CN201228542Y - 无梁筒带式抽油机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于石油开采机械设备。其目的在于克服现有全新型抽油机上述的缺憾，提供一种易实现长冲程，生产率高，运行平稳可靠确保安全，调参简便，修井让位灵活、易操作和高效节能的无梁筒带式抽油机。它主要由塔架式机架、下传动装置、主传动装置、柔性悬挂导向件、修井让位机构和平衡箱组成，其特征在于：装在井架(1)下方的变频换向电动机(2)通过下传动装置驱动胶面主动滚筒(9)作正向或反向转动，胶面主动滚筒(9)上绕装有主传动胶带(10)，传动胶带10的前端通过连接件、悬挂件和前导向轮(22)悬挂着泵挂(29)，主传动胶带(10)的后端绕经装在井架(1)上方的后导向滚筒(23)与具有阻尼限扭摆机构的平衡箱(27)相连。

Description

无梁筒带式抽油机

技术领域：

本实用新型涉及一种由电动机换向和靠磨擦传动原理而拖控泵挂实现往复运动的新型抽油机，属于石油开采机械设备。

背景技术：

目前，国内外石油开采广泛采用往复泵有杆传统的游梁式抽油机和一些对传统游梁机加以技术改造的改进型游梁机，以及少量的、近20多年来涌现出的全新型无梁抽油机。传统游梁机就本身而言似乎是已完善，但由于其存在平衡度差，耗电量大，不易实现长冲程，生产率低和机体过重等严重缺点，一直不能令人满意。改进型游梁机用到油田后，其节能效果仍不理想，机体过重和难以实现长冲程缺点仍未改观。全新型抽油机在总体结构和往复换向模式上发生了根本改变，完全摆脱了效率很低的曲柄连杆和游梁的换向机构，成为无梁塔架式抽油机。它采用泵挂往复运动的方式，有机械换向的，如链条机、直线机和链绳机等；还有电动机换向的，如上传动的磨擦式抽油机和落地式多绳抽油机等等。全新型抽油机装备到油田后，显示出其易实现长冲程，生产率高，免修周期长，调整方便，节能效果显著和机身重量较轻等优点。但因它们仍属新生事物，还需经实践考验，即便已在油田基本站住脚的，亦需进一步创新和完善。

与本实用新型相近的机型主要涉及以下的磨擦式抽油机和落地式多绳抽油机两种机型。

磨擦式抽油机(专利号：97217513)。十多年来，这种机型在大庆、胜利和新疆等油田有几百台，在正常采油作业中，虽然显现出了全新型抽油机的优势，但是，尚有诸如上传动显得头重脚轻，整机稳定性不好，安装维护不便(高空作业)，修井时需整机移动让位。平衡重在机架内不仅使整机重心偏前，而且也不便调平衡(增减配重块)和机体距井口太近，不便井口作业等不足。

落地式多绳抽油机(专利号：011279427)。由于采用下传动使整机稳定性好，平衡重布置在机架外的后方，质心居中，调平衡也方便。但由于它采用的悬挂件全是钢丝绳，一旦遇到脱杆或断杆等使平衡箱失控时，并无安全保护设施；其次，传动系统有带传动，地面效率还不够高，制动器装在带传动之后，折算到主动绳轮的制动能力不理想(或需制动器的尺寸和重量大)；在齿轮齿条修井让位机构中，齿轮轴的轴支座采取整体支座，从专利申请说明书示意图和样机实物看到，无防锈措施，很可能会使轴与轴孔间锈死，使让位机构失灵。另外，还有控制冲程需两件以上的昂贵的接近开关，调冲程时还需移开，很麻烦。

发明内容：

本实用新型的目的在于克服现有全新型抽油机上述的缺憾，提供一种易实现长冲程，生产率高，运行平稳可靠确保安全，调参简便，修井让位灵活、易操作和高效节能的无梁筒带式抽油机。

