目前，油田开发中普遍使用的是一种机械抽油设备——有杆式抽油机，它可 分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。游梁式抽油机由于其经久耐用、元件可 靠、维修方便等特点，目前在油田得到广泛的应用。但是有杆式抽油机在其使 用过程中，也暴露出一定的问题：
(1)装机功率大、能耗高、效率低
由于游梁式抽油机的体积庞大、结构复杂，因而具有很大的装机功率。目 前陆上油田抽油机的装机容量平均每台为32.6kw以上，我国陆上油田有杆抽油 机的年耗电量约为67.6亿千瓦时。究其原因，是由于其巨大的平衡块、减速器、 四联杆机构和皮带传动方式，在运行过程中，耗费了大量的能量。此外，电动 机不能根据抽油机上、下运行行程的负载变化而自动调节其输出功率，因此抽 油机的系统效率很低，仅为26％左右。
(2)自动控制性能差
油井的工况复杂多变，而目前的机械式游梁抽油机无法依照实际工况实时调 节其运动规律来满足油井不同冲程、冲次的工况工艺要求，同时游梁式抽油机 也无法解决抽油机的供液不足、泵效降低等问题。也不能对油井故障进行自动 诊断和控制，因此许多故障(如抽油杆或抽油泵断脱等)无法及时发现和避免， 从而影响产量并造成不必要的浪费。
为了解决上述问题，人们在抽油机上应用液压技术，液压抽油机参数调节方 便，容易实现无级调速，能很好地适应井况的变化。并且容易实现抽油机的长 冲程、低冲次，从而使抽油机的整机重量和占地面积都大大降低。
近年来，随着我国油田越来越多地需要长冲程、低冲次的抽油机来提高产液 量，人们研究了多种节能型的液压抽油机，这些抽油机在改善抽油机的运行参 数，提高抽油机的效率方面有了一定的进步，但由于设计的液压系统多是单纯 地从如何回收抽油机下冲程的能量角度出发，而没有充分地利用电机和液压泵 的效率，同时抽油机自适应能力差，导致系统效率低、抽油机节能效果不明显， 因而也就没有得到有效推广。

为了克服上述提到的能耗高、效率低及自控性差的不足，本发明的目的在 于提供一种降低装机功率的采用变频技术的闭式回路液压抽油机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
方案一：一种采用变频技术的闭式回路液压抽油机，由机械、液压、电控 三个部分组成：
1)机械部分：液压缸柱塞的上下两个活塞与液压缸相配，两个活塞间装有 液压缸隔板，固定销和滚轮支架将液压缸柱塞端部与动滑轮连接，动滑轮上绕 钢丝绳，钢丝绳一端连接固定基架，另一端连接抽油机光杆，抽油机光杆经采 油树连接抽油管；
2)液压部分：双向泵/马达一端经第一液压管路通过第一液控单向阀与液压 缸的上活塞油腔相连，另一端经第二液压管路通过第二液控单向阀与液压缸的 上活塞与液压缸隔板间的油腔相连，形成一闭式回路主液压管路；液控三位四 通棱阀与第一液压管路相连一端的一个进油口和一个控制油口、高压选择梭阀 与第一液压管路相连一端的一个进油口以及第一单向阀的出油口同时与第一液 控单向阀的进油口连接；液控三位四通棱阀与第二液压管路相连的另一端的一 个进油口和一个控制油口、高压选择梭阀与第二液压管路相连的另一端的进油 口、和第一单向阀串接的第二单向阀出油口同时与第二液控单向阀的进油口连 接；补油泵的进油口接油箱，补油泵的出油口分别接第一单向阀与第二单向阀 串接点和第一安全溢流阀的进油口，第二安全溢流阀的进油口接液控三位四通 棱阀出油口，第二安全溢流阀的出油口接第一安全溢流阀的出油口再分别经冷 却器、弹簧加载式单向阀后接油箱；第三安全溢流阀的进油口接在高压选择梭 阀的一个出油口，第三安全溢流阀的出油口接第一单向阀与第二单向阀串接点； 高压选择梭阀的另一个出油口经控制油液压管路与电磁换向阀的进油口相连， 电磁换向阀的出油口经控制油液压管路分别与第一液控单向阀和第二液控单 向阀的控制油口相连；定量泵的进油口接油箱，定量泵的出油口通过第三单向 阀分别与液压缸的无杆油腔、蓄能器、第四安全溢流阀的进油口连接，第四安 全溢流阀的出油口接油箱；液压缸的下活塞与液压缸隔板间的油腔与油箱相连；
