WO2011082557A1 - 塔架式无导轮组合传动抽油机 - Google Patents

塔架式无导轮组合传动抽油机 Download PDF

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WO2011082557A1
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Description

塔架式无导轮组合传动抽油机
技术领域
本发明涉及一种石油开采机械设备, 特别是涉及一种塔架式抽油机。
背景技术
目前, 在石油开采领域, 塔架式抽油机由于其结构简单、 成本低廉、 能耗小等优点正在 逐步取代游梁式抽油机, 但是同时塔架式抽油机本身存在几个相互关联的技术问题也在影响 制约着其大规模的推广与应用, 这些技术问题中最为突出的两个: 修井让位方式与钢丝绳寿 命。 在进行修井工作之前, 为了保证修井设备有足够的空间在井口进行操作, 塔架距离井口 的最小距离要保证在 700mm以上, 因此现在最为常见的修井让位方式有两种,一是将整个塔架 设置为可移动式, 在修井之前, 使用牵引设备拖动整个塔架远离井口, 由于塔架式抽油机的 主要设备都设置在塔架顶端, 重心较高, 因此整体移动塔架费时费力, 而且安全性较低; 二 是在塔架顶部设置向外伸出的导向轮, 由于导向轮向外伸出的距离可以根据需要进行调整, 因此在安装塔架时可以保证其距离井口大于 700mm, 但是考虑到塔架的稳定和成本等因素,一 般导向轮的直径都较小, 而钢丝绳的使用寿命又与其弯曲直径的大小息息相关, 再加上钢丝 绳在短距离内连续经过绳轮和导向轮, 在应力无法完全消除的情况下连续两次屈折, 加速了 钢丝绳的损坏, 如图 1所示的钢丝绳相对弯曲疲劳寿命系数图, 设定当钢丝绳的弯曲直径 D与 钢丝绳的直径 d的比值为 62时, 该钢丝绳的使用寿命系数为 1, 则比值越大, 其使用寿命就越 长, 而目前负载 12吨以下型号的塔架式抽油机所使用的导向轮的直径与钢丝绳直径的比值只 有 40-50左右,负载 12吨以上型号的塔架式抽油机所使用的导向轮的直径与钢丝绳直径的比值 仅仅只有 25-35左右, 因此, 直径较小的导向轮致使钢丝绳的使用寿命也随之缩短。 目前还有 一些塔架式抽油机采用皮带替换钢丝绳来解决钢丝绳寿命问题, 但是皮带在风的作用力下会 产生剧烈的摆动, 容易对抽油机的抽油杆和井口造成损坏。 现有的塔架式抽油机都不能同时 处理好上述技术问题。 本发明要解决的技术问题是提供一种修井让位方式安全简便, 钢丝绳寿命较长的塔架式 无导轮组合传动抽油机。
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 包括塔架、 动力系统、 传动系统、 控制系统、 平 衡配重箱、 配重牵引绳、 绳轮、 驱动绳和悬绳器, 所述动力系统、 传动系统、 控制系统和绳 轮安装在塔架顶部的操作平台上, 所述控制系统与动力系统连接, 控制系统控制动力系统的 换向位置和转速, 所述动力系统通过传动系统与绳轮传动连接, 其中所述绳轮通过绳轮支撑 装置固定在操作平台一侧, 绳轮的中轴线位于操作平台内, 且其中轴线在水平方向上与操作 平台边沿的最短距离为 L, 绳轮轮缘伸出操作平台, 且其最外端边缘在水平方向上与塔架的 最短距离为 M, 所述绳轮上开有若干固定孔, 所述配重牵引绳的一端固定在其中一组固定孔 上, 所述驱动绳的一端固定在另一组固定孔上, 所述配重牵引绳和驱动绳反方向缠绕在绳轮 上, 所述配重牵引绳的自由端通过悬绳器 A连接平衡配重箱, 且配重牵引绳的垂挂部分位于 塔架的纵向中心, 所述驱动绳的自由端通过悬绳器 B连接抽油杆, 所述操作平台与塔架的顶 部之间装有平台移动装置, 其中 L不小于 50 M不小于 700
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述平台移动装置包括圆管滑道和滑套, 所 述圆管滑道固定安装在塔架顶部, 所述滑套通过其顶部的连接板与操作平台底部相连接, 滑 套套在圆管滑道上, 且滑套可在圆管滑道上滑动。
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述滑套和圆管滑道之间还设有铜套, 所述 铜套连接在滑套内壁上, 且铜套与圆管滑道之间涂有润滑剂。
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述平台移动装置包括顶丝、 滑轮和滑道, 所述顶丝竖直安装在操作平台内, 顶丝的下端与滑轮的转轴相连接, 所述滑道固定连接在塔 架顶部, 滑道与滑轮相配合。