本实用新型的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：

一种无梁筒带式抽油机，其主要由塔架式机架、下传动装置、主传动装置、柔性悬挂导向件、修井让位机构和平衡箱组成，装在井架1下方的变频换向电动机2通过下传动装置驱动胶面主动滚筒9作正向或反向转动，胶面主动滚筒9上绕装有主传动胶带10，传动胶带10的前端通过连接件、悬挂件和前导向轮22悬挂着泵挂29，主传动胶带10的后端绕经装在井架1上方的后导向滚筒23与具有阻尼限扭摆机构的平衡箱27相连。

所说的阻尼限扭摆机构包括通过悬箱销轴24与带后接头11′连接的悬箱杆30，其上装有弹簧31，悬箱杆30下端通过阻尼主销轴32与两根对称的大杠杆33、33′相连，两根大杠杆可分别绕中部定轴34和34′转动，大杠杆的外端连接有可伸缩的调节杆36、36′，每根调节杆上铰接一对摆杆37′、37″，摆杆37′、37″的外端通过上销轴38′和38″′铰接着可绕定轴40′和40″转动的双臂加力杠杆41′、41″，双臂加力杠杆41′、41″与装有阻尼瓦25′、25″的阻尼瓦座43′、43″铰接，阻尼瓦25′、25″与导轨26配合装配。

所说的下传动装置是在机架1下方安装的变频换向电动机2，通过采用带制动轮的弹性柱销锥套式的联轴器3与硬齿面磨齿减速器5连接，再依次用弹性柱销锥套式联轴器6、主传动轴7和传动健8与胶面主传动滚筒9连接。

所说的修井让位机构，是由静止的齿条19、19′和装在前导轮支轴21两端的轴齿轮53、53′组成，前导轮支轴21的轴支座采用由轴下座20、20′与轴压盖44、44′组成的分体轴支座结构，轴下座与轴压盖之间用防脱螺栓45、45′连接固定，螺栓孔与轴孔、轴颈上设有的有孔相连通。

本实用新型与相近的其它全新型抽油相比，具有如下优点。

本机除了具备其它全新型抽油机易实现长冲程生产率高、机重轻、装机容量小、平衡度高、功率因数高、节能效果显著和调参方便外，还有下列长处：

(1)因为本机采用筒带摩擦副主传动装置，主传动滚筒9的直径较小，减速器的规格也可小1～2档，又加导向滚筒的直径亦较小，所以系统回转件的质量较轻，转动惯量(或飞轮矩GD²)小，不仅使整机重量有所减轻，而且还很适合频繁换向而节能。

(2)由于在高速轴上装带制动轮的联轴器3，结构紧凑，综合质量，转动惯量和折算的变位质量(与传动比的平方成正比)都相对小，更适合频繁换向，再加传动系统无效率较低的带传动，因此，节能效果会更显著。