3)电控部分：控制器的五个信号输入口通过五条信号线分别与速度-位移 传感器、抽油杆的上下极限位置的保护开关、上下位置行程开关相连，控制器 第一信号输出口通过第六信号线与电磁换向阀的电磁铁控制线相连，控制器第 二信号输出口通过第七信号线与变频器的一个信号输入口相连，变频器另一个 信号输入口通过信号线与光电编码器相连，变频器信号输出口通过另一信号线 与双向泵/马达的电机相连。
方案二：另一种采用变频技术的闭式回路液压抽油机，由机械、液压、电控 三个部分组成：
1)机械部分：液压缸柱塞的上下两个活塞与液压缸相配，两个活塞间装有 液压缸隔板，固定基架上装有定滑轮，固定销和滚轮支架将液压缸柱塞端部与 动滑轮连接，动滑轮上绕钢丝绳，钢丝绳一端连接固定基架，另一端经定滑轮 连接抽油机光杆，抽油机光杆经采油树连接抽油管；
2)液压部分：双向泵/马达一端经第一液压管路通过第一液控单向阀与液压 缸的上活塞油腔相连，另一端经第二液压管路通过第二液控单向阀与液压缸的 上活塞与液压缸隔板间的油腔相连，形成一闭式回路主液压管路；液控三位四 通棱阀与第一液压管路相连一端的一个进油口和一个控制油口、高压选择梭阀 与第一液压管路相连一端的一个进油口以及第一单向阀的出油口同时与第一液 控单向阀的进油口连接；液控三位四通棱阀与第二液压管路相连的另一端的一 个进油口和一个控制油口、高压选择梭阀与第二液压管路相连的另一端的进油 口、和第一单向阀串接的第二单向阀出油口同时与第二液控单向阀的进油口连 接；补油泵的进油口接油箱，补油泵的出油口分别接第一单向阀与第二单向阀 串接点和第一安全溢流阀的进油口，第二安全溢流阀的进油口接液控三位四通 棱阀出油口，第二安全溢流阀的出油口接第一安全溢流阀的出油口再分别经冷 却器、弹簧加载式单向阀后接油箱；第三安全溢流阀的进油口接在高压选择梭 阀的一个出油口，第三安全溢流阀的出油口接第一单向阀与第二单向阀串接点； 高压选择梭阀的另一个出油口经控制油液压管路与电磁换向阀的进油口相连， 电磁换向阀的出油口经控制油液压管路分别与第一液控单向阀和第二液控单向 阀的控制油口相连；定量泵的进油口接油箱，定量泵的出油口通过第三单向阀 分别与液压缸的下活塞与液压缸隔板间的油腔、蓄能器、第四安全溢流阀的进 油口连接，第四安全溢流阀的出油口接油箱；液压缸的无杆油腔与油箱相连；
3)电控部分：控制器的五个信号输入口通过五条信号线分别与速度-位移传 感器、抽油杆的上下极限位置的保护开关，上下位置行程开关相连，控制器第 一信号输出口通过第六信号线与电磁换向阀的电磁铁控制线相连，控制器第二 信号输出口通过第七信号线与变频器的一个信号输入口相连，变频器另一个信 号输入口通过信号线与光电编码器相连，变频器信号输出口通过另一信号线与 双向泵/马达的电机相连。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：本发明应用了变频技术来 控制三相异步电动机的转速，从而控制泵输出流量，达到按一定规律控制液压 缸进而控制液压抽油机运行速度的目的，可使抽油机—抽油杆—抽油泵能动态 协调，增产、节能明显；变频调速能按系统的需要来提供流量从而将系统溢流 的损失降到最低限度，因而此系统无论负载如何变化，输出功率都能适应负载 要求的变化，具有很强的自控性。