CN104373084A - 游梁式双驴头滑轮组抽油机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种游梁式双驴头滑轮组抽油机，由塔架、游梁、带有动滑轮的驴头、牵拉钢丝绳、承载钢丝绳、减震张紧弹簧、换向减速机、输出滚筒、配重箱、换向制动机构、电动机组成。塔架顶面上方以铰接方式设置有游梁，游梁左右两端分别设置有驴头，两个驴头上分别设置有动滑轮，两个动滑轮分别套装有牵拉钢丝绳，牵拉钢丝绳两端分别与换向减速机输出滚筒和减震张紧弹簧相连接，左侧驴头通过承载钢丝绳和悬绳器与抽油杆柱相连接，右侧驴头的承载钢丝绳下端悬挂有配重箱；塔架底部的底座上设有电动机、换向减速机、输出滚筒。此种抽油机省略了常规游梁式抽油机的曲柄、连杆等部件，具有造价低、能耗低、安全可靠性好、维修调整方便等优点。此种抽油机不仅可以用于单井采油，还可用于双井采油，对于负荷较大的稠油井更具有优势。
Description
技术领域：本发明型涉及一种用于石油开采的机械设备，尤其是一种游梁式双驴头滑轮组抽油机。
背景技术：现有的常规游梁式抽油机长期以来一直是国内、外用于石油开采的主要机械设备，游梁式抽油机采用四连杆机构换向，优点是速度曲线合理，运行可靠性较好。其主要缺点是峰值扭矩大，机械效率低，平衡效果差，而且制造成本和能耗较高。上述缺点和问题不利于石油开采和油井生产经济效益的提高。又如中国专利局2014年8月13日公开的专利号：201410239831.4的“天平式滑轮组抽油机”，存在的问题是，牵拉钢丝绳从输出滚筒引出后先绕过导向轮，然后向上折返从驴头外侧(驴头的弧线一侧)绕过动滑轮，再引向地面与减震张紧弹簧连接，此种牵拉钢丝绳的连接方式有以下缺陷：1.牵拉钢丝绳多绕行一次导向轮，增加一次弯折，影响钢丝绳的使用寿命；2.当导向轮与驴头上的动滑轮垂直、牵拉钢丝绳与这两个轮的切线重合时，牵拉钢丝绳不能拉动驴头继续下行，抽油杆柱不能获得足够的冲程。实践证明此设计方案不具有实用性。
发明内容：本发明的目的在于提供一种造价低、能耗低、安全性好、可靠性好、简单实用并可实现抽油机最大冲程的游梁式双驴头滑轮组抽油机。
本发明是这样实现的，首先取消了上述现有技术中的导向轮，此种抽油机由塔架、游梁、带有动滑轮的驴头、牵拉钢丝绳、承载钢丝绳、电动机、换向减速机、输出滚筒、减震张紧弹簧、配重箱、换向制动机构组成，其结构组装关系如下：塔架顶面上方以铰接方式设置有游梁，游梁左右两端分别设置有驴头，两个驴头上分别设置有动滑轮，两个动滑轮分别套装有牵拉钢丝绳，牵拉钢丝绳两端分别与换向减速机的输出滚筒和减震张紧弹簧相连接，左侧驴头通过承载钢丝绳和悬绳器与抽油杆柱相连接，右侧驴头的承载钢丝绳下端悬挂有配重箱；塔架底部的底座上设有电动机、换向减速机、输出滚筒、换向制动机构；换向减速机的输入轴、输出轴分别与电动机和输出滚筒相连，换向制动机构安装在换向减速机上。
本发明的工作过程如下：电动机带动换向减速机转动，换向减速机伸出箱体外的两根半轴和制动盘同时空转，换向制动机构中的两个制动器均处于松弛状态；当直流电源接通，换向控制系统中的一个接近开关被感应，与之对应的电磁铁得电后吸在制动盘上，并带动杠杆转动一个角度，杠杆的上端点推动液压总泵的柱塞，通过杠杆和柱塞式液压泵两次放大把正压力施加到制动钳上，刹住所在的制动盘及半轴，换向减速机带动输出滚筒顺时针转动；此时，连接在输出滚筒左侧的牵拉钢丝绳，通过套装在驴头上的动滑轮带动驴头摆动，驴头又通过承载钢丝绳带动抽油杆柱上行，右侧驴头的钢丝绳则带动配重箱下行；悬点行至另一个接近开关处，切断电源，释放刹住的制动盘，延时几秒钟，待运动惯性和抽油杆变形消除后，给另一块电磁铁供电并刹住所在的制动盘和半轴，换向减速机带动输出滚筒逆时针转动，完成一次换向过程；此时左侧驴头通过承载钢丝绳带动抽油杆柱下行，而右侧驴头和配重箱上行。重复上面的过程就可连续获得输出滚筒的正、反转动，从而实现抽油机井的正常生产。制动器中两块电磁铁交替工作的延时时间，可以根据油井产量和原油的粘稠度自行设定。