(3)平衡箱27与泵挂的悬挂平衡系统有阻尼保护装置，不会出现平衡箱27快速坠落的危险。

(4)不需太大直径的前导轮，便可获得足够的修井让位空间，并不会产生让位机构失效的局面。

(5)调冲程仅需一件接近开关，又不需换位，调参更省时省力更简便。

附图说明：

图1：无梁简带式抽油机的总体结构示意图；

图2：图1的侧视图；

图3：动力与传动装置示意图；

图4：通过弹簧悬挂，可施加阻尼的平衡箱示意图；

图5：图4的侧视图；

图6：图5的阻尼杆系中大杠杆俯视图；

图7：图4的阻尼杆系中执行机构俯视图；

图8：前导轮总成(拆去轮)和修井让位机构前视图；

图9：修井让位机构左视图。

图中1、机架；2、变频换向电动机；3、联轴器；4、制动器；5、硬齿面减速器；6、弹性柱销锥套式的联轴器；7、主传动轴；8、传动键；9、主传动滚筒；10、主传动胶带；11、带接头；11′、带后接头；12、内销轴；13、绳轮组；14、悬杆钢丝绳；15、悬杆装置；16、前销轴；17、张紧装置；18、高低联体座架；19、19′、齿条；20、20′、轴下座；21、前导轮支轴；22、前导向轮；23、后导向滚筒；24、悬箱销轴；25、25′、25″、阻尼瓦；26、导轨；27、平衡箱；28、多功能电控柜；29、泵挂；30、悬箱杆；31、弹簧；32、阻尼主销轴；33、33′、大杠杆；34、中部定轴；35、35′、销轴；36、36′、调节杆；37′、37″、摆杆；38′、38″、上销轴；39、39′、下销轴；40′、40″、定轴；41′、41″、双臂加力杠杆；42′、42″，外销轴；43′、43″、阻尼瓦座；44、44′、轴压盖；45、45′、防脱螺栓；46、46′、轴向油沟；47、47′、浸油石棉盘根；48、48′、环沟；49、49′、螺栓；50、50′、垫圈；51、51′、螺母；52、52′、橡胶石棉垫；53、53′、轴齿轮；54、54′、轴端扳手；55、55′、手柄；56、56′、齿条座架。

具体实施方式：

下面结合附图所示实施例，进一步说明本实用新型的具体内容及其工作过程。

无梁筒带式抽油机，由塔架式机架、拖控及传动装置、主传动装置、悬杆装置与平衡箱的悬挂件及其连接件和导向件构成的平衡系统和修井让位机构所组成。在机架1上方的高低联座架18的前方装有齿条座架56，56′和让位齿条19、19′，以及前导轮的轴下座20、20′，前导向轮22由前导轮支轴21支承；高低联座架18的后方装着后导向滚筒23。机架1的下方依次装有变频换向电动机2、联轴器3、制动器4、硬齿面减速器5、末级弹性柱销锥套式联轴器6、主轴7、传动键8和胶面主传动滚筒9。由导轨26限扭摆并带有阻尼瓦25的平衡箱27与泵挂29两重物之间，采用主传动胶带10，带接头11及带后接头11′、内销轴12、绳轮组13、悬杆钢丝绳14、悬杆装置15、前销轴16、张紧装置17和悬箱销轴24等部件相连，再借助前导向轮22和后导向滚筒23就组成了平衡度很高且稳定又可防平衡箱快速坠落的平衡系统。

主传动滚筒9被主传动胶带10包围着，主传动胶带10的前端通过连接件、悬挂件和借助前导向轮22悬挂着泵挂29，主传动胶带10的后端绕过后导向滚筒23，用悬箱销轴24挂着平衡箱27，如此两端都是重物的力系，使主传动胶带10对主传动滚筒9总会作用着正压力，只要满足静防滑和动防滑条件，两者就不会产生相对运动(打滑)，因此用多功能电控柜28令变频换向电动机2按采油工艺要求自动正反转通过传动系统，悬挂连接平衡系统和导向部件，就可拖控泵挂29升降和平衡箱27降升，作直线往复运动，而进行采油作业。

参阅图1、4、5和6：平衡箱27是被悬挂着的重物，一旦悬挂失灵时，应防止快速坠落。解决方案是在平衡箱27上装有受弹簧力控制的阻尼装置，当平衡箱27的悬挂失灵时，靠弹簧力经传动杆系，使阻尼瓦25抱住静止的导轨26产生阻尼力。

所说的平衡箱27，是通过弹簧31、悬箱杆30经阻尼主销轴32与两件对称使用的，里端有条孔的大杠杆33、33′相连，大杠杆33和33′分别可绕中部定轴34和34′转动，外端分别用销轴35、35′经过可伸缩的调节杆36、36′及下销轴39和39′之后，又分两支路(参阅图5和图7)，如下销轴39′铰接着两件分别穿有上销轴38和38′的摆杆37′和37″，上销轴38′和38″铰接着可绕定轴40′和40″转动的双臂加力杠杆41′和41″，再通过外销轴42′和42″可推拉阻尼瓦座43′和43″带动阻尼瓦25′和25″抱向或离开导轨26。平时调定阻尼瓦25′和25″与导轨26保持2～3mm的间隙，当悬挂系统失灵时，弹簧31向下伸张使大杠杆33和33′分别作顺时针和逆时针转动，大杠杆33′外端将向上提调节杆36′，使两摆杆37′和37″沿上销轴38′和38″转动并增大角度，于是推动双臂加力杠杆41′和41″分别绕定轴40′和40″外张，同是通过外销轴42′和42″铰接在双臂加力杠杆41′和41″另一端的阻尼瓦座43′和43″带动其上的阻尼瓦25′和25″抱向导轨26而产生阻尼力，以避免平衡箱27快速坠落。