本发明使用了上下行程开关，速度、位移传感 器等电控设备，通过控制器、变频器实现对电动机及控制阀电磁铁等的矢量闭 环控制技术，从而实现过载、过电流、过电压、瞬时失速等多种较强的保护功 能。本发明充分利用液压系统本身的优势，并从提高抽油机的整体效率出发， 在降低抽油机的装机功率、有效利用抽油机的下行能量的同时，最大限度的提 高液压泵和电机的效率。总之，本液压抽油机结合了当代的液压容积调速技术、 计算机技术、变频控制技术，软硬件资源丰富，系统控制灵活，使其具有结构 简单、节能效果显著、自适应性强等优点。本抽油机可被广泛应用于油田采油。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的一种结构原理示意图；
图2是本发明的另一种结构原理示意图。
图中：1.油箱，2.液压管路，3.定量泵，4.联轴器，5.电机，6.单向阀，7. 液压管路，8.蓄能器，9.安全溢流阀，10、11、12.液压管路，13.冷却器，14、 16、17、18.液压管路，15.弹簧加载式单向阀，19.安全溢流阀，20、21.液压 管路，22.电机，23.联轴器，24.双向泵/马达，25.光电编码器，26.补油泵， 27.电机，28.联轴器，29.液压管路，30.信号线，31、32、33.液压管路，34、 35.单向阀，36.液压管路，37.安全溢流阀，38.液压管路，39.高压选择梭阀， 40、41、42、43、44.液压管路，45.液控三位四通棱阀，46、47.液压管路，48. 安全溢流阀，49、50、51、53.为液压管路，52、54、55.流经控制油的液压管 路，56、57.液控单向阀，58.电磁换向阀，59、60.液压管路，61.密封圈，62、 65.分别为抽油杆的上、下极限位置的保护开关，63、64.分别为上、下位置行 程开关，66.柱塞上端挡铁，67.固定基架，68.信号线，69.变频器，70、71.信 号线，72.控制器，73、74、75、76、77.信号线，78.动滑轮，79.钢丝绳，80. 滚轮支架，81.固定销，82.液压缸柱塞，83.液压缸，84.速度-位移传感器，85. 抽油机光杆，86.液压缸隔板，87.采油树，88.抽油管，89.固定地面，90.定滑 轮。其中，虚线52、54、55为液压部分内容，表示液压管路中流的为控制油， 虚线30、68、70、71、73、74、75、76、77则为电控部分内容，表示各种电控 制信号。

如图1所示，本发明包括：
机械部分：液压缸柱塞82的上下两个活塞与液压缸83相配，两个活塞间装 有液压缸隔板86，固定销81和滚轮支架80将液压缸柱塞82端部与动滑轮78 连接，动滑轮78上绕钢丝绳79，钢丝绳79一端连接固定基架67，另一端连接 抽油机光杆85，抽油机光杆85经采油树87连接抽油管88。
液压部分：双向泵/马达24一端通过液压管路31与第一液控单向阀56的进 油口相连，再通过液压管路59与液压缸83的上活塞油腔83A相连，另一端通过 液压管路42与第二液控单向阀57的进油口相连，再通过液压管路60与液压缸 83的上活塞与液压缸隔板86间的油腔83B相连，形成一闭式回路主液压管路； 液控三位四通棱阀45一端的一个进油口通过液压管路43与第一液控单向阀56 的进油口端液压管路31相连，液控三位四通棱阀45的一个控制油口通过液压 管路46与第一液控单向阀56的进油口端液压管路31相连，高压选择梭阀39一 端的一个进油口通过液压管路40与第一液控单向阀56的进油口端液压管路31 相连，第一单向阀34的出油口通过液压管路32与第一液控单向阀56的进油口 