CN202970642U - 一种无冲击塔架式抽油机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无冲击塔架式抽油机，包括塔架、曳引机，曳引机通过皮带轮或齿轮减速机构与曳引轮相连接，曳引轮通过传动机构与抽油杆、配重块相关联，所述的传动机构包括分别设于曳引轮的两侧的组合导轮、滑轮组，所述组合导轮由同轴的大导轮、小导轮组成，所述滑轮组包括固定在塔架上的定滑轮组以及对应的动滑轮组，在曳引轮与大导轮以及滑轮组之间分别设有传动用扁平的牵引绳，并且在小导轮与抽油杆之间也设有牵引绳。本实用新型可避免曳引机在上升行程时做无用功，有效地提高了曳引机的效率，并可消除反向转动时的冲击，延长抽油杆的使用寿命，提高安全性能。

Description

一种无冲击塔架式抽油机

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大型的齿轮减速箱，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，特别是，由于单纯地依靠齿轮减速箱减速，而减速箱在正反转时齿轮之间由于间隙所产生的冲击会直接传递到抽油杆上，抽油杆频繁地承受这种冲击容易造成抽油杆断杆，从而缩短其使用寿命，并且增加平时的维护保养工作量，不便于维修。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，从而影响安全生产。

一种在中国专利文献上公开的“采用开关磁阻电动机调速的轮式抽油机”，其授权公告号为CN201241670Y，由芯轴、驱动轮、吊绳、配重吊绳、配重、减速器、制动器、电机等组成，驱动轮固定在芯轴上巴轴端部与减速器输出轴连接，减速器的输入轴连接制动器和电机，吊绳和配重吊绳端部锁定在驱动轮上，且缠绕方向相反，在支架和芯轴上安装摆杆与滑轮绳索机构。该抽油机的电机同样是通过齿轮减速器减速后带动驱动轮正反转动并带动抽油杆升降的，因此无法避免减速箱产生的冲击直接传递到抽油杆上，而配重块所产生的牵引力也是不变的，同样不能解决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。

实用新型内容

本实用新型是为了解决现有技术的塔架式抽油机所存在的电机效率低、减速机构的冲击大、使用维护成本高的问题，提供一种电机效率高、减速机构的冲击小、方便维护的塔架式抽油机。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种无冲击塔架式抽油机，包括塔架、固定在塔架上的曳引机，曳引机通过减速机构与曳引轮相连接，曳引轮通过传动机构与抽油杆、配重块相关联，所述的传动机构包括设于曳引轮一侧的组合导轮、设于曳引轮另一侧的滑轮组，所述组合导轮由同轴的大导轮、小导轮组成，在曳引轮与大导轮之间设有传动用扁平的牵引绳，并且在小导轮与抽油杆之间也设有牵引绳，设置在曳引轮和大导轮之间的牵引绳两端分别固定并层叠地卷绕在曳引轮与大导轮上，设置在小导轮与抽油杆之间的牵引绳一端固定并层叠地卷绕在小导轮上，另一端与抽油杆连接；所述滑轮组包括固定在塔架上的定滑轮组以及对应的动滑轮组，在曳引轮和滑轮组之间同样设有牵引绳，该牵引绳一端固定并层叠地卷绕在曳引轮上，另一端依次绕过动滑轮组和定滑轮组上的动滑轮与定滑轮后固定在塔架上，配重块与动滑轮组连接，设置在曳引轮和大导轮之间的牵引绳在曳引轮上的卷绕方向与小导轮上牵引绳的卷绕方向一致，设置在曳引轮和滑轮组之间的牵引绳在曳引轮上的卷绕方向与大导轮上牵引绳的卷绕方向一致，并且大导轮和小导轮上牵引绳的卷绕方向相反。

