CN110529078B - 抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田开采设备领域，特别涉及一种抽油机，抽油机包括底座支架、连接在底座支架上的游梁和与游梁相连用于带动游梁摆动的连杆机构，所述游梁为伸缩式游梁，所述游梁包括铰接在底座支架上的梁体和滑动伸缩装配在梁体上的伸缩部，伸缩部上配置有配重块。通过伸缩部的伸缩可较大范围的调整游梁的长度，从而较大范围的调整配重块力矩，增加悬点载荷的调整范围，即使悬点载荷较大或泵挂较深时也可实现对抽油机悬点载荷平衡的调节。解决了现有技术中的抽油机的悬点载荷平衡调节范围小，无法满足泵挂深、载荷大的油井需求的问题。

Description

抽油机

技术领域

本发明涉及油田开采设备领域，特别涉及一种抽油机。

背景技术

抽油机是油田有杆抽油系统的地面驱动设备，俗称“磕头机”。常见抽油机即游梁式抽油机是油田广泛应用的传统抽油设备，包括用于构成抽油机结构基础的底座支架总成、安装在底座支架上的游梁总成，其中游梁总成主要包括游梁和连接在一端的驴头，游梁总成通过与其相连的曲柄连杆机构进行上下运动，曲柄连杆机构则包括电机及电机控制柜、与电机相连的曲柄总成和刹车总成等。其中，曲柄总成是保障游梁式抽油机平衡的主要部件，其保证平衡的主要方法是通过在曲柄上设置平衡块，平衡块通过锁紧块、锁紧螺栓固定在曲柄两侧，并且曲柄上有齿条和平衡块重心半径刻度，当悬点载荷发生变化需调节平衡时，需使用吊车吊住平衡块，松开固定平衡块的螺栓，卸掉锁紧块，移动平衡块到所需位置并固定，使抽油机整机处于平衡状态。但是抽油机悬点载荷周期性变化大，需要经常调整，这种调节方式工作效率低、劳动强度大、成本高、易发生安全事故。

授权公告号为CN205089579U，授权公告日为2016.03.16的中国专利公开了一种游梁式抽油机游梁智能微平衡装置，梁式抽油机游梁智能微平衡装置包括由左向右依次设置在游梁上表面的步进电机、左支座和右支座，左支座和右支座之间转动设有变螺距丝杠，步进电机的主轴通过联轴器与变螺距丝杠左端连接，变螺距丝杠上穿设有左配重箱和右配重箱，左配重箱和右配重箱骑跨在游梁上，左配重箱和右配重箱内分别盛装有左端部配重块和右端部配重块。通过自动控制左配重箱和右配重箱的力矩大小，实现对抽油机悬点载荷的平衡，极大提高了抽油机的平衡度，使抽油机主电机输出均匀，电流波峰、波谷有效减小。但是，由于配重箱的力矩调整范围有限，当悬点载荷变化较大时，仅依靠左配重箱和右配重箱不足以使悬点载荷平衡，无法满足泵挂深、载荷大的油井的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抽油机，以解决现有技术中的抽油机的悬点载荷平衡调节范围小，无法满足泵挂深、载荷大的油井需求的问题。

为实现上述目的，本发明的抽油机采用以下技术方案：

抽油机包括底座支架、连接在底座支架上的游梁和与游梁相连用于带动游梁摆动的连杆机构，所述游梁为伸缩式游梁，所述游梁包括铰接在底座支架上的梁体和滑动伸缩装配在梁体上的伸缩部，伸缩部上配置有配重块。

本发明的有益效果：游梁为包括梁体和伸缩部的伸缩式游梁，通过伸缩部的伸缩可较大范围的调整游梁的长度，从而较大范围的调整配重块力矩，增加悬点载荷的调整范围，即使悬点载荷较大或泵挂较深时也可实现对抽油机悬点载荷平衡的调节。解决了现有技术中的抽油机的悬点载荷平衡调节范围小，无法满足泵挂深、载荷大的油井需求的问题。

考虑到伸缩部在梁体上滑动的稳定性，本方案中所述伸缩部呈马鞍状。马鞍状的伸缩部具有两鞍翼，两鞍翼分别处于梁体两侧，保证伸缩部在梁体上的滑动稳定性。

为方便伸缩部的伸缩调节，本方案中所述伸缩部的两鞍翼内侧设有与梁体滚动配合的支撑滚轮，所述伸缩部通过支撑滚轮支撑装配在梁体上。通过支撑滚轮不仅保证伸缩部稳定支撑的梁体上，且减小了伸缩部相对梁体滑动时的阻力，方便对游梁进行伸缩调节。

