CN201794560U - 塔架式抽油机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种塔架式抽油机，固定在塔架上的曳引机通过传动机构与抽油杆、配重块联动，所述的传动机构包括与曳引机相连的曳引轮、设于塔架上曳引轮一侧的牵引组合导轮由同轴的牵引大导轮、牵引小导轮组成，所述牵引大导轮与曳引轮传动连接，并由曳引轮驱动作正反向转动，所述牵引小导轮上反向卷绕有分别与抽油杆以及配重块连接的牵引绳，连接抽油杆和配重块的牵引绳的另一端分别固定并层叠地卷绕在牵引小导轮上。本实用新型通过卷绕半径可变的牵引组合导轮，避免了曳引机在上冲程时做无用功，有效地提高了曳引机的效率，卷扬方式的传动机构避免了牵引绳的打滑，提高了安全性和动力传递效率。

Description

塔架式抽油机

技术领域

本实用新型涉及一种石油开采设备，尤其是涉及一种塔架式的抽油机。

背景技术

目前，在石油开采技术领域，塔架式抽油机得到了广泛的应用，其常见的结构如下：曳引机（电机）通过减速机构减速后带动曳引轮转动，曳引轮上绕设有牵引绳，牵引绳两端分别连接抽油杆和配重块。曳引机的转动经过减速机构减速增扭后带动曳引轮转动，从而通过绕设在曳引轮上的牵引绳带动抽油杆上升以完成抽油，配重块将储存的势能释放用于辅助提升抽油杆，以减小曳引机的启动扭矩，当抽油杆到达行程上限时，控制机构控制曳引机反向转动，此时抽油杆下降，配重块上升，曳引机对配重块做功以储存势能。如此上下循环动作，抽油杆即完成持续抽油。

减速机构通常采用的是皮带传动和齿轮减速箱，由于齿轮减速箱的体积较大，其制造难度大，成本高，而且减速箱在运转时会产生较大的噪音，其平时的维护保养工作量大，不便于维修。而皮带传动容易打滑，从而造成曳引轮的制动失灵并发生安全事故。此外，抽油杆在上升和下降行程中，其所需牵引力包括抽油杆的重量、油的重量和整个传动机构的摩擦力，因为油的重量是逐步减轻的，而摩擦力与抽油杆的运动方向相反，因此，用于抽油杆端的牵引力（悬点载荷）会在上冲程刚起动时的最大值Fmax与下冲程到达下限时的最小值Fmin之间线性变化，而为了尽量减小曳引机的最大扭矩，通常将配重块的重量W即配重块的牵引力设置在上述最大值和最小值的平均值，即W=(Fmax+Fmin)/2，进而降低曳引机的功率和规格，有利于降低成本。由于配重块所产生的牵引力是恒定不变的，曳引机在提升抽油杆的上冲程中，刚起步时，配重块所提供的牵引力小于抽油杆端所需的牵引力，此时曳引机对抽油杆作正功，起牵引提升作用；当抽油杆逐步上升，其所需牵引力（悬点载荷）逐步减小，配重块所产生的牵引力大于抽油杆端所需的牵引力时，曳引机开始做无用功，也就是说，曳引机起到一个阻力和刹车的作用，以使配重块所产生的牵引力和抽油杆端所需的牵引力之间保持平衡，从而降低了曳引机的工作效率。进一步地，连接配重块和抽油杆的牵引绳是绕设在曳引轮上的，因此，当配重块所产生的牵引力和抽油杆端所需的牵引力（悬点载荷）不平衡时，牵引绳与曳引轮之间容易出现打滑现象，并且，曳引机是通过皮带传动与曳引轮连接的，因此当皮带长期使用后也容易出现打滑现象，从而影响安全生产。