端液压管路31相连；液控三位四通棱阀45另一端的一个进油口通过液压管路 44与第二液控单向阀57的进油口端液压管路42相连，液控三位四通棱阀45的 一个控制油口通过液压管路47与第二液控单向阀57的进油口端液压管路42相 连，高压选择梭阀39另一端的进油口通过液压管路41与第二液控单向阀57的 进油口端液压管路42相连，与第一单向阀34串接的第二单向阀35出油口通过 液压管路33与第二液控单向阀57的进油口端液压管路42相连；补油泵26的 进油口通过液压管路21接油箱1，另一端分别通过液压管路29与第一单向阀 34与第二单向阀35串接点相连，通过液压管路29、20与第一安全溢流阀19的 进油口相连，第二安全溢流阀48的进油口接液控三位四通棱阀45出油口、第 二安全溢流阀48的出油口通过液压管路17接第一安全溢流阀19的出油口端， 再通过液压管路18、冷却器13、液压管路12或经液压管路14、弹簧加载式单 向阀15、液压管路16后接油箱1；第三安全溢流阀37的进油口通过液压管路 38接高压选择梭阀39的一个出油口，第三安全溢流阀37的出油口通过液压管路 36接第一单向阀34与第二单向阀35串接点；高压选择梭阀39的另一个出油口 通过控制油液压管路52与电磁换向阀58的进油口相连，电磁换向阀58的出油 口经控制油液压管路54与第一液控单向阀56的控制油口相连，经控制油液压 管路55与第二液控单向阀57的控制油口相连；定量泵3的进油口通过液压管 路2接油箱1，定量泵3的出油口经第三单向阀6分别通过液压管路7与液压缸 83的无杆油腔83D相连，通过液压管路51与蓄能器8相连，通过液压管路50 与第四安全溢流阀9的进油口连接，第四安全溢流阀9的出油口通过液压管路 10接油箱1；液压缸83的下活塞与液压缸隔板86间的油腔83C通过液压管路 11与油箱1相连。
电控部分：控制器72的五个信号输入口通过五条信号线73、74、77、75、 76分别与速度-位移传感器84，抽油杆的上、下极限位置的保护开关62、65， 上、下位置行程开关63、64相连，控制器72第一信号输出口通过第六信号线 68与电磁换向阀58的电磁铁控制线相连，控制器72第二信号输出口通过第七 信号线71与变频器69的一个信号输入口相连，变频器69另一个信号输入口通 过信号线30与光电编码器25相连，变频器69信号输出口通过另一信号线70 与双向泵/马达24的电机22相连。
在图2中与图1中的区别在于：在图2中其机械部分：液压缸柱塞82的上 下两个活塞与液压缸83相配，两个活塞间装有液压缸隔板86，固定基架67上 装有定滑轮90，固定销81和滚轮支架80将液压缸柱塞82端部与动滑轮78连 接，动滑轮78上绕钢丝绳79，钢丝绳79一端连接固定基架67，另一端经定滑 轮90连接抽油机光杆85，抽油机光杆85经采油树87连接抽油管88。上述液 压部分的连接方式基本一致，区别在于：在图2中，蓄能器8出口通过液压管 路51、7与液压缸83的下活塞与液压缸隔板86间的油腔83C相通，以实现其 配重平衡功能的；液压缸83的无杆油腔83D通过液压管路11与油箱1相连。
由于两种方案液压部分、电控部分的原理基本相同，此处主要就闭式回路液 压抽油机节能系统方案一对其工作过程原理作如下说明：
(1)柱塞上行