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述平台移动装置包括滑道和滑块, 所述滑 道固定连接在塔架顶部, 所述操作平台设置在滑道上, 操作平台与滑道之间设有滑块, 所述 滑块固定连接在滑道和 /或操作平台底部上, 滑块为高润滑性、 高耐磨性金属或工程塑料。
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述塔架顶部设有操作平台定位板, 所述操 作平台定位板安装在滑道或圆管滑道上, 且位置可调。
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述传动系统包括链轮 E、 链轮 F、 传动轴、 小齿轮、 大齿圈和绳轮轴, 所述动力系统的输出端与链轮 E固定连接, 所述链轮 E通过链条 带动链轮 F, 所述链轮 F固定安装在传动轴的一端, 所述传动轴的另一端固定装有小齿轮, 传动轴通过一对轴承 G安装在传动轴支架上, 所述大齿圈固定安装在绳轮的外侧中部, 所述 绳轮通过一对轴承 H安装在绳轮轴上, 所述绳轮轴的两端分别固定在轴座上, 所述轴座固定 在操作平台上, 所述绳轮轴、 轴承 H和轴座构成所述绳轮支撑装置, 所述小齿轮与大齿圈相 啮合。 本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述传动系统包括传动带、 小皮带链轮、 大 皮带链轮、 传动轴、 小齿轮、 大齿轮和绳轮轴, 所述动力系统的输出端与小皮带链轮固定连 接, 所述小皮带链轮通过传动带带动大皮带链轮, 所述大皮带链轮固定安装在传动轴的一端, 所述传动轴的另一端固定装有小齿轮, 传动轴通过一对轴承 c安装在传动轴支架上, 所述小 齿轮与大齿轮相啮合, 所述大齿轮通过销钉固定安装在绳轮一端, 所述绳轮内部通过一对轴 承 I装有绳轮轴, 所述绳轮轴的两端分别固定在轴座上, 所述轴座固定在操作平上, 所述绳 轮轴、 轴承 I和轴座构成所述绳轮支撑装置。
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述塔架顶部与操作平台之间装有液压活塞 缸, 所述活塞缸铰接在塔架顶部, 所述活塞杆一端铰接在操作平台上。
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述平衡配重箱设有主配重箱和多级副配重 块, 所述多级副配重块通过安装在主配重箱两侧的挂钩挂接在主配重箱上, 所述主配重箱和 多级副配重块内部装有水泥、 砂和铁, 所述多级副配重块的总重量低于主配重箱的总重量的
10%
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述绳轮的直径为 D 1400mm^D^2100mm, 所述配重牵引绳和驱动绳的直径为 d 14 ^d 26 所述 D与 d的比值为 70-130
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述动力系统为永磁同步制动电机。
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机,其中所述控制系统设置在永磁同步制动电机内部。 本发明塔架式无导轮组合传动抽油机, 其中所述滑块的材料为不锈钢或聚四氟乙烯。 本发明塔架式无导轮组合传动抽油机与现有技术不同之处在于本发明塔架式无导轮组合 传动抽油机采用直径较大的绳轮取代导向轮,保证塔架与井口之间的距离大于 700mm的同时, 增加钢丝绳的弯曲直径, 从而使钢丝绳的寿命达到了预期的效果; 操作平台设置为可相对塔 架移动式, 当需要修井时, 可向远离井口方向移动操作平台使绳轮离开井口位置; 配重牵引 绳的垂挂部分位于塔架的纵向中心是为了充分利用塔架内部的空间, 在相同体积的情况下, 尽量减小平衡配重箱的厚度, 从而可以使塔架的高度适当降低, 或使用廉价的配重材料以节 省成本。
