CN101059071A - 吊重平衡游梁式抽油机 - Google Patents
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Abstract
一种高效节电、安全耐用的吊重平衡游梁式抽油机。在总体结构上，它采用支架、托架承载机构，解除了《曲柄平衡游梁式抽油机》驱动机构的沉重负载，使驱动机件受力小，大幅度提高了使用寿命。在平衡方式上，它采用吊重滑轮组平衡结构以及游梁前置和驱动前置结构，巧妙实现了光杆下落重力功的‘回收利用’，尤其重点解决了抽油机抽汲过程中的‘跟踪平衡’这个大难题，使配套电动机容量下降50％以上，大幅度降低了驱动力。同时满足了较大冲程参数设计条件。在平衡吊砣软连接和曲柄销装置这两个易损关键零部件设计上，采用了独特的钢丝绳芯橡胶带和曲柄销锁紧螺母防松结构，大幅度提高了安全性能，实现了免维护性。
Description
一、技术领域
本发明是针对目前采油工程中在用抽油机的高耗能问题而研发出的一种高效节电、安全耐用抽油机。
二、背景技术
曲柄平衡游梁式抽油机是采油工程广泛使用的主流机型，该机主要问题有两点：①耗能高，效率低，电能浪费巨大，②机件故障多，停机损失大。面对我国资源环境压力的现实，开发节能、耐用的抽油机对推行节约型生产模式意义重大。
《吊重滑轮组平衡式抽油机》是我2002年3月14日申请，并于2003年4月9日授权公告的《实用新型专利》，(专利号：ZL02224640.1)。经几年来工业性实验应用，节能效果非常显著，但受设计结构局限性，冲程难以做大，仅适用于小冲程规格的机型，较大冲程规格的机型采用本发明方案。
三、发明内容
本发明旨在解决上述背景技术中存在的不足，为采油工程提供高效节电、安全耐用的新一代抽油机。
为了解决《曲柄平衡游梁式抽油机》高耗能和高故障问题以及《吊重滑轮组平衡式抽油机》设计大冲程结构受限问题和吊坨软连接钢丝绳使用寿命低的问题，本发明采用了下列技术方案：
1.整体结构设计上改《曲柄平衡游梁式抽油机》的曲柄平衡方式为吊重平衡方式，改《曲柄平衡游梁式抽油机》的杠杆式游梁为前置游梁。这样，在平衡结构设计上通过动滑轮、两个定滑轮、钢丝绳芯橡胶带、吊坨等机构设计，巧妙回收利用了光杆下落的重力功和解决了机构运动‘跟踪平衡’问题，大幅度降低了驱动力，突破了节能50％以上的节电效果。同时，采用滑轮组平衡机构，能以较少的吊坨，产生成倍的平衡力矩，节约吊坨材料，减少钢丝绳芯橡胶带负荷。
2.改《吊重滑轮组平衡式抽油机》的后置式驱动机构为前置式驱动机构，满足了大型机冲程设计较大的结构条件。由底座(1)、支架(2)、游梁(4)、曲柄轮(9)、推拉杆(11)组成的四连杆机构，通过曲柄轮旋转改变由曲柄半径和推拉杆(11)组成的连杆长度，使游梁(4)上、下摆动。本设计游梁(4)愈长或曲柄销装置(10)位置的旋转半径愈大，抽油机冲程愈大。
3.本设计结构，由支架(2)和托架(12)承载了全部抽油负载和配重负载，驱动机件[包括减速机(8)、曲柄轮(9)、曲柄销装置(10)、推拉杆(11)]受力小，寿命长，价值高、故障率高的减速机大幅度提高了使用寿命。《曲柄平衡游梁式抽油机》存在的翻机、折梁、减速机打齿、曲柄销折断等常见故障本机都不会发生。实现了节能、耐用的两重目标。
4.采用双排滑轮组结构，更安全可靠耐用。
