造成冲击。附图说明0006 图1是本实用新型的整体结构示意图。0007 图2是本实用新型配重球循环结构示意图的俯视图。0008 图3。

12、是本实用新型中放球拉板连接结构示意图的主视图。0009 图4是本实用新型中放球拉板连接结构示意图的俯视图。0010 图5是本实用新型中放球叉板连接结构示意图的主视图。0011 图6是本实用新型中放球叉板连接结构示意图的俯视图。0012 图7是本实用新型控制柜中的电路连接图。0013 图中标号：1、光杆；2、悬绳器；3、移动压力传感器；4、光杆卡子；5、动力钢丝绳；6、配重球；7、球架；8、螺旋道；9、固定压力传感器；10、导向轮；11、提升电机；12、提升卷筒；13、主电机；14、主动轮；15、主制动器；16、悬吊卷筒；17、涡轮减速器；18、悬吊电机；19、控制柜；20、行程开关；21、悬吊。

13、钢丝绳；22、螺旋道进口；23、钢丝绳；24、电动拉杆；25、提升箱；26、导轨；27、上电动推杆；28、下电动推杆；29、放球拉板；30、螺旋道出口；31、悬吊钢丝绳；32、弹簧；33、翻板；34、上副箱；35、上放球叉板；36、副螺旋道；37、通道；38、立杆；39、下副箱；40、下放球叉板；41、主配箱；42、配重块；43、固定架；44、小轴；45、副螺旋道出口；46、轴；47、销轴；48、触摸屏；49、通讯接口；50、主控板；51、通讯接口；52、通讯接口。具体实施方式0014 动力钢丝绳5穿过上副箱34的中心通道37和下副箱39的中心通道，其下端和主配箱41联结在一起，主配箱41内。

14、装有配重块42，构成主配重。动力钢丝绳5上端绕过主动轮14和导向轮10，主动轮14通过联轴器和主电机13联结在一起，主电机13、主动轮14的支架安装在塔架平台上，在主动轮14上安装有主制动器15。主制动器采用电动制动器，电动拉杆固定在塔架上，通过销子和制动带相连接，电动拉杆通过导线和主控器50相连接。说明书CN 201915910 UCN 201915913 U 3/5页5导向轮10的支架安装在平台上的移动架上。0015 球架7是由型钢焊制的一个架子，将球架7通过螺栓安装在抽油机的塔架上部。在球架7内安装有螺旋道8，螺旋道是上部直径较大，下部直径较小的渐缩螺旋形轨道，上部具有螺旋道进口22。

15、，下部具有螺旋道出口30(图2中)。在螺旋道出口30处安装有放球拉板29，放球拉板29的右端(图4中)通过销轴47和电动拉杆24的活动杆左端相联结，电动拉杆24通过螺栓固定安装在抽油机塔架上。放球拉板29是由长短不同的两片挡板构成，两片挡板的距离稍大于一个配重球6的直径，长挡板中部具有缺口，当短挡板挡住配重球时，长挡板缺口处可以使配重球通过。将放球拉板29向右拉动时，短挡板就放出一个配重球，而长挡板的左部即可挡住后边的配重球，使配重球不能通过。0016 提升卷筒12通过支架安装在抽油机塔架平台上，提升电机11也安装在塔架的平台上，提升电机11通过联轴器和提升卷筒12相连接，提升卷筒12上缠绕有。

16、钢丝绳23，钢丝绳下端和提升箱25联结在一起，提升箱25的前、后、右侧面具有侧板，左侧面没有侧板，下面具有底板，底板左侧稍低，使底板稍具倾斜角度。提升箱前后两侧板左边沿具有滑槽，滑槽可在导轨26上滑动，当它到达导轨26上端时，提升箱25内的球可以自动从提升箱25的左侧滚出，滚进螺旋道进口22里。0017 上副配重由上副箱34和悬吊钢丝绳31构成，悬吊钢丝绳31通过弹簧32和上副箱34联结在一起，悬吊钢丝绳31上端缠绕在悬吊卷筒上，其端头固定在悬吊卷筒上。悬吊卷筒的轴通过联轴器和涡轮减速器的输出轴联结在一起，涡轮减速器的输入轴通过联轴器和电机轴相联结。上副箱34内安装有副螺旋道36，副螺旋道36。