抽油机上冲程时，控制器72给变频器69输出控制信号71，变频器69通过 控制信号70驱动电动机22低速运转；同时控制器72输出控制信号68，将电磁 换向阀58打到右位；电动机22通过联轴器23驱动双向泵/马达24，向液压管 路42中输出高压油，通过液压管路42，经液控单向阀57，打入液压缸83的上 活塞与液压缸隔板86间的油腔83B；此时液压管路42中的高压油作为控制油通 过液压管路41、高压选择梭阀39、进入液压管路52，经电磁换向阀58右位、 液压管路54到达液控单向阀56，将液控单向阀56打开，所以上述液压缸83的 上活塞油腔83A中流出的油液可以顺利的通过液控单向阀56；进入液压缸83的 上活塞与液压缸隔板86间的油腔83B中的高压油推动柱塞82上行，带动动滑 轮78上行，进而带动抽油杆85上行；在活塞82上行过程中，液压缸83的上 活塞与液压缸隔板86间的油腔83B油液被排出，通过液压管路59、液控单向 阀56、液压管路31再次被吸入到双向泵/马达24之中，液压缸83的下活塞与 液压缸隔板86间的油腔83C中被排除的液压油直接经液压管路11回油箱；定 量泵3打出的液压油经单向阀6、液压管路51、7进入到液压缸83的无杆油腔 83D对液压缸83的无杆油腔83D进行补油，另一方面蓄能器8通过液压管路51、 7与液压缸83的无杆油腔83D相通，使得液压缸83的无杆油腔83D保持某一恒 定的压力，可以用来平衡一部分负载，起到配重的作用。在运行过程中，控制 控制器72实时检测速度-位移传感器84输出的信号73，并计算出此时抽油机的 运行速度和位移；变频器69检测光电编码器25输出的信号30，算出此时电动 机22的转速。在控制器72内，将输入的位移信号与预先设定的冲程相比较， 将输入的速度信号与理想运行速度曲线相对比后，不断输出控制信号71到变频 器69，使变频器不断输出信号70来调节电动机22的转速，改变进入液压缸83 的油液流量，进而不断调节抽油杆85的运行速度，使其运行在最理想的工作状 态下。当抽油杆的位移接近设定冲程时，柱塞上端挡铁66触动上位置行程开关 63，使其产生控制信号75到控制器72，控制器72发出控制信号71到变频器 69，变频器69通过控制信号70降低电动机22的转速，使双向泵/马达24的供 油减少，直至电动机22转速变为零，无流量输出，同时电磁换向阀58失电， 液控单向阀55、56的控制油压降为零，使液压缸83被锁定在固定位置，停止 运动，抽油杆85速度变为零；抽油杆85到达上冲程位置后，按理想速度曲线 要停留一段时间，将抽油杆85的变形能释放掉，此时由上述的锁紧回路来实现 其可靠停留。
(2)柱塞下行
抽油机下冲程时，控制器72给变频器69输出控制信号71，变频器69通过 控制信号70驱动电动机22反向低速运转；同时控制器72输出控制信号68，将 电磁换向阀58打到右位；电动机22通过联轴器23驱动双向泵/马达24，向液 压管路31中输出高压油，通过液压管路31，经液控单向阀56、液压管路59打 入液压缸83的上活塞油腔83A中；此时液压管路31中的高压油作为控制油通 过液压管路40、高压选择梭阀39、进入液压管路52，经电磁换向阀58右位、 液压管路54、55到达液控单向阀57，将液控单向阀57打开，所以上述液压缸 83的上活塞与液压缸隔板86间的油腔83B中流出的油液可以顺利的通过液控单 向阀57；进入液压缸83的上活塞油腔83A中的高压油推动液压缸83的柱塞82 下行，带动滚轮78下行，进而带动抽油杆85下行；在活塞82下行过程中，液 压缸83的上活塞与液压缸隔板86间的油腔83B油液被排出，通过液压管路60、 液控单向阀57、液压管路42再次被吸入到双向泵/马达24之中，利用打到液压 缸83的上活塞油腔83A中的压力，并利用抽油机下冲程使得能量使活塞82向 下运行，将一部分能量通过液压缸83的无杆油腔83D经液压管路7、51回收到 蓄能器8之中，进行能量存储；液压缸83的下活塞与液压缸隔板86间的油腔 83C由于体积变大产生自吸效果，通过液压管路11连结液压缸1，向液压缸83 的下活塞与液压缸隔板86间的油腔83C中吸油进行补油。