为保证梁体对伸缩部的稳定支撑，本方案中所述支撑滚轮滚动装配在梁体的上端面上。梁体上端面具有较大的支撑面积，通过梁体上端面支撑伸缩部，保证伸缩部在梁体上的支撑稳定性。

为避免伸缩部在相对梁体滑动时出现偏斜，影响悬点载荷平衡的调节，本方案中所述伸缩部的两鞍翼内侧设有与梁体滚动配合的扶正导轮。扶正导轮具有很好的导向作用，可有效避免伸缩部滑动时相对梁体偏斜，保证悬点载荷的可靠调节。

为保证扶正导轮的正确的移动方向，本方案中所述梁体的两侧设有扶正轮槽，所述扶正导轮滚动装配在扶正轮槽内。扶正导轮滚动装配在扶正轮槽内，通过扶正轮槽对扶正导轮的导向作用，确保扶正导轮移动方向。

为增加伸缩部的调整力矩，本方案中所述伸缩部呈马鞍状，所述伸缩部的两鞍翼内设有鞍翼配重腔，所述伸缩部远离抽油机的驴头的端部设有端部配重箱，所述鞍翼配重腔和端部配重箱内均配置有所述配重块。通过设置在鞍翼配重腔和端部配重箱内的配重块来增加伸缩部的配重，通过配重增加伸缩部的力矩，有利于抽油机悬点载荷平衡的调整。

为实现抽油机上悬点载荷平衡的自动调节，本方案中所述梁体与伸缩部之间设有用于带动伸缩部相对于梁体伸缩的丝杠机构，所述抽油机的驴头上设有载荷传感器，抽油机还包括与载荷传感器信号连接的调节控制模块，所述调节控制模块与驱动丝杠机构动作的调节装置信号连接以根据载荷传感器的信号控制调节装置动作。通过与调节控制模块信号连接的载荷传感器和调节装置，方便根据载荷传感器的情况控制调节装置动作，以自动实现悬点载荷平衡的自动调节。

为方便观察伸缩部位置，本方案中所述梁体上设有用于显示伸缩部伸缩长度的标尺。通过标尺方便观察和调整伸缩部位置，以更好的通过伸缩部位置的调节实现悬点载荷的平衡调节。

为避免悬点载荷失效，造成抽油机翻机事故，本方案中所述伸缩部下方设有缓冲弹性件。通过缓冲弹性件可缓冲、吸收伸缩部的能量，有效避免抽油机翻机事故。

附图说明

图1是本发明抽油机的具体实施例1的结构示意图；

图2是图1中曲柄的结构示意图；

图3是图1中游梁的结构示意图；

图4为图3中的A向视图；

图5为本发明的抽油机的具体实施例1的控制系统图；

图6为本发明的抽油机的具体实施例1的节能效果图；

图中：1-驴头，2-梁体，3-伸缩部，4-端部配重箱，5-连杆，6-曲柄，7-直驱电机，8-缓冲弹簧，9-底座，10-刹车总成，11-电机控制柜，12-底座支架，13-刹车毂，14-端部配重块，15-鞍翼配重块，16-支撑滚轮，17-扶正导轮，18-调节电机，19-丝杠机构，20-扶正轮槽，21-配重物，22-标尺。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明抽油机的具体实施例1：如图1所示，抽油机包括底座9和固定在底座9上的底座支架12，底座支架12上连接有游梁和与游梁相连的用于带动游梁摆动的连杆机构。连杆机构包括连杆5和曲柄6，通过直驱电机7驱动曲柄6带动与连杆5连接的游梁摆动。需要说明的是，直驱电机7为永磁同步电机，这样直驱电机7不仅具有噪音低、环保的优点，且具有维护方便、维护周期长的特点。如图1和图5所示，直驱电机7由直驱电机模块控制，即本实施例中的电机控制柜11控制，当驴头1失去载荷时，电机控制柜11控制直驱电机7通过刹车总成10刹车，避免抽油机翻机事故的发生。需要说明的是，刹车总成10包括刹车毂13刹车和与刹车毂13连接的刹把。如图2所示，本实施例中的曲柄6由型钢焊接组成，节省了曲柄6的制造成本，且结构简单。在其他实施例中曲柄可为铸造曲柄。本实施例中，游梁为伸缩式游梁，游梁包括铰接在底座支架12上的梁体2和滑动伸缩装配在梁体2上的伸缩部3，伸缩部3上配置有配重块。通过伸缩部3的伸缩可较大范围的调整游梁的长度，从而较大范围的调整配重块力矩，增加悬点载荷的调整范围，即使悬点载荷较大或泵挂较深时也可实现对抽油机悬点载荷平衡的调节。解决了现有技术中的抽油机的悬点载荷平衡调节范围小，无法满足泵挂深、载荷大的油井需求的问题。

