游梁式節能抽油機的原理及性能對比

摘 要：在我國油田生產中，大規模的使用游梁式節能抽油機能夠節約成本，有效利用油田資源。目前，游梁式節能抽油機的廣泛應用得到了較好的效果，在結構設計和波動范圍上能夠實現節能減排的目的。此外，在科學技術的指導下，我國將立志于研發多種節能抽油機。文章將以偏輪式節能抽油機為參照對象進行具體研究。

關鍵詞：游梁式抽油機；節能；結構改進；原理；性能

游梁式節能抽油機有四種形式，分別為雙驢頭、偏輪式、擺桿式和下偏杠鈴式。文章將結合這四者的特點進行分析，對比其節能效果。以改造抽油機結構，進行技術創新為目的，研發了新型節能抽油機。為我國油田開采創造更好的技術條件，實現經濟效益和環保效益的共贏。

1 游梁式節能抽油機的設計結構及節能原理

1.1 雙驢頭抽油機

雙驢頭抽油機是最常見的采油裝置，利用變矩節能的原理實現具體的操作。其方式主要是以曲線型游梁后臂進行連接，能夠達到柔性作用。隨后根據游梁后臂的長度進行具體吧調整，隨著曲柄轉角的不同而發生變化，這是一種特殊的四桿機構。面對采油的具體工作，能夠根據實際情況進行節能采油操作，是新型動力傳動抽油機。

雙驢頭抽油機在操作的時候，要格外的注意游梁后臂的長度，在其變化的過程中要配合懸點載荷，游梁后臂的長度是有一定規律可以掌握的，因此，在懸點負荷較大的時候，游梁的后臂會變長，平衡力也會較好。相反，如果懸點負荷比較小，游梁的后臂會變短，平衡力也會隨之減弱。除此外，光桿載荷轉矩接近正弦變化，與正弦變化的曲柄平衡轉矩具有對應關系，為了進一步達到節油的效果，穩定曲柄凈轉矩的波動，能夠降低電動機裝機的功率，從而達到深度節能的作用。

1.2 偏輪式抽油機

偏輪式抽油機在游梁的尾部采用特殊的偏輪結構，在偏輪和游梁的中心之間添加操縱桿，可以實現六連桿的機制。在操縱桿的基礎上，可以實現軸承副硬聯接。偏輪式抽油機在具體的工作的過程中，由曲柄帶動連桿、橫梁、偏輪、操縱桿和游梁，通過游梁的擺動，形成行星運動。

游梁的后臂長度和游梁的擺角速度主要是根據曲柄轉角而產生變化的，除此之外，由于游梁后臂和懸點負荷有著相近的變化規律，我們稱之為正弦定理。當其與曲柄平衡轉矩對應時，曲柄軸凈轉矩波動比較小。與此同時，我們也發現偏輪式抽油機具有“慢提快放”的特點，這一原理可以發揮抽油機的動力特征，能夠有效地減小速度和加速度。

偏輪和推桿之間具有一定的調節作用，在此基礎上可以增加游梁的擺角，有利于增大抽油機的沖程距離，能夠有效地的改善機器的受力能力，降低懸點的最大負荷，提高懸點的最小承載力。這樣電動機的功率可以達到最小，進而實現節能的目的。

1.3 擺桿式抽油機

擺桿式抽油機不同于常規的采油設備。它是通過曲柄搖桿機構與常規機的四連桿機構結合在一起而形成的一種采用裝置。在傳統采油機的基礎上，增加了曲柄外側的擺桿，其在擺桿中部進行空槽處理，在內部鑲嵌上下的軌道。與此同時，我們將曲柄的內側與柄銷進行接連，并對外側進行改裝，即只保留一個滾輪。除此之外，由于擺桿上有三組銷軸孔，這將對連桿的上下連接起到很好的作用，進一步改善抽油機的沖程。在擺桿和曲柄的共同作用下，可以達到抽油過程的復合平衡。

在擺桿式抽油機運作的過程中，我們將位于曲柄軌道上的滾輪進行來回的滾動，這樣可以使自重力比較大的擺桿進行上下的自由擺動，從而帶動連桿擺動，達到驢頭懸點的上下運動。擺桿裝置的運行，主要是利用了杠桿原理，在其運動的過程中實現抽油機的平衡運轉，在降低曲柄輸出轉矩的過程中，實現電動機功率的下降。

