CN101975044B - 机械换向变径塔架式抽油机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械换向变径塔架式抽油机，它含有塔架、底座总成和动力总成，所述动力总成含有电机、滚筒、减速器、增速器、曲柄摇杆机构、手动刹车机构和控制器，所述滚筒套装固定在主轴上，其一端通过所述增速器与所述曲柄摇杆机构的一端连接，所述曲柄摇杆机构的另一端通过所述减速器与所述电机的输出轴连接；所述滚筒外圆表面上分别设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽，前吊带的一端固定在所述前吊带环形槽中，其另一端绕过前导轮后与悬绳器总成连接；后吊带的一端固定在所述后吊带环形槽中，其另一端绕过后导轮后与配重总成连接；所述配重总成与所述塔架上设置的导轨总成滑动配合。本发明设计合理、结构简单、能耗低且操作方便。
Description
一.技术领域：本发明涉及一种抽油机，特别是涉及一种倍力变径塔架式抽油机。
二.背景技术：在油田采油过程中，抽油机是采油作业中主要的采油设备之一。常规游梁抽油机有冲程较小、自重大、占地多、平衡效果不理想、减速箱输出扭矩波动大、效率低等不足。塔架抽油机虽然具有冲程长、重量轻、占地面积小、节能等优点。但大多还存在作业让位、做示功卸载不方便、换向冲击大、无失载保护等缺陷，其匀速运动使抽油泵在抽吸过程中载荷不能均匀变化。
三.发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、结构简单、能耗低且操作方便的机械换向变径塔架式抽油机。
本发明的技术方案是：一种机械换向变径塔架式抽油机，含有塔架、底座总成和动力总成，所述动力总成含有电机、滚筒、减速器、增速器、曲柄摇杆机构、手动刹车机构和控制器，所述曲柄摇杆机构含有一个摇杆、一个连杆和一个曲柄，所述滚筒套装固定在主轴上，所述主轴两端通过轴承和轴承座安装在所述底座总成上，其一端通过所述增速器与所述摇杆的一端固定连接，所述摇杆的另一端与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端通过所述减速器与所述电机的输出轴连接，所述电机、增速器和减速器均安装在所述底座总成上，所述电机与所述控制器连接；所述滚筒外圆表面上分别设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽，前吊带的一端固定在所述前吊带环形槽中，其另一端从所述塔架中穿过，绕过悬臂梁上安装的前导轮，再与悬绳器总成连接，所述悬臂梁安装在所述塔架顶端；后吊带的一端固定在所述后吊带环形槽中，其另一端从所述塔架中穿过，绕过所述塔架顶端安装的后导轮，再与配重总成连接；所述配重总成与所述塔架上设置的导轨总成滑动配合，所述手动刹车机构安装在所述减速器的高速端，其手动操作部分安装于所述底座总成上。
所述电机为Y系列三相异步电机，所述控制器采用PLC可编程控制器，精确控制抽油机的抽油动态，该控制器还设有无线遥感系统，能够实现远程控制，手持式编程器即可远程无线控制抽油机的工作状态。
所述配重总成为组合式结构，由多个配重箱连接而成，能够增减；并且，所述配重总成上设置有润滑盒，所述润滑盒夹持在所述导轨总成的导向立柱上，能够沿导向立柱上下滑动，所述润滑盒内设置有润滑脂，所述润滑盒与导向立柱的接触面上设置润滑脂透孔。所述悬臂梁后端通过螺栓与所述塔架顶端连接。
所述滚筒外圆表面上分别设置有两个前吊带环形槽和两个后吊带环形槽，每一所述前吊带环形槽均与一个前吊带的一端固定连接，每一所述后吊带环形槽均与一个后吊带的一端固定连接；所述前导轮为双轮槽，与两个前吊带相匹配，所述后导轮为双轮槽，与两个后吊带相匹配。
所述滚筒为一体式结构，或者为分体式结构，由两个滚筒分体组成，每一滚筒分体上均设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽。
所述滚筒的前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面上铣有平面，所述前吊带和后吊带分别通过螺栓和压板固定在该平面上，所述压板的外圆表面与所述前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面相匹配。