一种在中国专利文献上公开的“超低能耗塔吊式抽油机”，其公告号为CN2908774Y，在与井口对应的支架上端固定有异径连接为一体的大小滑轮，大滑轮下支架上端固定有定滑轮组，大滑轮上缠绕有游绳，游绳一端分别通过定滑轮组及动滑轮组后固定在定滑轮组上，动滑轮组与抽油杆相连，游绳的另一端连接有配重块，大小滑轮的左侧固定有电机，电机上的皮带轮通过皮带与小滑轮相连。该塔吊式抽油机通过一组滑轮机构降低游绳的牵引力，从而降低电机的启动功率，但其存在下列问题：1.滑轮组起到了减速箱的减速作用，但其配重块所产生的牵引力也是不变的，因此仍然无法解决在抽油杆在上冲程中电机做无用功的问题，从而降低了电机的效率，增加能耗。2.抽油杆悬挂在动滑轮组上，因此容易出现晃动，进而影响抽油杆行程的稳定，不利于抽油机工作时的安全。3.游绳和皮带容易打滑，进而降低其安全性和传动效率。4.滑轮组使配重块的行程成倍增加，从而使塔架过高或抽油杆的冲程过低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克解决技术的塔架式抽油机所存在的电机效率低、整机的结构复杂、使用维护成本高的问题，提供一种电机效率高、结构简单、成本低的塔架式抽油装置。

本实用新型的另一个目的在于解决现有技术的塔架式抽油机所存在的安全性差的问题，提供一种安全性好的塔架式抽油装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种塔架式抽油机，包括塔架、固定在塔架上的曳引机，曳引机通过传动机构与抽油杆、配重块联动，所述的传动机构包括与曳引机相连的曳引轮、设于塔架上曳引轮一侧的牵引组合导轮，所述牵引组合导轮由同轴的牵引大导轮、牵引小导轮组成，所述牵引大导轮与曳引轮传动连接，并由曳引轮驱动作正反向转动，所述牵引小导轮上反向卷绕有分别与抽油杆以及配重块连接的牵引绳，连接牵引小导轮与抽油杆的牵引绳一端固定并层叠地卷绕在牵引小导轮上，另一端与抽油杆连接；连接牵引小导轮与配重块的牵引绳一端固定并层叠地卷绕在牵引小导轮上，另一端与配重块连接。现有的塔架式抽油机的传动机构有很多种，其基本的思路都是通过减速箱、滑轮组等省力装置增大对抽油杆的起吊力，以降低曳引机（电机）的输出扭矩，进而降低曳引机的功率以达到节能的目的。然而，由物理学的省力不省功原理可知，其节能作用并不明显，真正的作用在于降低曳引机的功率和成本，而上述传动机构由于配重块所产生的牵引力是恒定的，因此始终无法解决曳引机在抽油杆的上冲程中做无用功的问题。在本实用新型的传动机构中，连接配重块和抽油杆的牵引绳均是层叠地卷绕在牵引小导轮上的，并且牵引绳的卷绕半径在转动时是不断变化的，因此由配重块所产生的对抽油杆端的牵引力也在不断改变。曳引机的转动首先通过牵引大导轮进行减速，以降低曳引机的功率，具体可采用皮带传动等传动方式，其结构简单方便制造，运转时无需润滑，且噪音低；同时，当曳引机转动带动抽油杆上升时，牵引小导轮上连接配重块的牵引绳的卷绕半径逐步减小，而牵引小导轮上连接抽油杆的牵引绳的卷绕半径是逐步增加的，因此配重块通过牵引小导轮传递到抽油杆端的牵引力是逐步减小的，这样，抽油杆在其上冲程中，虽然所需的牵引力逐步减小，但是，由于配重块所产生的对抽油杆的牵引力也相应地减小，从而可有效避免因配重块产生的牵引力大于抽油杆所需的牵引力而造成曳引机做无用功，有效地提高曳引机的工作效率，并且可显著地减小曳引机反向转动时的启动负载，从而有利于曳引机的反向启动。此外，本实用新型中连接抽油杆和配重块的牵引绳均是采用卷扬的方式层叠地卷绕在牵引小导轮上的，其端部分别固定牵引小导轮上，从而可避免连接抽油杆和配重块的牵引绳与牵引小导轮之间出现打滑现象，保证了抽油装置运转时的安全性，有利于提高动力传递效率。

