CN112502672B - 一种前置式游梁互补平衡抽油机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种前置式游梁互补平衡抽油机，包括驴头、游梁、滚轮、副支架、中轴承、主支架、轴承、平衡梁、配重、底座、电机、减速器、曲柄、连杆、横梁、尾轴承和悬绳器。抽油机上冲程时，游梁的后臂尺寸由最大到最小，平衡力矩随之变化；抽油机下冲程时，游梁的后臂尺寸由最小到最大，平衡力矩随之变化。这个平衡过程与抽油机曲柄连杆机构所需要的的运动平衡互补匹配，曲柄净扭矩脉动最小。本发明结构解决了抽油机结构不平衡的问题，平衡效果好，硬节能效益显著，能耗低，抽油机举升系统效率高，提升力大，冲程长，结构简单，没有易损件，降低了设备维护成本，减轻了操作者的工作负担。
Description
技术领域
本发明涉及一种油田采油举升设备，具体涉及油田采油领域应用的一种前置式游梁互补平衡抽油机。
背景技术
抽油机是石油和天然气的主要开采机械。抽油机是有杆抽油系统的地面动力传动设备，是构成“三抽系统的主要组成部分。抽油机主要有游梁式抽油机和无游梁式抽油机两大类。目前普遍采用的抽油机以游梁式抽油机为主。游梁机又分为常规游梁抽油机和前置式游梁抽油机。
游梁式抽油机自诞生以来，经历了各种工况和各种地域油田的考验，经久不衰。它以结构简单、制造容易、可靠性高、耐久性好、维修方便、适应现场工况等优点，在采油机械中占有举足轻重的地位。但由于常规机的四连杆结构特征，决定了它平衡效果差，曲柄净扭矩脉动大，存在负扭矩、载荷率低、工作效率低和能耗大等缺点。在采油成本中，抽油机电费30%左右，年耗电量占油田总耗电量的20~30%，为油田电耗的第二位。
随着我国及世界石油工业的发展，钻井深度不断增加，油田深井、超深井的比例不断提高，因此对抽油机的提出了更高的要求。为解决游梁抽油机的能耗大、效率低、不能适应油井深抽工艺的需要等问题，多年来节能型游梁抽油机的开发种类繁多，例如：双驴头游梁抽油机、异形游梁抽油机、异相型游梁抽油机、吊重滑轮组式抽油机等，都从不同的技术层面解决了抽油机能耗的一些问题，但是存在不利于推广的问题。
发明内容
本发明针对上述现有游梁抽油机技术上的不足，提供一种平衡效果好，曲柄净扭矩脉动小，抽油机举升系统效率高、能耗低，对油井井深适应性广的一种前置式游梁互补平衡抽油机。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种前置式游梁互补平衡抽油机，包括驴头、游梁、滚轮、副支架、中轴承、主支架、轴承、平衡梁、配重、底座、电机、减速器、曲柄、连杆、横梁、尾轴承和悬绳器，其特征在于：主支架上端与游梁尾部连接，下端与底座连接，游梁前端设有驴头，平衡梁通过轴承铰接在主支架上，平衡梁围绕轴承转动，平衡梁的前臂有滚轮，与游梁下部通过滚轮接触在m点，后臂伸出主支架，其上连接有配重；
驴头、游梁、副支架、中轴承、主支架、底座、减速器、曲柄、连杆、横梁、尾轴承组成曲柄连杆运动机构；
游梁、滚轮、中轴承、主支架、轴承、平衡梁、配重组成抽油机互补平衡系统；
平衡梁前臂端点滚轮与游梁接触点为m点，随着游梁摆角δ的变化，m点在游梁下方沿着游梁移动，使游梁平衡后臂尺寸发生变化，平衡梁作用在游梁上的力矩自动变化；
所述的力矩变化规律是：抽油机上冲程时，m点在游梁下方沿着游梁移动的方向是从尾轴承向中轴承运动，游梁的后臂尺寸由最大到最小变化，使得平衡梁对游梁的后臂力矩由最大向最小变化，抽油机下冲程时，m点在游梁下方沿着游梁移动的方向是从中轴承向尾轴承运动，游梁的后臂尺寸由最小到最大变化，使得平衡梁对游梁的后臂力矩由最小向最大变化，这个平衡过程与抽油机上下冲程所需要的的运动平衡正好互补匹配，曲柄净扭矩脉动最小。
