國內長沖程抽油機研究綜述

李大偉，孫占剛

(承德石油高等專科學校機械工程系，河北承德 067000)

所謂長沖程抽油機，國內一般是指沖程長度大于4.2 m的抽油機，而在國外一般指沖程超過6 m的抽油機［1］。與常規游梁式抽油機相比較，長沖程抽油機具有抽油泵柱塞沖程損失小、采油效率高、機桿泵壽命長、整機運行平穩等優點。長沖程抽油機種類繁多，根據有無游梁結構，可將其分為游梁式長沖程抽油機和無游梁長沖程抽油機兩大類。

1 游梁式長沖程抽油機

游梁式長沖程抽油機是在傳統的游梁式抽油機基礎上，通過增程機構使沖程增大。

1.1 雙游梁式長沖程抽油機

雙游梁式長沖程抽油機就是在常規游梁抽油機的平面四桿機構基礎上，增加一個全轉動副的II級桿組，使之成為全轉動副的六桿機構(見圖1)，可以適當放大游梁擺角、改善整機的動力性;由于有兩個工作游梁，故稱其為“雙游梁式抽油機”［2］。

雙游梁式抽油機采用了雙游梁和六連桿，使得整機的結構較為復雜，增加了生產、安裝和維護的難度。

1.2 豎游梁塔式長沖程抽油機

如圖2所示，豎游梁塔架式長沖程抽油機利用與減速器輸出軸固聯的曲柄和連桿推動游梁作往復擺動，游梁的最大擺角在60°左右，再通過繞過天輪的傳動鋼絲繩帶動光桿作上下往復移動，從而帶動抽油泵工作［3］。

此類抽油機將游梁進行豎置，能夠有效減少抽油機的占地面積，同時其沖程也可達8 m以上，但是由于其采用了鋼絲傳動，因此抽油機的壽命將會受到鋼絲質量和纏繞方式的影響，整體穩定性還有待提高。

1.3 游梁行星輪組合式長沖程抽油機

游梁行星輪組合式長沖程抽油機工作原理如圖3所示，該設計對常規游梁式抽油機作了幾處改進:首先在旋轉驢頭安裝一個與之同軸的行星齒輪，在支承游梁的機架上安裝一個與驢頭行星輪相嚙合，以游梁支點為圓心的齒輪軌［4］。電動機帶動曲柄旋轉并通過連桿帶動游梁上下擺動時，游梁前端驢頭還通過其行星齒輪與機架齒軌的嚙合產生大角度的自轉，從而大大增加驢頭上纏繞的鋼絲繩上下移動所產生的沖程［5］。

由于該類抽油機在游梁前端引入了行星齒輪增程機構，因此其具有懸點加速度小，運動載荷小，便于實現“長沖程、低沖次”等優點［5］。

1.4 游梁式長沖程抽油機的特點

綜合以上所述，游梁式長沖程抽油機繼承了常規游梁式抽油機的部分優點:結構簡單、維護方便，可以長時間在野外工作;全新設計的增程機構可以實現長沖程、低沖次;制造和使用經驗成熟。

但是由于沖程增大，沖次降低，抽油機的連桿力也會成倍增大而使曲柄銷斷脫事故增多，工作穩定性會有所降低，游梁式長沖程抽油機另一缺點是抽油機自重與沖程長度幾乎成正比，隨著沖程的增加其自重也會增大，制造、運輸與安裝的成本都相應增加;而且，沖程也只能有限度的增大［6］。

2 無游梁式長沖程抽油機

無游梁式長沖程抽油機種類較多，按照其增程機構的形式可以劃分為:齒輪式長沖程抽油機、鏈式長沖程抽油機、寬帶式長沖程抽油機等。

2.1 齒輪式抽油機

如圖4所示，齒輪式抽油機利用曲柄連桿機構代替游梁式抽油機的四連桿換向機構，用齒輪傳動增程取代了游梁式抽油機靠提升游梁擺角實現增程的方法;其基本的工作原理如下:當抽油機所配電動機單向旋轉，經過膠帶傳動及減速箱減速后，帶動減速箱曲柄軸旋轉，經曲柄連桿機構換向及齒輪傳動增程后實現天車輪的大擺角擺動，從而可實現懸點的長沖程運動［7-9］。