作为优选，在曳引轮与牵引组合导轮之间还设有减速组合导轮，所述减速组合导轮由同轴的减速大导轮、减速小导轮组成，所述曳引轮与减速大导轮传动连接，所述减速小导轮与牵引大导轮传动连接。通过减速组合导轮的进一步减速，有利于减小曳引机的输出功率以降低制造成本。

作为优选，所述的传动连接为采用两根牵引绳的双向卷扬传动。用两根牵引绳的双向卷扬传动，既可传递正反向的扭矩，又可避免普通皮带传动可能出现的打滑现象，以提高安全性。当然，上述传动连接也可以通过环绕的皮带传动实现，其具有结构简单安装方便的优点，同时在抽油杆一侧遇到卡泵时可起到保护抽油泵的效果。

作为优选，所述牵引绳采用扁平的复合钢带。复合钢带的抗拉强度高，使用寿命长，无需润滑，并且扁平的钢带有利于其层叠地卷绕。

作为优选，在塔架上靠近牵引组合导轮的外侧设有导向轮，连接牵引小导轮和抽油杆的牵引绳绕设在导向轮上，导向轮通过轴承座与塔架可移动连接。通过导向轮位置的调整，便于调整牵引绳与抽油杆的同轴度，并有利于配重块位置的布置。

作为优选，所述的曳引轮上设有电磁制动器以及插销式自锁机构。当抽油装置停止运行或需要维修时，除了通过电磁制动器制动曳引轮外，还可用插销式自锁机构将曳引轮锁止，从而可确保锁止的可靠性，避免单纯依靠曳引机的电磁制动器进行锁止可能出现的安全隐患。

作为优选，所述塔架上设有配重块的垂直导向机构，从而可避免配重块与塔架的碰撞，确保配重块的平稳升降。

作为优选，所述牵引组合导轮和减速组合导轮分别设有牵引绳预紧装置。通过牵引绳预紧装置使牵引绳具有足够的预紧力，从而避免在正反向转动的变向瞬间产生的空行程和冲击现象。

综上所述，本实用新型具有如下有益效果：（1）通过卷绕半径可变的牵引组合导轮，在不增加曳引机功率的前提下，避免了曳引机在上冲程时做无用功，有效地提高了曳引机的效率，有利于抽油机的节能；（2）卷扬方式的传动机构避免了牵引绳的打滑，提高了安全性和动力传递效率；（3）结构简单，制造成本低，使用和维护方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本实用新型实施例中牵引小导轮的局部剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。

