电磁抽油机 目前，油田使用的采油机械，均采用机械传动的游梁式抽油机和无游梁式的抽油机。它由旋转电动机，经多级齿轮减速，通过游梁或链条等转换成直线运动，驱动抽油杆往返运动，实现抽油目的。它具有运动特性差、机械效率低、平衡度差、能耗高、体积重等缺陷。这些中间转换机构的机械零件，结构复杂、易损件多，长期运转，易产生磨损和疲劳，引发多种故障。
本发明的目的是提供一种电磁抽油机。电磁抽油机，采用直线步进电动机驱动，直线步进电动机是一种电磁脉冲信号直接转换成直线步进运动的驱动装置，其动子(次级)直接连接抽油杆，由计算机控制系统控制直线步进电动机按指令给定的步距上、下位移，带动抽油杆上下往返运动，实现抽油目的。
本发明的目的是这样实现的：机架的上部安装直线步进电动机的定子(初级)，直线步进电动机的动子(次级)下端连接抽油杆，由计算机控制系统发出电脉冲序列，指令直线步进电动机定子驱动动子按步距直线上下往返移动。电磁抽油机采用计算机闭环控制系统，由配置的硬、软件和外设传感器组成自适应系统，根据各类油井数据编写专用软件的自适应系统，能对各种类型的油井(如稀油井、稠油井、贫油井、富油井等)不同的数据，选择抽油机最佳的冲程次数和冲程长度，使抽油机始终处于最佳经济状态下运行。
本发明的电磁抽油机另一特点是：由气包与两个平衡缸和补气泵组成的气平衡可控系统。能自动调节气包对平衡缸放能、蓄能，实现抽油机的动态平衡。根据拉力传感器的信息，当抽油机发生超载、卡泵的现象时，计算机控制系统即指令停机，并发出警报声，确保抽油机始终处在安全状态下运行，
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构原理示意图。
图2是图1电磁抽油机地左视图。
图3是平衡缸密封室的多级软密封装置的剖面图。
图4是计算机控制系统框图。
图中1、固定底座 2、电控柜 3、移机汽缸 4、行走器 5、机架 6、补气泵 7、抽油杆 8、左平衡缸 9、右平衡缸 10、拉力传感器 11、气包 12、直线步进电机定子 13、直线步进电机动子 14平衡缸柱塞、15连接架、16、第一级密封圈、17、第二级密封圈。18、第三级密封圈、19、第四级密封圈20、第五级密封圈、21、第六级密封圈、22、第七级密封圈、23、第八级密封圈 24、润滑室25、防尘密封圈26、密封室。
在图1中，直线步进电机的定子(12)固定在左、右平衡缸(8)、(9)的缸体和气包(11)组成的机架(5)的上方，动子(13)下方通过拉力传感器(10)与抽油杆(7)连接。计算机控制系统发出电脉冲序列信号，指令动子按步距上下往返运动，实现抽油目的。
机架(5)置于固定底座(1)的滑座上，修井时，将机架(5)上的底座螺栓松开，顶下行走器(4)的行走轮，使机架(5)离开固定底座(1)，启动移机汽缸(3)，机架(5)沿固定底座(1)上的滑轨后移。修井完毕，退回移机汽缸(3)，机架(5)复位，抬起行走器(4)的行走轮，机架(5)接触固定底座(1)，拧紧固定底座螺栓。
图2所示的实施例中，连接架(15)的中部，固定在直线步进电动机动子(13)的上端，两侧与两个平衡缸柱塞(14)上端连接，组成双平衡缸的平衡机构，采用双平衡缸的目的，是保证动子(13)运行平稳。气包(11)与两个平衡缸(8)、(9)和补气泵(6)组成气平衡系统。抽油机在运动中，气包(11)对平衡缸(8)、(9)放能、蓄能，实现平衡目的。
抽油机工作时，上、下冲程的受力是不同的。根据抽油机悬点载荷计算公式：
悬点最大载荷Pmax=P油+P杆+P动
悬点最小载荷Pmin=P杆-P动
式中：P油——柱塞以上油柱重力；
P杆——抽油杆柱自身重力；
P动——悬点所受的动载荷。
抽油机工作在上冲程时，悬点为最大载荷，它是由抽油杆柱自身重力+柱塞以上油柱重力+悬点所受的动载荷组成。在下冲程时，悬点为负载荷(根据经验公式估算：P动≈2/3Pmax；P油+P杆≈1/3Pmax。故P杆-P动为负值)。为提高机械工作效率，必须设置平衡重力，使上、下冲程的重力相等。根据有效平衡重力的简化公式：平衡重的有效重力Q效=Pmax+Pmin/2。计算平衡重力或气体压力来求得平衡。本机采用以直线步进电动机的功率为控制对象，无须计算配重，只求上、下冲程工作过程中直线步进电动机的功率相等，即达到平衡的目的。