现有的塔架式抽油机一般都是通过齿轮减速箱减速，以增大对抽油杆的起吊力，降低曳引机的输出扭矩，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。本实用新型的传动机构中采用了一组卷扬方式的组合导轮，其牵引绳是层叠地卷绕在曳引轮、大导轮以及小导轮上的，因此牵引绳的卷绕半径在转动时是不断变化的，相应地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减速机构减速，然后再通过大导轮进行减速，以降低曳引机的功率，有利于减小减速机构的减速比和运转时的冲击。同时，当配重块下降而抽油杆上升时，卷绕在小导轮上的牵引绳的卷绕半径逐步增加，而大导轮上牵引绳的卷绕半径是逐步减小的，大导轮上的牵引绳在曳引轮上的卷绕半径则是逐步增加的，因此，配重块所产生的牵引力在经过组合导轮后逐步减小。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，通过分别调整大导轮、小导轮以及曳引轮的直径，可方便地实现抽油杆在整个上冲程中，抽油杆端所需的牵引力与配重块所产生的牵引力基本相等，从而彻底解决曳引机做无用功的问题，有效地提高曳引机的工作效率，并且曳引机反向转动时的启动负载可基本为零，从而有利于曳引机的反向启动。特别是，当抽油杆下降到下冲程的下限位置时，现有抽油机中配重块的牵引力将远大于抽油杆所需的牵引力，由于减速箱存在齿轮配合间隙，因此，曳引机在反转的瞬间配重块会急速下坠，从而对抽油杆产生一个冲击力。本实用新型由于可实现配重块与抽油杆之间力的基本平衡，因此，可避免曳引机在反转瞬间配重块对抽油杆产生冲击。另外，导轮机构以及滑轮组本身具有缓冲作用，可有利于避免将减速机构的冲击力传递给抽油杆。特别是，对于一些深井作业，设置滑轮组可显著地减小配重块的升降行程，从而降低塔架的高度，提高抽油机的安全性能。

作为优选，在塔架上靠近组合导轮的外侧设有导轮座，导轮座靠近组合导轮一端与塔架转动连接，导轮座外侧的另一端上设有导向轮，小导轮上的牵引绳绕过导向轮与抽油杆连接。由于导轮座在塔架上是可转动的，因此，在需要进行修井作业时，可将导轮座向上翻转，以便使抽油杆离开原来的井口位置，从而方便修井作业。

作为优选，所述减速机构为皮带轮减速机构，其包括与曳引机同轴的小皮带轮、与曳引轮同轴的大皮带轮，小皮带轮和大皮带轮之间通过传动皮带连接。采用皮带轮减速机构有利于进一步减少反向转动时的冲击，以延长抽油杆的使用寿命。

当然，减速机构也可采用齿轮减速机构，其包括与曳引机同轴的主动齿轮、与曳引轮同轴的从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合。如前所述，本实用新型的大导轮具有减速作用，因此，相应的齿轮减速机构只需采用一级传动即可满足减速需要，相应的齿轮间隙将大大地减小，从而有利于减小反向转动的冲击。

作为优选，所述动滑轮组上设有T形连接件，所述的配重块一侧面上设有沿水平方向延伸至配重块中心并且与T形连接件适配的T形槽，T形连接件卡设于T形槽内，配重块上表面位于T形连接件靠近T形槽开口一侧设有压条，所述压条抵压T形连接件侧面。

T形连接件可快速方便地滑入配重块的T形槽内，从而方便配重块的挂载和卸载，而压条则可避免T形连接件从T形槽内自动滑出，确保其安全。由于T形连接件是位于配重块的中心位置，因而配重块在升降过程中可基本保持水平，有利于减小压条承受的侧向力，提高其安全性。

作为优选，在塔架上位于定滑轮组旁侧位置还设有导向轮，设置在曳引轮和滑轮组之间的牵引绳首先绕过导向轮，再依次绕过动滑轮组和定滑轮组上的动滑轮与定滑轮后固定在塔架上。牵引绳先通过导向轮在连接滑轮组，有利于配置滑轮组的位置，使整个塔架保持较好的重量平衡，有利于提高安全性能。

作为优选，所述的曳引轮上同轴地设有棘轮，塔架上则设有自复位电磁铁，电磁铁的铁芯端部设有定位头，当电磁铁通电时，定位头进入棘轮的齿槽内，当电磁铁断电时，定位头复位退出棘轮的齿槽。当设备正常工作时，电磁铁断电，棘轮可跟随曳引轮一起转动；当需要维修时，电磁铁通电，定位头进入棘轮的齿槽内卡位，使棘轮不能转动，从而可实现整个传动机构的锁止。