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机中的滑套和圆管滑道组合形成的平台移动装置是最 简单可靠的移动方式; 滑道或圆管滑道上设置的操作平台定位板是为了限制操作平台后移的 范围, 保证生产安全; 传动系统通过链条将动力经过第一级减速传递给传动轴, 然后再通过 一对齿轮经过第二级减速带动绳轮轴, 从而带动复绕固定在绳轮上的抽油杆驱动绳和配重牵 引绳, 使抽油杆和平衡配重箱上下运动完成采油工作, 采用链条进行第一级减速传动的优点 在于减少动力损失, 在大负载的情况下保持较高的工作效率; 本发明塔架式无导轮组合传动 抽油机上用于带动绳轮转动的大齿圈固定安装在绳轮的外侧中部, 使主轴和复绕在绳轮两端 的驱动绳在整个运转过程中受力均衡, 也使整个操作平台上的设备更加紧凑, 重心更加平稳; 同时, 将齿轮改为大齿圈, 缩小操作平台的面积也使整套抽油机的成本有所降低; 本发明塔 架式无导轮组合传动抽油机的平衡配重箱采用主、 副配重块多级可调配重, 根据负载的变化 配合动力系统调整配重, 达到低耗高效的工作状态; 本发明塔架式无导轮组合传动抽油机所 使用的绳轮直径与所选用的钢丝绳直径的比值可以控制在 70-100, 提高钢丝绳的使用寿命 2. 5-5倍。
下面结合附图对本发明的塔架式无导轮组合传动抽油机作进一步说明。
附图说明
图 1为钢丝绳相对弯曲疲劳寿命系数图;
图 2为本发明塔架式无导轮组合传动抽油机第一种实施方式的主视图;
图 3为图 2的俯视图;
图 4 为本发明塔架式无导轮组合传动抽油机第一种实施方式的平台移动装置结构示意 图;
图 5 为本发明塔架式无导轮组合传动抽油机第二种实施方式的平台移动装置结构示意 图;
图 6为图 5的右视图;
图 7为本发明塔架式无导轮组合传动抽油机第一种实施方式的传动系统结构示意图; 图 8为本发明塔架式无导轮组合传动抽油机第二种实施方式的传动系统结构示意图。 具体实施方式
如图 2和图 3所示的塔架式无导轮组合传动抽油机为本发明的第一种实施方式, 包括塔 架 1、 动力系统 2、 传动系统、 控制系统、 平衡配重箱 3、 配重牵引绳 4、 驱动绳 5和悬绳器, 其中动力系统 2、 传动系统和绳轮 6安装在塔架 1顶部的操作平台 7上, 动力系统 2为永磁 同步制动电机, 控制系统安装在永磁同步制动电机内, 工作人员可以通过控制系统的无线或 有线控制器在塔架 1下面对整个塔架式无导轮组合传动抽油机进行控制操作。结合图 7所示, 传动系统包括传动带 8、 小皮带链轮 9、 大皮带链轮 10、 传动轴 11、 小齿轮 12、 大齿轮 13 和绳轮轴 14, 动力系统 2的输出端与小皮带链轮 9固定连接, 小皮带链轮 9通过传动带 8带 动大皮带链轮 10, 大皮带链轮 10固定安装在传动轴 11的一端, 传动轴 11的另一端固定装 有小齿轮 12, 传动轴 11通过一对轴承 C安装在传动轴支架 15上, 小齿轮 12与大齿轮 13相 啮合, 大齿轮 13通过销钉 16固定安装在绳轮 6—端, 绳轮 6内部通过一对轴承 I装有绳轮 轴 14, 绳轮轴 14的两端分别固定在轴座 17上, 轴座 17固定在操作平台 7上。 绳轮 6的中 轴线位于操作平台 7内, 且其中轴线在水平方向上与操作平台 7边沿的最短距离为 L, L为 100mm, 绳轮 6轮缘伸出操作平台 7, 且其最外端边缘在水平方向上与塔架 1的最短距离为 M, M为 800mm, 绳轮 6上开有若干固定孔 18、 18 ', 配重牵引绳 4的一端固定在其中一组 固定孔 18上, 驱动绳 5的一端固定在另一组固定孔 18 ' 上, 配重牵引绳 4和驱动绳 5反方 向缠绕在绳轮 6上,配重牵引绳 4的自由端通过悬绳器 A连接平衡配重箱 3, 且配重牵引绳 4 的垂挂部分位于塔架 1的纵向中心, 驱动绳 5的自由端通过悬绳器 B连接抽油杆 19, 平衡配 重箱 3设有主配重箱 20和多级副配重块 21, 多级副配重块 21通过安装在主配重箱 20两侧 的挂钩 22挂接在主配重箱 20上, 主配重箱 20和多级副配重块 21内部装有水泥、 砂和铁, 多级副配重块 21的总重量低于主配重箱 20的总重量的 10%, 工作人员可以根据抽油杆 19实 际的负载情况,调节平衡配重箱 3的重量,使抽油杆 19和配重处于一种相对平衡的工作状态, 从而降低动力系统 2和传动系统的能量消耗。
如图 4所示, 操作平台 7与塔架 1的顶部之间装有平台移动装置, 平台移动装置包括顶 丝 23、滑轮 24和滑道 25, 顶丝 23竖直安装在操作平台 7内, 顶丝 23的下端与滑轮 24的转 轴相连接, 滑道 25铆接在塔架 1顶部, 滑道 25与滑轮 24相配合。 塔架 1顶部与操作平台 7 之间装有液压活塞缸, 活塞缸 26铰接在塔架 1顶部, 活塞杆 27—端铰接在操作平台 7上。 在进行修井工作之前, 使用工具转动顶丝 23将操作平台 7顶离塔架 1, 启动液压活塞缸, 使 活塞杆 27推动操作平台 7向远离井口方向移动, 将井口位置让出。