如图3和图4所示，为方便伸缩部3的安装，同时保证伸缩部3在梁体2上的滑动稳定性，本实施例中的伸缩部3呈马鞍状。在其他实施例中，伸缩部可为立方体、椭球或杆状结构。伸缩部3的两鞍翼内侧设有与梁体2滚动配合的支撑滚轮16，伸缩部3通过支撑滚轮16支撑装配在梁体2的上端面上。一方面，通过支撑滚轮16可保证伸缩部3在梁体2上端面的稳定支撑，另一方面，支撑滚轮16可减小伸缩部3在梁体2上滚动时与梁体2之间的阻力，方便对游梁进行伸缩调节。需要说明的是，梁体2上端面设有导轨，支撑滚轮16与导轨滚动配合。在其他实施例中，伸缩部可直接通过端面支撑装配在梁体上；伸缩部上也可设有滑轨，梁体上设有滑槽，滑轨支撑装配在滑槽内；也可在梁体的侧面设有与支撑滚轮配合的支撑面，支撑滚轮支撑装配在梁体的支撑面上；梁体2上端面上也可设置安装支撑滚轮的滑槽。本实施例中的伸缩部3与梁体2之间设有驱动伸缩部3伸缩的丝杠机构19，梁体2上固定有驱动丝杠机构19动作的调节电机18，调节电机18与丝杠机构19采用联轴器连接，伸缩部3套装在丝杆机构19的外部以通过丝杠机构19驱动伸缩部3沿梁体2长度方向移动。在其他实施例中，伸缩部与梁体之间也可通过齿轮齿条结构进行驱动。

如图3和图4所示，梁体2与伸缩部3之间设有对伸缩部3进行扶正的扶正结构，扶正结构包括设置在梁体2两侧的扶正轮槽20和设置在伸缩部3两鞍翼内侧的扶正导轮17，扶正导轮17滚动装配在扶正轮槽20内。通过扶正导轮17与扶正轮槽20的滚动配合可有效避免伸缩部3在相对梁体2滑动时出现偏斜，影响悬点载荷平衡的调节。扶正结构除具有扶正作用外，还可确保在伸缩部3在往复运动中，调节电机18与梁体2的稳定连接。如图3所示，伸缩部3内利用隔板做成多个型腔，处于上部的型腔内填充固定有配重物21；伸缩部3的两鞍翼内设有鞍翼配重腔，鞍翼配重腔内设有鞍翼配重块15；伸缩部3远离驴头1的端部设有端部配重箱4，端部配重箱4内配置有端部配重块14，端部配重块14和鞍翼配重块15均为伸缩部3的配重块。通过配重物21、鞍翼配重块15和端部配重块14增加了伸缩部3各段的重力，从而增加伸缩部3的整体配重，增加伸缩部3的力矩，有利于抽油机悬点载荷平衡的调整。在其他实施例中，伸缩部上可不设置鞍翼配重块，仅设置端部配重块；伸缩部上也可不设置端部配重块，仅设置鞍翼配重块；伸缩部上也可不设置配重物。需要说明的是，本实施例中，端部配重块14和鞍翼配重块15均为活动配重块，可根据需要调整配重块的重量，增加抽油机悬点载荷的平衡调整范围。另外，本实施例中的端部配重箱4通过销子安装在伸缩部3的矩形支撑体末端，便于进行端部配重箱4的拆卸，以方便游梁的运输。