因此，本实用新型具有如下有益效果：可避免曳引机在上升行程时做无用功，有效地提高了曳引机的效率，并可消除反向转动时的冲击，延长抽油杆的使用寿命，提高安全性能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本实用新型曳引轮的局部剖视图。

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。

如图1、图2所示的实施例中，本实用新型的一种无冲击塔架式抽油机，包括塔架1、曳引机2、曳引轮6、传动机构、抽油杆3、配重块4和控制器5，曳引轮水平地设置在塔架上部平台的中间位置，曳引机通过减速机构21与曳引轮相连接，减速机构采用皮带轮减速机构，其包括与曳引机同轴的小皮带轮、与曳引轮同轴的大皮带轮，小皮带轮和大皮带轮之间通过传动皮带连接。当然，减速机构也可采用齿轮减速机构，其包括与曳引机同轴的主动齿轮、与曳引轮同轴的从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合。

传动机构包括平行设置在曳引轮一侧的组合导轮7、设于曳引轮另一侧的滑轮组8，组合导轮由固定于同一转动轴上的大导轮71、小导轮72组成，其中的小导轮设于转动轴的中间，大导轮由相同的两片大导轮片711构成，其对称地设于小导轮的两侧。滑轮组包括由一个固定在塔架上的定滑轮组成的定滑轮组81以及由两个对应的动滑轮组成的动滑轮组82，同时在塔架上位于定滑轮旁边的位置设置一个与塔架固定连接的导向轮9，该导向轮用于曳引轮和滑轮组之间牵引绳的导向，从而方便配重块位置的布置。在塔架上靠近组合导轮的外侧设有导轮座93，导轮座靠近组合导轮一端与塔架转动连接，导轮座外侧的另一端上设有一轴承座94，轴承座上可转动的设有导向轮9，轴承座与导轮座之间通过导轨滑动连接，同时在轴承座的一侧可转动连接一水平的调节杆91，调节杆上设有螺纹，并且在导轮座上设置与调节杆螺纹连接的调节螺母92，由于调节螺母是固定的，因此，通过转动调节杆，即可实现调节杆的水平移动，从而带动导向轮的水平移动，以便使抽油杆对准井口。当需要进行修井作业时，可将导轮座向上翻转到大致竖直的状态，以便使抽油杆离开原来的井口位置，从而方便修井作业。当然，我们也可在塔架上滑动连接一转动支承座，然后将导轮座的一端转动连接在转动支承座上，而导向轮的轴承座与导轮座之间则固定连接，同时将调节螺母设置在塔架上，而调节杆则设置在转动支承座上，这样，当需要移动抽油杆的位置以便对准井口时，可转动调节杆以便带动转动支承座水平移动，进而带动导向轮即抽油杆移动；而需要进行修井作业时，仍然可将导轮座向上翻转到大致竖直的状态，以便使抽油杆离开原来的井口位置，从而方便修井作业。

为便于牵引绳的卷绕，如图3所示，在圆柱形的曳引轮的圆柱面上并排设置三个用于卷绕牵引绳11的U形导槽，其中一个设于曳引轮中间的U形导槽用于卷绕连接滑轮组的牵引绳，而对称地设于曳引轮两侧的两个U形导槽则用于卷绕连接大导轮的牵引绳。大导轮的两片大导轮片上也分别设置U形导槽，小导轮上则设置一个U形导槽。如图2所示，在曳引轮与大导轮之间设有两条牵引绳11以传递动力，两条牵引绳的一端分别固定并层叠地卷绕在大导轮两个大导轮片的U形导槽内，另一端则分别固定并层叠地卷绕在曳引轮上对应的两个外侧的U形导槽内。在曳引轮与滑轮组之间设有一条牵引绳以传递动力，该牵引绳的一端固定并层叠地卷绕在曳引轮上对应中间的U形导槽内，另一端依次绕过导向轮、动滑轮组和定滑轮组上的动滑轮与定滑轮后固定在塔架上，动滑轮组的连接支架与配重块连接。