如图 5和图 6所示, 本发明塔架式无导轮组合传动抽油机第二种实施方式的平台移动装 置包括圆管滑道 225和滑套 224, 圆管滑道 225安装在塔架 1顶部, 滑套 224通过其顶部的 连接板 223和连接板 223上的螺栓与操作平台 7底部相连接,滑套 224套在圆管滑道 225上, 且滑套 224可在圆管滑道 225上滑动, 滑套 224和圆管滑道 225之间还套有铜套 228, 铜套 228镶嵌在滑套 224内壁上, 且铜套 228与圆管滑道 225之间涂有润滑剂。每条圆管滑道 225 上还装有两个操作平台定位板 229, 滑套 224只能在两个操作平台定位板 229之间滑动。
平台移动装置还可以是另一种实施方式 (图中未示出), 平台移动装置包括滑道和滑块, 滑道铆接在塔架顶部, 操作平台设置在滑道上, 操作平台与滑道之间设有滑块, 滑块粘接或 铆接在滑道和操作平台底部上, 或者粘接或铆接在滑道和操作平台之一上, 滑块为高润滑性、 高耐磨性金属或工程塑料, 例如不锈钢、 聚四氟乙烯 (俗称铁氟龙) 等。
上述实施方式中绳轮 6的直径 D为 1800mm左右, 而配重牵引绳 4和驱动绳 5所选用的 钢丝绳 d直径为 20mm, 则 D/d为 90, 参照图 1所示, 其使用寿命系数为 2.5, 使用寿命得到 较大提升。
图 8所示的本发明塔架式无导轮组合传动抽油机的第二种实施方式的传动系统, 这种实 施方式用链轮 E、 F代替第一种实施方式中的小皮带链轮 9和大皮带链轮 10, 用大齿圈 213 代替大齿轮 13, 链轮 E安装在动力系统 202的输出端, 链轮 E通过链条带动链轮 F, 链轮 F 固定安装在传动轴 211的一端, 传动轴 211的另一端固定装有小齿轮 212, 传动轴 211通过 一对轴承 G安装在传动轴支架 215上,大齿圈 213固定安装在绳轮 206的外侧中部,绳轮 206 通过一对轴承 H安装在绳轮轴 214上,绳轮轴 214的两端分别固定在轴座 217上,小齿轮 212 与大齿圈 213相啮合。
本发明塔架式无导轮组合传动抽油机的配重牵引绳 4和驱动绳 5所选用的钢丝绳直径 d 在 14匪至 26匪之间,实际应用根据负载而定,绳轮 6直径 D的选用范围在 1400mm至 2100mm 之间, 可以保证 M不小于 700mm, 并且使 D与 d的比值控制在 70-130之间, 有利于提高钢 丝绳的使用寿命。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述, 并非对本发明的范围进行 限定, 在不脱离本发明设计精神的前提下, 本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的 各种变形和改进, 均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
工业实用性
本发明顶置塔架式无导轮组合传动抽油机主要解决了钢丝绳疲劳寿命问题, 特别是对于 负载 12吨以上的塔架式收油机, 延长了钢丝绳的使用寿命, 也必将有利于节约生产成本和提 高生产效率, 因此具有很大的市场前景和很强的工业实用性。

Claims

权 利 要 求
1、 一种塔架式无导轮组合传动抽油机, 包括塔架、 动力系统、 传动系统、 控制系统、 平 衡配重箱、 配重牵引绳、 绳轮、 驱动绳和悬绳器, 所述动力系统、 传动系统、 控制系统和绳 轮安装在塔架顶部的操作平台上, 所述控制系统与动力系统连接, 控制系统控制动力系统的 换向位置和转速, 所述动力系统通过传动系统与绳轮传动连接, 其特征在于: 所述绳轮通过 绳轮支撑装置固定在操作平台一侧, 绳轮的中轴线位于操作平台内, 且其中轴线在水平方向 上与操作平台边沿的最短距离为 L, 绳轮轮缘伸出操作平台, 且其最外端边缘在水平方向上 与塔架的最短距离为 M, 所述绳轮上开有若干固定孔, 所述配重牵引绳的一端固定在其中一 组固定孔上, 所述驱动绳的一端固定在另一组固定孔上, 所述配重牵引绳和驱动绳反方向缠 绕在绳轮上, 所述配重牵引绳的自由端通过悬绳器 A连接平衡配重箱, 且配重牵引绳的垂挂 部分位于塔架的纵向中心, 所述驱动绳的自由端通过悬绳器 B连接抽油杆, 所述操作平台与 塔架的顶部之间装有平台移动装置, 其中 L不小于 50mm, M不小于 700mm。
2、 根据权利要求 1所述的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述平台移动装 置包括圆管滑道和滑套, 所述圆管滑道固定安装在塔架顶部, 所述滑套通过其顶部的连接板 与操作平台底部相连接, 滑套套在圆管滑道上, 且滑套可在圆管滑道上滑动。