17、内装有配重球。副螺旋道是上部直径较大，下部直径较小的渐缩螺旋形轨道，上部具有进口，下部具有出口。在副螺旋道出口处的固定架43上通过小轴44安装有上放球叉板35(图2中)，它可以在小轴44上旋转。0018 下副配重和上副配重的构成和结构相同，它由下副箱39和悬吊钢丝绳21构成，悬吊钢丝绳21通过弹簧和下副箱39联结在一起，悬吊钢丝绳21上端缠绕在悬吊卷筒16上，其端头固定在悬吊卷筒16上。悬吊卷筒16的轴通过联轴器和涡轮减速器17的输出轴联结在一起，涡轮减速器17的输入轴通过联轴器和电机18的轴相联结。下副箱39内安装有副螺旋道，副螺旋道内装有配重球。副螺旋道是上部直径较大，下部直径较小的渐缩螺。

18、旋形轨道，上部具有进口，下部具有出口。在副螺旋道出口处的固定架上通过小轴安装有上放球叉板，它可以在小轴上旋转。0019 放球叉板是由相互错开大约45角度的两片挡板构成(图5中)，且它们之间的距离稍大于配重球的直径。当前面的挡板挡住第一个球时，后面的挡板处于球下方。当放球叉板的尾端向下旋转一个角度后，第一个球被放出，后面的挡板就会将第二个球挡住。根据具体的安装位置，在副螺旋道的出口处也可安装放球拉板。0020 在抽油机塔架上固定安装有上电动推杆27和下电动推杆28，当上副箱34和下副箱39处于抽油机冲程的上端时，使上电动推杆27的动杆头正对上放球叉板35的尾端，下电动推杆28的动杆头正对下放球叉。

19、板40的尾端。0021 在上副箱34的入口处通过轴46安装有一块平板翻板33，在下副箱39的入口处安装有立杆38，立杆38固定在下副箱39的入口处。当上下副箱处于一起时，立杆38即可将翻板33顶起，根据可编程控制器PLC的指令，从螺旋道8内放出一个配重球，即可落到下副说明书CN 201915910 UCN 201915913 U 4/5页6箱39中。0022 悬吊电机18安装在塔架上的平台上，悬吊卷筒16通过支架安装在塔架平台上，悬吊电机18通过联轴器和悬吊卷筒16相连接，悬吊卷筒16的轴通过联轴器和涡轮减速器的输出轴联结在一起。0023 固定压力传感器9安装在导向轮10支座下面，行程开关。

20、20根据抽油机的行程长短安装在塔架的适当位置上。0024 在控制柜19中安装有电路板，在电路板上安装有可编程控制器PLC、主控板50、触摸屏48和通讯接口49、通讯接口51、通讯接口52，可编程控制器PLC的接点D00、D01、D02、D03分别和主控板50的接点D13、D12、D11、D10相连接，主控板50的接点D00、D01分别和可编程控制器PLC的接点DI1、DI0相连接，上电动推杆27通过导线和PLC的接点D09相连接，下电动推杆28通过导线和PLC的接点D08相连接，提升电机11通过导线和PLC的接点D07相连接，悬吊电机16通过导线和PLC的接点D06相连接，电动拉杆24通过导线。

21、和PLC的接点D04相连接，主制动器15通过导线和PLC的接点D03相连接，主电机的正传/反转控制通过导线和主控板50的接点A12相连接，主电机的启动/停止控制通过导线和主控板50的接点A11相连接，主电机的速度控制通过导线和主控板50的接点A10相连接。移动压力传感器3通过导线临时和PLC的接点DI5相连接，测试完成后拆除导线。行程开关20通过导线和PLC的接点DI4相连接，固定压力传感器9通过导线和PLC的接点DI3相连接。触摸屏48通过导线和PLC的通讯接口49相连接，主控板50的通讯接口52通过导线和PLC的通讯接口51相连接。0025 当将该装置和塔式抽油机组合安装到油井上，把油井抽。