本发明改变了四连杆机构换向的设计思想，省略了常规游梁式抽油机的曲柄、配重块、连杆、横梁和尾轴等部件，还减轻了减速机重量，具有造价低、能耗低、安全可靠性好、维修调整方便等优点，利用它可以大大提高油井生产的经济效益。此种抽油机不仅可以用于单井采油，还可用于双井采油，对于负荷较大的稠油井更具有优势。
本发明上述优点和实施效果具体表现在以下几方面：
1.制造成本低。用换向减速机取代四连杆结构可以节省大量钢材，应用动滑轮原理降低减速机扭矩，减速机的重量随之减少40％；另外，配重箱内可以添加石材，这些都大幅度节省材料费和加工费；
2.节能降耗。由于采用游梁式双驴头结构好似一架天平，平衡效果最佳，比常规游梁抽油机节能30％以上；采用动滑轮组频繁提升抽油杆柱既省力又省功，电机功率可降低1/3；
3.可靠性、安全性好。由于牵拉钢丝绳不承担悬点载荷，并通过动滑轮拉动驴头可省力1/2，牵拉钢丝绳的负荷减少，使用寿命大幅提高，即使是牵拉钢丝绳断裂也不会造成事故。特别是，当悬点一侧出现断绳、断杆失载的情况下，牵拉钢丝绳还能起到保护作用，防止配重箱疾落；
4.便于调整维修。由于牵拉钢丝绳与设置在地面上的减震张紧弹簧相连接，因而调整牵拉钢丝绳的松紧度比较方便；
5.调整抽油机冲程很方便。只需移动接近开关就可完成。
附图说明：
图1为本发明的总体结构示意图；
图2是换向减速机的平面结构示意图。
图3是圆柱齿轮差速器的行星轮分布图。
图4是圆柱齿轮差速器的结构剖视图。
图5是圆柱齿轮差速器的行星轮与太阳轮啮合示意图。
图6是换向制动机构结构示意图。
图7是动滑轮安装在驴头下部铰接链节上的示意图。
图8是采用两组动滑轮结构的示意图。
具体实施方式：以下结合附图对本发明的实施做进一步说明。
如图1所示，本发明由塔架1、游梁2、驴头3、4、动滑轮5、6、牵拉钢丝绳11、12、承载钢丝绳13、14、减震张紧弹簧15、16、输出滚筒17、配重箱18、换向减速机19、换向制动机构32、33和电动机组成(其中，换向减速机19、电动机图1中未画出)，其结构组装关系如前所述。总体上，此种抽油机是一个对称结构，游梁2置于塔架1上方，游梁2左右两端各有一个驴头3、4，两侧以塔架为中心左右平衡。驴头3、4上分别装有动滑轮5、6，它们可以安装在驴头3、4的上、中、下部，也可以安装在铰接链36上。只要能使驴头获得更大摆角，增加抽油机行程，牵引驴头时更省力，就是动滑轮的最佳安装位置。
动滑轮5、6的设置方式有两种：
方式一：一组动滑轮结构。如图1所示，牵拉钢丝绳11、12从减震张紧弹簧15、16中引出，套装在驴头3、4上的动滑轮5、6上并与输出滚筒17连接；动滑轮5、6安装在驴头下部，也可安装在驴头3、4的上部8、10处或中部7、9处。如图7所示，左侧驴头上的动滑轮5亦可安装在铰接链36上，右侧驴头安装方法相同。采用一组动滑轮可节省1/2的拉力。
方式二：两组动滑轮结构。如图8所示，此种结构增加一组动滑轮、一段钢丝绳和一个减震张紧弹簧。第一段牵拉钢丝绳11从第一组减震张紧弹簧15中引出，绕过驴头上的动滑轮5、与第二组动滑轮38的中轴连接板37连接，第二段牵拉钢丝绳39从第二组减震张紧弹簧40中引出，绕过第二组动滑轮38与输出滚筒17连接。另一侧连接方法相同。采用两组动滑轮只需1/4的力就能拉动驴头。
如图2所示，所述的换向减速机19由输入齿轮20、两组差速器22、24、差速器外齿轮21、23、四根半轴25、26、27、28、齿轮29、30、输出齿轮31、联轴器35组成，差速器22、24的壳体上分别装有外齿轮21、23，二者互相啮合，中间可以增设介轮1～3个；差速器22、24内分别设有4对行星轮和两个太阳轮，四根半轴25、26、27、28以花键方式分别插入两组差速器的四个太阳轮中；输出一侧的两根半轴27、28上装有齿轮29、30(也可直接制成齿轴)，两个齿轮之间是输出齿轮31，这三个齿轮互相啮合；输出齿轮轴34伸出减速机箱体，通过联轴器35与输出滚筒17连接；另一侧的两根半轴25、26伸出减速机箱体，伸出部分上装有换向制动机构32、33，换向制动机构交替刹住半轴25、26，差速器中的太阳轮、行星轮发生公转、自转、改变速度、改变方向转，完成换向过程，换向减速机即可输出正、负扭矩，并带动输出滚筒正、反转动。输出滚筒顺时针转动时，缠绕右侧钢丝绳同时放松左侧钢丝绳，此时左侧驴头带动抽油杆柱上行，右侧驴头随配重箱下行；输出滚筒逆时针转动时，则各部件分别作相反方向运行。