在图1、图2所示的实施例中，本实用新型的一种塔架式抽油机，包括塔架1、曳引机2、传动机构、抽油杆3、配重块4和控制箱5，曳引机水平地设置在塔架上部平台的左侧，传动机构包括与曳引机同轴连接的曳引轮6，在曳引轮的右侧依次平行设置与塔架固定连接的减速组合导轮7、牵引组合导轮8，减速组合导轮包括固定于同一转动轴上的减速大导轮71、减速小导轮72，牵引组合导轮同样由固定于同一转动轴上的牵引大导轮81、牵引小导轮82组成，曳引轮和减速大导轮之间以及减速小导轮和牵引大导轮之间可采用卷扬方式的牵引绳传动。首先，将减速大导轮设于转动轴的中间，而减速小导轮可由相同的两片小导轮片721构成，其对称地设于减速大导轮的两侧；与此相对应地，牵引小导轮设于传动轴的中间，而牵引大导轮由相同的两片大导轮片811构成，其对称地设于牵引小导轮的两侧与减速小导轮的两个小导轮片对应处。然后在减速大导轮和曳引轮的圆周面上分别设置两个平行的卷绕凹槽，并在对应的卷绕凹槽内分别卷绕设置牵引绳11，牵引绳的两端分别固定并卷绕在曳引轮以及减速大导轮对应的的卷绕凹槽内，从而形成卷扬传动方式，两根牵引绳的卷绕方向相反，以边将曳引轮上正反两个方向的扭矩传递到减速大导轮上。同样地，在减速组合导轮的两个小导轮片和牵引组合导轮的两个大导轮片的圆周面上分别设置卷绕凹槽，并在对应的卷绕凹槽内分别卷绕设置牵引绳，牵引绳的两端分别固定并卷绕在小导轮片和大导轮片对应的卷绕凹槽内，从而形成卷扬传动方式，两根牵引绳的卷绕方向相反，以传递正反两个方向的扭矩。上述牵引绳可采用扁平的电梯用复合钢带，也可采用普通的钢丝绳。当然，上述卷扬传动方式也可采用皮带传动以简化结构，其缺陷是皮带传动容易发生打滑现象。为了使连接曳引轮、减速组合导轮、牵引组合导轮的牵引绳或皮带有足够的预紧力，可在减速组合导轮、牵引组合导轮上分别设置牵引绳预紧装置（图中未示出），具体可在塔架平台上设置固定减速组合导轮、牵引组合导轮的长圆形固定孔，同时设置顶紧螺杆，先转动顶紧螺杆推动减速组合导轮、牵引组合导轮平移，使牵引绳或皮带张紧，然后用螺栓将减速、牵引组合导轮固定即可。

进一步地，在塔架上靠近牵引组合导轮的右侧设置有导向轮9，导向轮的轴承座与塔架之间通过导轨滑动连接，同时可在轴承座的一侧设置相应的调节机构以实现导向轮的水平移动。

另外，如图3所示，在牵引小导轮的圆周面上并排设置三个用于卷绕牵引绳的U形导槽10，其中中间的U形导槽用于卷绕连接配重块的牵引绳，而两侧的两个U形导槽则用于卷绕连接抽油杆的牵引绳。连接配重块的牵引绳一端与配重块连接，另一端固定并层叠地卷绕在牵引小导轮中间的U形导槽内；连接抽油杆的牵引绳为二根，其一端分别固定并层叠地卷绕在牵引小导轮两侧的U形导槽内，另一端绕过导向轮后与抽油杆连接。上述连接抽油杆和配重块的牵引绳均采用扁平的电梯用复合钢带，复合钢带不仅强度高，而且有利于在U形导槽内的层叠卷绕，U形导槽的宽度与复合钢带的宽度适配，为了确保牵引绳在U形导槽内的平稳卷绕，可在U形导槽的开口边缘设置导向的倒角，以便使牵引绳能顺利地卷绕在U形导槽内。由于减速组合导轮、牵引组合导轮在轴向上是对称布置的，因此使减速、牵引组合导轮的转轴受力均衡，有利于提高传动机构的机械强度。

在牵引小导轮右侧，抽油杆通过牵引绳和导向轮对牵引小导轮产生一个顺时针方向的扭矩；在牵引小导轮左侧，配重块通过牵引绳对牵引小导轮产生一个逆时针方向的扭矩。为了避免配重块升降时的摆动，可在塔架与配重块之间设置垂直导向机构（图中未示出），具体可在塔架上靠近配重块的两侧分别设置垂直的导向杆，相应地，在配重块上设置滚轮，并在滚轮的外侧面上设置与导向杆配合的弧形槽，滚轮与导向杆形成滑动连接，从而使配重块可沿导向杆平稳升降。当然，也可在塔架与配重块之间设置导轨，以实现稳定的升降。此外，在配重块的上、下限位置分别设置限位开关13，其通过控制箱5实现曳引机的正反转控制。

