一种风电混合动力驱动抽油机系统及其工作方法技术方案

一种风电混合动力驱动抽油机系统，包括风能吸收装置、混合动力传动机构、电动机、抽油机、发电机、蓄电池和控制柜，混合动力传动机构具有两个动力输入端，电动机为双出轴电机，混合动力传动机构的一个动力输入端与风能吸收装置的动力输出端传动连接，混合动力传动机构的另一个动力输入端与电动机的双出轴一端传动连接，电动机的双出轴另一端与发电机动力输入端传动连接。本发明专利技术简单可靠，辅以电动力系统，控制逻辑简单，同时可吸收风能充裕时的风能，实现了更高的风能利用率；整个系统为刚性机械系统，结构简单，成本低，在现有抽油机系统的基础上改造成本低，节能效果显著。

【技术实现步骤摘要】
一种风电混合动力驱动抽油机系统及其工作方法
本专利技术属于石油开采
，具体涉及一种风电混合动力驱动抽油机系统及其工作方法。
技术介绍
游梁式抽油机是一种常用的石油开采设备，抽油机在工作过程中是靠电动机通过减速机来带动抽杆进行往复运动，因此，电能消耗是抽油机的最大能耗。风能资源是一种纯粹的绿色资源，在全球范围内的巨大蕴藏量、可再生、分布广、无污染的特性，使风能发电成为世界可再生能源发展的重要方向。风电是成本最低的温室气体减排技术之一，全球市场对于风电这样的零排放技术有着巨大并且持续增长的需求。一般的油田在地理位置上看，都处于旷野地带，地广人稀，风能资源丰富，这对风电系统的实施十分有利。因此，如何便捷地应用风力电能，成为抽油机节能降耗的迫切需要。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种原理科学、结构紧凑、节能环保的风电混合动力驱动抽油机系统及其工作方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种风电混合动力驱动抽油机系统，包括风能吸收装置、混合动力传动机构、电动机、抽油机、发电机、蓄电池和控制柜，混合动力传动机构具有两个动力输入端，电动机为双出轴电机，混合动力传动机构的一个动力输入端与风能吸收装置的动力输出端传动连接，混合动力传动机构的另一个动力输入端与电动机的双出轴一端传动连接，电动机的双出轴另一端与发电机动力输入端传动连接，发电机通过充电线路与蓄电池连接，蓄电池通过供电线与电动机连接，控制柜通过控制电缆分别与混合动力传动机构、电动机、抽油机、发电机和蓄电池连接。风能吸收装置包括下端固定在地面上的塔架，塔架内部通过推力轴承转动连接有沿竖向设置的风力驱动轴，塔架上部设有外支撑架，外支撑架上固定设有三块均竖向设置的导风板，三块导风板沿风力驱动轴的圆周方向均匀布置，三块导风板所在的垂直平面的交汇线为风力驱动轴的中心线，相邻两块导风板之间均通过一根外横撑杆连接，三块导风板的上部和下部均通过一个与风力驱动轴同中心线的固定环连接；风力驱动轴上端部伸出塔架，风力驱动轴的上端部通过内支撑架固定连接有均竖向设置的三块集风板，三块集风板位于三块导风板之间且沿风力驱动轴的圆周方向均匀布置，每块集风板所在的垂直平面均与沿风力驱动轴径向方向的一条直线垂直，相邻两块导风板之间均通过一根内横撑杆连接；塔架为上细下粗的圆锥筒结构，塔架下部右侧开设有穿孔，穿孔内沿左右水平方向穿设有第一齿轮轴，风力驱动轴下部安装有主锥齿轮，第一齿轮轴左端安装有与主锥齿轮轮啮合的第一锥齿轮。混合动力传动机构包括第一支架、第二支架和安装箱，第一支架上设有行星减速机，第一齿轮轴的右端通过超越离合器与行星减速机的动力输入轴传动连接，行星减速机的动力输出轴传动连接有平行于第一齿轮轴的第二齿轮轴，安装箱内转动设有第三齿轮轴和第四齿轮轴，第三齿轮轴沿前后水平方向设置，第四齿轮轴沿左右水平方向设置，第二齿轮轴右端伸入到安装箱内并设置有第二锥齿轮，第三齿轮轴上安装有第三锥齿轮，第二锥齿轮与第三锥齿轮的左侧部啮合，第四齿轮轴右端伸出安装箱并与抽油机的动力输入端传动连接，第四齿轮轴左端设置有第四锥齿轮，第四锥齿轮与第三锥齿轮的右侧部啮合，第二支架位于安装箱的前侧，电动机和发电机均设置在第二支架上，电动机位于发电机的后侧，蓄电池设置在第二支架下方，电动机的双出轴后端通过后联轴器与第三齿轮轴前端传动连接，电动机的双出轴前端通过前联轴器与发电机的动力输入轴传动连接。