抽油机的气平衡及其安全保护装置的制作方法

专利名称：抽油机的气平衡及其安全保护装置的制作方法技术领域：本发明涉及一种抽油机的气平衡及其安全保护装置。适用于采油设备中抽油机的载荷平衡、调整及抽油机发生突然卸载事故时，可阻止事故扩大，对设备、油井进行安全保护。抽油机是油田采油作业中的一种重要设备，为解决多种抽油机工作中存在的载荷不平衡问题，多年以来，国内外均作了大量工作。其中CN2033852U《平衡缸装置》所公开的就是一种。它采用柱塞式结构，省去了加工内孔的困难。但它将平衡缸与储气包分开及其内导向，又给加工、安装带来了不方便，并且增加了制造成本。同时，因其没有抽油机发生突然卸载事故下的安全保护措施，以便阻止事故的扩大，给使用带来了潜在的不安全因素。近期游梁式气平衡抽油机在油田使用中，发生的几次重大事故，均同无安全保护装置有关。本发明的目的是提供一种能适用于游梁和无游梁抽油机用的，气包同气缸合为一体的、含有外部导向的气平衡装置及其安全保护装置。本发明的技术解决方案是包含有气包(2)、柱塞(3)、密封(4a)、法兰(4)、连结法兰(5)、润滑装置(6)、自动补气系统(7)、工作气体的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是a.气包(2)同气缸合为一体，气包(2)上设有快速放气孔(1)、连结法兰(5)、补气孔(8)，并且由快速放气孔(1)与快速放气阀(203)连通，连结法兰(5)与抽油机连结，补气孔(8)同自动补气系统(7)连通，密封(12)与法兰(4)组成静止式密封连结;b.柱塞(3)是一个上端开口，下端与连结法兰(5)组成盲孔的管状体，其上可设补气孔(8)，也可不设补气孔(8)，并且由连结法兰(5)与抽油机相连，经密封(4a)使法兰(4)与柱塞(3)组成密封式动连结;c.柱塞(3)的导向器(100)可以是导向环(导向球)(4c)或滚珠轴承式导向器、滚动滑动轴承式导向器;d.自动补气系统(7)可以通过气包(2)或柱塞(3)向气包(2)补充工作气体;e.抽油机气平衡装置上设有安全保护装置。其中向气包补气的补气孔的位置是依据气平衡装置的工作状况决定的，如气平衡装置用于游梁式抽油机时，补气孔选在柱塞(3)的下端，连结法兰(5)附近。如果气平衡装置用于无游梁抽油机时，补气孔可选在气包(2)上。本发明技术方案中的法兰(4)见图1、图2，可包含密封(4a)、进油孔(4b)、导向环或导向球(4c)、通孔法兰(4d)，并且由螺钉和密封(12)与气包(2)组成静密封式连结，密封(4d)与柱塞(3)组成密封式动连结。其中密封(4a)可以是O型、U型或V型，数量可以是一个或多个组成。本发明技术方案中的连结法兰(5)，可以是通孔法兰或带焊接坡口的盲板法兰。这主要是按连结时的需要而选定的，如连结法兰(5)与柱塞(3)的一端组成盲孔时，就按标准规定做成带焊接坡口的盲板法兰，见图1、图2。为保证气包(2)同无游梁抽油机机架连结，连结法兰(5)选用通孔法兰，并且设在气包(2)的中部，见图4。当气包(2)与游梁抽油机的游梁连结时，连结法兰选用不带焊接坡口的盲板法兰，并且设在气包(2)的顶部，见图3。本发明技术方案中的滚珠轴承式导向器，见图6，可包含调节螺柱(101a)、锁紧螺母(101b)、基座(101c)、定位螺钉(101d)、滚珠(101e)、油咀(101f)、珠套(101g)、导轨(101h)，并且基座(101c)用螺钉或焊接方式与连结法兰(5)固定在一起，导轨(101h)通过螺栓与气包(2)、抽油机机架相固定，见图4。当然导轨(101h)与滚珠(101e)的接触处也可以加工成小的V型槽(见虚线所示)。本发明技术方案中的滚动滑动轴承式导向器见图7，可以包含支回(102a)、键(102b)、调节螺母(102c)、销轴(102d)、卡簧(102e)、轴承座(102f)、滚动或滑动轴承(102g)、导轨(101h)，其支架(102a)用螺钉或焊接方式与连结法兰(5)固定在一起，导轨(101h)通过螺栓与气包(2)、抽油机机架相固定。