如图3、图4，所述的差速器22、24采用圆柱齿轮差速器，两组差速器的结构完全相同，如差速器24由两个太阳轮24-9、24-10、4对行星轮24-1、24-2、24-3、24-4、24-5、24-6、24-7、24-8、壳体24-11、24-12、壳体圆周上的外齿轮23、连接螺栓24-13组成。太阳轮、行星轮均为圆柱齿轮，其中，太阳轮为两个24-9、24-10，一左一右对称布置；行星轮共4对(24-1、24-2、24-3、24-4、24-5、24-6、24-7、24-8)，每隔90°设置一对，均匀分布。每对行星轮相互啮合1/2齿宽，另外的1/2齿宽与各自的太阳轮啮合(见图5)，太阳轮、行星轮都安装在差速器的壳体24-11、24-12中，这个壳体就是行星架，差速器壳体24-11、24-12由两个相同的圆盘组成，圆盘上开有中心孔、行星轮孔和连接螺栓孔，中心孔对应太阳轮的花键孔，用来插入半轴，行星轮孔用来安装行星轮；连接螺栓24-13通过连接螺栓孔把差速器的两个壳体24-11、24-12和外齿轮23连接为一体，组合为一个差速器总成。另一组差速器22的结构相同。
如图6所示，换向制动机构33由液压总泵33-1、制动盘33-4、杠杆33-5、制动钳33-6、电磁铁33-7和换向控制系统组成。液压总泵33-1安装在换向减速机19箱体上部，制动钳33-6安装在换向减速机19箱体中部，并嵌入制动盘33-4内；杠杆33-5的支点处与换向减速机19箱体上的销轴33-3铰接(活动连接)，杠杆33-5上端的阻力点顶在液压总泵33-1的柱塞33-2上，杠杆33-5下端的动力点连接一块电磁铁33-7。电磁铁33-7得电后吸在旋转的制动盘上，并带动杠杆随制动盘转动一个角度，杠杆33-5的上端(阻力点)推动总泵柱塞33-2移动，经过杠杆和液压泵两次放大把正压力加到制动钳上，即可刹住所在的制动盘和半轴。换向制动机构32与之相同。
上述的制动过程不需要外力，它是靠电磁铁吸在制动盘上并带动杠杆随制动盘旋转一定角度，杠杆的阻力点推动总泵柱塞，驱动液压制动器自己刹住自己。此种盘式液压制动器不需要设置电动油泵和冷却系统，避免了油泵的维修和更换液压油。所以，它的可靠性好，使用寿命长。工作中如果两组制动器都失灵了，两组差速器可以同时空转，输出一侧的半轴、输出轴、输出滚筒都静止不动，换向减速机不输出扭矩，因此不会造成任何事故。
所述的换向控制系统由控制电路、接近开关、电磁铁组成。控制电路设置在井场配电盘内，采用12v～36v直流电源控制两块电磁铁交替工作，电磁铁的功率为30w～100w即可，两只接近开关分别设置在配重箱行走轨道的上行终点和下行终点处，亦可设置在游梁摆角的初点和止点处。
本发明的游梁式双驴头滑轮组抽油机不仅用于单井采油，也适用于双井采油，对于负荷较大的稠油井更具有优势。不论在结构上做任何变化，凡是在抽油机驴头上装有动滑轮或在其他领域应用换向减速机技术，均落在本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种游梁式双驴头滑轮组抽油机，由塔架(1)、游梁(2)、驴头(3)、(4)、动滑轮(5)、(6)、牵引钢丝绳(11)、(12)、承载钢丝绳(13)、(14)、减震张紧弹簧(15)、(16)、输出滚筒(17)、配重箱(18)、换向减速机(19)、换向制动机构(32)、(33)和电动机组成，其特征在于，塔架(1)顶面上方中心部位以铰接方式设置有游梁(2)，游梁(2)左右两端分别设有驴头(3)、(4)；驴头(3)、(4)上分别设置有动滑轮(5)、(6)，动滑轮(5)、(6)上分别套装有牵拉钢丝绳(11)、(12)，牵拉钢丝绳(11)、(12)两端分别与换向减速机输出滚筒(17)和减震张紧弹簧(15)、(16)相连，驴头(3)通过承载钢丝绳(13)和悬绳器与抽油杆柱相连，驴头(4)的承载钢丝绳(14)下端悬挂有配重箱(18)；塔架(1)底部的底座上设有电动机、输出滚筒(17)、换向减速机(19)和换向制动机构(32)、(33)，换向减速机(19)的输入轴、输出轴分别与电动机和输出滚筒(17)相连接，换向制动机构(32)、(33)安装在换向减速机(19)上。