5.改《吊重滑轮组平衡式抽油机》吊坨软连接使用钢丝绳方案为本发明设计的钢丝绳芯橡胶带方案，该带采用弯曲疲劳强度优良的多根钢丝绳(Φ4.5～Φ7)，以4mm间隔均布并施加相同的予张力、外包耐候性优良的橡胶硫化成型，为强化承压面寿命，在承压面有承压防裂垫层，耐弯曲疲劳强度优异，实现了免维护功能。钢丝绳数量和包胶层厚度以及带的长度根据各机型设计。两端接头采用热灌铅连接方案，连接强度优异。
6.本发明设计了由6个内六方螺钉顶紧的曲柄销螺母防松结构，彻底解决了原曲柄销锁紧螺母的松动问题并因松动而产生的大量故障。
在科学实践的基础上，本发明全面分析机、电、井，从系统工程的角度研究节能解决方案，总结出全新理念的五条创新理论：
1、对常年不停连续工作的抽油机，降低配套动力是节能的关键。
2、达到井下液面动态平衡是抽油机的最佳抽汲参数，大冲程理论有局限性。
3、按液体渗出理论分析，勤抽才能快渗。对低渗贫油田采用小冲程、小泵径、合理冲次，对富油田采用大泵径、中冲程、合理冲次是节能并增产的可行之路。
4、游梁机的光杆变速运动参数符合液体抽汲理论，无游梁机的匀速运动并不可取。
5、吊重平衡方式比曲柄平衡方式更能回收利用光杆下落的重力功。
本发明的有益效果是：
1.与《曲柄平衡游梁式抽油机》相比，节电率50％以上。
2.与《吊重滑轮组平衡式抽油机》相比，满足了大型机冲程设计结构条件。
3.使用安全可靠性优良。
四、附图说明
图1 结构总图
图2 工作原理示意图
图3 跟踪平衡示意图
图4 滑轮组排列形式示意图
图5 横向双排滑轮组示意图
图6 钢丝绳芯橡胶带结构图
图7 钢丝绳芯橡胶带接头制造方法示意图
图8 曲柄销锁紧螺母防松结构图
五、具体实施方式
(一)设计结构实施说明：(图1)
本机由底座(1)、支架(2)、游梁支座(3)、游梁(4)、驴头(6)、减速机座(7)、减速机(8)、曲柄连杆驱动机构[包括左右对称两个曲柄轮(9)、对称两个曲柄销装置(10)、对称两个推拉杆(11)、横梁组合(5)]、托架(12)、动滑轮(13)(一个单排或两个并排，参见图4、图5)、定滑轮(14)(一个单排或两个并排，参见图4、图5)、钢丝绳芯橡胶带(15)(一个单排或两个并排)、吊坨(16)、导杆(17)、动力装置(18)、皮带轮(19)、刹车兼飞轮(20)、驴头绳(21)、支杆(22)、护栏(23)等主要零、部件组成。
支架(2)固定在底座(1)上，游梁(4)以游梁支座(3)固定在支架(2)上，以游梁支座为轴心可上下往复摆动。平衡吊坨(16)用钢丝绳芯橡胶带(15)软连接，钢丝绳芯橡胶带(15)另一端固定在托架(12)上，经动滑轮(13)、前、后两个定滑轮(14)在游梁(4)前端总是施加一与负载力矩反向的平衡力矩。曲柄轮(9)对称安装在减速机(8)两侧输出轴上，推拉杆(11)(一组)下端与曲柄轮(9)用曲柄销装置(10)联接，推拉杆(11)(一组)上端与游梁(4)用横梁组合(5)(含轴承座装置)以铰链方式联接。动力装置(18)的三角带皮带轮(19)安装在减速机(8)一侧的输入轴上，减速机(8)另一侧的输入轴上安装的是刹车兼飞轮(20)。
本结构设计游梁愈长或摆角愈大，抽油机冲程愈大。
(二)工作原理说明：(图2)