本发明技术方案中的安全保护装置，可以包括负载控制器(201)、动力切断继电器(202)、快速放气阀(203)、销式制动器(204)、卡瓦式制动器(205)及断气开关(206)，并且在抽油机的悬点负载降到“限定数值”以下时，负载控制器(201)能立即立发出信号，启动继电器，使动力切断继电器(202)、快速放气阀(203)、制动器(204)、(205)、断气制(206)启动，将抽油机及其自动补气系统(7)的动力源切断，泄放气包(2)中的高压气体，对柱塞(3)进行制动，切断气包(2)与气缸之间的通路，以阻止事故扩大。本安全保护装置可适用于各种抽油机气平衡的安全保护。即用于游梁或无游梁抽油机的活塞式或柱塞式;气包、气缸合体式或分体式气平衡装置的安全保护，见实例1、2、3。这表明可以根据具体情况，选用上述安全保护装置中的一种或几种措施组成一个具体的安全保护装置。本发明技术方案中的负载控制器(201)见图8，可包括调节螺钉(210a)、锁紧螺母(201b)、压板(201c)、限位开关(201d)、托板(201e)、弹性元件(201f)、继电器，也可以是拉压传感器、放大器、继电器，并且将弹性元件(201f)或拉压传感器安装在抽油机的负载敏感部位上，继电器的输出与动力切断继电器(202)、快速放气阀(203)、制动器(204)、(205)、断气开关(206)相联通。以便获得和输出控制信号。其中传感器、放大器、继电器组成的负载控制器，其负载控制精度高，但成本也高。而由弹性元件组成的控制器，其负载控制精度低些，但其成本也低。抽油机的负载敏感部位较多，如悬绳器、钢丝绳、驴头的支点、滑轮座等。负载控制器的工作原理是负载控制器(201)中弹性元件(201f)是按需要控制的负载设计制造或选用的，它能保证抽油机悬点载荷大于控制载荷时，弹性元件(201f)被压至死点，并通过调速螺钉(201a)将限位开关(201d)压下，控制继电器接在限位开关(201d)的常闲点上，此时是开路，故控制电路不动作。当悬点载荷小于被控制值时，弹性元件(201d)复位，同时带动限位开关(201d)复位，其常闲触点闭合，控制电路被接通，控制继电器被启动。同时控制继电器又去启动安全保护装置中的动力切断继电器(202)、快速放气阀(203)、制动器(204)、(205)、断气开关(206)，即将抽油机动力源、自动补气动力源切断，泄放气包(2)中的高压气体，对柱塞(3)进行制动，切断气包(2)与气缸之间的通路，从而阻止了事故的扩大。本发明技术方案中的动力切断继电器(202)可以是通用继电器，它的输入同负载控制器(201)的输出相连通，输出同自动补气系统(7)和抽油机总动力源的控制系统连通。本发明技术方案中的快速放气阀(203)见图9，可以包括阀盖(203a)、阀体(203b)、空芯螺钉(203c)、阀杆(203d)、继电器(203e)、小弹簧(203f)、小密封(203g)、大密封(203h)、中密封(203i)、大弹簧(203j)、密封(203k)、阀塞(203l)，并由阀体(203b)下接管与气包(2)或柱塞(3)的快速放气孔(8)接通，继电器(203e)由导线与负载控制器(201)的输出接通。也可以在工作气压低的小型抽油机上，选用通用快速放气阀如Kp-L50-L1型快速放气阀。快速放气阀(203)的工作原理是参见图9，此时快速放气阀处在关闭位置，即高压气体从下接管的P腔经左侧控制气路进入上部的B腔，在高压气体和大弹簧(203j)的作用下，阀塞(203l)下移，将放气孔关闭。当继电器(203e)接到控制指令而动作时，阀杆(203d)被拉向右边，控制气路被关闭，B腔失去高压气体，阀塞(203)在P腔压力作用下上移，打开放气口，高压气体经O孔排放。本发明技术方案中的销式制动器(204)见图10，可以包括继电器(204a)、控制销(204b)、空芯螺钉(204c)、小弹簧(204d)、大弹簧(204e)、安全销(204f)、限位螺钉(204g)、调整垫(204h)、销座(204i)、连结法兰(5)、导轨(101h)，并且销座(204i)用螺栓固定在连结法兰(5)上，继电器(204a)用导线与负载控制器(201)的输出连通。