在运行过程中，控制 器72实时检测速度-位移传感器84输出的信号73，并计算出此时抽油机的运行 速度和位移；变频器69检测光电编码器25输出的信号30，算出此时电动机22 的转速；在控制器72内，将输入的位移信号与预先设定的冲程相比较，将输入 的速度信号与理想运行速度曲线相对比后，不断输出控制信号71到变频器69， 使变频器不断输出信号70来调节电动机22的转速，改变输出液压缸83内的油 液流量，进而不断调节抽油杆85的运行速度，将其运行在最理想的工作状态下。 当抽油杆的位移接近设定冲程时，柱塞上端挡铁66触动下位置行程开关64，使 其产生控制信号76到控制器72，控制器72发出控制信号71到变频器69，变 频器69通过控制信号70降低电动机22的转速，使双向泵/马达24的供油减少， 直至电动机22转速变为零，无流量输出，同时电磁换向阀45失电，液控单向 阀56、57的控制油压降为零，使液压缸83被锁定在固定位置，停止运动，抽 油杆85速度变为零；抽油杆85到达下冲程位置后，按理想速度曲线也要停留 一段时间，使抽油泵的添满系数达到最佳。
闭式回路液压抽油机节能系统方案二的原理与方案一基本相同，区别在于， 方案二柱塞下行过程恰是抽油机的上冲程过程，柱塞上行过程则是抽油机下冲 程过程。
在抽油机上、下运行过程中，抽油机速度、位置信号实时反馈给控制器72 并记录下来，通过与控制器72内设定的理想运行曲线相比较，构成抽油机速度 反馈大闭环，从而对抽油机速度进行实时调节控制，使其达到最佳的采油状态。 在抽油机的运行过程中，电动机能够根据负载的变化，不断地调节其输出功率， 进而节省了大量能量。
将所需要的抽油机冲程和冲次数输入到控制器72，控制器72会自动调节流入、 流出液压缸83的油液流量，从而调节抽油机的冲次；同时自动设置、检测 抽油机的速度、位移传感器，从而自动调节抽油机的冲程。
由于抽油机上、下冲程频繁工作，因此系统油液温升较大，必需采用冷确系 统，本系统采用补油泵26对闭式回路强制冷却回路，实现良好的冷却效果。
本系统采用闭式液压回路系统，使得液压缸83两个工作容腔即液压缸83的 上活塞油腔83A、液压缸83的上活塞与液压缸隔板86间的油腔83B内的油液得 到有效的利用，大大节省了液压油的使用量，同时，系统结构紧凑，安全性强。
本系统采用锁紧回路实现行程末端抽油机的停留，具有响应快，锁定安全可 靠的特点。
采用蓄能器8做配置，使系统的装机功率大为降低。蓄能器8产生一定的压 力油作用在液压缸83的柱塞杆82上，使得在抽油杆85上冲程时，其作用力抵 消抽油杆85一部分重力促使抽油杆85上行；在抽油杆85下冲程时，其作用力 仍可用来抵消抽油杆一部分重力，实现其配重功能，还可以用来回收抽油机下 冲程时的能量，实现能量的再利用。蓄能器8也起到了缓冲上、下行程末端机 械冲击的作用，使得抽油机的运行效果更加稳定。
当液压缸83的柱塞82由于意外事故而冲出其规定行程时，柱塞杆82上端 挡铁将接触上、下极限位置的保护开关62、65，迫使系统断电，实现断电保护。
系统其它组成部件中，当速度-位移传感器84测得抽油杆85在抽油机工作 的过程中发生意外速度过大时，会在控制器72产生控制信号68使电磁换向阀 58打到左位，液控单向阀56、57的控制油压为零，形成自锁回路，实现液压缸 83油路锁紧，使抽油机安全制动。在抽油机的上行程中，由于超载，会使双向 泵/马达24的出口压力上升，此时安全溢流阀37会迅速打开，实现闭式回路由 高压管路到低压管路的溢流保护，将压力保持在工作压力上限，防止其继续上 升。可见本系统在安全可靠问题上具有多重保护功能。