CN102128017A - 重锤平衡式石油抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石油开采设备，尤其是一种高效节能型的石油抽油机。本发明所述的重锤平衡式石油抽油机由支架1、驴头2、横梁3、重锤4、换向滑轮6和卷扬机5构成，重锤4设置在横梁3的后端，与横梁固定连接，卷扬机5由电动机5-1、控制箱5-2和滚筒5-3构成，电动机通过控制箱与滚筒相连接，控制箱中设置有间歇机构，绕在滚筒上的钢丝绳一端与横梁后部连接，另一端通过换向滑轮与横梁前部连接，横梁的中部支撑在支架上。本发明结构简单，制造容易，成本低，高效节能。本发明与传统游梁式抽油机相比，设备成本降低30％左右，节能效果可以达到50％以上。

Description

重锤平衡式石油抽油机

技术领域

本发明涉及一种石油开采设备，尤其是一种高效节能型的石油抽油机。

背景技术

中国专利申请号200820109335.7公开了“一种综合节能抽油机”，该实用新型提供一种综合节能抽油机，包括底座支架、电动机、减速箱、曲柄连杆系统、游梁平衡系统、抽油泵，还包括电控装置和与之相连接的油泵充满系数监测器；所述电控装置内设有微处理器、能量反馈单元、功率模块单元、补偿电容器、间抽控制器。中国专利申请号200420007131.4公开了一种“双驴头全平衡式抽油机”，它具有杠杆式游梁、驴头、支架、减速机、电动机，机体支架固定在机体支座上，机体支架的顶端与游梁中点连接，其关键是在游梁的一端固定有前置驴头，游梁另一端固定有后置驴头；传递动力的减速机)驱动增力大轮且驱动连杆一端连接在增力大轮上，两个动力臂的一端分别与游梁两端铰接，另一端一起与驱动连杆另一端铰接。游梁两端设有两个驴头，且距支点等距离，负载平衡。一机可供两口油井工作。中国专利申请号200710114154.3公开了一种“移动调整重心的抽油机”，其包括大梁、配电柜，配电柜连接电动机带动导轮转动，导轮通过连杆使大梁上下运动，大梁坐落在大梁支架上方的主轴承上，大梁的前部是驴头和其所连接的驴头辫子，下方连接着光杆销、光杆，通过流程和输油管输送石油，在大梁上设有移动平衡块，移动平衡块由移动控制机构控制。采用上述结构以后，由于平衡块可以在自动控制下随着大梁上下运动，从而节约电能，能够防止皮带打滑。

目前，国内外抽吸地下原油普遍使用的是游梁式抽油机，该抽油机是通过曲柄连杆机构将电动机的旋转运动转换成抽油杆的往复运动，达到抽油的目的。由于曲柄连杆机构在运动过程中有死点存在，为了克服死点，设计时在与曲柄连接的轴上加装了庞大的平衡块，要带动平衡块一起转动，必然要加大电动机的功率，这是游梁式抽油机能耗高的关键问题所在。据测算，该抽油机仅电费支出一项就占了采油成本的三分之二。所以，成本和节油是该行业中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的缺陷，彻底甩开曲柄连杆机构，提供一种结构简单、成本低且高效节能的重锤平衡式石油抽油机。

本发明所述的重锤平衡式石油抽油机由支架、驴头、横梁、重锤、换向滑轮和卷扬机构成，重锤设置在横梁的后端，与横梁固定连接，卷扬机由电动机、控制箱和滚筒构成，电动机通过控制箱与滚筒相连接，控制箱中设置有间歇机构，绕在滚筒上的钢丝绳一端与横梁后部连接，另一端通过换向滑轮与横梁前部连接，横梁的中部支撑在支架上。

在本发明中，绕在滚筒上的钢丝绳两端分别与横梁前后部连接，使设备在整个运转过程中受力分布均衡。而设置在横梁后端头的重锤是节能的关键部件，是利用重力实现节能。设置在卷扬机控制箱中的间歇机构为一个齿轮组，由两级齿轮构成，第一级齿轮为主动齿轮与两个被动齿轮啮合，主动齿轮为不完全齿轮，第二级齿轮通过轴与第一级的两个完全齿轮连接，电动机的输出轴与主动齿轮同轴，第二级齿轮的输出轴与滚筒同轴。这样能够有效地实现卷扬机滚筒正反转。