工作时，动力装置经三角胶带拖动减速机运转，减速机输出轴带动曲柄轮逆时钟或顺时钟方向旋转，通过推拉杆往复推拉运动使游梁上摆或下摆。游梁上摆运动时，吊坨落体重力施加一提升力矩也使游梁上摆而抽油。游梁下摆运动时，泵杆下落，活塞进油，同时吊坨被提升积蓄位能。以上动作周而复始而实现抽油作业。
(三)节能原理及安全耐用说明：
1.采用吊重平衡方式，100％回收利用了光杆下落的重力功，从而降低了配套动力。曲柄平衡方式的最大问题是‘配重块’形成几何偏心，转动惯量极大，为启动势必要配大容量电机，运转时又是大马拉小车，造成很大的低功率因数空载电能损耗，同时平衡配重块不能实现与负载变化的跟踪平衡，配重块本身又是减速机轴的很大的离心力负载，严重影响其使用寿命。本发明为吊重平衡方式，当抽油机下冲程时，光杆自重下落的重力作功，全部转化为吊坨上升积蓄位能，当抽油机上冲程时，吊坨下落释放位能，从而减少了动力输出能量。同时本平衡方式解除了《曲柄平衡游梁式抽油机》减速机的沉重负载，抽油负载和配重负载全由支架和托架承载了，整体驱动机件受力小，寿命长，价值高的减速机大幅度提高了使用寿命，实现了节能和耐用双重目标。
2.采用游梁前置方式，并在游梁前端加反向吊重提升力矩直接平衡负载力矩，使吊重提升力矩与负载力矩都以游梁支座旋转轴心为矩心，实现了运动过程中的跟踪平衡效果，减少了电动机做功。即根据实际抽油时上冲程负载较大，并由起始较大逐渐变小，下冲程负载比上冲程负载较小的工况变化规律，设计平衡力矩也随抽油工况而变化，即上冲程时由大变小，利于抽油，下冲程时先小再大，利于光杆回落，从而减少动力输出。
跟踪平衡原理以图3做特别说明：由图可见，下死点时平衡力臂在x轴上的投影力臂最长，平衡力矩最大，非常利于抽油。相反，上死点时平衡力臂在x轴上的投影力臂最短，平衡力矩最小，非常利于油杆回落。从而减少电动机做功。(注：负载力臂在x轴上是不变的)
3.根据滑轮组省力一半的原理，采用滑轮组平衡机构，能以较少的吊坨，产生成倍的吊重平衡力矩。采用双排滑轮组结构，中间让出空间，可以降低托架设计高度。动滑轮纵向也采用双排结构，能改善钢丝绳芯橡胶带弯曲的曲率半径，提高使用寿命，更好地实现了安全、可靠、耐用性能。(图4、图5)
(四)吊坨钢丝绳芯橡胶带特别说明(图6)
直接用单根钢丝绳做吊坨软连接，在滑轮接触处易弯曲折断和磨损，并且必须经常加润滑脂维护，使用寿命短。本发明采用弯曲疲劳强度优良的多根钢丝绳(27)(Φ4.5～Φ7)，以4mm间隔均布并施加相同的予张力、外包耐候性优良的橡胶包胶层(26)，经硫化成型的钢丝绳芯橡胶带，实现了高寿命和免维护两个特性。。为强化承压面寿命，在承压面有承压防裂垫层(28)，。钢丝绳数量和包胶层厚度以及带的长度根据各机型设计。
两端接头采用热灌铅方案(图7)，将接头处钢丝绳剥光包胶，分别穿入连接板(31)和特制带锥度的小灌铅套(29)、大灌铅套(30)内，分开钢丝绳股(26-1)，端部折弯，灌满熔铅(32)后冷却。连接强度非常优异。
(五)曲柄销锁紧螺母防松结构特别说明(图8)
传统锁紧螺母防松一般采用双螺母或开口销，使用中最易发生松动而造成折断曲柄销轴(36)的故障。本发明采用六个内六方螺钉(33)和垫板(35)，当锁紧螺母(34)拧紧后，再拧紧六个内六方螺钉(33)顶紧垫板(35)，永不会松动。
附图注释：
图中：
