CN101413386A

CN101413386A - 电机下置的无齿轮对重曳引式抽油机

Info

Publication number: CN101413386A
Application number: CNA2008102286737A
Authority: CN
Inventors: 王武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2009-04-22

Abstract

一种电机下置的无齿轮对重曳引式抽油机，从根本上解决了现有曳引式抽油机存在的成本高、钢丝绳使用寿命短、安全性差的问题，其技术要点是：悬挂装置设置在机架顶部的天轮将抽油杆和对重通过悬挂钢丝绳悬挂在天轮两侧，曳引装置的曳引轮与设置在机座上的永磁电机驱动的皮带传动机构的皮带轮组装在同一传动轴上，曳引轮上曳引钢丝绳的一端绕过固定于机架上方的导向轮和对重上部的动滑轮I固定在机架顶端，曳引钢丝绳的另一端绕过对重下部的动滑轮II固定在机座上。具有传动效率高、耗能小、体积小、重量轻、制作成本低的优点，使得系统的安装和维护更加方便。

Description

电机下置的无齿轮对重曳引式抽油机

技术领域

本发明属于油田采油机械技术领域，涉及一种曳引式抽油机，特别是一种具有低冲次、长冲程的电机下置的无齿轮对重曳引式抽油机。

背景技术

目前，油田普遍采用的抽油机主要是游梁式抽油机，它由驴头、游梁、支架、减速箱、摇臂、连杆、机座、电机、控制柜等机构组成。其工作原理是电动机通过皮带将动力传给减速机，减速机带动摇臂，驱动游梁绕定点上下摆动，实现抽油杆的垂直往复运动。然而由于采用带有减速机的传动装置，所以使得这种游梁式抽油机不仅存在传动效率低，耗能多，装置占用面积较大的缺陷，而且需要对整个减速机构定期润滑维护，从而增加了采油成本。

由于游梁式抽油机存在上述种种弊端，所以对曳引式抽油机的使用越来越受到人们的重视。现有曳引式抽油机主要分为有齿轮曳引式抽油机和无齿轮曳引式抽油机。有齿轮曳引式抽油机，虽然占地面积较小，节省了材料，但仍属有齿轮传动，还存在运行效率低、维护难度大等一系列问题，因此目前此类技术很少被采用。相比之下，无齿轮曳引式抽油机得到推广。如公告号为CN100353024C的发明专利就公开了一种“电子-电气-机械一体化曳引式抽油机”，公开号为CN101070837A的发明专利申请公开的是一种“W型曳引抽油机”，这两种抽油机均属于无齿轮曳引式抽油机。其传动装置取消了齿轮减速机构，以安装在机架上的永磁同步电动机直接驱动曳引轮旋转，通过永磁同步电动机的正、反转，带动抽油杆上、下往复运行，实现将地下的石油抽到地面的目的。这两种结构型式的曳引式抽油机都是将曳引轮安装在机架上，曳引轮上绕有钢丝绳，钢丝绳的一端连接到油井的抽油杆上，另一端连接到起平衡作用的对重上。在这里曳引轮上的钢丝绳既起到悬挂抽油杆和对重的悬挂绳作用，又起到曳引抽油杆上、下往复运动的曳引绳作用。曳引装置均有两个动滑轮，分别位于抽油杆侧和对重侧。上述专利在很大程度上提高了抽油机的传动效率，取消了齿轮减速机构，无需定期润滑，给维护工作带来了方便。

然而油田的油井一般都很深，抽油杆和对重装置重达十几吨，曳引轮需要有巨大的承载力和巨大的曳引力，这使得曳引式抽油机的设计和制造具有很大的难度。现有的曳引式抽油机仍然存在以下问题：

(1)成本高：采用低速大转矩的永磁同步电机直接驱动无齿轮曳引式抽油机，由于所需要承载的负荷巨大，需要的曳引力巨大，因此所需永磁同步电动机的转矩很大，而永磁同步电动机的转矩与其体积成正比，也就是说与永磁同步电动机的成本成正比，这就造成了此种抽油机的成本太高，与传统的游梁式抽油机相比，成本提高50％～200％。