参阅图1、2和3：将变频换向电动机2，联轴器3、制动器4、硬齿面减速器5、弹性柱销联轴器6、主轴7及键8和胶面主传动滚筒9，都布置在机架1的下方，整机的质心低，稳定性好，因为联轴器3与弹性柱销联轴器6为柔性传动，主传动胶带10、悬杆钢丝绳14属柔性件，平衡箱27是通过弹簧31(参阅图4和图5)悬挂，所以运行平稳、噪声很低。因为采用了变频换向电动机2和专用多功能电控柜28进行拖动控制，勿需专门的机械往复换向机构(如曲柄连杆与游梁，或链条机和链绳机的封闭循环链与换向轴等换向机构)的能耗，再加上本实用新型的传动路线短又无传动效率较低的带传动环节，所以采油地面机械效率会更高。

参阅图2：在传动路线中，联轴器3采用带制轮的弹性柱销锥套方式，即将制动轮与联轴器结为一体，省略了制动轮的轮毂，使之结构紧凑，综合质量减轻，转动惯量较小，可将原本折算到主传动滚筒9处很大的变位质量会减小许多，更有利于频繁换向。弹性柱销能缓冲，开口锥套便于拆装，尤其是与此配套的制动器4，装在轴上比装在带传动之后的制动效果好得多，因为折算到主传动滚筒9的制动扭矩要放大制动器之后的传动比倍。

参阅图1、2和3：靠胶面主传动滚筒9与主传动胶带10的筒带摩擦副，将旋转扭矩转化为直线运动作用力，比用其它传动副更好，从主传动胶带10弯曲疲劳观点出发，滚筒直径与所需主传动胶带10的层数之比，按设计规范要求(筒径等于带层数的100倍)，筒径相对较小。滚筒的转动惯量数值与质心回转直径2次乘方成正比，即直径较小的滚筒，其转动惯量将小得多，主传动滚筒9和后导向滚筒23都是如此。尤其是采用抗拉强度很大的主传动胶带10，其层数将可更少，两滚筒的直径和转动惯量亦将会更小，因此，本机在工作中换向的加速过程和加电气制动的减速过程，能量消耗都较少，这很有利于频繁换向。同时，筒带摩擦副也很适合用小直径的主滚筒来实现长冲程的要求。

参阅图1、8和9：齿轮齿条副是通用机构，已用于抽油机的修井让位机构，如链绳抽油机(专利号：ZL01103920.7)和落地式多绳抽油机(专利号：ZL01127942.7)。它们都是借助前导轮支轴21两端的轴齿轮53、53′与其下方静止的齿条19、19′相啮合，使轴顺时针或逆时针旋转，轴可带动前导向轮22后退让出修井所需空间或恢复原位，构思预想虽合理可行，然而它们都是采用整体光孔轴支座(从专利申请说明书附图和抽油机实物看都如此)，却忽视了抽油机均为露天作业，经风吹雨淋和潮湿空气的侵入，轴与轴孔将锈死，于是由于轴支座与座架将产生干涉致使轴不能转动，而导致齿轮齿条让位机构失灵。本实用新型虽然也采用齿轮齿条让位机构，原理作用别无二致，但是所用的齿轮轴和轴支座之结构和功能却大不相同。