另外，在小导轮与抽油杆之间也设有一条牵引用的牵引绳，设置在小导轮与抽油杆之间的牵引绳一端固定并层叠地卷绕在小导轮的U形导槽内，另一端绕过轴承座上的导向轮后与抽油杆连接；为了实现配重块的快速卸载，如图1所示，在动滑轮组的连接支架上设置两个T形连接件12，其包括上部与牵引绳连接的圆柱形直杆以及由直杆下表面延伸形成一体结构的圆盘。相应地，在配重块侧面上设置两条沿水平方向延伸至配重块中心的T形槽13，T形槽的大小与T形连接件相适配，从而使两个T形连接件能进出并分别卡位于两个T形槽内。同时，配重块上表面位于T形连接件靠近T形槽开口一侧设置一压条14，该压条通过螺钉固定在配重块上，压条的一侧面抵压T形连接件的侧面，从而可避免T形连接件从T形槽从滑出。当需要卸载配重块时，只需拆卸压条，即可使T形连接件从T形槽中滑出，使配重块与牵引绳分离。设置在曳引轮和大导轮之间的牵引绳在曳引轮上的卷绕方向与小导轮上牵引绳的卷绕方向一致，设置在曳引轮和滑轮组之间的牵引绳在曳引轮上的卷绕方向与大导轮上牵引绳的卷绕方向一致，并且大导轮和小导轮上牵引绳的卷绕方向相反。在曳引轮右侧，抽油杆通过牵引绳和组合导轮对曳引轮产生一个顺时针方向的扭矩；在曳引轮左侧，配重块通过牵引绳和滑轮组对曳引轮产生一个逆时针方向的扭矩。上述牵引绳可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。

最后，在曳引轮上同轴地设置一个棘轮，塔架上则固定设置一个自复位电磁铁，自复位电磁铁位于棘轮的下方，电磁铁的铁芯端部设置定位头，定位头的形状与棘轮的齿槽形状适配。当需要维修时，使电磁铁通电，铁芯向上移动，从而带动定位头进入棘轮的齿槽内使棘轮锁止；当电磁铁断电时，铁芯在复位弹簧的作用下下移复位，从而带动定位头复位退出棘轮的齿槽，设备正常工作。

本实用新型的抽油装置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，曳引机通过减速机构初步减速并带动曳引轮转动，配重块通过滑轮组、左侧的导向轮将牵引扭矩传递到曳引轮上，曳引轮在曳引机和配重块的共同作用下，其上的牵引绳再经过组合导轮减速，然后牵引绳通过右侧轴承座上的导向轮对抽油杆产生牵引作用，从而牵引抽油杆上升抽油。在上升行程时，曳引机带动曳引轮作逆时针转动，曳引轮通过牵引绳带动大导轮逆时针转动，与大导轮固定于同一转轴上的小导轮同步逆时针转动，并通过卷绕在小导轮上的牵引绳牵引抽油杆上升抽油。

在抽油杆的逐步上升过程中，与配重块相连的牵引绳在曳引轮上逐步释放，因此其卷绕半径逐步减小，由于扭矩等于牵引绳的作用力与牵引绳卷绕半径的乘积，从而使配重块对曳引轮产生的牵引扭矩也逐步呈线性递减；进一步地，曳引轮上连接大导轮的牵引绳的卷绕半径逐步增大，而大导轮上牵引绳的卷绕半径是逐步减小的，因此，上述配重块所产生的扭矩在通过曳引轮和大导轮后传递到小导轮上的扭矩再一次地减小，而小导轮的卷绕半径是逐步增大的，因此上述扭矩在连接抽油杆的牵引绳上产生的牵引力变小，也就是说，配重块的牵引力在通过上述传动机构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。

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，控制器控制曳引机反向转动，抽油杆进入下降行程。当抽油杆到达其下冲程的下限位置时，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。