所述增速器为一组可以改变输出转速的齿轮组；所述减速器为两级分流式双圆弧圆柱式减速器。所述电机配有一组皮带轮，更改皮带轮的大小，以改变抽油机的抽油频次；所述曲柄上设置有三个曲柄销孔，更改曲柄销的位置，以改变抽油机的冲程。
所述塔架为整体式结构，或为分体组合式结构，由至少两个塔架分体连接而成。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用滚筒缠绕吊带实现滚筒变径，上冲程时，配重轮上缠满了吊带，而提升轮吊带全部放出；致使此时的轮径不等，后部配重对下部主轴作用的力臂大，前端的力臂较小。则此时后部配重产生的力矩是最大，减小了减速器要输出的扭矩，降低了电机所需电量。在上升的同时后部配重的力臂在减小，前端力臂在增大，抽油机同时也在卸载。到上死点时前端力臂最大，后端力臂最小；反过来重复了上死点的工况。上下死点它都减小了电机所需电流，所以它是节能的。另外，配重总成的平衡块分为大小块，可以增减，能够达到精确调整，并且，平衡块可以建筑废旧物，成本低且增减方便。
2、本发明润滑盒内充满润滑脂，当润滑盒与导向立柱相互麾檫时，产生的热量使润滑盒与导向立柱的接触侧受热，致使润滑脂熔化，熔化的润滑脂通过透孔流到导向立柱面上。润好时，摩擦力减小，热量不足，油脂不再熔化，也不再向导向立柱涂抹润滑脂，这样就达到了自动润滑的结果。
3、本发明井口让位方便，采用悬臂梁滑动让位；当卸下悬臂梁固定螺栓后，推动悬臂梁向后滑动，从而达到让位的目的。
4、本发明的塔架为多节塔架结构，各节塔架通过螺栓联接，能够分体运输，减少运输方面的压力，另外，分体式塔架还可以根据工况的要求增减节数，以改变抽油油机塔架高度。
5、本发明采用了自动化控制系统，该控制系统设有无线遥感系统，能远程控制，手持式编程器，为远程无线控制抽油机工作状态提供了方便。它还可以将运行过程中的电流、电压、各点的加速度显示在显示屏上，时时监测到抽油机各方面参数。此时还可以设置过流保护，在抽油机过载时自动停机，操控方便，安全性高。
6、本发明结构合理紧凑，省力降耗，在同样的工况下较常规抽油机重量减轻40-70％；较常规抽油机耗能减少40-70％。
7、本发明采用了曲柄摇杆机构，可以机械换向，删减了电器换向部分，增加了电器系统的稳定性。最主要的是删去了在野外使用性能不太稳定的变频器。可以实现悬点零速度启动。并且曲柄摇杆机构的曲柄上设置有三个曲柄销孔，通过更改曲柄销的位置，以改变抽油机的冲程。同时可以有效地防止抽油杆断所造成的严重后果。当井内抽油杆断杆时，悬点载荷突然减小，甚至为零，而后面的配重不变，后面的配重会突然下落，如果是普通的塔架式抽油机的配重将会砸下来，而机械换向变径塔架式抽油机因采用了曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构的特性阻止了这种情况的发生。
8、本发明采用了皮实耐用的Y系列三相异步电机，其配有一组皮带轮，更改皮带轮的大小，能够改变抽油机的抽油频次。手动刹车机构可以控制抽油机有在任何状态下都可以停止工作。方便了抽油机加、卸载荷。
9、本发明采用PLC可编程控制器，精确控制抽油机的抽油动态，其设计合理、噪音低、容易制作、通用性好、适用性强，适用于陆地上任何工作环境下的抽油工作，易于推广，社会和经济效益良好。
四.附图说明：
图1为机械换向变径塔架式抽油机的结构示意图；
图2为图1所示机械换向变径塔架式抽油机的俯视图；
图3为图1所示动力总成的结构示意图；
图4为图3所示动力总成的俯视图；
图5为图4所示滚筒的剖面图；
图6为前吊带在悬点载荷上行时缠绕情况示意图；
图7为后吊带在悬点载荷上行时缠绕情况示意图；
图8为前吊带在悬点载荷下行时缠绕情况示意图；
图9为后吊带在悬点载荷下行时缠绕情况示意图；
图10为图1所示增速器的结构示意图；
图11为图10所示增速器的剖面结构示意图；
图12为图1所示配重总成的结构示意图；
图13为图12所示配重总成的俯视图；
图14为图13所示润滑盒的结构示意图；
图15为图14所示润滑盒的左视图；