(2)钢丝绳寿命短：为了减少对曳引式抽油机曳引轮转矩输出的需求，通常选用直径较小的曳引轮和较细的钢丝绳，有时还要增加动滑轮组。这就使得曳引钢丝绳的使用寿命同传统的游梁式抽油机相比明显缩短，同时油井的作业变得十分不方便。

(3)安全性差：目前的曳引式抽油机主驱动曳引机大多是安装在机架的上部，机架的高度都在十几米以上，这就使得主机的安装和维护人员必须要进行高空作业，不方便的同时也不安全。

由于以上问题的存在，极大地限制了现有曳引式抽油机的进一步推广使用，使其优势不能得到很好的发挥，故现有无齿轮曳引式抽油机亟待改进。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种结构设计合理的电机下置的无齿轮对重曳引式抽油机，从根本上解决现有曳引式抽油机存在的成本高、钢丝绳使用寿命短、安全性差等问题，同时具有传动效率高、耗能小、体积小、重量轻、制作成本低的优点，使得整机的安装和维护更加方便。

本发明的技术方案是：该曳引式抽油机包括固定有机架的机座、设置在机架上的悬挂装置和曳引装置及其带动的对重和抽油杆，其技术要点是：所述悬挂装置设置在所述机架顶部的天轮将所述抽油杆和所述对重通过悬挂钢丝绳分别悬挂在所述天轮两侧，所述曳引装置的曳引轮与设置在所述机座上的永磁电机驱动的皮带传动机构的皮带轮组装在同一传动轴上，所述绕在曳引轮上的曳引钢丝绳的一端绕过固定于所述机架上方的导向轮和所述对重上部的动滑轮I固定在所述机架顶端，所述曳引钢丝绳的另一端绕过所述对重下部的动滑轮II固定在所述机座上。

所述曳引钢丝绳与所述机架顶端的连接处设置上张紧弹簧，所述曳引钢丝绳与所述机座的连接处设置下张紧弹簧。

所述曳引轮上设置螺旋状绳槽，所述曳引钢丝绳绕在所述螺旋状绳槽上。

本发明所产生的积极的技术效果和优点是：由于本发明分别设置了悬挂装置和曳引装置，将曳引式抽油机钢丝绳的悬挂功能和曳引功能分离开。悬挂钢丝绳将抽油杆和对重悬挂在天轮两侧，这里悬挂钢丝绳只具有悬挂功能，设置在机架上部的天轮为无动力机构，只起导向作用，故其直径可以做的很大，悬挂钢丝绳可选择单根较粗的。以此满足悬挂载荷的要求和保证足够的安全系数，同时提高悬挂钢丝绳的使用寿命。在悬挂装置中不需要动滑轮组，使得油井的作业变得同传统的游梁式抽油机一样简单方便。曳引轮上曳引钢丝绳的一端绕过固定于机架上方的导向轮和对重上部的动滑轮I固定在机架顶端，曳引钢丝绳的另一端绕过对重下部的动滑轮II固定在机座上。由于对重和抽油杆的全部重量载荷是由悬挂装置承担的，并且对重和抽油杆的重量是基本相等的，因此曳引对重运动所需要的曳引力较小，所用的曳引钢丝绳可选用单根直径较细的钢丝绳，产生曳引力的曳引轮也可用较小的直径，一般曳引轮的直径等于钢丝绳直径的40倍，所需要的曳引转矩也同比例减少。对重上部和下部安装的动滑轮，使作用在曳引轮上的转矩减少1/2。曳引轮与永磁电机驱动的皮带传动机构的皮带轮组装在同一传动轴上，即永磁电机利用皮带传动机构带动曳引轮转动，进一步减少对永磁同步电动机输出转矩的需求，使最终对电机轴输出转距的需求降低到直接曳引时的1/6～1/10。由于永磁同步电机的成本与其输出转距成正比，因此采用本发明使得永磁同步电机的成本大幅度下降，从而大大降低了整个曳引式抽油机的成本。

综上所述，本发明所设计的曳引式抽油机采用了悬挂装置和曳引装置相分离的结构。采用直径较大的天轮和较粗的单根悬挂钢丝绳，提高了悬挂装置的安全性，延长了悬挂钢丝绳的使用寿命，更加方便油井作业。采用直径较小的曳引轮和较细的曳引钢丝绳，大大降低了对曳引转矩的需求，减小了永磁同步电动机的体积和成本，从而降低了整个抽油机的成本。曳引装置的两个动滑轮均固定在对重侧，这可以节省对重材料。此曳引装置没有齿轮减速机，这使得整个系统效率高、体积小、重量轻。曳引装置的曳引轮和永磁同步电动机全部安装于地面，使得该曳引式抽油机的安装和维护更加方便。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1为本发明的一种结构示意图。