本实用新型的抽油机在运转时的工作原理如下：

如图1所示，当抽油杆在抽油的上冲程时，曳引机和配重块同时提供牵引力使抽油杆上升，曳引机通过减速组合导轮、牵引组合导轮、导向轮对抽油杆产生牵引作用，而配重块通过牵引组合导轮、导向轮牵引抽油杆上升。抽油杆在上升行程中，由于其抽出的油的重量在逐步减轻，因此其所需的牵引力是逐步减小的，抽油杆在上冲程刚起步时所需的最大牵引力为Fmax，抽油杆在到达下冲程的下限位置时所需的最小牵引力为Fmin，我们可以设定在上冲程刚起步时，由配重块所产生的对抽油杆端的初始牵引力仍然为（Fmax+Fmin）/2，也就是最大、最小牵引力的平均值，从而确保曳引机的输出功率不会过大。曳引机带动曳引轮作逆时针转动，曳引轮通过牵引绳或皮带驱动减速大导轮逆时针转动，与减速大导轮固定于同一转轴上的减速小导轮同步逆时针转动，并通过卷绕在减速小导轮上的牵引绳或皮带驱动牵引大导轮逆时针转动，与牵引大导轮固定于同一转轴上的牵引小导轮同步逆时针转动，并带动牵引小导轮上与抽油杆连接的牵引绳牵引抽油杆上升抽油。由于连接抽油杆和牵引小导轮的牵引绳是绕设在一个可滑动的导向轮上的，因此通过调整导向轮的水平位置即可使钢带与抽油杆同轴，确保抽油杆平滑地升降。

与此同时，牵引小导轮上与配重块连接的牵引绳逐步释放，配重块通过牵引绳带动牵引小导轮作逆时针转动，并通过牵引小导轮将牵引扭矩传递到抽油杆一端以牵引抽油杆上升。由于扭矩等于牵引绳的牵引力与牵引绳卷绕半径的乘积，也就是说，扭矩与卷绕半径成正比，而在一定的扭矩下，牵引绳所传递出去的牵引力与卷绕半径成反比。在抽油杆的逐步上升过程中，连接抽油杆的牵引绳在牵引小导轮上的卷绕半径逐步增大，因此，配重块在牵引小导轮上所产生的相同扭矩转换到对连接抽油杆的牵引绳所产生的牵引力是逐步减小的；而与配重块相连的牵引小导轮上的牵引绳逐步释放，其卷绕半径是逐步减小的，从而使配重块对牵引小导轮产生的牵引扭矩也逐步呈线性递减，所以，配重块的牵引力在通过牵引小导轮后最终传递到抽油杆上的牵引力是逐步减小的，从而与抽油杆所需牵引力逐步减小相对应，避免了现有的塔架式抽油装置中配重块对抽油杆的牵引力恒定不变的缺陷，通过合理地选择牵引小导轮的直径和牵引绳厚度等参数，可使抽油杆在到达上冲程的上限位置时，配重块所产生的牵引力与抽油杆端所需的牵引力基本相等，这样，不仅可确保曳引机在整个上冲程中不做无用功，同时可大大减小曳引机在反向的下冲程中的启动负载，从而有利于提高曳引机的启动性能，减少过大的启动电流的冲击，延长曳引机的使用寿命。

当抽油杆到达上冲程的上限位置时，相应地，配重块到达其行程的下限位置，并与其下限位置的行程开关接触，控制器控制曳引机反向转动，抽油杆进入下降行程。此时，配重块变成负载，而抽油杆和曳引机所产生的牵引力共同牵引配重块使其上升蓄能。由于此时抽油杆的重量基本保持不变，而牵引小导轮上牵引绳的卷绕半径的变化与前面抽油杆的上冲程时刚好相反，因此，配重块对牵引小导轮的扭矩逐步增大，而抽油杆在牵引小导轮上产生的扭矩逐步减小，此时，曳引机输出扭矩与抽油杆产生的扭矩共同用于提升配重块，因此曳引机对配重块作功，以便使配重块上升蓄能。当抽油杆到达其下冲程的下限位置时，配重块正好与其行程上限的行程开关接触，控制器控制曳引机反转，开始第二个抽油循环，如此不断循环重复即可实现连续抽油。