参阅图8和9：本机是采用轴下座20和20′与轴压盖44和44′分别组成两件分体轴支座，用于支承前导轮支轴21。在上轴压盖44和44′上分别有装防脱螺栓45和45′的螺孔，并与轴向油沟46和46′分别贯通，分体轴支座的轴孔临近两端处分别有环沟装着油浸石棉盘根47和47′。另外在前导轮支轴21两支承颈中部车有防脱兼油道的环沟48和48′，这样，在使用中定期拧掉防脱螺栓45和45′加小许润滑油，轴与轴孔都得到滋润，不致锈孔。既便维护不到位，一旦锈死，则稍松动螺栓49、49′和螺母51、51′等联接件，仍可保证前导轮支轴21转动并按预想进行让位或复位。修井让位距离是悬点与井口中心连线到抽油机前方固定点之垂直距离L(参阅图9)，按修井作业规范要求，不小于600mm。本机采用底脚前短后长的不对称轴下座20，其目的在于为了可用直径不太大的前导轮，而能获得足够的让位距离。

本实用新型的电力拖动与控制系统较先进，采用了专用多功能电控柜和变频换向电动机2，就免除了如曲柄连杆和摇梁或其它机械换向机构，从而使抽油机整体结构大为简化。本拖控系统可实现轮启动，以较小的启动电流可获得较大的启动扭矩，很适合重载启动和往复频繁换向的抽油机之工作要求。尤其是利用电控柜的按钮可快捷地改变电动机转速无级调节冲次和仅用一件不需换位置的信号接近开关，控制脉冲数就可无级调整冲程，以适应井下动液面的变化和调整冲距的要求。

本实用新型的总体结构方案是机架1的下方装有由变频换向电动机2，联轴器3、制动器4、硬齿面减速器5、弹性柱销锥套式的联轴器6、主传动轴7、传动键8、主传动滚筒9和多功能电控柜28所组成的拖控与传动装置。此下传动方式使整机质心低稳定性好，也便于安装和维修。在机架1的上方固定着高低联体座架18，座架上装着前导向轮22、后导向滚筒23，同时还装有齿条座架56、56′及其上方的齿条19、19′，齿条19、19′分别与其上方导向轮支轴21两端的轴齿轮53、53′相啮合，构成了修井让位机构。机架1前方的泵挂29与后方的有阻尼防快坠的平衡箱27之间，用主传动胶带10，带接头11、带后接头11′、连接内销轴12、悬箱销轴24、绳轮组13，悬杆钢丝绳14、悬杆装置15、前销轴16、张紧装置17相连接，再借助主传动滚筒9、前导向轮22、后导向滚筒23和导轨26，就形成了悬挂、传动和平衡系统，这样，靠主传动滚筒9与主传动胶带10间的摩擦传动原理，由多功能电控柜28令电动机按采油工艺要求自动交替正反转，则可使泵挂29升降，同时平衡箱27降升作往复直线运动，从而进行采油作业。

靠筒带摩擦副将旋转扭矩转化为直线作用力的传动机构，质量较轻，转动惯量小，不仅可使机重轻，还有利频繁换向，也适合长冲程抽油机。此外，也可采用筒带卷绕式机构，然而若用于长冲程抽油机时，将需多层卷绕，则会影响运动学和动力学参数；若保持单层卷绕时，势必使主卷筒直径偏大，导致质量大和转动惯量大。另外，还要采用多排套筒滚子链与链链副或圆环链或板式链与链轮啮合副将扭矩转化为作用力，但是它们不仅自身的质量都较重，而且在运动中都有多板效应和反向冲击的缺点，若润滑不到位，还会严重影响使用寿命。

可施加阻尼作用的平衡箱27，其阻尼的力源可用一件大弹簧，可是一旦弹簧损坏后，阻尼装置将失效，而本机采用4件弹簧31，不可能同时都损坏，即便遭遇不测，总会有阻尼力源，避免平衡箱27快速坠落。