22、油杆柱安装到油井内后，悬绳器2、光杆卡子4安装在光杆1的上端。将移动压力传感器3安装在悬绳器2和油井光杆卡子4之间，上提悬绳器2缓慢上升，此时移动压力传感器3所显示的即为总配重的重量，然后再缓慢下放悬绳器2，此时移动压力传感器3所显示的为主配重的重量。分别计算出主配箱中配重块42的数量、上副箱和下副箱中配重球6的数量，将配重块42放置到主配箱41中，将配重球放在上、下副箱的副螺旋道中，通过井深及液面高度可以推得配重球的总数量，减去上、下副箱中的配重球的数量，其余则都放于球架7内的螺旋道8中。0026 通过触摸屏48输入抽油机的行程长度、行程次数等数据，根据行程长度，计算出配重在行程过程中匀速运。

23、行的起始和结束的位置，从而确定出上副箱34和下副箱39的底端面的位置。PLC发出指令，调整上副箱34和下副箱39的高度，使上副箱34的下端面处于行程中匀速段的上端，使下副箱39的下端面处于行程中匀速段的下端。启动主电机13，带动主动轮14及动力钢丝绳5运动，使抽油机开始抽油生产。当抽油光杆1开始向上运行时，平衡配重开始向下运行，其速度是由停止逐渐增加，抽油机负荷最大，此时主配箱41、上副箱34以及下副箱39一起通过动力钢丝绳5作用于光杆1上，可以使主电机13的付出功率较小。当速度增加到最大时，即开始匀速运动阶段，此时下副箱39与上副箱34缓慢分离后，上副箱34被悬吊钢丝绳31吊住，停止运动。主。

24、配箱41与下副箱39继续下行，当下行到匀速运动结束时，下副箱39与主配箱41缓慢分离，当它们分离开后，下副箱被悬吊钢丝绳21吊住，主配箱继续减速运动下行到达终端。当抽油光杆1开始下行时，主配箱41上行，此时是加速阶段。当主配箱41上端面与下副箱39下端面相接触在一起，它们一起向上运行，此时是匀速阶段。当下副箱39上端面与上副箱34下端面相接触在一起后，它们一起继说明书CN 201915910 UCN 201915913 U 5/5页7续向上运行，此时是减速阶段，一直到上止点。固定压力传感器9随时将抽油机的载荷数据输送到PLC中，PLC将自动把载荷数据和平衡配重的总重量进行对比，0027 在。

25、可编程控制器PLC中预先设定，当需要减少配重总量时，使上下副箱轮流各放出一个配重球。若固定压力传感器9测得配重总量大于载荷时，可编程控制器PLC即发出减少配重量的指令。当须要上副箱34放出一个配重球时，当上副箱34和下副箱39一起上升到行程的上端时，上电动推杆27的动杆头刚好对正上放球叉板35的尾端。此时上副箱触碰行程开关20，PLC获得信号，即发出指令给上电动推杆27，同时提升电机11将提升箱25提起来，由PLC控制使提升箱25处于副螺旋道出口45的下方。此时上电动推杆27通电，使推杆向前移动，推动上放球叉板35绕小轴44旋转，放出一个配重球，该球就会滚落到提升箱25内，由提升箱将它提起，放。

26、到螺旋道8内。0028 若配重总量仍大于载荷，可编程控制器PLC继续发出减少配重量的指令，由下副箱39放出一个配重球，这时当上副箱34和下副箱39同时上升到行程上端时，下电动推杆28的动杆头刚好对正下放球叉板40的尾端。此时上副箱34触碰行程开关20，PLC获得信号，即发出指令给下电动推杆28，同时提升电机11将提升箱25提起来，由PLC控制使提升箱25处于下副螺旋道出口的下方。此时下电动推杆28通电，使推杆向前移动，推动下放球叉板绕小轴旋转，放出一个配重球，该球就会滚落到提升箱25内，由提升箱将它提起，放到螺旋道8内。这样直到配重总量和载荷大体相等，下副配重和上副配重的重量基本相等为止。00。

27、29 若配重总量小于载荷，当上下副箱上升到行程最上端，行程开关20发出到位指令时，PLC将会发出指令使电动拉杆24通电，将放球拉板29拉回，放出一个配重球。此时固定在下副箱39的立杆38将上副箱34的翻板33顶起，翻板33绕轴46转动，所放出的配重球6滚落到下副箱39副螺旋道36中去，PLC将再进行对比，若配重总量还是小，在下副箱没有接触到上副箱之前，PLC发出指令使电动拉杆24通电，将放球拉板29拉回，放出一个配重球6到上副箱34的副螺旋道36中去，PLC将再进行对比，若配重总量还是小，就重复第一个动作再放一个配重球。然后PLC将再进行对比，若配重总量还是小，就重复第二个动作再放一个配重球，一直到配重和载荷大体平衡，下副配重和上副配重的重量基本相等为止。说明书CN 201915910 UCN 201915913 U 1/4页8图1说明书附图CN 201915910 UCN 201915913 U 2/4页9图2图3图4说明书附图CN 201915910 UCN 201915913 U 3/4页10图5图6说明书附图CN 201915910 U。

