[发明专利]用于带有旋转或往复运动块的装置的节能系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年9月8日提交的美国临时申请No.61/240,399的受益权，该申请的全部内容出于各种目的在此通过参引方式结合。本申请还是2008年9月10日提交的共同待审美国申请No.12/207,913的部分继续申请，共同待审美国申请No.12/207,913要求2008年7月21日提交的美国临时申请61/135,402和2007年9月14日提交的美国临时申请60/993,706的受益权，上述申请的全部内容出于各种目的在此通过参引方式结合。

关于联邦赞助研发的声明

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微缩胶片附录参引

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技术领域

本发明涉及一种用于操作抽油机和其他带有旋转或往复运动块的装置的电动马达。

背景技术

抽油机是用于在油井中安装于井下的往复活塞泵的地上驱动装置。当井底压力不足以使液体自行流至地面时，抽油机将液体机械地提升至井外。抽油机通常由从公用电网接收电能的电动马达提供动力。抽油机将马达的旋转机械作用转换为竖直往复运动以驱动井下泵。存在抽油机的许多不同的设计，包括但不限于常规设计、拉夫金·马克II(LufkinMark II)设计、游梁平衡设计、气动平衡设计、斜直井眼设计和常规便携式设计。抽油机可以从许多供应商得到，包括拉夫金的拉夫金工业公司(Lufkin Industries，Inc.of Lufkin)，堪萨斯的科菲维尔的德克萨新和库克泵公司(Texas and Cook Pump Company of Coffeyville，Kansas)。

抽油机电动马达通常使齿轮传动装置或变速器的一组带轮旋转，所述齿轮传动装置或变速器又驱动一对曲柄或曲臂。对于典型的常规抽油机设计，曲柄提升和降低被称为“游梁”的杠杆或梁的端部，杠杆或梁在游梁支柱或A形架上枢转。被称为“驴头”的弯曲金属箱位于游梁的另一端上，曲臂从上述另一端与梁连接。曲柄的一端通常附连有配重或往复运动块。游梁拉杆臂通常跨在配重和游梁的与驴头相反的端部之间。缆索将驴头连接至竖直光杆，竖直光杆连接到延伸至井下泵的管件或抽油杆的竖直管柱上。

配重辅助马达提升抽油杆或管状管柱的管柱。当马达向上提升配重时，驴头向下运动，向下推动抽油杆或管状管柱。在配重到达其旋转的顶部以后，配重摆转并利用配重的动量和质量(动能)辅助马达沿相反的方向旋转游梁。当配重从其最上部位置向下自由下落时，驴头向上运动，向上提升抽油杆的管柱。美国专利No.4,051,736提出了一种用于使油井泵往复运动的改进的抽油机。

尽管存在不同的井下泵设计，但井下泵通常包括在位于生产油管的端部处或附近的泵筒内往复运动的柱塞或活塞。两个独立的阀通常完成泵送作用。固定止回阀可以在活塞以下紧固在泵筒内，活塞可以包括游动止回阀。活塞的上行行程打开固定阀，并在游动阀保持关闭时将流体抽入泵筒内。活塞的下行行程打开游动阀，并在固定筒保持关闭时从泵筒向上压迫流体。美国专利No.3,578,886、No.4,173,451和No.6,904,973提出了井下泵。

众所周知，电动马达可以进入操作的能量产生模式。对于与抽油机一起使用的电动马达，根据配重与管件或抽油杆柱之间的平衡的状态，在配重旋转期间的任意时刻均可能发生能量产生模式。根据每个行程中由抽油杆柱提升的流体的量和组分，平衡的状态可能从泵送行程到另一个行程地波动。在能量产生模式下，光杆及附连的抽油杆或管状管柱可以向上或向下运动。

油井所有者必须基于抽油机马达所消耗的电力的量来支付其用电账单。消耗的电能的量通过电表测量。过去，消耗的功率的量通过模拟电表测量。现在则使用许多数字电表。无论是模拟设计或数字设计，由公共事业公司自行决定，电表均可以构造为允许或防止用户赊购供给回到电力网的产生的电能。抽油机系统是如此低效的发电机，以至于产生任何发电所需的耗能的量显著地超过所产生的电能。因此，无论公共事业公司是否赊购产生的电能，对于用户而言，避免能量产生总是有利的。

在发电期间，马达将试图获得超过设施线路电压的电压，由此导致电流沿相反的方向流动。由公用电网提供的负载用作制动，限制了否则将会发生的马达的加速。马达的这种制动动作防止抽油机的下落重量产生可能辅助泵送作用的另外的动能。该转换的动能可以用作对来自公用电网的电能的替代。