修井让位机构，可用螺旋副推拉机构，也可用液压式推项，还可用卷扬加支架使前导向轮22的总成，能仰俯的机构等等，可是它们都较复杂，不易布置和操作不便，都不如本机采取的轴齿轮53、53′与齿条19、19′的让位机构，因为此机构更简单、紧凑、易实现和便操作，而且本实用新型已较彻底地解决因可能锈死而导致让位机构失灵的问题。

对频繁换向的运动系统而言，系统的变位质量越小，换向过程中瞬态惯性能耗越小。变位质量与系统中回转件的转动惯量和对应的传动比(乘方)成正比。因为本机的主传动滚筒9和后导向滚筒23、特别是高速轴上的联轴器3等回转件，它们的转动惯量都相对较小，系统的变位质量就较小，所以在换向过程的动就能耗少，再加机械效率较高，因此，节能效果会更显著。

本机的拖控系统很先进，仅用多功能电控柜28和一件接近开关信号元件，就可令变频换向电动机2按采油工艺要求自动运动。可实现软启动，大范围的无级调节冲次和冲程(0.5～1.0额定冲程之间)，只用按钮或旋转，操作简便快捷。工作行程和空行程的运动参数可分别控制，在等效扭矩和等效功率不超额定值的前提下，对普通稠油油井可实行泵挂慢降(确保不松绳的最高速度内)和快升，则可增加产液量提高生产率。本拖控系统的功率因数很高，可达0.95～0.996，无功功率很小，综合节电率高，还有柜内温度控制，以及缺相欠压、超压、过载、过流、短路等等完善的保护。

Claims (4)

1、一种无梁筒带式抽油机，其主要由塔架式机架、下传动装置、主传动装置、柔性悬挂导向件、修井让位机构和平衡箱组成，其特征在于：装在井架(1)下方的变频换向电动机(2)通过下传动装置驱动胶面主动滚筒(9)作正向或反向转动，胶面主动滚筒(9)上绕装有主传动胶带(10)，传动胶带10的前端通过连接件、悬挂件和前导向轮(22)悬挂着泵挂(29)，主传动胶带(10)的后端绕经装在井架(1)上方的后导向滚筒(23)与具有阻尼限扭摆机构的平衡箱(27)相连。

2、根据权利要求1所述的无梁筒带式抽油机，其特征在于所说的阻尼限扭摆机构包括通过悬箱销轴(24)与带后接头(11′)连接的悬箱杆(30)，其上装有弹簧(31)，悬箱杆(30)下端通过阻尼主销轴(32)与两根对称的大杠杆33、33′相连，两根大杠杆可分别绕中部定轴(34)和(34′)转动，大杠杆的外端连接有可伸缩的调节杆(36、36′)，每根调节杆上铰接一对摆杆(37′、37″)，摆杆(37′、37″)的外端通过上销轴(38′和38″)′铰接着可绕定轴40′和40″转动的双臂加力杠杆(41′、41″)，双臂加力杠杆(41′、41″)与装有阻尼(25′、25″)的阻尼瓦座(43′、43″)铰接，阻尼(25′、25″)与导轨(26)配合装配。

3、根据权利要求1所述的无梁筒带式抽油机，其特征在于所说的下传动装置是在机架(1)下方安装的变频换向电动机(2)，通过采用带制动轮的弹性柱销锥套式的联轴器(3)与硬齿面磨齿减速器(5)连接，再依次用弹性柱销锥套式联轴器(6)、主传动轴(7)和传动健(8)与胶面主传动滚筒(9)连接。

4、根据权利要求1所述的无梁筒带式抽油机，其特征在于所说的修井让位机构，是由静止的齿条(19、19′)和装在前导轮支轴(21)两端的轴齿轮(53、53′)组成，前导轮支轴(21)的轴支座采用由轴下座(20、20′)与轴压盖(44、44′)组成的分体轴支座结构，轴下座与轴压盖之间用防脱螺栓(45、45′)连接固定，螺栓孔与轴孔、轴颈上设有的有孔相连通。

Images