所述的驴头到达上死点时，m点移动到靠近中轴承处，平衡梁的作用在游梁上的力矩变为最小，驴头到达下死点时，m点移动到游梁靠近横梁的位置，平衡梁的作用在游梁上的力矩变为最大。
以轴承为支点，平衡梁带有滚轮的前臂力矩始终小于带有配重的后臂力矩，在力矩作用下，平衡梁上的滚轮始终受到向上的力与游梁的下截面紧密接触配合。
所述的平衡梁是直梁，或者是有弧度的梁和弯梁。
所述的配重直接装到平衡梁上，或者用钢丝或管杆悬挂在平衡梁上。
所述摆角δ为驴头到达上死点时与到达下死点时，游梁所形成的夹角。
在本发明中与现有技术相比，保留了老式前置式游梁抽油机的所有优点。另外还解决了抽油机结构不平衡问题，结构简单，没有易损件，降低了设备维护成本。此外还具有以下显著优点：
1、该发明互补平衡，曲柄净扭矩脉动小，平衡效果好，硬节能效益显著，能耗低，抽油机举升系统效率高，提升力大，冲程长，是一种油井井深适应性广、有推广价值的游梁抽油机。
2、抽油机调平衡时，只需要操作者对配重微调节，操作简单，省时省力，解决了目前负荷大、离心力大，费时费力，装置加工复杂等问题，提高了开井时率，减轻了操作者的工作负担。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明运动的原理图。
图中：1-驴头，2-游梁，3-滚轮，4-副支架，5-中轴承，6-主支架，7-轴承，8-平衡梁，9-配重，10-底座，11-电机，12-减速器，13-曲柄，14-连杆，15-横梁，16-尾轴承，17-悬绳器。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步解释说明：
如图1所示，驴头1、游梁2、滚轮3、副支架4、中轴承 5、主支架6、轴承 7、平衡梁8、配重9、电机11、减速器12、曲柄13、连杆14、横梁15、尾轴承16均设于底座10上部；
主支架6上端与游梁2尾部连接，下端与底座10连接；游梁2前端设有驴头1；
平衡梁8通过轴承 7铰接在主支架6上，平衡梁8围绕轴承 7转动，平衡梁8的前臂有滚轮3，与游梁2下部通过滚轮3接触在m点，后臂伸出主支架6，其上连接有配重9；
驴头1、游梁2、副支架4、中轴承 5、主支架6、底座10、减速器12、曲柄13、连杆14、横梁15、尾轴承16组成曲柄连杆运动机构；
游梁2、滚轮3、中轴承5、主支架6、轴承7、平衡梁8、配重9组成组成抽油机互补平衡系统，以轴承7为支点，平衡梁8带有滚轮3的前臂力矩始终小于带有配重9的后臂力矩，在力矩作用下，平衡梁8上的滚轮3始终受到向上的力与游梁2的下截面紧密接触配合。
设备工作时，悬绳器17将井下负荷与驴头1连接，减速器12将电机11的高速转动减为曲柄13的低速转动，平衡梁8作用在游梁2上的力矩随着游梁2的摆角δ的变化自动变化；
随着游梁2摆角δ的变化，m点在游梁2下方移动。
驴头1到达上死点时，m点移动到靠近中轴承 5处，平衡梁8的作用在游梁2上的力矩变为最小；
驴头1到达下死点时，m点移动到游梁2靠近横梁15的位置，平衡梁8的作用在游梁2上的力矩变为最大；
这样平衡梁8作用在游梁2的力矩自动变化规律是：抽油机上冲程时，力矩由最大向最小变化；抽油机下冲程时，力矩由最小向最大变化。这个平衡过程与抽油机上下冲程所需要的的平衡正好匹配，曲柄13净扭矩脉动小。
当抽油机调平衡时，使用者只需要对配重9进行微调节，减轻了操作者的工作负担。