当本实用新型的抽油装置需要维护或停机较长时间，除了曳引机本身的电磁制动器对曳引轮进行锁止以外，我们可以在曳引轮上增设一个插销式自锁机构（图中未示出），具体可在曳引轮的端面沿圆周均匀设置若干插销孔，同时在曳引轮的轴承座上对应某个插销孔的位置设置头部带锥度的插销，当需要自锁时，可将插销插入与其相对的插销孔内从而将曳引轮锁死，以确保装置的安全。

以上所述仅是本实用新型的一种典型结构，作为本领域的技术人员可以根据本实用新型的基本原理作出很多改变，例如：将其中的配重块换成抽油杆，即可实现两侧抽油；另外，我们可在抽油杆和配重块的其中一侧或两侧同时增设一个滑轮组以减小曳引机的输出功率，减小配重块的升降行程，当然还可增加减速组合导轮个数以增加减速比，从而有利于减小曳引机的输出功率。

Claims (10)

1.一种塔架式抽油机，包括塔架（1）、固定在塔架上的曳引机（2），曳引机通过传动机构与抽油杆（3）、配重块（4）联动，其特征是，所述的传动机构包括与曳引机相连的曳引轮（6）、设于塔架上曳引轮一侧的牵引组合导轮（8），所述牵引组合导轮由同轴的牵引大导轮（81）、牵引小导轮（82）组成，所述牵引大导轮与曳引轮传动连接，并由曳引轮驱动作正反向转动，所述牵引小导轮上反向卷绕有分别与抽油杆以及配重块连接的牵引绳（11），连接牵引小导轮与抽油杆的牵引绳一端固定并层叠地卷绕在牵引小导轮上，另一端与抽油杆连接；连接牵引小导轮与配重块的牵引绳一端固定并层叠地卷绕在牵引小导轮上，另一端与配重块连接。

2.根据权利要求1所述的塔架式抽油机，其特征是，在曳引轮与牵引组合导轮之间还设有减速组合导轮（7），所述减速组合导轮由同轴的减速大导轮（71）、减速小导轮（72）组成，所述曳引轮与减速大导轮传动连接，所述减速小导轮与牵引大导轮传动连接。

3.根据权利要求1或2所述的塔架式抽油机，其特征是，所述的传动连接为环绕的皮带传动。

4.根据权利要求1或2所述的塔架式抽油机，其特征是，所述的传动连接为采用两根牵引绳的双向卷扬传动。

5.根据权利要求4所述的塔架式抽油机，其特征是，所述牵引绳采用扁平的复合钢带。

6.根据权利要求1或2所述的塔架式抽油机，其特征是，在塔架上靠近牵引组合导轮的外侧设有导向轮（9），连接牵引小导轮和抽油杆的牵引绳绕设在导向轮上，导向轮通过轴承座与塔架可移动连接。

7.根据权利要求5所述的塔架式抽油机，其特征是，在塔架上靠近牵引组合导轮的外侧设有导向轮，连接牵引小导轮和抽油杆的牵引绳绕设在导向轮上，导向轮通过轴承座与塔架可移动连接。

8.根据权利要求1或2所述的塔架式抽油机，其特征是，所述的曳引轮上设有电磁制动器以及插销式自锁机构。

9.根据权利要求1或2所述的塔架式抽油机，其特征是，所述塔架上设有配重块的垂直导向机构。

10.根据权利要求4所述的塔架式抽油机，其特征是，所述牵引组合导轮和减速组合导轮分别设有牵引绳预紧装置。

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