CN1888376A

CN1888376A - 一种新型平衡方式游梁式抽油机

Info

Publication number: CN1888376A
Application number: CN 200510014350
Authority: CN
Inventors: 姜士湖; 孟庆沂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-03

Abstract

本发明给出了一种新型平衡方式游梁式抽油机的设计方案，主要特点是在常规游梁式抽油机的游梁后部固定一个导轨，导轨上放置小滑车，滑车可以在导轨上下滑动，在横梁的两端各固定一个连杆装置，连杆与滑车的拉杆铰接。滑车上可以根据需要放置平衡块，滑车可以随曲柄的转动在导轨上往复滑动。这样就等于在游梁后臂上增加了一个随游梁的摆角变化而方向和位置都变化的游梁平衡重，从而实现在抽油机整个运转周期中实现平衡，以达到较好的节能效果，经虚拟样机仿真分析，得到了较好的动力学性能和节能效果。

Description

一种新型平衡方式游梁式抽油机

本发明专利涉及一种新型平衡方式游梁式抽油机的设计方案。

有杆泵采油是我国陆上采油的主要方式，抽油机井占我国油井的90％以上，在现场使用的抽油机中，游梁式抽油机占抽油机总数的95％以上，对游梁式抽油机的研究有重要意义。多年来，国内外对游梁式抽油机的研究很多，抽油机的设计水平不断提高，节能型新机型不断出现。总体来讲，对游梁式抽油机的技术改造或新产品设计主要从两方面进行，一是增加抽油机的冲程，冲程增加了就提高了抽油机的效率，从而降低了成本，二是改善抽油机的平衡效果，改善抽油机的平衡性有利于提高电动机的功率因数，达到节能的目的。对一定机型的游梁式抽油机来说，冲程的增加是有一定限度的，因此，改善游梁式抽油机的平衡性就显得很重要，游梁式抽油机的平衡一般包括两方面，一是曲柄平衡，二是游梁平衡，因为旋转半径等因素的限制，曲柄平衡重的调节是有限的，所以游梁平衡的改善是实现游梁式抽油机节能的重点，目前改善游梁式抽油机游梁平衡的方式主要是在游梁后部固定一个平衡重，但由于在游梁式抽油机一个运转周期中负载是周期性变化的，曲柄的平衡扭矩也是变化的，所以在游梁后部固定一个不变的游梁平衡重不能实现平衡力矩随平衡效果的需要而变化，从而使游梁式抽油机很难达到最好的平衡性能。为了解决这个问题，本发明专利设计了一种新的游梁平衡方式的游梁式抽油机，可广泛用于老机改造或新机制造，能实现游梁式抽油机曲柄运转一周中游梁平衡重随需要而变化，达到较好的平衡效果。

这种抽油机的基本结构(如图1所示)是：在普通游梁式抽油机游梁(1)的后部固定一个导轨(7)，导轨上放置小滑车(8)，滑车可以在导轨上下滑动，在横梁(2)的两端各固定一个连杆装置(6)，连杆与滑车的拉杆(5)绞接。滑车上可以根据需要放置平衡块(4)，滑车可以随曲柄(3)的转动在导轨上往复滑动。

这样就等于在游梁后臂上增加了一个随游梁的摆角变化而不断变化的游梁平衡重，在抽油机曲柄运转一周中，不仅曲柄平衡扭矩随悬点载荷的变化而变化，游梁平衡扭矩也随着悬点载荷的变化而变化，从而实现在抽油机整个运转周期中实现平衡，以达到较好的平衡效果。由于这种抽油机的平衡块放在滑车上，平衡块的数量可以根据需要方便的增加或减少，避免了一般游梁式抽油机游梁平衡重位置和平衡重量很难实现变化的弊端，所以这种抽油机可以根据油田地质条件的不同而方便的改变游梁平衡重的重量，同时，还可以根据油井井下工况的变化而方便的调整抽油机的平衡状况，可以使抽油机达到较好的节能效果。

在抽油机原动机性能不变的情况下，悬点运动规律主要由四连杆机构决定的，由于这种游梁式抽油机只改变了抽油机的游梁平衡重的平衡方式，并未改变抽油机主体机构，由运动学分析可知，这种新型平衡方式的游梁式抽油机悬点运动规律与同型号普通游梁式抽油机悬点运动规律没有变化，表现为运动位移变化规律、速度变化规律、加速度变化规律相同。

由于游梁后部增加了导轨滑车装置，游梁平衡重随滑车位置的变化而变化，所以，该型号游梁式抽油机平衡状况有明显变化，抽油机各连接点的受力状况也有了明显改善。为了对该种抽油机的性能状况进行预测，应用了国外普遍应用的虚拟样机技术对该种抽油机进行动力特种预测，由于虚拟样机技术的核心是多体动力学，所以可以精确的分析运动物体的动力学性能，分析结果与实际测试吻合较好。首先利用虚拟样机软件ADAMS上建立该种抽油机的虚拟样机模型，根据一定工况给抽油机施加悬点载荷，分析该种抽油机关键点的受力情况和曲柄扭矩变化规律，以检验该种抽油机的节能效果；其次，用虚拟样机技术分析在相同工况下同种型号的游梁式抽油机未经过改装，即游梁后臂未增加导轨滑车装置的抽油机的关键点的受力状况和曲柄扭矩变化状况，以便对抽油机的改装效果进行验证。在对游梁式抽油机进行动力分析时，游梁式抽油机游梁轴承的受力和游梁与横梁连接点的受力是抽油机动力学分析的关键指标，如果受力情况恶化，容易引起轴承的损坏，曲柄扭矩变化代表了抽油机的节能效果。