销式制动器(204)的工作原理是参见图10销式制动器(204)中的继电器(204a)接到控制信号时，即刻拉动控制销(204b)上移，释放安全销(204f)，安全销(204f)在大弹簧(204e)的作用下，向左伸出并插入导轨(101h)的销孔中，安全销(204f)及同其连成一体的连结法兰(5)、柱塞(3)将一同被制动在销孔中。本发明技术方案中的卡瓦式制动器(205)见图1，可以包括卡瓦座(205a)、卡瓦(205b)、弹簧(205c)、空芯螺钉(205d)、继电器(205e)、控制销(205f)，并且用螺钉将卡瓦座(205a)与法兰(4)固定在一起，继电器(205e)由导线与负载控制器(201)的输出连通。卡瓦式制动器(205)的工作原理是参见图1中卡瓦式制动器(205)，当继电器(205e)接到控制信号时，控制销(205f)被继电器拉向左边，卡瓦(205b)被释放，下移，同时对柱塞(3)进行制动。而且制动力正比于柱塞的推力。本发明技术方案中的断气开关(206)见图11，可以包括阀盖(206a)、阀体(206b)、空芯螺钉(206c)、阀杆(206d)、继电器(206e)、小弹簧(206f)、小密封(206g)、连结管(206h)、中密封(206i)、大弹簧(206j)、阀塞(206k)、密封(206l)、大密封(206m)，并且阀体(206b)下端管口同气包(2)的输出口连通，连结管(206h)同柱塞(3)下端入口连通，继电器(206e)通过导线与负载控制器(201)的输出接通。断气开关(206)的工作原理是;图11所示的断气开关(206)正处在气路接通状态，即控制气路被关闭，阀塞(206k)被高压气体上移，主气路打开。当继电器(206e)收到负载控制器(201)的控制信号时，阀杆(206d)被继电器(206e)上移，打开控制气路，皮时高压气体从P腔经控制气路进入B腔，阀塞(206k)在高压气体和大弹簧(206i)的作用下下移，关闭P和O之间的通路，即切断气体主通路。本发明同现有技术相比，因气包与气缸合为一体，柱塞采用外部导向，从而提高了钢材利用率和加工性能，使总成本下降。由于增设了安全保护装置，消除了现有气平衡抽油机在使用中潜在的不安全因素，带来了巨大的社会效益。以下将结合附图和实例对发明作进一步的说明。图1是本发明中气平衡结构之一，含导向环(4C)及销式制动器(204)的结构图。图2是本发明中气平衡结构之二，含导向球(4C)及卡瓦式制动器(205)的结构图。图3是本发明在游梁式抽油机上的一种布置图。图4是本发明在无游梁抽油机上的一种布置图。图5是本发明中安全保护装置在现有的柱塞式气平衡抽油机上的一种布置图。图6是本发明中滚珠轴承式导向器的剖视图。图7是本发明中滚动滑动轴承式导向器的剖视图。图8是本发明中负载控制器(201)和一种结构组成图。图9是本发明中快速放气阀(202)的一种结构组成图。图10是本发明中销式制动器(204)的结构组成图。图11是本发明中断气开关(206)的结构组成图。实例1参见图3，这是本发明在游梁式抽油机上的一种布置方案。与现有气平衡装置所不同的是，气包与气缸合为一体的柱塞式气平衡装置，并增设了负载控制器(201)、快速放气阀(203)、卡瓦式制动器(205)、外导向器(100)、动力切断继电器(202)。它的载荷平衡和调整原理与现有的气平衡装置相同，不作重述。其安全保护装置是这样工作的，当抽油机因事故发生突然失载时，如抽油杆或钢丝绳发生折断，负载控制器(201)将立即发出信号，其控制继电器启动，随之快速放气阀(203)、动力切断器(202)、卡瓦式制动器(205)也均被启动，抽油机和自动补气系统(7)的动力源被切断，气包(2)中的高压工作气体被释放，柱塞(3)受到制动，从而迫使抽油机在3～10秒内停止，阻止了事故的扩大。该实例中安全保护装置同样对现有的活塞式气平衡抽油机也适用，如CYJ10Q型抽油机。这里的差别只是柱塞式或活塞式气平衡装置，其它工作原理均相同，故不重述。实例2参见图4，是本发明在无游梁抽油机上的一种布置方案，一种新的气平衡方案，与实例1不同的是气包(2)同机架一起固定不动，连结法兰(5)是通孔法兰，并设在气包的中、下部。