图16为图14所示润滑盒的俯视图；
图17为图12所示后吊带接头的剖面结构图；
图18为图17所示后吊带接头的俯视图；
图19为图1所示悬臂梁的结构示意图；
图20为图19所示悬臂梁的俯视图；
图21为图19所示前导轮的结构示意图；
图22为图1所示后导轮的结构示意图；
图23为图1所示悬绳器总成的连接结构示意图；
图24为图23所示悬绳器总成的连接结构的俯视结构图。
五.具体实施方式：
实施例一：参见图1-图24，图中，1-底座总成，2-动力总成，3-塔架，4-配重总成，5-后吊带，6-后导轮，7-悬臂梁，8-前吊带，9-悬绳器总成，10-手动刹车机构，11-轴承座，12-主轴，13-滚筒，14-轴承座，15-皮带，16-减速器皮带轮，17-减速器，18-曲柄销，19-曲柄，20-电机、21-连杆，22-摇杆，23-增速器，24-螺栓，25-压板，26-上箱体，27-下箱体，28-输入齿轮，29-输入轴，30-中间齿轮，31-中间轴，32-输出轴，33-吊带接头，34-导向立柱，35-润滑盒，36-配重上箱体，37-配重副箱体，38-连接螺栓，39-销轴，40-润滑盒本体，41-通风帽，42-夹板，43-导向轮，44-导轮轴，45-支座，46-轴承，47-轴承盖，48-导向轮，49-轴承盖，50-导轮轴，51-油嘴，52-轴承，53-前导轮，54-压盖，55-悬臂梁本体，56-悬绳器总成，57-销轴，58-压盖，59-悬绳器主体，60-电机皮带轮，61-联轴器。
机械换向变径塔架式抽油机含有塔架3、底座总成1、悬臂梁7、后导轮6、配重总成4和动力总成2。动力总成2由轴承座11、主轴12、滚筒13、轴承座14、皮带15、减速器皮带轮16、减速器17、曲柄销18、曲柄19、电机20、连杆21、摇杆22、增速器23、电机皮带轮60、联轴器61和手动刹车机构10组成。其中，电机20通过电机皮带轮60、皮带15、减速器皮带轮16与减速器17相接，减速器17通过曲柄摇杆机构(曲柄销18、曲柄19、连杆21、摇杆22)与增速器23相连接；增速器23通过联轴器61与主轴12相接，联轴器61为弹性销齿式联轴器。滚筒13通过键固定在主轴12上，主轴12由轴承座11、轴承座14支承并固定在底座总成1上。电机20与控制器连接(图中未画出)，控制器采用PLC可编程控制器，精确控制抽油机的抽油动态，该控制器还设有无线遥感系统，能够实现远程控制，手持式编程器即可远程无线控制抽油机的工作状态；滚筒13外圆表面上分别设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽，前吊带8一端固定在前吊带环形槽中，其另一端从塔架3中穿过，绕过塔架3顶端安装的悬臂梁7上的前导轮53，再与悬绳器总成9连接；后吊带5一端固定在后吊带环形槽中，其另一端从塔架3中穿过，绕过塔架3顶端安装的后导轮6，最后与配重总成4相接。配重总成4与塔架3上设置的导轨总成滑动配合，手动刹车机构10安装在减速器17的高速端，其手动操作部分安装于底座总成1上。
配重总成4为组合式结构，由多个配重箱连接而成(图中为上、中、下三个)，能够增减；并且，配重总成4上设置有润滑盒35，润滑盒35夹持在导向立柱34上，能够沿导向立柱34上下滑动，润滑盒35内设置有润滑脂，润滑盒35与导向立柱34的接触面上设置润滑脂透孔。
悬臂梁7后端通过六根螺栓固定于塔架3顶端。滚筒13外圆表面上分别设置有两个前吊带环形槽和两个后吊带环形槽，每一前吊带环形槽均与一个前吊带8的一端固定连接，每一后吊带环形槽均与一个后吊带5的一端固定连接；悬臂梁7上的导轮为双轮槽，分别与两个前吊带8相匹配。
滚筒13为分体式结构，由两个滚筒分体组成，每一滚筒分体上均设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽。滚筒13也可以是一体式结构，其圆周表面上分别设置有两个前吊带环形槽和两个后吊带环形槽。根据需要确定。