与现有技术不同的是，用设在控制箱中的间歇机构取代曲柄连杆机构，用设在横梁后端的重锤实现节能，绕在滚筒上的钢丝绳两端分别与横梁前后部连接，使得整个运动过程受力分布均衡。

所述的控制箱除能实现滚筒的正反转外，还具有减速功能，改变滚筒的转速便可改变抽油杆的冲程和冲次。

所述的重锤G由公式

确定。式中p为抽油杆在液中的重力，p1为柱塞泵上液柱的重力，l为横梁前臂长，y为横梁后臂长。由公式可见，横梁后臂越长，重锤重量越轻。重锤材料可以用钢渣混凝土，这样即减体积，又节约成本，且坚固耐用、制作容易。

所述的卷扬机牵引力F由公式

确定。式中p1为柱塞泵上液柱的重力，l为横梁前臂长，e为钢丝绳着力点到支架的距离。

所述的卷扬机电动机功率由公式1.8×10^-1D²HSnr确定。式中D为柱塞泵直径，H为泵柱深度，S为冲程，n为冲次，r为原油比重。

本发明所述的重锤平衡式石油抽油机的工作原理是：当卷扬机滚筒正转时，连接横梁后部的钢丝绳受力，在钢丝绳的牵引力和重锤的重力共同作用下，通过横梁将抽油杆提起。在控制箱中的间歇机构的作用下，于是卷扬机滚筒反转，连接横梁前部的钢丝绳受力，钢丝绳的牵引力和抽油杆在原油液中的重力共同作用将横梁后端的重锤举起，与此同时，抽油杆下行。在间歇机构的作用下，卷扬机滚筒正转。这样往复不断，地下原油便源源不断抽至地面。

抽油杆上下往复运动中，横梁受力是不相同的。抽油杆上行时，横梁前部受力为抽油杆在液中的重力p和柱塞泵上液柱的重力p1，横梁后部受力为重锤重力G和钢丝绳牵引力F；抽油杆下行时，横梁前部受力为抽油杆在液中重力p和钢丝绳牵引力F，横梁后部受力为重锤重力G。

本发明的优点是：与传统游梁式抽油机相比，设备成本降低30％左右，节能效果可以达到50％以上。特别适合改造高能耗游梁式抽油机。在控制箱内设置有间歇机构，在间歇机构作用下，能够有效的实现抽油杆上下往复运动，从而带动井下柱塞泵上下往复运动，达到抽吸地下原油的目的。由于横梁前后部均有钢丝绳牵引，使设备在整个运转过程中，受力分布均衡，由于巧妙地利用重锤做功，使得卷扬机输入动力大大减小，达到节能的目的。本发明结构简单，制造容易，成本低，高效节能。

附图说明

图1为本发明重锤平衡式高效节能型石油抽油机结构示意图。

图2为本发明重锤平衡式高效节能型石油抽油机当柱塞泵上行时受力分析示意图。

图3为本发明重锤平衡式高效节能型石油抽油机当柱塞泵下行时受力分析示意图。

图4为本发明间歇机构实现滚筒正反转原理图。

图中：1-支架，2-驴头，3-横梁，4-重锤，5-卷扬机，5-1-电动机，5-2-控制箱，5-3-滚筒，6-换向滑轮。

图4中O₁为电机输入轴，O₂为间歇机构输出轴，O₃为中间轴，Z₁～Z₅均为齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例方式对本发明作进一步说明，附图和实施例不用于限制本发明。

如图1所示，本发明所述的重锤平衡式高效节能型石油抽油机结构由支架1、驴头2、横梁3、重锤4、卷扬机5(含电动机5-1、控制箱5-2、滚筒5-3)和换向滑轮6构成。重锤4设置在横梁3后端头，与横梁固定连接，电动机通过控制箱与滚筒相连接，控制箱中设置有间歇机构，绕在滚筒上的钢丝绳一端与横梁后部连接，另一端通过换向滑轮与横梁前部连接，横梁的中部支撑在支架上。钢丝绳与横梁的前后连接点到支架1的距离相等。

