CN111021994B - 用于曲柄式抽油机的平衡装置及抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于曲柄式抽油机的平衡装置及抽油机，其涉及油气开发技术领域，用于曲柄式抽油机的平衡装置包括：减速箱；曲柄，曲柄的一端与减速箱的输出轴相传动连接；连杆机构，连杆机构与曲柄的另一端相铰链连接；第一转轮，第一转轮安装在减速箱的输出轴上，输出轴能带动第一转轮同步转动；第二转轮，第二转轮通过轴安装在曲柄上，第二转轮能绕轴进行转动，第二转轮与第一转轮之间的传动比为1:1；传动件，传动件绕设在第一转轮和第二转轮上以使第一转轮通过传动件能带动第二转轮转动；连接杆和第一平衡块，连接杆的一端连接第一平衡块，连接杆的另一端固定连接在第二转轮上。本申请采用一种新的结构实现对平衡块总体的力矩的调节。

Description

用于曲柄式抽油机的平衡装置及抽油机

技术领域

本发明涉及油气开发技术领域，特别涉及一种用于曲柄式抽油机的平衡装置及抽油机。

背景技术

曲柄式抽油机的平衡度是抽油机运行状态的一个重要参数之一，也是评价油井设备运行管理的一项技术指标。目前现在主要是通过测电流的方式再通过人工调整抽油机平衡块，以达到节能的目的，防止抽油机上下交变负荷过大，延长抽油机和电机的使用寿命。通常的平衡方式可以分为四种：游梁平衡、曲柄平衡、复合平衡、气动平衡。前三种调整平衡时需要设备停运，人工调节平衡块位置。需要反复几次测量、调整才能达到相对平衡位置。相对的平衡位置对于抽油机上冲程能达到节能的目的，而在下冲程时也需要电机增加负荷来提高平衡块的势能。气动平衡是利用气体的可压缩性来储存和释放能量达到平衡的目的，这种平衡方式减少了抽油机的动负荷及震动，但其装置精度要求高，加工复杂且辅助设备也很耗能。

现有操作方法中的利用杠杆原理通过人工调整平衡块位置虽然实现了力臂大小的调节，但是在运转时抽油机还是会存在程度较小的不平衡，这还是会损伤抽油机减速箱同时造成功率浪费和效率低，缩短电机使用寿命；另外，上述操作需要操作工频繁测量、调节增加劳动强度，调解不及时不利于电机的节电、节能，变相提高了操作成本。现有操作方法中的利用液压或气压驱动平衡块的启动平衡和电机驱动平衡块的平衡方式需要借助额外复杂的机械装置产生动力驱动平衡块，不利于节能同时增加了装置的复杂性，易出现故障而造成生产上的损失。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种用于曲柄式抽油机的平衡装置及抽油机，其采用一种新的结构实现平衡块总体的重心的周期性变化。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种用于曲柄式抽油机的平衡装置，所述用于曲柄式抽油机的平衡装置包括：