安装箱顶部设有安装架，安装架上转动设有平行于第三齿轮轴的安装轴，安装轴上设有飞轮，安装轴后端与第三齿轮轴后端之间通过带传动机构传动连接，安装轴的后端部安装有码盘，码盘通过数据信号线与控制柜连接。一种风电混合动力驱动抽油机系统的工作方法，包括风力充裕的工作模式和无风或风力较小的工作模式：风力充裕的工作模式的具体工作过程为：风力在导风板的导流下驱动集风板高速转动，集风板带动风力驱动轴转动，风力驱动轴下端的主锥齿轮通过第一锥齿轮驱动第一齿轮轴转动，第一齿轮轴通过超越离合器驱动行星减速机转动，行星减速机再驱动第二齿轮轴转动，第二齿轮轴上的第二锥齿轮驱动第三锥齿轮旋转，第三锥齿轮通过啮合的第四锥齿轮驱动第四齿轮轴旋转，第四齿轮轴为抽油机提供抽油作业的动力；与此同时，第三锥齿轮带动第三齿轮轴转动，第三齿轮轴后端通过带传动机构带动安装轴转动，安装轴上的飞轮也随之转动，同时码盘监测安装轴和飞轮的转速，码盘将飞轮转速的信号传输给控制柜，控制柜接收到码盘传输的信号后，若飞轮实际转速不小于设定值，控制柜发出电动机关闭的信号，此时只需要风能对抽油机驱动作业；同时第三齿轮轴前端通过电动机的双出轴驱动发电机工作，发电机发出的电能储存到蓄电池内；风力较小的工作模式的具体工作过程为：控制柜接收到码盘传输的飞轮转速信号，若飞轮实际转速小于设定值，此时说明第四齿轮轴的转速偏低，不能满足抽油机的正常作业，控制柜启动电动机，电动机采用变频电动机，同时使发电机与蓄电池之间断路，蓄电池为电动机供电，电动机驱动第三齿轮轴，第三齿轮轴上的第三锥齿轮通过第四锥齿轮驱动第四齿轮轴提升转速，同时第三齿轮轴通过带传动机构提高飞轮的转速，直到控制柜监测到飞轮的转速达到设定值后电动机的转速保持恒定；另外，第三锥齿轮还会通过第二锥齿轮驱动第二齿轮轴旋转，第二齿轮轴再驱动行星减速机，由于超越离合器的设置，超越离合器在第一齿轮轴的转速小于行星减速机输入轴转速时，切断第一齿轮轴向行星减速机的动力输入；当风力逐渐增大后，超越离合器再将第一齿轮轴与行星减速机输入轴连接，由风力驱动抽油机，同时控制柜关闭电动机，发电机与蓄电池之间的电路连通。采用上述技术方案，本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术中的风能吸收装置在三块集风板外部设置三块导风板，导风板起到导流风向使风力汇集到集风板上，这样可以提高风力利用效率，导风板的设置位置及角度可使得不同方向的风都能得到向集风板汇集。2、超越离合器的作用是控制风力输入的通断，当风力较小时，切断与行星减速机的连接，风力较大时可以满足抽油机的工作时，连通风力与行星减速机。3、飞轮的作用是作为机械能蓄能池，大惯量的飞轮可以减小混合动力传动机构内齿轮轴的转速波动，从而稳定抽油机的工作频率。4、码盘的作用是监测飞轮转速，将信息反馈给控制柜，当飞轮转速下降时，开启电动机，同时保持发电机与蓄电池之间断路，向飞轮补充能量。当风力充裕时，风力直接驱动抽油机，飞轮的速度会升高，为保证抽油机工作频率，控制柜可开启发电机，保持电动机与蓄电池之间断路，将风能存储在蓄电中，同时稳定飞轮转速。综上所述，本专利技术针对风能的不均匀性，使用超越离合器作为系统的输入控制装置，只允许风能进入混合动力装置，避免了无风少风条件下风能吸收装置对混合动力装置的负面影响；采用飞轮作为机械能蓄能池，简单可靠，辅以电动力系统，控制逻辑简单，同时可吸收风能充裕时的风能，实现了更高的风能利用率；整个系统为刚性机械系统，结构简单，成本低，在现有抽油机系统的基础上改造成本低，节能效果显著。