CN205383238U - 用于曳引式抽油机的驱动轮及应用其的曳引式抽油机 - Google Patents

Abstract

一种用于曳引式抽油机的驱动轮及应用其的曳引式抽油机。该驱动轮(1)包括：用于装入传动介质(3)的圆弧形绳槽结构，其中，所述绳槽结构设置有一个切口槽(11)，该切口槽(11)设置于所述绳槽结构的中部，向所述传动介质(3)装入的方向开口，并且随所述绳槽结构的延伸方向延伸。根据本实用新型的实施例，通过对驱动轮绳槽增加特定切口、选择适当的驱动轮直径和钢丝绳直径的比例关系及驱动轮绳槽直径和钢丝绳直径的配合关系，使得该曳引结构的抽油机曳引力大幅度增加，克服了原有的钢丝绳打滑问题，大大延长了钢丝绳的寿命。不仅适合长冲程、低冲次的稀油井，还适用于深井、稠油井、大负载等复杂采油工况。

Description

用于曳引式抽油机的驱动轮及应用其的曳引式抽油机

技术领域

本实用新型涉及曳引式抽油机，具体而言，涉及一种用于曳引式抽油机的驱动轮及应用其的曳引式抽油机。

背景技术

当前石油开采设备多种多样，其中曳引式抽油机以其冲程长、效率高、结构简单等特点而被较为广泛地应用。

石油开采作业环境十分恶劣，如野外、风沙、雨雪、温差大、地质情况复杂等，导致抽油机负载变化大，最大载荷与最小载荷差值很大，再加上其24小时365天全天候工作的特点，对传动介质的使用寿命要求极高(一般的，要求传动介质正常运行不低于12个月)。

曳引结构抽油机相关专利也已经有多个，比如，专利号为03242883.9的中国实用新型专利和专利申请号为200710089285.0的中国发明专利申请等，但这些专利均没有考虑曳引系统所需的曳引条件。

目前所采用的技术和公开的专利均没有考虑抽油机曳引系统所需的具体条件，所以在实际应用中，只是简单的将钢丝绳绕过驱动轮，造成实际使用过程中经常出现钢丝绳打滑、钢丝绳寿命短等问题。

实用新型内容

根据本实用新型的一方面，提供了一种用于曳引式抽油机的驱动轮，包括：用于装入传动介质的圆弧形绳槽结构，其中，绳槽结构设置有一个切口槽，该切口槽设置于绳槽结构的中部，向传动介质装入的方向开口，并且随绳槽结构的延伸方向延伸。

根据本实用新型实施例的驱动轮，可选地，切口槽开口部分的两端分别与绳槽结构中心的连线之间的夹角在40°～105°。

根据本实用新型实施例的驱动轮，可选地，传动介质为钢丝绳。

根据本实用新型实施例的驱动轮，可选地，驱动轮的直径与钢丝绳的直径的比值在40～70。

根据本实用新型实施例的驱动轮，可选地，绳槽结构的半径与钢丝绳的半径的比值在0.9～1.0。

根据本实用新型实施例的驱动轮，可选地，钢丝绳与绳槽结构的最大比压发生在处，其中，β是切口槽开口部分的两端分别与绳槽结构中心的连线之间的夹角，φ为钢丝绳对绳槽结构的有效作用部分在绳槽横截面上形成的角度。

根据本实用新型实施例的驱动轮，可选地，最大比压为，

其中，Pmax表示最大比压，D是驱动轮的直径，d表示钢丝绳的直径，δ为整个钢丝绳对绳槽的有效作用部分两端分别与绳槽中心的连线在绳槽横截面上形成的角度。

根据本实用新型实施例的驱动轮，可选地，切口槽为矩形、梯形、三角形或菱形。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种曳引式抽油机，其包括前述的驱动轮。

根据本实用新型的又一方面，提供了一种曳引式抽油机，其包括：驱动轮，支撑平台，钢丝绳，配重动滑轮，悬绳器动滑轮，配重，抽油杆，支架，其中，驱动轮包括用于装入钢丝绳的圆弧形绳槽结构，该绳槽结构设置有一个切口槽，该切口槽设置于绳槽结构的中部，向钢丝绳装入的方向开口，并且随绳槽结构的延伸方向延伸；在支架顶部安装支撑平台；驱动轮设置于支撑平台之上；在驱动轮两侧分别设置配重动滑轮和悬绳器动滑轮；配重动滑轮连接于配重；悬绳器动滑轮安装在悬绳器上，该悬绳器与抽油杆连接；驱动轮、配重动滑轮和悬绳器动滑轮之间通过钢丝绳连接。