3、 根据权利要求 2所述的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述滑套和圆管 滑道之间还设有铜套, 所述铜套连接在滑套内壁上, 且铜套与圆管滑道之间涂有润滑剂。
4、 根据权利要求 1所述的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述平台移动装 置包括顶丝、 滑轮和滑道, 所述顶丝竖直安装在操作平台内, 顶丝的下端与滑轮的转轴相连 接, 所述滑道固定连接在塔架顶部, 滑道与滑轮相配合。
5、 根据权利要求 1所述的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述平台移动装 置包括滑道和滑块, 所述滑道固定连接在塔架顶部, 所述操作平台设置在滑道上, 操作平台 与滑道之间设有滑块, 所述滑块固定连接在滑道和 /或操作平台底部上, 滑块为高润滑性、 高 耐磨性金属或工程塑料。
6、 根据权利要求 1至 5所述之一的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述塔 架顶部设有操作平台定位板, 所述操作平台定位板安装在滑道或圆管滑道上, 且位置可调。
7、 根据权利要求 1至 5所述之一的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述传 动系统包括链轮5、 链轮 F、 传动轴、 小齿轮、 大齿圈和绳轮轴, 所述动力系统的输出端与链 轮 E固定连接, 所述链轮 E通过链条带动链轮 F, 所述链轮 F固定安装在传动轴的一端, 所 述传动轴的另一端固定装有小齿轮, 传动轴通过一对轴承 G安装在传动轴支架上, 所述大齿 圈固定安装在绳轮的外侧中部, 所述绳轮通过一对轴承 H安装在绳轮轴上, 所述绳轮轴的两 端分别固定在轴座上, 所述轴座固定在操作平台上, 所述绳轮轴、 轴承 H和轴座构成所述绳 轮支撑装置, 所述小齿轮与大齿圈相啮合。
8、 根据权利要求 1至 5所述之一的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述传 动系统包括传动带、 小皮带链轮、 大皮带链轮、 传动轴、 小齿轮、 大齿轮和绳轮轴, 所述动 力系统的输出端与小皮带链轮固定连接, 所述小皮带链轮通过传动带带动大皮带链轮, 所述 大皮带链轮固定安装在传动轴的一端, 所述传动轴的另一端固定装有小齿轮, 传动轴通过一 对轴承 C安装在传动轴支架上, 所述小齿轮与大齿轮相啮合, 所述大齿轮通过销钉固定安装 在绳轮一端, 所述绳轮内部通过一对轴承 I装有绳轮轴, 所述绳轮轴的两端分别固定在轴座 上, 所述轴座固定在操作平台上, 所述绳轮轴、 轴承 I和轴座构成所述绳轮支撑装置。
9、 根据权利要求 1至 5所述之一的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述塔 架顶部与操作平台之间装有液压活塞缸, 所述活塞缸铰接在塔架顶部, 所述活塞杆一端铰接 在操作平台上。
10、 根据权利要求 1至 5所述之一的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述 平衡配重箱设有主配重箱和多级副配重块, 所述多级副配重块通过安装在主配重箱两侧的挂 钩挂接在主配重箱上, 所述主配重箱和多级副配重块内部装有水泥、 砂和铁, 所述多级副配 重块的总重量低于主配重箱的总重量的 10%。
11、 根据权利要求 1至 5所述之一的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述 绳轮的直径为 D, 1400mm^D^2100mm,所述配重牵引绳和驱动绳的直径为 d, l½im d 26匪, 所述 D与 d的比值为 70-130。
12、 根据权利要求 1至 5所述之一的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述 动力系统为永磁同步制动电机。
13、根据权利要求 12所述的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述控制系统 设置在永磁同步制动电机内部。
14、 根据权利要求 5所述的塔架式无导轮组合传动抽油机, 其特征在于: 所述滑块的材 料为不锈钢或聚四氟乙烯。
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