1.底座 2.支架 3.游梁支座 4.游梁 5.横梁组合 6.驴头 7.减速机座 8.减速机 9.曲柄轮 10.曲柄销装置 11.推拉杆 12.托架 13.动滑轮 14.定滑轮 15.钢丝绳芯橡胶带 16.吊坨 17.导杆 18.动力装置 19.皮带轮 20.刹车兼飞轮 21.驴头绳 22.支杆 23.护栏 24.动滑轮轴承座 25.定滑轮轴承座 26.钢丝绳26-1.钢丝绳分股 27.包胶层 28.承压防裂层 29.小灌铅套 30.大灌铅套 31.连接板 32.热灌铅 33.内六方螺钉 34.锁紧螺母 35.垫板 36.曲柄销轴 37.曲柄销套 38.轴承座 39.调心轴承 40.挡板 41.轴承盖 42.螺钉 43.螺钉。
Claims (4)
1、一种高效节电、安全耐用的吊重平衡游梁式抽油机。其特征是：由底座(1)、支架(2)、游梁支座(3)、游梁(4)、驴头(6)、减速机座(7)、减速机(8)、曲柄连杆驱动机构[包括左右对称两个曲柄轮(9)、对称两个曲柄销装置(10)、对称两个推拉杆(11)、横梁组合(5)]、托架(12)、动滑轮(13)(一个单排或两个并排，参见图4、图5)、定滑轮(14)(一个单排或两个并排，参见图4、图5)、钢丝绳芯橡胶带(15)(一个单排或两个并排)、吊坨(16)、导杆(17)、动力装置(18)、皮带轮(19)、刹车兼飞轮(20)、驴头绳(21)、支杆(22)、护栏(23)等主要零、部件组成，支架(2)固定在底座(1)上，游梁(4)以游梁支座(3)固定在支架(2)上，以游梁支座为轴心可上下往复摆动。平衡吊坨(16)用钢丝绳芯橡胶带(15)软连接，钢丝绳芯橡胶带(15)另一端固定在托架(12)上，经动滑轮(13)、前、后两个定滑轮(14)在游梁(4)前端总是施加一与负载力矩反向的平衡力矩。曲柄轮(9)对称安装在减速机(8)两侧输出轴上，推拉杆(11)(一组)下端与曲柄轮(9)用曲柄销装置(10)联接，推拉杆(11)(一组)上端与游梁(4)用横梁组合(5)(含轴承座装置)以铰链方式联接。动力装置(18)的三角带皮带轮(19)安装在减速机(8)一侧的输入轴上，减速机(8)另一侧的输入轴上安装的是刹车兼飞轮(20)。
2、根据权利要求1所述的吊重平衡游梁式抽油机，其特征是：定滑轮前、后排列，动滑轮纵向一个单排列或两个并列排列，定滑轮和动滑轮在横向均采用双排列形式。
3、根据权利要求1所述的吊重平衡游梁式抽油机，其特征是：吊坨软连接采用钢丝绳芯橡胶带(15)。该带采用弯曲疲劳强度优良的多根钢丝绳(26)(Φ4.5～Φ7)，以4mm间隔均布并施加相同的予张力、外包耐候性优良的橡胶包胶层(27)硫化成型，为强化承压面寿命，在承压面有承压防裂垫层(28)，钢丝绳排列数量和包胶层厚度以及带的长度根据各机型设计，该带两端接头制造工艺采用热灌铅方案，将接头处钢丝绳剥光包胶，分别穿入连接板(31)和特制带锥度的小灌铅套(29)、大灌铅套(30)内，分开钢丝绳股(26-1)，端部折弯，灌满熔铅(32)后冷却。
4、根据权利要求1所述的吊重平衡游梁式抽油机，其特征是：曲柄销锁紧螺母采用特殊的防松装置，采用六个内六方螺钉(33)和垫板(35)，当锁紧螺母(34)拧紧后，再拧紧六个内六方螺钉(33)顶紧垫板(35)，永不松动。
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