图2给出了重锤平衡式高效节能型石油抽油机当柱塞泵上行时的受力分析图。该图表明：根据力矩平衡原理可建立方程式：

pl+p1l＝Fe+Gy

等式中p为抽油杆在液中的重力，p1为柱塞泵上液柱的重力，l为横梁前臂长，F为卷扬机牵引力，G为重锤重力，e为钢丝绳在横梁后部的着力点到支架的距离，y为横梁后臂长。

图3给出了重锤平衡式高效节能型石油抽油机当柱塞泵下行时的受力分析图。该图表明：根据力矩平衡原理可建立方程式：

pl+Fe＝Gy

等式中p为抽油杆在液中的重力，F为卷扬机牵引力，l为横梁前臂长，e为钢丝绳在横梁的着力点到支架的距离，G为重锤重力，y为横梁后臂长。

两式建立方式组：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{pl}+p1l=\mathrm{Fe}+\mathrm{Gy}------\left(a\right)\\ \mathrm{pl}+\mathrm{Fe}=\mathrm{Gy}---------\left(b\right)\end{array}\right.$

解方程组：

$G=\frac{(2p+p1)l}{2y}$

$F=\frac{p1l}{2e}$

实施时分别在钢丝绳两端加装液压测力计，通过加减重锤重量来调节前后钢丝绳受力状况，当两个测力计读数一致时，表明此时重锤的重量为最佳值，钢丝绳的受力处于理想状态。

如图4所示，本实施例所述的设置在控制箱中的间歇机构为一个齿轮组，由两级齿轮构成，第一级齿轮为主动齿轮Z₁与两个被动齿轮Z₂、Z₃啮合，主动齿轮Z₁为不完全齿轮，第二级齿轮为相互啮合的齿轮Z₄、Z₅，Z₄、Z₅通过轴与第一级的两个完全齿轮Z₂、Z₃连接，电动机的输出轴与主动齿轮Z₁同轴，第二级齿轮的输出轴与滚筒同轴。

图4中，Z₁为不完全齿轮，一半有齿。一半无齿。假如O₁成顺时针转动，当Z₁转至Z₂时，此时Z₁正好与Z₃脱开，Z₁与Z₂啮合，O₂轴便成反时针转动；当Z₁转至Z₃时，此时Z₁正好与Z₂脱开，Z₁与Z₃啮合，O₃轴便成顺时针转动。O₁轴每旋转一周，O₂轴正反转各一次。

Claims (3)

1.一种重锤平衡式石油抽油机，其特征在于由支架(1)、驴头(2)、横梁(3)、重锤(4)、换向滑轮(6)和卷扬机(5)构成，重锤(4)设置在横梁(3)的后端，与横梁(3)固定连接，卷扬机(5)由电动机(5-1)、控制箱(5-2)和滚筒(5-3)构成，电动机(5-1)通过控制箱(5-2)与滚筒(5-3)相连接，控制箱(5-2)中设置有间歇机构，绕在滚筒(5-3)上的钢丝绳一端与横梁(3)后部连接，另一端通过换向滑轮(6)与横梁(3)前部连接，横梁(3)的中部支撑在支架(1)上。

2.如权利要求1所述的重锤平衡式石油抽油机，其特征在于设置在卷扬机(5)控制箱(5-2)中的间歇机构为一个齿轮组，由两级齿轮构成，第一级齿轮为主动齿轮与两个被动齿轮啮合，主动齿轮为不完全齿轮，第二级齿轮通过轴与第一级的两个完全齿轮连接，电动机的输出轴与主动齿轮同轴，第二级齿轮的输出轴与滚筒同轴。

3.如权利要求1所述的重锤平衡式石油抽油机，其特征在于所述的钢丝绳与横梁(3)的前后连接点到支架(1)的距离相等。

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