摘要
申请专利号：	CN201020675800.0	申请日：	2010.12.17
公开号：	CN201915910U	公开日：	2011.08.03
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):E21B 43/00申请日:20101217授权公告日:20110803终止日期:20111217\|\|\|授权
IPC分类号：	E21B43/00; F04B47/14	主分类号：	E21B43/00
申请人：	关辅民
发明人：	关辅民
地址：	062552 河北省任丘市华北石油总医院家属区23楼1单元301室
优先权：
专利代理机构：		代理人：
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内容摘要

抽油机自动平衡装置，涉及石油开采机械设备的配套部件。主要特征是，由主配重和副配重组成，在主箱内装有配重块，在上副箱和下副箱内装有副螺旋道及配重球，主箱通过动力钢丝绳和悬绳器联结在一起，上、下副箱和悬吊钢丝绳联结在一起，钢丝绳上端通过悬吊卷筒固定在平台上，在副螺旋道出口处安装有上、下放球叉板，球架上安装有螺旋球道，螺旋球道内装有配重球，在螺旋球道出口处安装有放球拉板，提升箱通过滑槽和导轨相连接，主电机、提升电机、悬吊电机、电动拉杆、上电动推杆、下电动推杆、固定压力传感器分别通过导线和可编程控制器相连接。当油井载荷和抽油机平衡重不相等时，可随时自动增加或减少配重，调整抽油机的平衡，达到节电的目的，使抽油机载荷波动较小，电机启动时不会对电网造成冲击。

权利要求书

1. 一种抽油机自动平衡装置，由配重箱和平衡配重一起构成，其特征是：
(1)平衡配重由主配重和副配重组成，主配重由主配箱(41)内装有配重块(42)构成；
(2)在球架(7)上固定安装有螺旋道(8)，螺旋道(8)内装有配重球(6)；在螺旋道出口处安装有放球拉板(29)，放球拉板(29)通过销轴(47)和电动拉杆(24)的活动端相连接；在螺旋道(8)入口上方固定安装有提升卷筒(12)，提升卷筒(12)的轴和提升电机(11)的轴相连接，在提升卷筒(12)上缠绕有钢丝绳(23)，钢丝绳下端和提升箱(25)相联结，提升箱(25)通过滑槽和导轨(26)相连接，导轨(26)固定在球架(7)上；在抽油机的塔架平台上固定安装有上电动推杆(27)和下电动推杆(28)；
(3)副配重由上副配重和下副配重组成，上副配重由上副箱(34)和悬吊钢丝绳(31)构成，悬吊钢丝绳(31)的下端通过弹簧(32)和上副箱(34)联结在一起；在上副箱(34)内固定装有副螺旋道，在副螺旋道内装有配重球；悬吊钢丝绳(31)的上端缠绕在悬吊卷筒(16)上，悬吊卷筒(16)通过联轴器和涡轮减速器(17)的输出轴相联结；在副螺旋道(36)出口处通过小轴(44)安装有上放球叉板(35)；下副配重的构成和结构与上副配重相同；
(4)在上副箱(34)的入口处通过轴(46)安装有翻板(33)，在下副箱(39)的入口处固定安装有立杆(38)；
(5)提升电机(11)、悬吊电机(18)、电动拉杆(24)、上电动推杆(27)、下电动推杆(28)、行程开关(20)分别通过导线和可编程控制器PLC相连接；
(6)在导向轮(10)的支座下方安装有固定压力传感器(9)，它通过导线和可编程控制器PLC相连接。