該機型的換向系統和懸繩系統的可靠性將直接影響著整機工作的穩定性。

2.2 鏈式長沖程抽油機

如圖5所示，鏈式長沖程抽油機利用窄V形膠帶將電動機與減速器連接，經減速器減速后，驅動左右主動鏈輪運轉，鏈條在平行布置的主動鏈輪和從動鏈輪間運轉，鏈條通過銷軸與換向器連接，隨著鏈條做循環往復運動;裝有滑動軸承的特殊鏈節一端用鏈條通過天車輪與抽油桿連接，另一端用鏈條繞過兩個導輪與配重平衡箱連接，實現抽油桿的上下往復運動［10-11］。

鏈式長沖程抽油機具有節能節材、勻速運動特性好、工作效率高等優點，但也存在著容易發生斷鏈、跳鏈、平衡系統復雜以及鋼絲繩壽命短等問題。

2.3 寬帶式長沖程抽油機

如圖6所示，寬帶式長沖程抽油機利用滾筒正反轉纏繞膠帶，膠帶帶動平衡框，通過鋼繩組使懸繩器上的光桿作上下往復運動;沖程的切換和長度調節由行星減速器帶動的凸輪機構控制，可在不停車的情況下對沖程進行無級調節［12-13］。

普通寬帶式長沖程抽油機具有如下優點:1)可不停機進行無級調節;2)采用滾筒傳動，能夠減少50% ～70%的扭矩;3)沖程損失小;4)結構緊湊，自重輕［14］。

但是普通寬帶式長沖程抽油機也存在著如下缺點:1)皮帶易磨損，需經常更換與維護;2)寬帶傳動風阻大;3)電機啟動頻繁，能耗較大;4)抽油機沖次達到一定值(≥3次/min)時，框架會出現振動［15］。

3 新型長沖程抽油機的新發展

隨著技術的不斷進步，長沖程抽油機不斷采用包括變頻控制技術、智能控制技術和新型電機技術等新技術，以改善現有長沖程抽油機存在的換向和傳動結構復雜、沖程調節困難、適應性差和工作效率低等缺陷［16］。

采用智能模擬數字混合控制的調速換向電機或變頻調速電機的智能長沖程抽油機，采用無功換向技術，解決現有抽油機的換向沖擊問題;利用智能變頻控制技術，實現了抽油機工作參數的智能控制，實現沖程、沖次的無級調節。通過采用這些新技術能夠提高長沖程抽油機的工作效率、適應性和智能化［17-18］。

開關磁阻電機和直線電機的應用，取代了游梁式抽油機的減速裝置、傳動裝置和運動形式轉換裝置等，使抽油機具有結構簡單、維護容易、參數調整方便、綜合效率高和節能等優點［19-20］。

4 發展方向

近年來，國內長沖程抽油機的研制已取得較快發展，先后推出了種類繁多的長沖程抽油機。盡管部分新式游梁式抽油機比常規游梁式抽油機具有更多的優點，但由于其保留了游梁式抽油機的基本結構，仍存在游梁抽油機的某些缺點，抽油機的各種技術經濟指標不可能大幅改善和提高，只有無游梁式長沖程抽油機才能徹底改善游梁式抽油機的缺點，極大地提高抽油機的運動特性、動力特性和平衡特性。

隨著新型電機、變頻控制等技術的不斷成熟，未來長沖程抽油機的發展將圍繞著無游梁、低功耗、低沖次、系列化、智能化和高適應性等進行深入的研究。

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