外导向采用滚珠轴承式导向器或滚动滑动式导向器。制动器是销式制动器(204)。补气孔设在气包(2)上。其平衡、调整、安全保护的工作原理均同于实例1，不做重述。实例3参见图5，是本发明中的安全保护装置在现有柱塞式气平衡抽油机上的一种应用实例。与上述实例不同之处在于，它的气包与气缸是分体的，因而安全保护装置中没有再设制动器，当然也可以加上制动器。而是在气包(2)上与柱塞(3)之间增加一个断气开关(206)，其他均与前例相同。即负载控制器(201)发出抽油机突然失载信号之后，动力切断器(203)立即切断自动补气系统(7)和抽油机的动力源，断气开关(206)切断气包(2)与柱塞(3)之间的气路，快速放气阀(203)对气缸进行放气。从而柱塞失去运动的能力，也就阻止了事故的扩大。权利要求1.一种包括气包(2)、柱塞(3)、法兰(4)、密封(4a)、连结法兰(5)、润滑装置(6)、自动补气系统(7)、工作气体的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是a.气包(2)同气缸合为一体，气包(2)上设有连结法兰(5)、补气孔(8)、快速放气孔(1)，并且由连结法兰(5)与抽油机相连，快速放气孔(1)与快速放气阀(203)连通，补气孔(8)与自动补气系统(7)连通，密封(12)与法兰(4)组成静止式密封连结，b.柱塞(3)是一个上端开口，下端与连结法兰(5)组成盲孔的管状体，其上可设补气孔(8)，并且由连结法兰(5)与抽油机相联，经密封(4a)使法兰(4)与柱塞(3)组成密封式动连结，c.柱塞(3)的导向器(100)可以是导向环、导向球(4c)或滚珠轴承式导向器、滚动滑动轴承式导向器，d.自动补气系统(7)可以通过气包(2)或柱塞(3)向气包(2)补充工作气体，e.抽油机气平衡装置上设有安全保护装置。2.根据权利要求1所述的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是法兰(4)包含密封(4a)、进油孔(4b)、导向环或导向球(4c)、通孔法兰(4d)，并由螺钉和密封(12)与气包(2)组成静密封式连结，密封(4a)与柱塞(3)组成密封式动连结。3.根据权利要求1所述的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是连结法兰(5)是通孔法兰或带焊接坡口的盲板法兰。4.根据权利要求1所述的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是滚珠轴承式导向器包含调节螺柱(101a)、锁紧螺母(101b)、基座(101c)、定位螺钉(101d)、滚珠(101e)、油咀(101f)、珠套(101g)、导轨(101h)，并且基座(101c)用螺钉或焊接方式与连结法兰(5)固定在一起，导轨(101h)通过螺栓与气包(2)、抽油机机架相固定。5.根据权利要求1所述的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是滚动滑动轴承式导向器可以包含支架(102a)、键(102b)、调节螺母(102c)、销轴(102d)、卡簧(102e)、轴承座(102f)、滚动或滑动轴承(102g)、导轨(101h)，其支架(102a)用螺钉或焊接方式与连结法兰(5)固定在一起，导轨(101h)通过螺栓与报包(2)、抽油机机架相固定。6.根据权利要求1所述的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是安全保护装置可以包括负载控制器(201)、动力切断继电器(202)、快速放气阀(203)、销式制动器(204)、卡瓦式制动器(205)及断气开关(206)，并且在抽油机的悬点负载降到“限定数值”以下时，负载控制器(201)能立即发出信号，启动继电器，使动力切断继电器(202)、快速放气阀(203)、制动器(204)、(205)、断气开关(206)启动，将抽油机及其自动补气系统(7)的动力源切断，泄放气包(2)中的高压气体，对柱塞(3)进行制动，切断气包(2)与气缸之间的通路。