说明书

抽油机自动平衡装置
技术领域
本实用新型涉及石油开采机械设备的配套部件，是一种抽油机的平衡装置。
背景技术
目前，油田采油设备多采用游梁式抽油机或者由此演变而来的类似机型。虽然游梁式抽油机因结构简单、可靠耐用、操作维护方便而得到广泛使用，但是，由于工作制度难以与地层供液能力动态协调，使抽油机的载荷经常发生变化，导致采油系统效率低、机杆泵故障多。为此不断更新抽油机，诸如链条抽油机、塔架式数控抽油机、复式永磁电机抽油机、直线电机抽油机、超低速大扭矩异型电机拖动塔架式高效低耗智能抽油机等等，这些抽油机克服了原设备的某些缺陷，在油田得到不同程度的推广应用。但是，这些抽油机与游梁式抽油机一样，在平衡方式上没有实质性突破，存在一个共同问题，即在运行时平衡重是固定的，而油井载荷是变化的，在上行程过程中，抽油机悬点承受载荷很大，下行程过程中悬点承受载荷较小，并且需要频繁变换方向；随着抽汲进行，井内液体高度不断变化，也影响抽油机载荷的变化。若需要调整平衡重，就要停机，由人工来增加或减少平衡重。这种在运行时只有固定平衡重的抽油机，是无法实现抽油机平衡的实质性突破的，不能满足当前节能工作的要求，不能适应当前科技日益发展的需要。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种抽油机自动平衡装置，使抽油机在运行过程中可以根据载荷的变化自动调节平衡重。
本实用新型的技术解决方案是这样实现的，一种抽油机自动平衡装置，由配重箱和平衡配重结合在一起构成，其特殊之处是：(1)平衡配重由主配重和副配重组成，主配重由主配箱41内装有配重块42构成。(2)在球架7上固定安装有螺旋道8，螺旋道8内装有配重球6。在螺旋道出口处安装有放球拉板29，放球拉板29通过销轴47和电动拉杆24的活动端相连接。在螺旋道8入口上方固定安装有提升卷筒12，提升卷筒12的轴和提升电机11的轴相连接，在提升卷筒12上缠绕有钢丝绳23，钢丝绳下端和提升箱25相联结，提升箱25通过滑槽和导轨26相连接，导轨26固定在球架7上。在抽油机的塔架平台上固定安装有上电动推杆27和下电动推杆28。(3)副配重由上副配重和下副配重组成，上副配重由上副箱34和悬吊钢丝绳31构成，悬吊钢丝绳31的下端通过弹簧32和上副箱34联结在一起。在上副箱34内固定装有副螺旋道，在副螺旋道内装有配重球。悬吊钢丝绳31的上端缠绕在悬吊卷筒17上，悬吊卷筒17通过联轴器和涡轮减速器18的输出轴相联结；在副螺旋道36出口处通过小轴44安装有上放球叉板35。下副配重的构成和结构与上副配重相同。(4)在上副箱34的入口处通过轴46安装有翻板33，在下副箱39的入口处固定安装有立杆38。(5)提升电机11、悬吊电机16、电动拉杆24、上电动推杆27、下电动推杆28、行程开关20分别通过导线和可编程控制器PLC相连接。(6)在导向轮10的支座下方安装有固定压力传感器9，它通过导线和可编程控制器PLC相连接。
本实用新型的有益效果是：(1)由于在导向轮支座下方安装有固定压力传感器9，可以随时把油井的载荷传送到控制柜中的可编程控制器PLC中，当油井载荷和抽油机总平衡重不相平衡时，可编程控制器PLC将信息传递给电动拉杆24或上电动推杆27以及下电动推杆28，即可从球架7放下一个配重球到上副箱34或下39中，或者从上副箱34或下副箱39中放出一个配重球，从而达到在抽油机运行过程中自动调整平衡重，达到节电的目的。(2)由于本装置将抽油机的平衡重分为主配重、上副配重和下副配重，在抽油泵柱塞上行开始时的加速阶段内，由它们共同作用，利用平衡重的总重量使柱塞向上加速运行，减少电机的负荷。当它们达到匀速运动的速度时，上副配重被钢丝绳吊住，停止向下运动，下副配重和主配重一起以匀速运动的速度继续下行。当它们到达匀速运动的终止点时，下副配重被钢丝绳吊住，停止向下运动，这时抽油泵柱塞在主配重的作用下，一直到达上止点。这样可以更精确地起到平衡作用，使电机的驱动功率达到最小。(3)由于采取了主配重、上副配重、下副配重三套平衡措施，实现了在运动的状态下自动添加平衡重或减少平衡重，并且由于钢丝绳和上副箱、下副箱之间是通过弹簧连接在一起的，在加载或减载的过程中可以起到缓冲的作用，可使抽油机的电流波动很小，在电机启动时也不会对电网造成冲击。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图。