2.根据权利要求1所述的游梁式双驴头滑轮组抽油机，其特征在于，可以采用一组动滑轮结构，也可采用两组动滑轮结构，动滑轮(5)、(6)可以安装在驴头(3)、(4)的上、中、下部，也可安装在一节铰接链(36)上；两组动滑轮结构包括两组动滑轮(5)、(38)、两组减震张紧弹簧(15、40)，牵拉钢丝绳(11)先绕过驴头(3)上的动滑轮(5)连接在第二组动滑轮(38)的中轴连接板(37)上，第二根牵拉钢丝绳(39)从第二组减震张紧弹簧(40)中引出，绕过动滑轮(38)与输出滚筒(17)连接，另一侧的连接方法相同。
3.根据权利要求1所述的游梁式双驴头滑轮组抽油机，其特征在于，换向减速机(19)由输入齿轮(20)、差速器(22)、(24)、半轴(25)、(26)、(27)、(28)、半轴齿轮(29)、(30)、输出齿轮(31)、联轴器(35)和箱体组成，差速器(22)、(24)的壳体上分别装有外齿轮(21)、(23)，外齿轮(22)、(23)相互啮合，二者之间可增设介轮1～3个；差速器(22)、(24)的壳体内分别设有2个太阳轮和4对行星轮，半轴(25)、(26)、(27)、(28)分别插入4个太阳轮中；输出一侧的半轴(27)、(28)上装有齿轮(29)、(30)，两个齿轮之间是输出齿轮(31)，这三个齿轮互相啮合；输出齿轮轴伸出箱体，通过联轴器(35)与输出滚筒(17)连接；另一侧的半轴(25)、(26)伸出箱体，伸出部分上装有换向制动机构(32)、(33)。
4.根据权利要求1所述的游梁式双驴头滑轮组抽油机，其特征在于，所述的差速器(24)采用圆柱齿轮差速器，由两个太阳轮(24-9)、(24-10)、4对行星轮(24-1)、(24-2)、(24-3)、(24-4)、(24-5)、(24-6)、(24-7)、(24-8)、壳体(24-11)、(24-12)、连接螺栓(24-13)、壳体上的外齿轮(23)组成；两个太阳轮(24-9)、(24-10)左右对称布置，4对行星轮(24-1)、(24-2)、(24-3)、(24-4)、(24-5)、(24-6)、(24-7)、(24-8)每隔90°布置一对，均匀分布；每对行星轮相互啮合1/2齿宽，另外的1/2齿宽与各自的太阳轮啮合；太阳轮、行星轮均安装在壳体(24-11)、(24-12)中，壳体(24-11)、(24-12)由两个相同的圆盘组成，其上开有中心孔、行星轮孔、连接螺栓孔，中心孔与太阳轮的花键孔相对应，行星轮孔安装行星轮，连接螺栓(24-13)通过螺栓孔把两个圆盘形壳体和外齿轮(23)连接为一体；差速器(22)结构与之相同。
5.根据权利要求1所述的游梁式双驴头滑轮组抽油机，换向制动机构(33)由液压总泵(33-1)、制动盘(33-4)、杠杆(33-5)、制动钳(33-6)、电磁铁(33-7)和换向控制系统组成，其特征在于，液压总泵(33-1)安装在换向减速机(19)箱体上部，制动钳(33-6)安装在换向减速机(19)箱体中部，并嵌入制动盘(33-4)内；杠杆(33-5)的支点处与换向减速机(19)箱体上的销轴(33-3)铰接，杠杆(33-5)上端的阻力点顶在液压总泵(33-1)的柱塞(33-2)上，杠杆(33-5)下端的动力点连接一块电磁铁(33-7)；换向制动机构(32)与之结构相同；换向控制系统由控制电路、接近开关、电磁铁组成，控制电路设置在井场配电盘内，采用12～36V直流电源控制两块电磁铁交替工作，电磁铁的功率为30～100W，两只接近开关分别设置在配重箱行走轨道的上行终点和下行终点处，亦可设置在游梁摆角的初点和止点处。
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| C06 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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