1.4 下偏杠鈴式抽油機

下偏杠鈴式的抽油機在偏置式抽油機的基礎上進行改造，保證其主要結構不變，而在游梁的尾部進行固定偏置平衡裝置的改良，使得重心下偏，將曲柄平衡機構和游梁偏置平衡機構有機的結合在一起。

下偏杠鈴式抽油機在運行的過程中的運動呈現出圓弧狀，這是由于游梁偏置重心偏離而形成的。當重心高于游梁旋轉中心線的時候，我們認為力矩最大；相反，當重心低于游梁旋轉中心線的時候，力矩較小。通過利用變矩原理，實現曲柄平衡，可以減小曲柄輸出轉矩的波動，進一步降低了電動機的功率。與此同時，有效地改良曲柄軸凈轉矩曲線的大小和形狀，能夠讓機器較為平和的運轉，有利于消除負轉矩。這對下偏杠鈴式抽油機的工作效率有著明顯的提高，能夠達到節能的目的。

2 力學性能及節能效果

在我們對比四種抽油機轉矩特性參數的時候，進一步發現了偏置式抽油機的力學性能相對其他三種裝置是最弱的。在最大凈轉矩的數據研究中，雙驢頭抽油機平均下降36.59%，偏輪式抽油機平均下降44.21%，擺桿式抽油機平均下降27.12%。除此外，這三者處于平衡狀態時可以有效地消除電動機工作中的負功現象，即我們常說的最小凈轉矩不低于零。在節能效果上，雙驢頭抽油機、偏輪式抽油機、擺桿式抽油機的節電率有大幅度的下降，分別節電33.56%、21.88%、23.12%，而偏置式抽油機的效果十分不佳。因此，我們對其進行了改造，即研發了下偏杠鈴式抽油機。

隨后我們對偏置式抽油機和下偏杠鈴式抽油機進行了新的對比。其結果表示，下偏杠鈴式抽油機在工作性能上明顯由于偏置式抽油機，最大轉矩可以降低到25.98%。在平衡的條件下，也可以實現對電動機負功作用的消除，其節能效果可以提升至15.38%。

3 游梁式節能抽油機的發展

游梁式節能抽油機在結構設置上比較的簡單，在長期的使用中具有耐用性的特點，且容易維修，在我國的采油過程中發揮著巨大的作用。但是隨著科學技術的不斷發展，國家對能源的需求逐年上漲，要求我們必須掌握最佳的節能手段，實現資源利用的最大化。

因此，節能抽油機需要具有耗能低、沖程遠、大負荷等特點，為油田的開發提供技術上的支持，保證經濟效益的穩定。為了解決好傳統抽油機出現的一系列問題，研發新型節能抽油機是一項艱巨的工程。抽油機節能在未來的采油市場上具有很大的潛力，可以通過改善結構、安裝節能監控裝置、改良平衡方式等措施，促進游梁式節能抽油機的發展。在改造過程中，要對不同類型的游梁式節能抽油機進行具體的分析，取長補短，根據采油工作的具體需要和現實條件的限制，實現綜合能力的調整、運用，達到最佳節能效果。

4 結束語

綜上所述，將常規的游梁式節能抽油機進行改造，有利于我國油田采油事業的發展，為其提供技術支持，能夠實現更好的節能效果。對資源的充分利用，發揮游梁式節能抽油機平衡功能的最大效用。除此之外，提高抽油機的安全性，能夠保證工程的順利進行。在節能抽油機上進行技術改良，借鑒其他國家在采油技術上的特點和優勢，改進節能驅動設備，進一步達到降低電機率和節能降耗的目的。這就需要研發人員和采油操作人員加強配合，在發現問題后，提出自己的建議，優化采油方案。

參考文獻

[1]謝穎.游梁式抽油機用節能電機工作性能的有限元計算及分析[D].哈爾濱理工大學，2011（2）.

[2]王守民.油田在役常規游梁式抽油機的增程與節能改造研究[D].浙江大學，2011（7）.

[3]徐向前.游梁式抽油機采油系統矢量控制節能方法研究[D].長安大學，2013（10）.

[4]趙偉.基于虛擬樣機的游梁式抽油機能量回收研究[D].吉林大學，2013（5）.

作者簡介：李金石，男，1991年參加工作，2008年6月畢業于大慶石油學院石油工程專業，目前從事于采油方面工作。