根据本实用新型实施例的曳引式抽油机，可选地，切口槽开口部分的两端分别与绳槽结构中心的连线之间的夹角为40°～105°，驱动轮的直径与钢丝绳的直径的比值为40～70，并且绳槽结构的半径与钢丝绳的半径的比值为0.9～1.0。

根据本实用新型的实施例，通过对驱动轮绳槽增加特定切口、选择适当的驱动轮直径和钢丝绳直径的比例关系及驱动轮绳槽直径和钢丝绳直径的配合关系，使得该曳引结构的抽油机曳引力大幅度增加，克服了原有的钢丝绳打滑问题，大大延长了钢丝绳的寿命。不仅适合长冲程、低冲次的稀油井，还适用于深井、稠油井、大负载等复杂采油工况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。

图1是根据本实用新型实施例的曳引式抽油机的示意图；

图2A示意性地示出了根据本实用新型实施例的驱动轮绳槽结构，图2B和图2C分别示意性地示出了根据本实用新型其它实施例的驱动轮绳槽结构；

图3示意性地示出了对图2A所示驱动轮绳槽结构的定量分析图示；

图4A～图4D分别示出了基于不同结构参数对于图2A所示驱动轮绳槽结构进行测试的结果；

图5示意性地示出了根据现有技术的曳引式抽油机的驱动轮绳槽结构。

附图标记

1驱动轮

2支撑平台

3钢丝绳

4配重动滑轮

5悬绳器动滑轮

6配重

7抽油杆

8支架

9控制柜

10钢丝绳组合绳头

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

图1示意性地示出了根据本实用新型实施例的曳引式抽油机。如图1所示，抽油机包括：驱动轮1，支撑平台2，钢丝绳3，配重动滑轮4，悬绳器动滑轮5，配重6，抽油杆7，支架8，控制柜9，钢丝绳组合绳头10。

其中，支架8可以具有桁架结构，可通过铆接制作桁架本体，并在其顶部安装支撑平台2；驱动轮1设置于支撑平台2之上，电机与驱动轮1连接并驱动该驱动轮1旋转；在驱动轮1两侧分别设置动滑轮4和5；动滑轮4连接于配重6，随配重6上下移动；动滑轮5安装在悬绳器上，该悬绳器与抽油杆7连接，于是动滑轮5、悬绳器和抽油杆7一起做上下往复运动；驱动轮1、两侧动滑轮4和5之间通过钢丝绳3连接，钢丝绳3通过钢丝绳组合绳头10固定于支撑平台2，具体来讲，驱动轮1由电机驱动，钢丝绳3依次绕过动滑轮4、绕在驱动轮1绳槽内(通常绕半圈)、再绕过动滑轮5且钢丝绳3的两端均固定于支撑平台2，如此构成曳引系统。可以根据配重6的上下移动位置设置行程开关，并且在支架8旁边安装控制柜9，控制柜9通过控制电机来实现抽油机的冲程、冲次调节。

图5示意性地示出了根据现有技术的曳引式抽油机的驱动轮绳槽结构。具体而言，在图5中，驱动轮的绳槽结构为圆弧形(可以是半圆形，也可以是多于半圆或少于半圆)，钢丝绳嵌入该圆弧形结构，钢丝绳的直径为d。D是驱动轮的直径。

图2A示意性地示出了根据本实用新型实施例的驱动轮绳槽结构。与图5所示的绳槽结构的不同之处在于，图2A所示的绳槽结构增加设置了一个切口槽11，该切口槽11呈矩形，设置于绳槽结构的中部，向绳嵌入的方向开口，并且沿绳的缠绕延伸方向延伸，也即是说，切口槽11随绳槽结构的延伸方向延伸。图2A中，b表示切口槽11在绳槽截面方向上的宽度，并且对应于切口槽宽度b，切口槽开口部分的两端分别与绳槽结构的中心的连线之间的夹角为β。由于切口槽开口部分的两端分别与绳槽结构的中心的连线之间的夹角β实际上与切口槽本身的形状并无直接对应关系，也就是说，切口槽开口部分之下的形状与夹角β无关，因此切口槽还可以是梯形、三角形、菱形等形状。