前吊带8和后吊带5反向缠绕在滚筒13上，并且，两个前吊带8左旋缠绕在两个内侧的前吊带环形槽内，两个后吊带5右旋缠绕在两个外侧的后吊带环形槽内；滚筒13的前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面上铣有平面，前吊带8和后吊带5分别通过内螺栓24和压板25固定在该平面上，压板25外圆表面与前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面相匹配。
塔架3为分体组合式结构，由至少两个塔架分体连接而成，图中是两个，根据需要也可以选作三个、四个、五个或六个等等。
增速器23为一组可以改变输出转速的齿轮组；减速器17为两级分流式双圆弧圆柱式减速器。电机20配有一组皮带轮，更改皮带轮的大小，以改变抽油机的抽油频次；曲柄19上均分别设置有三个曲柄销孔，更改曲柄销18的位置，以改变抽油机的冲程。
工作原理：
首先，本发明利用了曲柄摇杆机构的特性，实现了抽油机的自动换向。
再者，本发明所需启动扭矩小。启动时所需起动扭矩大小，也是决定所需消耗功率的大小。机械换向变径塔架式抽油机运动的规迹几乎与游梁式抽油机相同。运动过程为上冲程下死点加速启动——至上冲程中间开始减速运动——至下冲程中间开始加速运动速运动——至上冲程中间开始减速运动，周而复始，近似于简谐运动。给上下死点都给一个较长的加速时间。
根据曲柄摇杆机构的特性，上冲程启动时，刚开始拔动的增速器23速度很慢，此时的被拽引物加速度也很小，电流的波动也很小，随着曲柄摇杆机构的运动，速度不断加快，此时电机20是一稳定的加载过程。此时单从电机20方面说，消除了部分被拽引物动量转换所需的能量消耗。如果让电机20一直处匀速状态下，也就会让被拽引物动量变化所需的力将会很大：
F-Mg＝MV/t
M 重物质量
V 重物速度
F 重物作用在吊绳上力
g 重力加速度
t 达到一定速时所需时间
必然电流会很大，电机20内耗必然增加。为了减少这个内耗必须加长加速时间。在上死点前的一段距离内必须减速；否则，在上死点位置时并不能停止抽油机拽引物向上运动；曲柄摇杆机构具有这一急回特性，可以解决这一个问题，而且电机20对抽油机做功。下冲程时，抽油机后配重部分重，抽油机提的是后配重与前端的重量差，也就是说电机20在重复抽油机上冲程的动作，它所需电流减小，所以，这一方面它是节能的。
另一个节能原因是：滚筒13缠绕吊带实现滚筒13(如图6-图9)变径。上冲程时，配重轮上缠满了吊带，而提升轮吊带全部放出，致使此时的轮径不等，后配重对下部主轴作用的力臂大，前端的力臂较小。前后对主轴产生的力矩为：
M后＝m后g(r+n后d)
M前＝m前g(r-n后d)
M后 后配重在主轴上产生的力矩
M前 后配重在主轴上产生的力矩
m后 后配重质量
m前 拽引物质量
r 主轴半径
n后 吊带缠绕层数
d 吊带厚度
则此时后配重产生的力矩是最大的，减小了减速器17要输出的扭矩，降低了电机20所需电量。在上升的同时后部配重的力臂在减小，前端力臂在增大，抽油机同时也在卸载。到上死点是前端力臂最大，后端力臂最小；反过来重复了上死点的工况。上下死点它都减小了电机20所需电流，所以它是节能的。
工作时，滚筒13转动，带动抽油机运动。抽油机的换向是通过曲柄摇杆机构达到。当需要抽油机让位时，除去悬臂梁7上的螺栓，向与井口方向推动悬臂梁7，使之达到抽油机作业让位要求。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：塔架为整体式结构，不用拆装，简化施工程序，适用于低塔架场合。
改变动力总成的具体结构、改变曲柄摇杆机构的具体结构、改变滚筒的具体结构，以及改变增速器的具体结构能够组成多个实施例，均为本发明的常见变化，在此不一一详述。
Claims (10)