减速箱；

曲柄，所述曲柄的一端与所述减速箱的输出轴相传动连接；

连杆机构，所述连杆机构与所述曲柄的另一端相铰链连接，所述连杆机构用于连接游梁；

第一转轮，所述第一转轮安装在所述减速箱的输出轴上，所述输出轴能带动所述第一转轮同步转动；

第二转轮，所述第二转轮通过轴安装在所述曲柄的另一端上，所述第二转轮能绕轴进行转动，所述第二转轮与所述第一转轮之间的传动比为1:1；

传动件，所述传动件绕设在所述第一转轮和第二转轮上以使所述第一转轮通过传动件能带动所述第二转轮转动；

连接杆和第一平衡块，所述连接杆的一端连接第一平衡块，所述连接杆的另一端固定连接在所述第二转轮上。

优选地，所述连接杆具有沿所述第二转轮的径向方向延伸的趋势。

优选地，所述第一转轮为链轮，所述第二转轮为链轮，所述传动件为链条。

优选地，所述第二转轮安装在所述曲柄上的轴、所述连杆机构与所述曲柄的另一端相铰链连接的轴为同一个轴。

优选地，所述连接杆固定连接在所述第二转轮的侧壁上。

优选地，所述第一转轮为皮带轮，所述第二转轮为皮带轮，所述传动件为皮带。

优选地，所述用于曲柄式抽油机的平衡装置还包括：第二平衡块，所述第二平衡块安装在所述曲柄的另一端。

优选地，所述用于曲柄式抽油机的平衡装置还包括：与所述连杆机构相铰链连接的游梁；第二平衡块，所述第二平衡块安装在所述游梁远离驴头的一端。

优选地，所述第二平衡块的重量大于所述第一平衡块的装量。

一种抽油机，所述抽油机包括上述任一所述的用于曲柄式抽油机的平衡装置；

电机，所述电机与减速箱的输入轴相传动连接；

一端与连杆机构相铰链连接的游梁；

安装在所述游梁上另一端的驴头；

用于支撑所述游梁的支架机构。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中用于曲柄式抽油机的平衡装置当减速箱的输出轴带动曲柄转动时，曲柄通过连杆机构带动游梁的一端上下运动。在上述过程中，减速箱的输出轴会同时带动第一转轮转动，第一转轮转动的同时，其通过传动件带动第二转轮转动。由于第二转轮只是通过轴安装在曲柄上，因此，第二转轮的转动的速率是完全受第一转轮控制的。在曲柄绕减速箱的输出轴转动一圈的过程中，加上第二转轮与所述第一转轮之间的传动比为1:1，第二转轮也是转动一周。如此，第二转轮上通过连接杆连接的第一平衡块绕着第二转轮的轴也是转动一周，在这转动一周的过程中，第一平衡块与减速箱的输出轴之间的距离发生周期变化。该周期变化与抽油机的上冲程和下冲程相匹配，如此可以减小下冲程时电机所需要做的功，从而降低下冲程时电机需要增加的负荷，而且可以增加上冲程时第一平衡块动能的增加量，从而减小对电机负荷的冲击。通过上述方式实现了第一平衡块的自动调整平衡，从而进一步减轻了抽油机上下冲程时交变负荷过大的问题，延长了电机的使用寿命。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中用于曲柄式抽油机的平衡装置的结构示意图一；

图2为本发明实施例中用于曲柄式抽油机的平衡装置的结构示意图二；

图3为本发明实施例中用于曲柄式抽油机的平衡装置的结构示意图三；

图4为本发明实施例中用于曲柄式抽油机的平衡装置的结构示意图四。

以上附图的附图标记：

1、减速箱；2、曲柄；3、连杆机构；4、游梁；5、第一转轮；6、第二转轮；7、传动件；8、连接杆；9、第一平衡块；10、第二平衡块；11、电机；12、驴头；13、支架机构。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本申请中提出了一种采用新的结构以实现平衡块总体的重心的周期性变化，图1为本发明实施例中用于曲柄式抽油机的平衡装置的结构示意图，如图1所示，本申请中的用于曲柄2式抽油机的平衡装置可以包括：减速箱1；曲柄2，曲柄2的一端与减速箱1的输出轴相传动连接；连杆机构3，连杆机构3与曲柄2的另一端相铰链连接；第一转轮5，第一转轮5安装在减速箱1的输出轴上，输出轴能带动第一转轮5同步转动；第二转轮6，第二转轮6通过轴安装在曲柄2的另一端处，第二转轮6能绕轴进行转动，第二转轮6与第一转轮5之间的传动比为1:1；传动件7，传动件7绕设在第一转轮5和第二转轮6上以使第一转轮5通过传动件7能带动第二转轮6转动；连接杆8和第一平衡块9，连接杆8的一端连接第一平衡块9，连接杆8的另一端固定连接在第二转轮6上。