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电混合动力驱动抽油机系统，其特征在于：包括风能吸收装置、混合动力传动机构、电动机、抽油机、发电机、蓄电池和控制柜，混合动力传动机构具有两个动力输入端，电动机为双出轴电机，混合动力传动机构的一个动力输入端与风能吸收装置的动力输出端传动连接，混合动力传动机构的另一个动力输入端与电动机的双出轴一端传动连接，电动机的双出轴另一端与发电机动力输入端传动连接，发电机通过充电线路与蓄电池连接，蓄电池通过供电线与电动机连接，控制柜通过控制电缆分别与混合动力传动机构、电动机、抽油机、发电机和蓄电池连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种风电混合动力驱动抽油机系统，其特征在于：包括风能吸收装置、混合动力传动机构、电动机、抽油机、发电机、蓄电池和控制柜，混合动力传动机构具有两个动力输入端，电动机为双出轴电机，混合动力传动机构的一个动力输入端与风能吸收装置的动力输出端传动连接，混合动力传动机构的另一个动力输入端与电动机的双出轴一端传动连接，电动机的双出轴另一端与发电机动力输入端传动连接，发电机通过充电线路与蓄电池连接，蓄电池通过供电线与电动机连接，控制柜通过控制电缆分别与混合动力传动机构、电动机、抽油机、发电机和蓄电池连接。


2.根据权利要求1所述的一种风电混合动力驱动抽油机系统，其特征在于：风能吸收装置包括下端固定在地面上的塔架，塔架内部通过推力轴承转动连接有沿竖向设置的风力驱动轴，塔架上部设有外支撑架，外支撑架上固定设有三块均竖向设置的导风板，三块导风板沿风力驱动轴的圆周方向均匀布置，三块导风板所在的垂直平面的交汇线为风力驱动轴的中心线，相邻两块导风板之间均通过一根外横撑杆连接，三块导风板的上部和下部均通过一个与风力驱动轴同中心线的固定环连接；
风力驱动轴上端部伸出塔架，风力驱动轴的上端部通过内支撑架固定连接有均竖向设置的三块集风板，三块集风板位于三块导风板之间且沿风力驱动轴的圆周方向均匀布置，每块集风板所在的垂直平面均与沿风力驱动轴径向方向的一条直线垂直，相邻两块导风板之间均通过一根内横撑杆连接；
塔架为上细下粗的圆锥筒结构，塔架下部右侧开设有穿孔，穿孔内沿左右水平方向穿设有第一齿轮轴，风力驱动轴下部安装有主锥齿轮，第一齿轮轴左端安装有与主锥齿轮轮啮合的第一锥齿轮。


3.根据权利要求2所述的一种风电混合动力驱动抽油机系统，其特征在于：混合动力传动机构包括第一支架、第二支架和安装箱，第一支架上设有行星减速机，第一齿轮轴的右端通过超越离合器与行星减速机的动力输入轴传动连接，行星减速机的动力输出轴传动连接有平行于第一齿轮轴的第二齿轮轴，安装箱内转动设有第三齿轮轴和第四齿轮轴，第三齿轮轴沿前后水平方向设置，第四齿轮轴沿左右水平方向设置，第二齿轮轴右端伸入到安装箱内并设置有第二锥齿轮，第三齿轮轴上安装有第三锥齿轮，第二锥齿轮与第三锥齿轮的左侧部啮合，第四齿轮轴右端伸出安装箱并与抽油机的动力输入端传动连接，第四齿轮轴左端设置有第四锥齿轮，第四锥齿轮与第三锥齿轮的右侧部啮合，第二支架位于安装箱的前侧，电动机和发电机均设置在第二支架上，电动机位于发电机的后侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春友，单晓敏，王利华，
申请(专利权)人：内蒙古民族大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15