1.一种机械换向变径塔架式抽油机，含有塔架、底座总成和动力总成，其特征是：所述动力总成含有电机、滚筒、减速器、增速器、曲柄摇杆机构、手动刹车机构和控制器，所述曲柄摇杆机构含有一个摇杆、一个连杆和一个曲柄，所述滚筒套装固定在主轴上，所述主轴两端通过轴承和轴承座安装在所述底座总成上，其一端通过所述增速器与所述摇杆的一端固定连接，所述摇杆的另一端与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端通过所述减速器与所述电机的输出轴连接，所述电机、增速器和减速器均安装在所述底座总成上，所述电机与所述控制器连接；所述滚筒外圆表面上分别设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽，前吊带的一端固定在所述前吊带环形槽中，其另一端从所述塔架中穿过，绕过悬臂梁上安装的前导轮，再与悬绳器总成连接，所述悬臂梁安装在所述塔架顶端；后吊带的一端固定在所述后吊带环形槽中，其另一端从所述塔架中穿过，绕过所述塔架顶端安装的后导轮，再与配重总成连接；所述配重总成与所述塔架上设置的导轨总成滑动配合，所述手动刹车机构安装在所述减速器的高速端，其手动操作部分安装于所述底座总成上。
2.根据权利要求1所述的机械换向变径塔架式抽油机，其特征是：所述电机为Y系列三相异步电机，所述控制器采用PLC可编程控制器，精确控制抽油机的抽油动态，该控制器还设有无线遥感系统，能够实现远程控制，手持式编程器即可远程无线控制抽油机的工作状态。
3.根据权利要求1所述的机械换向变径塔架式抽油机，其特征是：所述配重总成为组合式结构，由多个配重箱连接而成，能够增减；并且，所述配重总成上设置有润滑盒，所述润滑盒夹持在所述导轨总成的导向立柱上，能够沿导向立柱上下滑动，所述润滑盒内设置有润滑脂，所述润滑盒与导向立柱的接触面上设置润滑脂透孔。
4.根据权利要求1所述的机械换向变径塔架式抽油机，其特征是：所述悬臂梁后端通过螺栓与所述塔架顶端连接。
5.根据权利要求1所述的机械换向变径塔架式抽油机，其特征是：所述滚筒外圆表面上分别设置有两个前吊带环形槽和两个后吊带环形槽，每一所述前吊带环形槽均与一个前吊带的一端固定连接，每一所述后吊带环形槽均与一个后吊带的一端固定连接；所述前导轮为双轮槽，与两个前吊带相匹配，所述后导轮为双轮槽，与两个后吊带相匹配。
6.根据权利要求5所述的机械换向变径塔架式抽油机，其特征是：所述滚筒为一体式结构，或者为分体式结构，由两个滚筒分体组成，每一滚筒分体上均设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽。
7.根据权利要求1所述的机械换向变径塔架式抽油机，其特征是：所述滚筒的前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面上铣有平面，所述前吊带和后吊带分别通过螺栓和压板固定在该平面上，所述压板的外圆表面与所述前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面相匹配。
8.根据权利要求1所述的机械换向变径塔架式抽油机，其特征是：所述增速器为一组可以改变输出转速的齿轮组；所述减速器为两级分流式双圆弧圆柱式减速器。
9.根据权利要求1述的机械换向变径塔架式抽油机，其特征是：所述电机配有一组皮带轮，更改皮带轮的大小，以改变抽油机的抽油频次；所述曲柄上设置有三个曲柄销孔，更改曲柄销的位置，以改变抽油机的冲程。
10.根据权利要求1-9任一项所述的机械换向变径塔架式抽油机，其特征是：所述塔架为整体式结构，或为分体组合式结构，由至少两个塔架分体连接而成。
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Denomination of invention: Mechanical reversing and variable-diameter tower frame type pumping unit Effective date of registration: 20161011 Granted publication date: 20131120 Pledgee: Puyang City Rural Credit Cooperatives Pledgor: HENAN SHUANGFA PETROLEUM EQUIPMENT MANUFACTURING CORP. Registration number: 2016410000014 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
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