本申请中用于曲柄2式抽油机的平衡装置当减速箱1的输出轴带动曲柄2转动时，曲柄2通过连杆机构3带动游梁4的一端上下运动。在上述过程中，减速箱1的输出轴会同时带动第一转轮5转动，第一转轮5转动的同时，其通过传动件7带动第二转轮6转动。由于第二转轮6只是通过轴安装在曲柄2上，因此，第二转轮6的转动的速率是完全受第一转轮5控制的。在曲柄2绕减速箱1的输出轴转动一圈的过程中，加上第二转轮6与第一转轮5之间的传动比为1:1，第二转轮6也是转动一周。如此，第二转轮6上通过连接杆8连接的第一平衡块9绕着第二转轮6的轴也是转动一周，在这转动一周的过程中，第一平衡块9与减速箱1的输出轴之间的距离发生周期变化。该周期变化与抽油机的上冲程和下冲程相匹配，如此可以减小下冲程时电机11所需要做的功，从而降低下冲程时电机11需要增加的负荷，而且可以增加上冲程时第一平衡块9动能的增加量，从而减小对电机11负荷的冲击。通过上述方式实现了第一平衡块9的自动调整平衡，从而进一步减轻了抽油机上下冲程时交变负荷过大的问题，延长了电机11的使用寿命。

为了更好的了解本申请中的用于曲柄2式抽油机的平衡装置，下面将对其做进一步解释和说明。如图1所示，本申请中用于曲柄2式抽油机的平衡装置的减速箱1具有输出轴和输入轴，输入轴与电机11相传动连接，减速箱1的输出轴与曲柄2的一端相传动连接。具体而言，减速箱1的输出轴可以插设在曲柄2一端中，输出轴与曲柄2的一端相固定以能带动曲柄2转动。

如图1所示，连杆机构3的下端与曲柄2的另一端相铰链连接，连杆机构3能够绕铰链连接处进行转动。连杆机构3的上端则与游梁4相铰链连接，从而带动游梁4上下运动。

如图1所示，用于曲柄2式抽油机的平衡装置的第一转轮5安装在减速箱1的输出轴上，第一转轮5与输出轴相固定安装，如此使得输出轴能带动第一转轮5同步转动。

如图1所示，第二转轮6通过轴安装在曲柄2的另一端处，第二转轮6能绕轴进行转动。第二转轮6可以套设在轴上，以使第二转轮6可以自由转动。

如图1所示，传动件7绕设在第一转轮5和第二转轮6上以使第一转轮5通过传动件7能带动第二转轮6转动。第二转轮6与第一转轮5之间的传动比为1:1，也就是说，第二转轮6与第一转轮5的直径相等。通过这种方式可以实现第一平衡块9以行星的轨迹进行运行，且第一平衡块9绕第一转轮5一圈的同时其绕第二转轮6转动也是一圈，从而实现与上下冲程的周期对应。

在一种可行的实施方式中，第一转轮5为链轮，第二转轮6为链轮，传动件7为链条。在该实施方式中，由于链条卡在链轮中，两者之间不会出现任何的滑动，可以充分保证减速箱1的输出轴转动下所处的角度和第二转轮6转动下第一平衡块9所处的角度位置相对应。在另一种可行的实施方式中，第一转轮5为皮带轮，第二转轮6为皮带轮，传动件7为皮带。在该实施方式中，为了减小皮带与皮带轮之间的滑动，可以使用带有多个凹槽的皮带轮和使用多条皮带，从而保证减速箱1的输出轴转动下所处的角度和第二转轮6转动下第一平衡块9所处的角度位置相对应。采用链状或带状的呈柔性的传动件7可以替代齿轮与轴之间的传输，从而降低安装成本。