例如，图2B示出了具有三角形切口槽的驱动轮绳槽结构。如图2B所示，切口槽11具有倒三角形的形状，三角形底边(倒三角形顶边)为切口槽11的开口，该开口关于绳槽截面的垂直中轴线对称，且开口的每端距该垂直中轴线的距离为a，因而距离a+a相当于图2A中所示的切口槽11在绳槽截面方向上的宽度b。相比于菱形、梯形或三角形的形状，矩形的切口槽更易机械加工。又例如，图2C示出了具有菱形或平行四边形切口槽的驱动轮绳槽结构。图2C所示的切口槽11，其自身形状并不关于绳槽截面的垂直中轴线对称，但切口槽开口可以关于绳槽截面的垂直中轴线对称，每端距该垂直中轴线的距离为a，因而距离a+a相当于图2A中所示的切口槽11在绳槽截面方向上的宽度b。

钢丝绳嵌入绳槽后受到绳槽的作用力，并且在绳槽的两侧圆弧部分(绳槽中间部分为切口槽)的位置产生变形，绳与绳槽的接触应力在切口(槽)处达到最大。

如前所述，切口槽开口部分的两端分别与绳槽结构的中心的连线之间的夹角β仅与切口槽11的开口部分有关，而与切口槽整体的形状并无直接关系。因此，以图2A所示的驱动轮绳槽结构为例，利用图3进行定量分析。在图3中，参数φ为钢丝绳对绳槽的有效作用部分在绳槽横截面上形成的角度(左右各半)，再设定参数δ为整个钢丝绳对绳槽的有效作用部分两端分别与绳槽中心的连线在绳槽横截面上形成的角度。由于切口槽的存在，φ与δ不同。而如果没有切口槽，φ和δ是一样的。此外，Pmax表示最大比压，也就是绳与绳槽的最大线比压，也可以理解为是绳与绳槽之间的最大接触应力。

于是有：

取则

因dN＝Tda

所以

最大比压Pmax发生在处：

其中，ds表示微段绳，dN表示绳槽对ds的反力；da表示ds在绳槽上的微量包角，P表示线比压，T表示对绳的拉力，如前所述，D是驱动轮直径，d表示绳直径。

进一步考虑当量摩擦系数f：

因为

其中，μ标示槽面摩擦系数

所以

根据上面的公式，最大比压Pmax和当量摩擦系数f均与β存在函数关系，且随β增大而单调上升。

当量摩擦系数f是驱动轮绳槽与钢丝绳形成曳引力并达到曳引条件的主要参数，

曳引力建立条件判定公式为：

其中，T1、T2表示驱动轮两端对绳的拉力，f为当量摩擦系数，a表示钢丝绳在驱动轮绳槽的包角。

因此钢丝绳在驱动轮绳槽包角一定的前提下，提升当量摩擦系数f，可以使曳引建立条件更加广泛，适用性更强。

另一方面，最大比压Pmax是钢丝绳作用在切口槽上的最大比压值，这个值如果超过许用值会加剧钢丝绳磨损。因此，在进行结构设计时，考虑在最大比压Pmax能接受的前提下，最大限度提升f，可以增加曳引力。

图4A～图4D分别示出了基于不同结构参数对于图2A所示驱动轮绳槽结构进行测试的结果。具体而言，在根据本实用新型实施例的曳引式抽油机上，对不同的切口槽角度β、不同绳槽半径R与钢丝绳半径r的比值、不同驱动轮直径D与钢丝绳直径d的比值等参数情况测试曳引力和钢丝绳寿命。

如图4A所示，曳引力F随切口槽角度β增大而增大。

如图4B所示，驱动轮直径D与钢丝绳直径d比值在10～40递增时，钢丝绳寿命H增加明显，但钢丝绳寿命仍然较短无法满足用户要求，D/d在40～70时，钢丝绳寿命H迅速增加，钢丝绳寿命能满足抽油机用户的使用要求，且比值越大寿命越长。

如图4C所示，钢丝绳寿命随切口槽角度β增大而降低，在40°～105°时降低趋于平缓，且钢丝绳寿命满足抽油机使用要求。

如图4D所示，在绳槽半径R与钢丝绳半径r的比值，在0.9～1.0时，钢丝绳寿命H处于高点，低于0.9或大于1.0时，钢丝绳寿命显著下降。

从前述分析以及试验结果可以得出：根据本实用新型实施例的曳引式抽油机，驱动轮直径D与钢丝绳直径d比值在40～70，切口槽角度β在40°～105°，绳槽半径R与钢丝绳半径r比值在0.9～1.0时，曳引力较大且钢丝绳寿命可满足大负载曳引式抽油机使用要求。

可选地，根据本实用新型实施例的曳引式抽油机所采用的传动介质也可以不限于钢丝绳，例如采用其他材质的绳索。

根据本实用新型实施例的驱动轮和采用该驱动轮的曳引式抽油机，充分考虑到石油开采负载变化大、工况恶劣、疲劳寿命要求高等特点，针对传统曳引式抽油机中存在的钢丝绳打滑及使用寿命短等问题，从驱动轮绳槽的角度进行了改进：