图2是本实用新型配重球循环结构示意图的俯视图。
图3是本实用新型中放球拉板连接结构示意图的主视图。
图4是本实用新型中放球拉板连接结构示意图的俯视图。
图5是本实用新型中放球叉板连接结构示意图的主视图。
图6是本实用新型中放球叉板连接结构示意图的俯视图。
图7是本实用新型控制柜中的电路连接图。
图中标号：1、光杆；2、悬绳器；3、移动压力传感器；4、光杆卡子；5、动力钢丝绳；6、配重球；7、球架；8、螺旋道；9、固定压力传感器；10、导向轮；11、提升电机；12、提升卷筒；13、主电机；14、主动轮；15、主制动器；16、悬吊卷筒；17、涡轮减速器；18、悬吊电机；19、控制柜；20、行程开关；21、悬吊钢丝绳；22、螺旋道进口；23、钢丝绳；24、电动拉杆；25、提升箱；26、导轨；27、上电动推杆；28、下电动推杆；29、放球拉板；30、螺旋道出口；31、悬吊钢丝绳；32、弹簧；33、翻板；34、上副箱；35、上放球叉板；36、副螺旋道；37、通道；38、立杆；39、下副箱；40、下放球叉板；41、主配箱；42、配重块；43、固定架；44、小轴；45、副螺旋道出口；46、轴；47、销轴；48、触摸屏；49、通讯接口；50、主控板；51、通讯接口；52、通讯接口。
具体实施方式
动力钢丝绳5穿过上副箱34的中心通道37和下副箱39的中心通道，其下端和主配箱41联结在一起，主配箱41内装有配重块42，构成主配重。动力钢丝绳5上端绕过主动轮14和导向轮10，主动轮14通过联轴器和主电机13联结在一起，主电机13、主动轮14的支架安装在塔架平台上，在主动轮14上安装有主制动器15。主制动器采用电动制动器，电动拉杆固定在塔架上，通过销子和制动带相连接，电动拉杆通过导线和主控器50相连接。导向轮10的支架安装在平台上的移动架上。
球架7是由型钢焊制的一个架子，将球架7通过螺栓安装在抽油机的塔架上部。在球架7内安装有螺旋道8，螺旋道是上部直径较大，下部直径较小的渐缩螺旋形轨道，上部具有螺旋道进口22，下部具有螺旋道出口30(图2中)。在螺旋道出口30处安装有放球拉板29，放球拉板29的右端(图4中)通过销轴47和电动拉杆24的活动杆左端相联结，电动拉杆24通过螺栓固定安装在抽油机塔架上。放球拉板29是由长短不同的两片挡板构成，两片挡板的距离稍大于一个配重球6的直径，长挡板中部具有缺口，当短挡板挡住配重球时，长挡板缺口处可以使配重球通过。将放球拉板29向右拉动时，短挡板就放出一个配重球，而长挡板的左部即可挡住后边的配重球，使配重球不能通过。
提升卷筒12通过支架安装在抽油机塔架平台上，提升电机11也安装在塔架的平台上，提升电机11通过联轴器和提升卷筒12相连接，提升卷筒12上缠绕有钢丝绳23，钢丝绳下端和提升箱25联结在一起，提升箱25的前、后、右侧面具有侧板，左侧面没有侧板，下面具有底板，底板左侧稍低，使底板稍具倾斜角度。提升箱前后两侧板左边沿具有滑槽，滑槽可在导轨26上滑动，当它到达导轨26上端时，提升箱25内的球可以自动从提升箱25的左侧滚出，滚进螺旋道进口22里。