如图1所示，第二转轮6上固定连接有连接杆8。连接杆8固定连接在第二转轮6的侧壁上，如此避免第二转轮6在转动过程中连接杆8会与传动件7产生相交干扰。连接杆8的另一端连接有第一平衡块9，连接杆8的作用是增加第一平衡块9的力臂，从而达到控制第一平衡块9的力矩的作用。当第一平衡块9的力矩越大时，下冲程时电机11所需要做的功的减小值越大，上冲程时第一平衡块9动能增加量越大。

为了使得连接杆8的长度能够尽充分的转变成力臂，连接杆8具有沿第二转轮6的径向方向延伸的趋势。作为优选地，连接杆8沿第二转轮6的径向方向延伸，此时连接杆8的长度被利用的最为充分。

如图1所示，为了简化曲柄2上的部件，第二转轮6安装在曲柄2上的轴、连杆机构3与曲柄2的另一端相铰链连接的轴可以为同一个轴。

图2为本发明实施例中用于曲柄式抽油机的平衡装置的结构示意图二，图3为本发明实施例中用于曲柄式抽油机的平衡装置的结构示意图三，图4为本发明实施例中用于曲柄式抽油机的平衡装置的结构示意图四，如图1至图4所示，用于曲柄2式抽油机的平衡装置当减速箱1的输出轴带动曲柄2转动时，曲柄2通过连杆机构3带动游梁4的一端上下运动。在上述过程中，减速箱1的输出轴会同时带动第一转轮5转动，第一转轮5转动的同时，其通过传动件7带动第二转轮6转动。由于第二转轮6通过轴安装在曲柄2上，可绕轴转动，因此，第二转轮6的转动的速率完全受第一转轮5控制的。在曲柄2绕减速箱1的输出轴转动一圈的过程中，加上第二转轮6与第一转轮5之间的传动比为1:1，第二转轮6也是转动一周。如此，第二转轮6上通过连接杆8连接的第一平衡块9绕着第二转轮6的轴也是转动一周，在转动一周的过程中，第一平衡块9与减速箱1的输出轴之间的距离发生周期变化。该周期变化与抽油机的上冲程和下冲程相匹配。如图1至图3所示，当抽油机上冲程时，第一平衡块9的重心远离减速箱1的输出轴，即第二平衡块10转动远离减速箱1的输出轴，从而使得第一平衡块9的动能进一步增大，减小第一平衡块9降低的重力势能对电机11负荷的冲击。如图3、图4和图1所示，当抽油机下冲程时，第一平衡块9的重心靠近减速箱1的输出轴，即第二平衡块10转动靠近减速箱1的输出轴，从而使得电机11输出提供给第一平衡块9的重力势能的增加量减小，如此，减小了电机11的输出负荷,减小下冲程时电机11所需要做的功。通过上述方式实现了第一平衡块9的自动调整平衡，从而进一步减轻了抽油机上下冲程时交变负荷过大的问题，延长了电机11的使用寿命。与此同时，本申请平衡装置无需安装任何额外的动力装置以为第一平衡块9提供来回运转的动力。

如图1所示，在一种可行的实施方式中，用于曲柄2式抽油机的平衡装置可以包括：与连杆机构3相铰链连接的游梁4；第二平衡块10，第二平衡块10安装在曲柄2的另一端。在另一种可行的实施方式中，第二平衡块10安装在游梁4远离驴头12的一端。在上述两种实施方式中，第二平衡块10的重量大于第一平衡块9的装量。为了避免第一平衡块9重量体积过大，可以在平衡装置设置第二平衡块10，第二平衡块10与现有技术中的平衡块结构作用相同，相对于第一平衡块9，第二平衡块10起到主要作用。当抽油机上冲程时，第二平衡块10向下运动，帮助克服驴头12上的负荷；在下冲程时，电机11使第二平衡块10向上运动，储存重力势能的能量，在第二平衡块10的作用下，可以减小抽油机上下冲程的负荷差别。在该种实施方式中，第二平衡块10可以起到辅助调节使得两个平衡块的重心位置呈周期性变化，从而让两个平衡块的重心到减速箱1输出轴的距离呈周期性变化。当抽油机上冲程时，两个平衡块的重心远离减速箱1的输出轴，即第二平衡块10转动远离减速箱1的输出轴，从而使得两个平衡块的动能进一步增大，减小两个平衡块降低的重力势能对电机11负荷的冲击；当抽油机下冲程时，两个平衡块的重心靠近减速箱1的输出轴，即第二平衡块10转动靠近减速箱1的输出轴，从而使得电机11输出提供给两个平衡块的重力势能的增加量减小，如此，减小了电机11的输出负荷。

