滚筒式顶驱数控抽油机 本发明涉及一种结构新颖的抽油机，也就是滚筒式顶驱数控抽油机，属于机电一体化的石油开采机械技术领域。
我国油田采油所使用的抽油机，通常是由抽油机架与电机、减速箱、曲柄连杆式传动机构、铸铁平衡块构成的机械传动装置所组成，结构复杂，操作运行繁琐、噪音大、能耗高、传动部件磨损严重。而且，由于我国油田中稠油和深井开采任务日趋严重，使本来矛盾就相当尖锐的抽油机动力与负荷的平衡问题更加突出，尽管采用多种综合机械平衡措施，例如游梁平衡、曲柄平衡，以及大马拉小车的动力配置，仍然不能使抽油机的动力达到均衡，至多达到即使抽油负荷突然增加若干倍时(对于稠质油井，同一口油井里的原油粘滞度变化是相当大的)，也能维持正常运行生产而已，至于能量的浪费损耗是相当可观的。例如，尽管配备的驱动电机额定功率要比抽油时消耗的实际功率要大得多，但由于现在曲柄连杆式抽油机的效率很低(通常只有0.3-0.4左右)，以及电机的运行工况远离设计点，一旦遇到开采稠油时，仍会发生动力不足的“力不从心”之感。而且，现在抽油机在其一个运行周期里的负荷状态极其复杂，在游梁上行程时从电网中输入的能量，实际上只有一小部分是用来提升原油做功的，绝大部分能量被用来举升装置本身的运动部件；而到下行程时，这部分势能也没有释放出来作功而以发热形式白白浪费了。为了改善上述状况，人们对抽油机采取了各种机械平衡措施，但这些措施都要受到机械结构的限制，平衡效果并不理想，而且，由于这些平衡部件的存在和影响，使构件的受力情况变得更加复杂，设备更易损坏。
本发明的目的是提供一种能较好地解决抽油机的动力均衡地滚筒式顶驱数控抽油机。
本发明是这样实现的：包括有抽油机机架、抽油井筒、抽油活塞、光杆卡子、摩擦滚筒、牵引摩擦带，平衡配重和电动机，其特征在于：所述的电动机是作为换能器的数控全速稀土同步电机，该电机的输入端接有双向可变频逆变电源，该逆变电源与供电网相连；在抽油机出油井口处装有压力传感器、测量抽油括塞位置的位置传感器和对可变频逆变电源进行控制的可编程控制器，上述两个传感器的输出端都与可编程控制器的输入端相连；所述电机直接与安装在抽油机顶部的摩擦滚筒相连，作为其驱动动力源；摩擦滚筒上的绕性牵引摩擦带的一端通过光杆卡子与抽油活塞杆相接，另一端则挂有平衡配重。
本发明是在申请人的专利技术《数控全速稀土同步电机》(CN91203427.0)和《数控全速动力/电力装置》(CN93200001.0)基础上的创造，是将原滚筒式抽油机改成顶部直接驱动，省却繁杂的机械传动装置，同时辅以当代高新技术装备和供电网一起构成有机联系的一个机电一体化的新型抽油机。该抽油机与电网连成一个可控的交换能量和平衡动力的有机整体：在抽油机上行程抽油时，由驱动电机从电网获取能量做功，且此时可根据原油粘滞度、抽油活塞行程位置等随时调整电机输出功率、转速；在其下行程时，抽油机运动部件成具备的势能又通过作为换能器的数控稀土同步电机转化为电能而馈送回供电网，从而大大提高本实用新型抽油机的工作效率和能量利用率，使抽油机的动力特性、能耗和供电质量都能得到明显改善。同时，本发明并设有改变原抽油机的主体结构和使用方法，有利用推广应用该发明。
图1是本发明的结构组成示意图。
参见图1，本发明是在原滚筒式抽油机机架1的顶部安装的摩擦滚筒2的一侧直接安装该滚筒2的驱动电机3，该驱动电机3是数控全速稀土同步电机，其转子外缘装有稀土永磁材料制成的多个磁极，其定子线圈外接有双向可变频逆变电源4，该逆变电源4又与供电网5相连。在摩擦滚筒2上挠装有牵引摩擦带7，该摩擦带7籍由摩擦滚筒2的旋转而作升降运动，摩擦带的一端通过光杆卡子8与抽油活塞杆9相连，另一端则挂有平衡配重10。11是由抽油井筒，12是抽油机底座，13、14分别是在抽油机出油井口近旁安装的压力传感器和测量抽油活塞位置的位置传感器，15是可编程控制器，用于对双向可变频逆变电源进行控制，上述两个传感器的输出则都与可编程控制器15的输入端相连。
本发明的主休机械结构和使用方法与常规抽油机变化不大，仍是由数控电机3作为主动力源，驱动摩擦滚筒2旋转，并籍滚筒2带动牵引摩擦带7上下升降而使抽油活塞杆9作抽吸原油的上下往复运动。但在抽油杆上行程时，数控电机3通过双向可变频电源4从供电网馈入电能作功；此时双向可变频电源4在可编程控制器15的控制下，把从电网引入的交流电转变成频率、相位、电流都可实时改变的交流电馈入稀土全速同步电机3，来控制其转速、转向、输出扭矩和行程，以便最大效能将原油从地底下抽出。而在抽油活塞杆9到达顶点后向下运动时，原先白白损失的势能可通过摩擦滚筒2带动驱动电机3的稀土永磁转子旋转，在其定子线圈上感应生成的电势也通过双向可变频逆变电源4引出，并使之与电网同步后馈入供电网5，使抽油机的能耗和动力均衡特性得到根本改善。
在抽油机的抽油井口安装的压力传感器13和位置传感器14则是用于监测油井内抽油活塞工作时的阻力和位置，并同时输入到可编程控制器15中，由可编程控制器15根据输入的运动状态与事先设定的最佳运动参数相比较，对双向可变频逆变电源4进行数字控制，调整其输出电压的各种参数，以使抽油活塞能在最佳工况下运行，自然就避免了抽空和“力不从心”现象的出现。由于在牵引摩擦带7的另一端装有平衡配重10，使它与抽油活塞等运动部件配合，驱动电机3的输出扭矩就只承受抽油时的动载荷。
本发明选用的电机是已获专利的数控全速稀土同步电机。这种电机可与数控电源配套在大范围内平稳调节转速而与负载基本无关，机械特性好，启动转矩大，转动惯量小，特别适宜抽油机这种速度负载特性变化悬殊的工作机作为驱动动力：即使转速从低速到高速剧烈变化，其输出扭矩仍维持基本不变。这样就容易实现对抽油机的变工况驱动，可适应地层深处地质情况差异大，储油深度、原油粘滞度、含水量等参数不一的复杂情况，从根本上解决常规抽油机存在多年的工效低、能耗高、易磨损的老大难问题。同时，该电机还可将抽油工作行程中产生的位能很好地转化为电能馈送回供电网，大大节省抽油机的能耗。这样我们可以事先测定各种工艺参数，编制最佳工况的动态特性数据和程序装入可编程控制器15里，由其发出相应指令给双向可变频逆变电源4，由该电源4输出脉宽、频率、幅度都可调的脉冲给全速稀土同步电机励磁，使之驱动摩擦滚筒旋转；同时又随时通过两个传感器13、14监测活塞抽油工况并进行实时调整，可使本发明运行在最佳工况，有很高的生产率和能量利用率。