上副配重由上副箱34和悬吊钢丝绳31构成，悬吊钢丝绳31通过弹簧32和上副箱34联结在一起，悬吊钢丝绳31上端缠绕在悬吊卷筒上，其端头固定在悬吊卷筒上。悬吊卷筒的轴通过联轴器和涡轮减速器的输出轴联结在一起，涡轮减速器的输入轴通过联轴器和电机轴相联结。上副箱34内安装有副螺旋道36，副螺旋道36内装有配重球。副螺旋道是上部直径较大，下部直径较小的渐缩螺旋形轨道，上部具有进口，下部具有出口。在副螺旋道出口处的固定架43上通过小轴44安装有上放球叉板35(图2中)，它可以在小轴44上旋转。
下副配重和上副配重的构成和结构相同，它由下副箱39和悬吊钢丝绳21构成，悬吊钢丝绳21通过弹簧和下副箱39联结在一起，悬吊钢丝绳21上端缠绕在悬吊卷筒16上，其端头固定在悬吊卷筒16上。悬吊卷筒16的轴通过联轴器和涡轮减速器17的输出轴联结在一起，涡轮减速器17的输入轴通过联轴器和电机18的轴相联结。下副箱39内安装有副螺旋道，副螺旋道内装有配重球。副螺旋道是上部直径较大，下部直径较小的渐缩螺旋形轨道，上部具有进口，下部具有出口。在副螺旋道出口处的固定架上通过小轴安装有上放球叉板，它可以在小轴上旋转。
放球叉板是由相互错开大约45°角度的两片挡板构成(图5中)，且它们之间的距离稍大于配重球的直径。当前面的挡板挡住第一个球时，后面的挡板处于球下方。当放球叉板的尾端向下旋转一个角度后，第一个球被放出，后面的挡板就会将第二个球挡住。根据具体的安装位置，在副螺旋道的出口处也可安装放球拉板。
在抽油机塔架上固定安装有上电动推杆27和下电动推杆28，当上副箱34和下副箱39处于抽油机冲程的上端时，使上电动推杆27的动杆头正对上放球叉板35的尾端，下电动推杆28的动杆头正对下放球叉板40的尾端。
在上副箱34的入口处通过轴46安装有一块平板翻板33，在下副箱39的入口处安装有立杆38，立杆38固定在下副箱39的入口处。当上下副箱处于一起时，立杆38即可将翻板33顶起，根据可编程控制器PLC的指令，从螺旋道8内放出一个配重球，即可落到下副箱39中。
悬吊电机18安装在塔架上的平台上，悬吊卷筒16通过支架安装在塔架平台上，悬吊电机18通过联轴器和悬吊卷筒16相连接，悬吊卷筒16的轴通过联轴器和涡轮减速器的输出轴联结在一起。
固定压力传感器9安装在导向轮10支座下面，行程开关20根据抽油机的行程长短安装在塔架的适当位置上。
在控制柜19中安装有电路板，在电路板上安装有可编程控制器PLC、主控板50、触摸屏48和通讯接口49、通讯接口51、通讯接口52，可编程控制器PLC的接点D00、D01、D02、D03分别和主控板50的接点D13、D12、D11、D10相连接，主控板50的接点D00、D01分别和可编程控制器PLC的接点DI1、DI0相连接，上电动推杆27通过导线和PLC的接点D09相连接，下电动推杆28通过导线和PLC的接点D08相连接，提升电机11通过导线和PLC的接点D07相连接，悬吊电机16通过导线和PLC的接点D06相连接，电动拉杆24通过导线和PLC的接点D04相连接，主制动器15通过导线和PLC的接点D03相连接，主电机的正传/反转控制通过导线和主控板50的接点A12相连接，主电机的启动/停止控制通过导线和主控板50的接点A11相连接，主电机的速度控制通过导线和主控板50的接点A10相连接。移动压力传感器3通过导线临时和PLC的接点DI5相连接，测试完成后拆除导线。行程开关20通过导线和PLC的接点DI4相连接，固定压力传感器9通过导线和PLC的接点DI3相连接。触摸屏48通过导线和PLC的通讯接口49相连接，主控板50的通讯接口52通过导线和PLC的通讯接口51相连接。
当将该装置和塔式抽油机组合安装到油井上，把油井抽油杆柱安装到油井内后，悬绳器2、光杆卡子4安装在光杆1的上端。将移动压力传感器3安装在悬绳器2和油井光杆卡子4之间，上提悬绳器2缓慢上升，此时移动压力传感器3所显示的即为总配重的重量，然后再缓慢下放悬绳器2，此时移动压力传感器3所显示的为主配重的重量。分别计算出主配箱中配重块42的数量、上副箱和下副箱中配重球6的数量，将配重块42放置到主配箱41中，将配重球放在上、下副箱的副螺旋道中，通过井深及液面高度可以推得配重球的总数量，减去上、下副箱中的配重球的数量，其余则都放于球架7内的螺旋道8中。