本发明电磁抽油机的自动平衡工作原理是：上冲程时，直线步进电动机定子(12)对动子(13)的吸力拉动抽油杆、气包(11)储存的气压通过管道，向左、右平衡缸(8)、(9)的下腔充气产生的推力(即为平衡力)拉推抽油杆和平衡缸柱塞向上位移，完成上冲程工作。下冲程时，直线步进电动机定子(12)对动子(13)的推力和抽油杆柱自身重力，将抽油杆和平衡缸柱塞向下推移，把气体送回气包(11)，储存循环使用，完成下冲程工作。控制上、下冲程过程中直线步进电动机所作的功，其功率相等为平衡，机械效率为最高。为此，计算机控制系统对电压、电流传感器的采样和控制系统的检测信号进行处理、判断，当上冲程功率大于下冲程功率时，计算机控制系统指令启动补气泵(6)进行补气，增加气压直至上下冲程的功率相等时，指令补气泵(6)停止运转。当上冲程的功率小于下冲程的功率时，计算机控制系统指令打开管路上的气压调节阀放气，降低气压来达到平衡。由此，实现上、下冲程的平衡度达100％的指标，使抽油机始终保持动态平衡，达到节能目的。
图3所示的实施例中，平衡缸多级软密封装置的密封室(26)中的八级密封圈(16～23)，采用Yx型密封圈，密封圈(16～23)与平衡缸柱塞(14)之间的最小原始直径方向间隙约0.12～0.2mm，平衡缸开始工作时，平衡缸腔体内的气体对第一级密封圈(16)施压，第一级密封圈(16)向直径方向变形，使间隙消除，实现密封。其余的第二至第八级密封圈(17～23)与气体隔离，不参与密封工作。当经过t1时间后，第一级密封圈(16)因磨损间隙增大到临界间隙时，第一级密封圈(16)失效，脱离密封工作，气体压力立即穿透失效的第一级密封圈(16)进入第二级。同理，第二级密封圈(17)受到气压，密封圈(17)向径向方向变形，消除了与柱塞的间隙，参与密封，经t2时间后，第二级密封圈(17)磨损到临界间隙而失效，脱离工作，又有第三级密封圈(18)接替。因此，组成一个具有不断接替的后备密封系统。况且，当一个密封圈工作时，其余密封圈处于卸载状态，不参与密封，因此这些密封圈只产生微小的磨损，其磨损的速度比承压工作的密封圈要小的多。且工作性质t1＞t2＞t3……tn～1＞tn；tn=0。
图3中的24是润滑室，25是防尘密封圈。
平衡缸密封系统的工作指标就是密封圈的工作寿命，这个多级软密封装置的工作寿命等于各密封圈(16～23)的工作期限之和。本系统采用八级密封(密封圈最佳数量，根据实践灵活决定)，其总工作期限设计指标大于10000小时。如果设备保养期定为一年(365*24=8760小时)更换全部密封圈，就等于本机平衡缸软密封部位，处于连续长期无故障运行。
图4所示的实施例，是本发明电磁抽油机的闭环计算机控制系统框图，它具有检测、数据、处理、判断、识别、自诊断和自适应的能力，结合外围的拉力传感器、电流传感器、电压传感器、井口的流量传感器、压力传感器、黏度传感器等多种采样传感器，根据不同类型的油井(稀油井、稠油井、贫油井、富油井)的数据编写专用的程序软件和相适应的计算机硬件配制，组成计算机控制系统，该系统以不同类型的油井作为控制对象，从多种控制方案中选取一种最佳方案，对驱动直线步进电动机脉冲序列的频率进行调控，调节抽油机工作的冲程速度、冲程长度。对贫油井，指令抽油机工作冲程由低速逐步加快速度或冲程长度由短逐步加长运行，使抽油流量达到最大又不发生抽油机空抽的现象为止。对富油井，指令加快冲程速度或最大的冲程长度，使抽油流量达到最大直至直线步进电动机承载最大额定功率为止。
本机的拉力传感器(10)采用无线传输的方式。
电磁抽油机的计算机控制系统随机对拉力传感器的信号数据进行采样、检测、处理，判断为超载、卡泵现象的发生时，即指令停机，并发出警报声，确保抽油机安全运行。
由于一套计算机控制系统，可以同时进行多台直线步进电动机不同控制方案的多机控制，故本系统对抽油机、补气泵两台直线步进电动机实行一个计算机控制系统的多机控制。
本机的电控柜(2)设置有温控系统。
由于采用上述方案，本发明的电磁抽油机，具有结构简单、重量轻、惯性小、运动平稳、性能可靠、机械效率高、节能节材、动态保护、自动平衡、自动控制、自适应系统等功能，适用于各种类型的油井。电磁抽油机以崭新的姿态，进入现代高科技领域，对提升油田的采油工艺，提高采油经济效益，具有重大的意义。