图中序号说明：1抽油杆、2悬挂钢丝绳、3天轮、4上张紧弹簧、5导向轮、6曳引钢丝绳、7机架、8动滑轮I、9对重、10动滑轮II、11曳引轮、12传动轴、13皮带轮、14皮带、15永磁电机、16机座、17下张紧弹簧。

具体实施方式

根据图1对本发明作详细描述。本发明包括机座16，机架7设置在机架7上的悬挂装置和曳引装置及其带动的抽油杆1和对重9，其中：悬挂装置和曳引装置互相分离，悬挂装置无动力且基本平衡，包括设置在机架7顶部的天轮3，天轮3通过悬挂钢丝绳2将抽油杆1和对重9分别悬挂在天轮3两侧，设置在机架7上部的天轮3为无动力机构，只起导向作用，故其直径可以做的很大。悬挂钢丝绳2的直径取决于悬挂装置的悬挂重量和天轮3的直径，故可选择单根较粗的钢丝绳作为悬挂钢丝绳2。

为了实现系统的曳引功能，在对重9的一侧设计了一套独立的曳引装置。曳引装置包括曳引轮11及设置在机座16上的永磁电机15，曳引轮11与永磁电机15驱动的皮带传动机构的皮带轮13组装在同一传动轴12上，永磁电机15利用皮带传动机构带动曳引轮11转动，动滑轮I 8动滑轮II 10分别固定在对重9的上部和下部，绕在曳引轮11上的曳引钢丝绳6的一端绕过固定于机架7上方的导向轮5和对重9上部的动滑轮I 8固定在机架7顶端，曳引钢丝绳6的另一端绕过对重9下部的动滑轮II 10固定在机座16上。曳引钢丝绳6与机架7顶端的连接处设置上张紧弹簧4，曳引钢丝绳6与机座16的连接处设置下张紧弹簧17。上、下张紧弹簧4、17保证了曳引钢丝绳6和曳引轮11之间产生足够的曳引力，同时为了达到上述目的，曳引轮11上设置螺旋状绳槽(图中未示出)，曳引钢丝绳6绕在螺旋状绳槽上苦干周。所用的曳引钢丝绳6可选用单根直径较细的钢丝绳，产生曳引力的曳引轮11也可用较小的直径，一般曳引轮11的直径等于钢丝绳直径的40倍，永磁电机15通过皮带14驱动皮带轮13，皮带轮13和曳引轮11同轴安装在传动轴12上，故永磁电机15带动曳引轮11实现对整个系统的曳引功能。皮带传动机构增加了系统的柔性，当发生卡井或越位等故障时，通过皮带14打滑，可以保护设备不被损坏。

Claims

1、一种电机下置的无齿轮对重曳引式抽油机，包括固定有机架的机座、设置在机架上的悬挂装置和曳引装置及其带动的对重和抽油杆，其特征在于：所述悬挂装置设置在所述机架顶部的天轮将所述抽油杆和所述对重通过悬挂钢丝绳分别悬挂在所述天轮两侧，所述曳引装置的曳引轮与设置在所述机座上的永磁电机驱动的皮带传动机构的皮带轮组装在同一传动轴上，所述绕在曳引轮上的曳引钢丝绳的一端绕过固定于所述机架上方的导向轮和所述对重上部的动滑轮I固定在所述机架顶端，所述曳引钢丝绳的另一端绕过所述对重下部的动滑轮II固定在所述机座上。

2、根据权利要求1所述的电机下置的无齿轮对重曳引式抽油机，其特征在于：所述曳引钢丝绳与所述机架顶端的连接处设置上张紧弹簧，所述曳引钢丝绳与所述机座的连接处设置下张紧弹簧。

3、根据权利要求1所述的电机下置的无齿轮对重曳引式抽油机，其特征在于：所述曳引轮上设置螺旋状绳槽，所述曳引钢丝绳绕在所述螺旋状绳槽上。