图2和图3分别表示抽油机改装前后样机模型的游梁支架轴承在X方向受力情况的比较；图4和图5分别表示抽油机改装前后样机模型的游梁支架轴承在Y方向受力情况的比较。通过图形我们可以看出，改装前后动力学规律曲线的变化趋势没有改变，这说明进行改装没有改变抽油机原有的多体动力学变化规律。但是因为增加了游梁平衡重，受力的数值发生变化。从图中可以看出，游梁支架轴承X方向受力的最大值基本没有改变，但是其最小值却明显增大，受力没有负值；而游梁支架轴承Y方向的受力基本没有改变，这说明改装后游梁支架轴承的受力情况明显改善。分析原因主要是因为增加游梁平衡重后，由于其可滑动，使在上死点不增加X正方向的受力，而在下死点又平衡掉X负方向的受力；而滑块在Y方向增加的受力，由于大部分被横梁与游梁的连接轴承承担，所以Y方向的受力基本没有改变。

图6和图7分别表示横梁与游梁铰接点X方向的受力规律；图8和图9分别表示横梁与游梁铰接点Y方向的受力规律。由图可以看出，改装后其X方向的受力明显提高，但是没有负方向的力，这样受力情况得到改善；改装后其Y方向受力基本不变，而且略有减小，对于连接轴承的整体受力情况比没有加游梁平衡重有改善。

通过分析可以知道，改装后抽油机虚拟样机的动力学性能有所改善，这对于抽油机杆件的受力是有好处的。衡量抽油机综合性能的一个重要指标就是曲柄扭矩，曲柄扭矩可以验证抽油机平衡的好坏，是衡量游梁式抽油机能耗指标的重要参数。图10和图11分别表示虚拟样机仿真分析得到的游梁式抽油机改装前后的曲柄扭矩变化曲线。对比两图可以看出，改装后的抽油机样机模型的扭最大扭矩和最小扭矩都明显减小，特别是负扭矩有了明显降低，说明抽油机改装后平衡性能得到明显改善，抽油机具有较好的节能效果。

实施这种类型的抽油机，主要针对老机型的技术改造，通过技术改造，改善抽油机的主体机构受力情况，改善平衡状况，从而达到提高抽油机的可靠性和实现节能的目的。在实施中，在原常规型游梁式抽油机的游梁后部连接(可焊接或螺丝连接)两个导轨，导轨与游梁成45°夹角，每个导轨上各放置一个滑轮可以在导轨上上下滑动，在滑轮上放置滑车可以在沿导轨方向上下滑动，滑车上可以根据需要放置平衡块，滑车的上端有两根拉杆分别与固定在横梁上的两根连接杆绞接，在横梁的两端各固定一个连接杆装置，方向与横梁垂直。游梁式抽油机其它结构不变。

Claims

1、本发明专利涉及一种新型平衡方式游梁式抽油机的设计

该发明专利的主要特征是：在普通游梁式抽油机游梁的后部固定一个导轨，导轨上放置小滑车，滑车可以在导轨上下滑动，在横梁的两端各固定一个连杆装置，连杆与滑车的拉杆绞接。滑车上可以根据需要放置平衡块，滑车可以随曲柄的转动在导轨上往复滑动，这样就等于在游梁后臂上增加了一个随游梁的摆角变化而实现平衡力矩变化的游梁平衡重，在抽油机曲柄运转一周中，不仅曲柄平衡扭矩随悬点载荷的变化而变化，游梁平衡扭矩也随着悬点载荷的变化而变化，从而实现在抽油机整个运转周期中实现平衡，以达到较好的平衡效果。

2、如权利要求1所示的游梁式抽油机的平衡块放在滑车上，平衡块的数量可以根据需要方便的增加或减少，避免了一般游梁式抽油机游梁平衡重位置和平衡重量很难实现变化的弊端，所以这种抽油机可以根据油田地质条件的不同而方便的改变游梁平衡重的重量，同时，还可以根据油井井下工况的变化而方便的调整抽油机的平衡状况，可以使抽油机达到较好的节能效果。

3、如权利要求1所示的游梁式抽油机，在原常规型游梁式抽油机的游梁后部连接(可焊接或螺丝连接)两个导轨，导轨与游梁成45°夹角，每个导轨上各放置一个滑轮可以在导轨上上下滑动，在滑轮上放置滑车可以在沿导轨方向上下滑动，滑车上可以根据需要放置平衡块，滑车的上端有两根拉杆分别与固定在横梁上的两根连接杆绞接，在横梁的两端各固定一个连接杆装置，方向与横梁垂直。游梁式抽油机其它结构不变。

4、如权利要求3所示的游梁式抽油机，除游梁后部增加了导轨滑块装置外，抽油机的其它机构与常规游梁式抽油机相同。