结合图1和图2所示：o1为中轴承5所处的点，o2为轴承7所处的点；e为平衡梁8伸出轴承7的前臂部分，d为平衡梁8伸出轴承7的后臂部分；摆角δ为驴头1到达上、下死点时，游梁2所形成的夹角。平衡梁8作用在游梁2上的力矩会随着游梁2的摆角δ的变化自动变化。平衡梁8前臂e的端点滚轮3与游梁2下部m点接触，随着游梁2摆角δ的变化，m点在游梁2下方移动。驴头1到达上死点时，m点移动到靠近图1中的中轴承5处，即图2中的o1处，平衡梁8的作用在游梁2上的力矩变为最小；驴头1到达下死点时，m点移动到游梁2靠近横梁15的位置，平衡梁8的作用在游梁2上的力矩变为最大。这样平衡梁8作用在游梁2的力矩自动变化规律是：抽油机上冲程时，力矩由最大向最小变化；抽油机下冲程时，力矩由最小向最大变化。这个平衡过程与抽油机上下冲程所需要的的平衡正好匹配，曲柄13净扭矩脉动小。
Claims (6)
1.一种前置式游梁互补平衡抽油机，包括驴头（1）、游梁（2）、滚轮（3）、副支架（4）、中轴承（5）、主支架（6）、轴承（7）、平衡梁（8）、配重（9）、底座（10）、电机（11）、减速器（12）、曲柄（13）、连杆（14）、横梁（15）、尾轴承（16）和悬绳器（17），特征在于：主支架（6）上端与游梁（2）尾部连接，下端与底座（10）连接，游梁（2）前端设有驴头（1），平衡梁（8）通过轴承（7）铰接在主支架（6）上，平衡梁（8）围绕轴承（7）转动，平衡梁（8）的前臂末端有滚轮（3），与游梁（2）下部通过滚轮（3）接触在m点，平衡梁（8）后臂尾端连接有配重（9）；
游梁（2）、滚轮（3）、中轴承（5）、主支架（6）、轴承（7）、平衡梁（8）、配重（9）组成抽油机互补平衡系统；
以轴承（7）为支点，平衡梁（8）带有滚轮（3）的前臂力矩始终小于带有配重（9）的后臂力矩，在力矩作用下，平衡梁（8）上的滚轮（3）始终受到向上的力与游梁（2）的下截面紧密接触配合；
滚轮（3）与游梁（2）接触点为m点，随着游梁（2）摆角δ的变化，m点在游梁（2）下方沿着游梁（2）移动，使游梁（2）平衡后臂尺寸发生变化，平衡梁（8）作用在游梁（2）上的力矩自动变化，所述的力矩变化规律。
2.根据权利要求1所述的一种前置式游梁互补平衡抽油机，其特征是所述的力矩变化规律是：抽油机上冲程时，m点在游梁（2）下方沿着游梁（2）移动的方向是从尾轴承（16）向中轴承（5）运动，游梁（2）的后臂尺寸由最大到最小变化，使得平衡梁（8）对游梁（2）的后臂力矩由最大向最小变化，抽油机下冲程时，m点在游梁（2）下方沿着游梁（2）移动的方向是从中轴承（5）向尾轴承（16）运动，游梁（2）的后臂尺寸由最小到最大变化，使得平衡梁（8）对游梁（2）的后臂力矩由最小向最大变化，这个平衡过程与抽油机上下冲程所需要的的运动平衡正好互补匹配，曲柄净扭矩脉动最小。
3.根据权利要求1所述的一种前置式游梁互补平衡抽油机，其特征在于所述的驴头（1）到达上死点时，m点移动到靠近中轴承（5）处，平衡梁（8）的作用在游梁（2）上的力矩变为最小，驴头（1）到达下死点时，m点移动到游梁（2）靠近横梁（15）的位置，平衡梁（8）的作用在游梁（2）上的力矩变为最大。
4.根据权利要求1所述的一种前置式游梁互补平衡抽油机，其特征在于所述的平衡梁（8）是直梁，或者是有弧度的梁。
5.根据权利要求1所述的一种前置式游梁互补平衡抽油机，其特征在于所述的配重（9）直接装到平衡梁（8）上，或者用钢丝或管杆悬挂在平衡梁（8）上。
6.根据权利要求1所述的一种前置式游梁互补平衡抽油机，其特征在于所述摆角δ为驴头（1）到达上死点时与到达下死点时，游梁（2）所形成的夹角。
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