CN101892821B - 偏心平衡举升装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于油田煤田抽汲油气水流体的偏心平衡举升装置，包括主机底座、平衡系统、动力传递系统和支架系统。其特征在于：采用偏心设置，实现抽油机最大减速箱扭矩、电机功率变小，冲程上、下死点的最小减速箱扭矩、电机功率变大，避免出现负值。该举升装置主要解决现有抽油机减速箱扭矩电机功率存在负值、波动大、性能差、传递环节多、效率低、能耗大、结构庞大等问题。
Description
技术领域
本发明属于石油煤炭开采机械举升领域，具体涉及一种偏心平衡举升装置。
背景技术
国际能源供需关系日趋紧张，能源消耗过大，急需发展安全、节能、环保的油气田煤田举升装置。为适应不同开采期的需要，机械采油设备从游梁式抽油机发展到无游梁式抽油机。目前，75%的人工举升抽油机以游梁式抽油机为主，分为常规型游梁式抽油机、前置型游梁式抽油机、异相型游梁式抽油机和双驴头型游梁式抽油机、高架曲柄平衡、直接平衡抽油机等。这些结构型式的抽油机主要是利用曲柄连杆机构将旋转运动变为游梁的上下摆动，或电机正反转等带动抽油杆和抽油泵进行往复运动，将井液抽汲至地面。这些类型的抽油机其结构稳固，配套工艺齐全，但其结构庞大、载荷波动大、冲程上下死点均存在减速箱扭矩、电机功率为零或负值、运动性能差、传递环节多、系统效率低和能耗大。其主要原因是载荷旋转中心与平衡块旋转中心在同一轴线上、致使冲程上下死点减速箱扭矩、电机功率存在负值或零。电机利用率低，常规抽油机电机功率曲线如图4所示。其中纵轴为电机功率(KW)，横轴为曲柄转角，矩形线表示光杆功率，三角形线表示电机功率，菱形线表示平衡重功率。
发明内容
针对现有抽油机减速箱扭矩电机功率存在负值、波动大、运动性能差、传递环节多、效率低、能耗大、结构庞大等问题，本发明提供一种偏心平衡举升装置。该举升装置利用载荷与平衡重旋转中心不同即偏心机构，以轻型链、柔性绳代替刚性能量传递结构，动力通过链或柔性绳、滑轮组实现抽油杆的往复运动；实现减速箱扭矩电机功率无负值或零值，波动小的连续抽油；结构比较小、重量比较轻、能耗比较低。
本发明的偏心平衡举升装置包括主机底座、平衡系统、动力传递系统和支架系统，其特征在于：采用偏心设置，实现抽油机最大减速箱扭矩、电机功率变小，冲程上、下死点的最小减速箱扭矩、电机功率变大，避免出现负值和较大波动。
所述平衡系统包括平衡块和平衡柄和平衡座，平衡块固定在平衡柄上，并与平衡柄一起绕平衡座做旋转运动。所述动力传递系统由电机、减速机、刹车、链条或柔绳、定动滑轮系统等构成。动滑轮固定在动滑轮柄上，并与动滑轮柄一起绕动滑轮座的主轴做旋转运动，悬点载荷通过链条或柔绳施加到动滑轮上。
所述偏心设置为平衡块旋转形成的平衡块旋转中心与动滑轮旋转形成的载荷旋转中心偏移。
所述支架系统包括长度可调的斜撑杆组件，其一端与井口连接，另一端与主机底座铰接，用于保持井口支架的稳定，保持井口支架与机身之间的平衡。
该举升装置利用偏心机构，使载荷回转中心与平衡块回转中心发生偏移，使载荷上冲程运行区间角度大于180°，下冲程区间角度小于180°，角度变化范围在5°~30°之间。与油井载荷平衡后电机功率实现最大减速箱扭矩、电机功率变小，最小减速箱扭矩、电机功率变大，实现了减速箱扭矩、电机功率交变均匀化且保持在正值范围，使得动能与机械能的转换平衡，解决了现有抽油机减速箱扭矩电机功率负值、波动大、效率低等问题，其电机功率曲线如附图5所示，其中纵轴表示功率（W），横轴表示曲柄转角，星形线表示光杆功率，虚线表示电机功率，点划线表示平衡重功率。
该装置通过改变载荷曲柄旋转半径、链、绳的固定端位置及减速器的传动比，实现调节冲程长度。电动机始终做有效功，电流始终保持在正值范围内，提高系统效率；