通过触摸屏48输入抽油机的行程长度、行程次数等数据，根据行程长度，计算出配重在行程过程中匀速运行的起始和结束的位置，从而确定出上副箱34和下副箱39的底端面的位置。PLC发出指令，调整上副箱34和下副箱39的高度，使上副箱34的下端面处于行程中匀速段的上端，使下副箱39的下端面处于行程中匀速段的下端。启动主电机13，带动主动轮14及动力钢丝绳5运动，使抽油机开始抽油生产。当抽油光杆1开始向上运行时，平衡配重开始向下运行，其速度是由停止逐渐增加，抽油机负荷最大，此时主配箱41、上副箱34以及下副箱39一起通过动力钢丝绳5作用于光杆1上，可以使主电机13的付出功率较小。当速度增加到最大时，即开始匀速运动阶段，此时下副箱39与上副箱34缓慢分离后，上副箱34被悬吊钢丝绳31吊住，停止运动。主配箱41与下副箱39继续下行，当下行到匀速运动结束时，下副箱39与主配箱41缓慢分离，当它们分离开后，下副箱被悬吊钢丝绳21吊住，主配箱继续减速运动下行到达终端。当抽油光杆1开始下行时，主配箱41上行，此时是加速阶段。当主配箱41上端面与下副箱39下端面相接触在一起，它们一起向上运行，此时是匀速阶段。当下副箱39上端面与上副箱34下端面相接触在一起后，它们一起继续向上运行，此时是减速阶段，一直到上止点。固定压力传感器9随时将抽油机的载荷数据输送到PLC中，PLC将自动把载荷数据和平衡配重的总重量进行对比，
在可编程控制器PLC中预先设定，当需要减少配重总量时，使上下副箱轮流各放出一个配重球。若固定压力传感器9测得配重总量大于载荷时，可编程控制器PLC即发出减少配重量的指令。当须要上副箱34放出一个配重球时，当上副箱34和下副箱39一起上升到行程的上端时，上电动推杆27的动杆头刚好对正上放球叉板35的尾端。此时上副箱触碰行程开关20，PLC获得信号，即发出指令给上电动推杆27，同时提升电机11将提升箱25提起来，由PLC控制使提升箱25处于副螺旋道出口45的下方。此时上电动推杆27通电，使推杆向前移动，推动上放球叉板35绕小轴44旋转，放出一个配重球，该球就会滚落到提升箱25内，由提升箱将它提起，放到螺旋道8内。
若配重总量仍大于载荷，可编程控制器PLC继续发出减少配重量的指令，由下副箱39放出一个配重球，这时当上副箱34和下副箱39同时上升到行程上端时，下电动推杆28的动杆头刚好对正下放球叉板40的尾端。此时上副箱34触碰行程开关20，PLC获得信号，即发出指令给下电动推杆28，同时提升电机11将提升箱25提起来，由PLC控制使提升箱25处于下副螺旋道出口的下方。此时下电动推杆28通电，使推杆向前移动，推动下放球叉板绕小轴旋转，放出一个配重球，该球就会滚落到提升箱25内，由提升箱将它提起，放到螺旋道8内。这样直到配重总量和载荷大体相等，下副配重和上副配重的重量基本相等为止。
若配重总量小于载荷，当上下副箱上升到行程最上端，行程开关20发出到位指令时，PLC将会发出指令使电动拉杆24通电，将放球拉板29拉回，放出一个配重球。此时固定在下副箱39的立杆38将上副箱34的翻板33顶起，翻板33绕轴46转动，所放出的配重球6滚落到下副箱39副螺旋道36中去，PLC将再进行对比，若配重总量还是小，在下副箱没有接触到上副箱之前，PLC发出指令使电动拉杆24通电，将放球拉板29拉回，放出一个配重球6到上副箱34的副螺旋道36中去，PLC将再进行对比，若配重总量还是小，就重复第一个动作再放一个配重球。然后PLC将再进行对比，若配重总量还是小，就重复第二个动作再放一个配重球，一直到配重和载荷大体平衡，下副配重和上副配重的重量基本相等为止。