7.根据权利要求1或6所述的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是负载控制器(201)可包括调节螺钉(210a)、锁紧螺母(201b)、压板(201c)、限位开关(201d)、托板(201e)、弹性元件(201f)、继电器或拉压传感器、放大器、继电器，并且将弹性元件(201f)或拉压传感器安装在抽油机的负载敏感部位上，继电器的输出与动力切断继电器(202)、快速放气阀(203)、制动器(204)、(205)、断气开关(206)相联通。8.根据权利要求1或6所述的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是动力切断继电器(202)可以是通用继电器，它的输入同负载控制器(201)的输出相联通，输出同自动补气系统(7)和抽油机总动力源的控制系统相联通。9.根据权利要求1或6所述的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是快速放气阀(203)可以包括阀盖(203a)、阀体(203b)、空芯螺钉(203c)、阀杆(203d)、继电器(203e)、小弹簧(203f)、小密封(203g)、大密封(203h)、中密封(203i)、大弹簧(203j)、密封(203k)、阀塞(203l)，并由阀体(203b)下接管与气包(2)或柱塞(3)的快速放气孔(8)接通，继电器(203e)由导线与负载控制器(201)的输出接通。也可以在工作气压低的小型抽油机上，选用通用快速放气阀如Kp-L50-L1型快速放气阀。10.根据权利要求1或6所述的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是销式制动器(204)可以包括继电器(204a)、控制销(204b)、空芯螺钉(204c)、小弹簧(204d)、大弹簧(204e)、安全销(204f)、限位螺钉(204g)、调整垫(204h)、销座(204i)、连结法兰(5)、导轨(101h)并且销座(204i)用螺栓固定在连结法兰(5)上，继电器(204a)用导线与负载控制器(201)的输出连通。11.根据权利要求1或6所述的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是卡瓦式制动器(205)可以包括卡瓦座(205a)、卡瓦(205b)、弹簧(205c)、空芯螺钉(205d)、继电器(205e)、控制销(205f)，并且用螺钉将卡瓦座(205a)与法兰(4)固定在一起，继电器(205e)由导线与负载控制器(201)的输出连通。12.根据权利要求1或6所述的抽油机气平衡及其安全保护装置，其特征是断气开关(206)可以包括阀盖(206a)、阀体(206b)、空芯螺钉(206c)、阀杆(206d)、继电器(206e)、小弹簧(206f)、小密封(206g)、连结管(206h)、中密封(206i)、大弹簧(206j)、阀塞(206k)、密封(206l)、大密封(206m)，并且阀体(206b)下端管口同气包(2)的输出连通，连结管(206h)同柱塞(3)下端入口连通，继电器(206e)通过导线与负载控制器(201)的输出接通。全文摘要本发明提供的抽油机气平衡及其安全保护装置，是油田采油设备中的一个部分，其特征是气包同气缸合为一体，柱塞采用外部导向器，适用于游梁和无游梁抽油机的载荷平衡和调整。其安全保护装置采用了自动切断动力源，强行制动，快速放气措施能有效的对突然失载事故下的气平衡抽油机进行可靠的安全保护，以免事故进一步扩大。该安全保护装置同样适用于目前油田使用的活塞式或柱塞式抽油机气平衡装置的安全保护。文档编号F04B49/02GK1048436SQ9010377公开日1991年1月9日 申请日期1990年5月29日 优先权日1990年5月29日发明者翟国木 申请人:机械电子工业部兰州石油机械研究所