结构简化，外形美观，具有结构比较小、重量比较轻、能耗比较低等优点。不仅能够节约能源，而且可以实现保护环境的目的，一次性投资少。
附图说明：
附图1 本发明的正面视图
附图2 本发明的偏心原理示意图
附图3 本发明的侧视结构图
附图4 常规抽油机电机功率曲线图
附图5 本发明抽油机的电机功率曲线图
具体实施方式：
如图1和3所示，电机14通过减速机15驱动平衡柄8及平衡块9绕平衡座11作旋转运动。动滑轮6心轴的一端固定在动滑轮柄7上，动滑轮柄7绕动滑轮座10上的主轴作圆周运动，心轴的另一端通过轴承与短连杆17连接，而短连杆17的另一头通过轴承与轴销滑块16相连，轴销滑块16固定在平衡柄8上与平衡块9相对的一端。动滑轮柄7支撑动滑轮6顺时针循环转动，并拖动链条5或柔绳做伸缩运动。链条5的固定端由链尾轴销13固定在底座12的中部，在整个运动过程中链尾只绕轴销13作小角度的摆动。链条5从轴销13处延伸依次绕过动滑轮6、定滑轮4与定滑轮2，最后与井口的抽油杆相连。链条的伸缩运动转换为井口悬点的垂向往复运动。定滑轮4与轴销13可置于机身底座，也可置于与动滑轮6的上方。动滑轮座10与平衡座11固定在主机底座12上，两个机座在水平方向上错开安装，成一个偏心值。如图2所示，A为平衡重旋转中心，B为载荷旋转中心。偏心值的确定与冲程及平衡有关，其调节范围在5°~30°之间，精确尺寸受抽油机结构及悬点载荷影响，可通过现场应用时,测试一个抽油冲程周期最小电流与最大电流比变化趋势最小确定优化结果。
抽油机冲程的变更通过调节动滑轮6的回转半径来实现，具体需要调节动滑轮柄7的伸出长度。在变更抽油机的冲程后，还需要对轴销滑块16的位置进行调整。在调整轴销滑块时，需要将六颗固定螺栓从调节孔中完全拧出，然后再将轴销滑块调至指定位置。
斜撑杆组件3一端与定滑轮2铰链固定，另一端与主机底座12铰连固定接，长度与角度可调，其作用一是保持井口支架的稳定，二是使井口支架与机身之间内力平衡。
Claims (5)
1.一种用于油田煤田抽汲油气水流体的偏心平衡举升装置，包括主机底座（12）、平衡系统（9，8，11）、动力传递系统（2，4，5，6）和支架系统，其特征在于：采用偏心设置，实现抽油机最大减速箱扭矩、电机功率变小，冲程上、下死点的最小减速箱扭矩、电机功率变大，避免出现负值；所述平衡系统包括平衡块（9）和平衡柄（8）和平衡座（11），平衡块（9）固定在平衡柄（8）上，并与平衡柄（8）一起绕平衡座（11）做旋转运动；所述动力传递系统采用链条（5）和动定滑轮系统（2，4，6）传递动力；动滑轮（6）固定在动滑轮柄（7）上，并与动滑轮柄（7）一起绕动滑轮座（10）的主轴做旋转运动，悬点载荷通过链条（5）施加到动滑轮（6）上；所述偏心设置为平衡块旋转形成的平衡块旋转中心与动滑轮（6）旋转形成的载荷旋转中心偏移；所述偏心设置通过使动滑轮座（10）和平衡座（11）在水平方向上错开角度实现。
2.根据权利要求1所述的偏心平衡举升装置，其特征在于：所述角度通过抽油冲程周期最小电流与最大电流比变化趋势最小来确定。
3.根据权利要求2所述的偏心平衡举升装置，其特征在于：所述角度为5°～30°。
4.根据权利要求1、2、或3所述的偏心平衡举升装置，其特征在于：所述支架系统包括长度可调的斜撑杆组件（3），其一端与井口连接，另一端与主机底座（12）铰接。
5.根据权利要求4所述的偏心平衡举升装置，其特征在于：动滑轮柄（7）上设置有调节机构，可调节动滑轮（6）的旋转半径，所述调节机构包括轴销滑块（16）、调节孔和固定螺栓。
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