在本申请中还提出了一种抽油机，抽油机包括上述任一的用于曲柄2式抽油机的平衡装置；电机11，电机11与减速箱1的输入轴相传动连接；一端与连杆机构3相铰链连接的游梁4；安装在游梁4上另一端的驴头12；用于支撑游梁4的支架机构13。本申请中的抽油机中的曲柄2转动运行时旋转，从而使得第一平衡块9围绕第一转轮5的中心进行旋转，与此同时，第一转轮5带动第二转轮6转动，在第二转轮6转动时，使得第一平衡块9同时绕第二转轮6的中心进行旋转。在整个过程中，本申请能够自动调节第一平衡块9的重心位置作有规律地以行星轨迹运行，从而实现第一平衡块9的自动调整平衡。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于曲柄式抽油机的平衡装置，其特征在于，所述用于曲柄式抽油机的平衡装置包括：

减速箱；

曲柄，所述曲柄的一端与所述减速箱的输出轴相传动连接；

连杆机构，所述连杆机构与所述曲柄的另一端相铰链连接，所述连杆机构用于连接游梁；

第一转轮，所述第一转轮安装在所述减速箱的输出轴上，所述输出轴能带动所述第一转轮同步转动；

第二转轮，所述第二转轮通过轴安装在所述曲柄的另一端上，所述第二转轮能绕轴进行转动，所述第二转轮与所述第一转轮之间的传动比为1:1；

传动件，所述传动件绕设在所述第一转轮和第二转轮上以使所述第一转轮通过传动件能带动所述第二转轮转动；

连接杆和第一平衡块，所述连接杆的一端连接第一平衡块，所述连接杆的另一端固定连接在所述第二转轮上，所述连接杆具有沿所述第二转轮的径向方向延伸的趋势，所述连接杆固定连接在所述第二转轮的侧壁上；

第二平衡块，所述第二平衡块安装在所述曲柄的另一端。

2.根据权利要求1所述的用于曲柄式抽油机的平衡装置，其特征在于，所述第一转轮为链轮，所述第二转轮为链轮，所述传动件为链条。

3.根据权利要求1所述的用于曲柄式抽油机的平衡装置，其特征在于，所述第二转轮安装在所述曲柄上的轴、所述连杆机构与所述曲柄的另一端相铰链连接的轴为同一个轴。

4.根据权利要求1所述的用于曲柄式抽油机的平衡装置，其特征在于，所述第一转轮为皮带轮，所述第二转轮为皮带轮，所述传动件为皮带。

5.根据权利要求1所述的用于曲柄式抽油机的平衡装置，其特征在于，所述第二平衡块的重量大于所述第一平衡块的装量。

6.一种抽油机，其特征在于，所述抽油机包括权利要求1至5中任一所述的用于曲柄式抽油机的平衡装置；

电机，所述电机与减速箱的输入轴相传动连接；

一端与连杆机构相铰链连接的游梁；

安装在所述游梁上另一端的驴头；

用于支撑所述游梁的支架机构；

当抽油机上冲程时，第一平衡块的重心远离减速箱的输出轴；当抽油机下冲程时，第一平衡块的重心靠近减速箱的输出轴。

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