将驱动轮的绳槽设计成具有切口槽的半圆型结构，以实现增大曳引力以适应采油过程中负载变化大及由此产生的打滑等问题；驱动轮绳槽直径与钢丝绳直径比值在0.9～1之间，曳引力大程度增加，钢丝绳寿命影响较小；驱动轮直径与传动介质(钢丝绳)直径的比值在40～70倍时，寿命随直径比增大而提升明显。

经过上述改进的曳引结构抽油机，不仅具有传统曳引式抽油机的冲程长、冲次低、效率高等特点，而且适用于石油开采的绝大部分复杂工况，使得曳引结构抽油机克服了原来使用中存在的钢丝绳打滑及使用寿命短等问题，使得该抽油机在石油开采中大规模商用应用成为可能。

以上所述仅是本实用新型的示范性实施方式，而非用于限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (11)

1.一种用于曳引式抽油机的驱动轮(1)，包括：

用于装入传动介质(3)的圆弧形绳槽结构，

其特征在于，

所述绳槽结构设置有一个切口槽(11)，

该切口槽(11)设置于所述绳槽结构的中部，向所述传动介质(3)装入的方向开口，并且随所述绳槽结构的延伸方向延伸。

2.根据权利要求1所述的驱动轮(1)，其特征在于，所述切口槽(11)开口部分的两端分别与所述绳槽结构中心的连线之间的夹角(β)在40°～105°。

3.根据权利要求1所述的驱动轮(1)，其特征在于，所述传动介质(3)为钢丝绳。

4.根据权利要求3所述的驱动轮(1)，其特征在于，所述驱动轮(1)的直径(D)与所述钢丝绳的直径(d)的比值在40～70。

5.根据权利要求3所述的驱动轮(1)，其特征在于，所述绳槽结构的半径(R)与所述钢丝绳的半径(r)的比值在0.9～1.0。

6.根据权利要求3所述的驱动轮(1)，其特征在于，所述钢丝绳(3)与所述绳槽结构的最大比压(Pmax)发生在处，其中，β是所述切口槽(11)开口部分的两端分别与所述绳槽结构中心的连线之间的夹角，φ为钢丝绳(3)对所述绳槽结构的有效作用部分在绳槽横截面上形成的角度。

7.根据权利要求6所述的驱动轮(1)，其特征在于，所述最大比压为，

其中，Pmax表示最大比压，D是所述驱动轮(1)的直径，d表示所述钢丝绳(3)的直径，δ为整个钢丝绳对绳槽的有效作用部分两端分别与绳槽中心的连线在绳槽横截面上形成的角度。

8.根据权利要求1所述的驱动轮(1)，其特征在于，所述切口槽(11)为矩形、梯形、三角形或菱形。

9.一种曳引式抽油机，其特征在于，包括：根据权利要求1-7中任一项所述的驱动轮(1)。

10.一种曳引式抽油机，

其特征在于，

包括：

驱动轮(1)，支撑平台(2)，钢丝绳(3)，配重动滑轮(4)，悬绳器动滑轮(5)，配重(6)，抽油杆(7)，支架(8)，

其中，

所述驱动轮(1)包括用于装入所述钢丝绳(3)的圆弧形绳槽结构，该绳槽结构设置有一个切口槽(11)，该切口槽(11)设置于所述绳槽结构的中部，向所述钢丝绳(3)装入的方向开口，并且随所述绳槽结构的延伸方向延伸；

在所述支架(8)顶部安装所述支撑平台(2)；

所述驱动轮(1)设置于所述支撑平台(2)之上；

在所述驱动轮(1)两侧分别设置所述配重动滑轮(4)和所述悬绳器动滑轮(5)；

所述配重动滑轮(4)连接于所述配重(6)；

所述悬绳器动滑轮(5)安装在悬绳器上，该悬绳器与所述抽油杆(7)连接；

所述驱动轮(1)、所述配重动滑轮(4)和所述悬绳器动滑轮(5)之间通过所述钢丝绳(3)连接。

11.根据权利要求10的曳引式抽油机，其特征在于，所述切口槽(11)开口部分的两端分别与所述绳槽结构中心的连线之间的夹角(β)为40°～105°，所述驱动轮(1)的直径(D)与所述钢丝绳(3)的直径(d)的比值为40～70，并且所述绳槽结构的半径(R)与所述钢丝绳的半径(r)的比值为0.9～1.0。