如图5所示，驴头1上设有载荷传感器，为实现抽油机悬点载荷平衡的自动调节，本实施例中的抽油机包括与载荷传感器信号连接的调节控制模块，即本实施例中的调节电机模块。调节电机模块与调节电机18信号连接以根据载荷传感器的信号控制调节电机18动作，通过调整电机18驱动丝杠机构19动作调整伸缩部3在梁体2上的相对位置，使游梁在底座支架12两侧的力矩相等。在其他实施例中，也可不设置调节控制模块，根据载荷大小人为控制调节电机，使伸缩部处于梁体的合适位置。另外，本实施例中的抽油机还包括与载荷传感器信号连接的显示载荷大小的载荷显示器；梁体2上还设有用于显示伸缩部3伸缩长度的标尺22，通过标尺22方便观察和调整伸缩部3位置。考虑到悬点载荷失效时，伸缩部3可能会落至底座上，造成抽油机翻机事故，本实施例中的伸缩部3的端部配重箱4下方设有缓冲弹簧8。一旦悬点载荷失效，缓冲弹簧8起到缓冲、吸收伸缩部3能量的作用，有效避免抽油机翻机事故。在其他实施例中，也可在伸缩部下方设置缓冲垫等其他缓冲装置；伸缩部下方也可不设置缓冲弹性件。

在抽油机工作过程中，伸缩部3的位置依据支架总成12两侧力矩设置，当驴头1位于下行程死点时，伸缩部3向支架总成12向远离驴头1的方向移动至扶正轮槽20终点；当驴头1位于上行程死点时，伸缩部3向支架总成12靠近驴头1的方向移动至扶正轮槽20终点，这种设计基于天平原理大大降低了调节电机18的负荷，节省了大量电能。另外，由于该设计所需要的驱动装置负荷较小，采用直驱电机17替代原有的三项异步电机不仅解决了能耗而且降低了抽油机装置的成本。

本发明的抽油机基于天平原理，将伸缩部与梁体结合为一体的游梁结构，增加了与驴头端对应的游梁的力臂，使底座支架两侧的力矩相等，降低电机负荷，具有明显的节能效果，同时检修、维护安全、便捷。当驴头载荷失效时，缓冲弹簧能有效避免抽油机翻机事故的发生。游梁自动调节平衡技术的利用更是大大提高了工作效率，单台抽油机的耗电量明显减少。具体节能效果如图6所示，图中T代表时间，I代表电流；A曲线代表传统抽油机的耗电曲线，B曲线代表本发明的抽油机的耗电曲线。图中的斜角线部分为本发明的抽油机的耗电量，网格线部分为本发明的抽油机的节约耗电量。

本发明抽油机的具体实施例2：与本发明的抽油机的具体实施例1相比，区别仅在于：本实施例中的伸缩部设为实心结构，此时通过伸缩部自重即可满足配重要求，不用设置鞍翼配重块，但是存在游梁的运输和加工不便的问题。

本发明抽油机的具体实施例3：与本发明的抽油机的具体实施例1相比，区别仅在于：本实施例中的扶正导轮由滑块替换，梁体上相应的设有与滑块限位配合的滑槽，使用滑块在滑槽内滑动。

Claims (3)

1.抽油机，包括底座支架、连接在底座支架上的游梁和与游梁相连用于带动游梁摆动的连杆机构，其特征在于：所述游梁为伸缩式游梁，所述游梁包括铰接在底座支架上的梁体和滑动伸缩装配在梁体上的伸缩部，伸缩部上配置有配重块，所述伸缩部呈马鞍状，马鞍状的伸缩部具有两鞍翼，两鞍翼分别处于梁体两侧，所述伸缩部的两鞍翼内侧设有与梁体滚动配合的支撑滚轮，所述支撑滚轮滚动装配在梁体的上端面上，所述伸缩部的两鞍翼内侧设有与梁体滚动配合的扶正导轮，所述梁体的两侧设有扶正轮槽，所述扶正导轮滚动装配在扶正轮槽内，所述伸缩部通过支撑滚轮支撑装配在梁体上，所述伸缩部的两鞍翼内设有鞍翼配重腔，所述伸缩部远离抽油机的驴头的端部设有端部配重箱，所述鞍翼配重腔和端部配重箱内均配置有所述配重块，所述梁体与伸缩部之间设有用于带动伸缩部相对于梁体伸缩的丝杠机构，所述抽油机的驴头上设有载荷传感器，抽油机还包括与载荷传感器信号连接的调节控制模块，所述调节控制模块与驱动丝杠机构动作的调节装置信号连接以根据载荷传感器的信号控制调节装置动作。

2.根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于：所述梁体上设有用于显示伸缩部伸缩长度的标尺。

3.根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于：所述伸缩部下方设有缓冲弹性件。

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