通过合理地选择第一大、小导轮以及第二大、小导轮的直径和钢带厚度等参数，可方便地实现抽油杆在整个上升行程中，配重块所产生的牵引力略小于抽油杆所需的牵引力，这样，不仅可确保曳引机在整个上冲程中不做无用功，减少曳引机的功耗，同时可极大地减小曳引机在反向转动时的启动扭矩，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。当抽油杆处于下降行程时，其重量不变，但相应的摩擦力方向相反，而且，抽油杆传递到曳引轮上的扭矩逐步减小，配重块传递到曳引轮上的扭矩逐步增加，因此，曳引机仍然不会做负功，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。特别是，在抽油杆反转开始进入上冲程时，由于曳引轮上由配重块和抽油杆所产生的扭矩差距不大，因此对于采用齿轮减速机构的抽油机，曳引轮不会出现急速的反转，从而可有效地避免配重块在反转时的冲击传递到抽油杆上。

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；曳引机和曳引轮也可设置在塔架的下部；而用于减速的组合导论以及滑轮组根据需要可设计成二级甚至多级。还有连接配重块、抽油杆与小导轮的复合钢带也可用普通的钢丝绳代替。

Claims (7)

1. 一种无冲击塔架式抽油机，包括塔架（1）、固定在塔架上的曳引机（2），曳引机通过减速机构（21）与曳引轮（6）相连接，曳引轮通过传动机构与抽油杆（3）、配重块（4）相关联，其特征是，所述的传动机构包括设于曳引轮一侧的组合导轮（7）、设于曳引轮另一侧的滑轮组（8），所述组合导轮由同轴的大导轮（71）、小导轮（72）组成，在曳引轮与大导轮之间设有传动用扁平的牵引绳（11），并且在小导轮与抽油杆之间也设有牵引绳，设置在曳引轮和大导轮之间的牵引绳两端分别固定并层叠地卷绕在曳引轮与大导轮上，设置在小导轮与抽油杆之间的牵引绳一端固定并层叠地卷绕在小导轮上，另一端与抽油杆连接；所述滑轮组包括固定在塔架上的定滑轮组（81）以及对应的动滑轮组（82），在曳引轮和滑轮组之间同样设有牵引绳，该牵引绳一端固定并层叠地卷绕在曳引轮上，另一端依次绕过动滑轮组和定滑轮组上的动滑轮与定滑轮后固定在塔架上，配重块与动滑轮组连接，设置在曳引轮和大导轮之间的牵引绳在曳引轮上的卷绕方向与小导轮上牵引绳的卷绕方向一致，设置在曳引轮和滑轮组之间的牵引绳在曳引轮上的卷绕方向与大导轮上牵引绳的卷绕方向一致，并且大导轮和小导轮上牵引绳的卷绕方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种无冲击塔架式抽油机，其特征是，在塔架上靠近组合导轮的外侧设有导轮座（93），导轮座靠近组合导轮一端与塔架转动连接，导轮座外侧的另一端上设有导向轮（9），小导轮上的牵引绳绕过导向轮与抽油杆连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种无冲击塔架式抽油机，其特征是，所述减速机构为皮带轮减速机构，其包括与曳引机同轴的小皮带轮、与曳引轮同轴的大皮带轮，小皮带轮和大皮带轮之间通过传动皮带连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种无冲击塔架式抽油机，其特征是，所述减速机构包括与曳引机同轴的主动齿轮、与曳引轮同轴的从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合。

5.根据权利要求1所述的一种无冲击塔架式抽油机，其特征是，所述动滑轮组上设有T形连接件（12），所述的配重块一侧面上设有沿水平方向延伸至配重块中心并且与T形连接件适配的T形槽（13），T形连接件卡设于T形槽内，配重块上表面位于T形连接件靠近T形槽开口一侧设有压条（14），所述压条抵压T形连接件侧面。

6.根据权利要求1或2或5所述的一种无冲击塔架式抽油机，其特征是，在塔架上位于定滑轮组旁侧位置还设有导向轮，设置在曳引轮和滑轮组之间的牵引绳首先绕过导向轮，再依次绕过动滑轮组和定滑轮组上的动滑轮与定滑轮后固定在塔架上。

7.根据权利要求1或2或5所述的一种无冲击塔架式抽油机，其特征是，所述的曳引轮上同轴地设有棘轮，塔架上则设有自复位电磁铁，电磁铁的铁芯端部设有定位头，当电磁铁通电时，定位头进入棘轮的齿槽内，当电磁铁断电时，定位头复位退出棘轮的齿槽。

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