常見無游梁式抽油機讓位機構研究

杜宏偉，綦耀光，趙海暉，李乙朝

常見無游梁式抽油機讓位機構研究

杜宏偉1，2，綦耀光1，趙海暉1，李乙朝3

（1．中國石油大學（華東）機電工程學院，山東青島266580；2．青島農業大學機電工程學院，山東青島266109；3．中石油吐哈油田公司機械廠，新疆哈密839009）

詳細介紹了油田常用的無游梁抽油機天輪移動、天輪擺動、抽屜式讓位機構的結構特點、適用范圍及設計時應注意的問題和優缺點。在此基礎上，綜合提出了一種適合于無游梁抽油機的組合讓位機構。該機構采用天輪后擺移動＋抽屜式讓位結合的方式，實現了較大讓位要求，可滿足小修作業的需求。該裝置結構簡單，操作方便，具有較好的應用前景。

抽油機；讓位機構；抽屜式

為了滿足修井作業的要求，抽油機懸點必須能夠后移一定的距離，讓開井口，俗稱讓位。抽油機讓位的主要作用是為修井機游動滑車的上下運動和修井工人讓出工作空間。因此，修井機工作時除了需要抽油機懸點讓出井口一定距離以外，還需要修井機底座遠離抽油機塔架一段距離，為修井工人提供充分的工作和逃生空間。按照有關國家標準的要求和使用習慣，游梁式抽油機一般采用改變驢頭位置的方法進行讓位，其最小讓位距離為500～700 mm［1-4］。已經有多篇文獻對游梁式抽油機的讓位方式進行了討論，本文不再論述。

抽油機局部讓位時可將前天輪設計為分體式，這樣修井機大鉤即可在2個前天輪之間通過（此時前天輪無需任何動作）。但采用這種讓位方式時，抽油機塔架離井口非常近，需要使修井機傾斜較大角度給下部井口處工人讓出工作空間，使修井機架水平拉力較大，需設計斜拉支撐。抽油機局部讓位也可通過調整抽油機前天輪的位置，從而給修井機大鉤讓出上下運動空間。該種讓位方式下，抽油機塔架離井口較遠，修井機只需傾斜較小角度即可為修井工人讓出工作和逃生空間，修井機塔架水平拉力較小，無需斜拉支撐設計，修井機設計得到簡化。

本文對常見的無游梁抽油機局部讓位方式的優缺點進行分析，為設計新型抽油機讓位方式提供借鑒。

1 塔架式抽油機各種讓位方式評價

目前，無游梁抽油機的局部讓位方式主要有整機移動、天輪移動、天輪擺動等。

1．1 整機移動讓位

早期塔架式抽油機修井讓位方式主要采用整機移動讓位，即通過外力將抽油機塔架及其上方安裝的前后天車輪總成等零部件作為1個整體向遠離井口方向拖動。由于塔架式抽油機整機質量較大，拖動其沿導軌移動需要借助拖拉機或者液壓傳動裝置等外力才能實現。該種讓位方式存在施工風險大、費用高、作業工期長、效率低等問題。目前，多數塔架式抽油機通過前天車輪移動讓位［5-9］。

1．2 天輪移動讓位

天輪移動讓位主要有天輪側轉式移動讓位和天輪后轉式移動讓位2種［8］，如圖1所示。

圖1　天輪移動讓位抽油機

天輪側轉式讓位結構形式最早出現在工程院顧心懌院士設計的鏈條式抽油機上，后來在吉瑞石油生產的鏈條式抽油機上使用。作業時，將天輪繞著安裝立軸轉動90°，其前沿讓開井口。該讓位方式結構簡單，適用于鋼絲繩作為懸點驅動系統的抽油機，在工業上有一定的應用。其缺點是：

1)天輪的直徑較大。為了能夠讓開700 mm的作業距離，天輪的最小直徑應該在1 800～2 000 mm左右，制造安裝困難。

2)立軸旋轉困難。巨大的天輪通過立軸與機架固定，不經常旋轉工作，有銹蝕和壓緊的可能，讓位作業時工作空間狹小，使得立軸旋轉困難，造成讓位作業困難，存在一定的安全隱患。

3)機架傾覆力矩較大。天輪安裝在抽油機的前側，機架中心距離抽油機井口較遠，整機受到向前傾覆的作用力，使得機架傾覆力矩較大，整機設計相對困難。

4)天輪與井口的相對位置調整困難。立軸與機架為配合安裝，不容易調整天輪與井口的相對位置。

天輪后轉式移動讓位結構首先是在勝利油田總機械廠生產的無功換向抽油機上采用，其原理是天輪整體向抽油機內轉動，其前沿讓開井口。該讓位結構簡單，受力均衡，作業安全，不僅可滿足鋼絲繩作為懸點驅動系統的抽油機需要，也適合于鋼絲繩膠帶（寬帶）作為懸點驅動系統的抽油機，通過調整天輪兩側固定點的位置，可以對中井口并修正抽油機的安裝精度，應用較為普遍。但該讓位機構天輪直徑較大，為了能夠讓開700 mm的作業距離，天輪的最小直徑應該在1 200～1 600 mm，雖然比天輪側轉式讓位結構的天輪直徑下降，但制造安裝仍然較困難；同時，傾覆力矩較大，天輪安裝在抽油機的前側，機架距離抽油機井口較遠，整機受到向前傾覆的作用力，使得整機設計相對困難。

天輪移動讓位方式不移動整機即可實現作業讓位，可降低作業時移動整機的安全風險，減少作業時間，是讓位方式的優選結構形式。通過對2種天輪移動讓位結構的比較評價可知，天輪后轉式移動讓位方式的結構工藝性和受力性能均優于天輪側轉式讓位結構。

1．3 天輪擺動式讓位

天輪擺動式讓位方式主要有天輪側向擺動和天輪上翻擺動2大類［9-14］。

天輪側向擺動讓位方式的典型抽油機如圖2a所示。該抽油機讓位系統是通過2個可以側轉門實現讓位的，其結構如圖2b所示。由圖2可知：讓位天輪直徑較小，懸點驅動鋼絲繩受到彎曲作用，將影響其壽命；讓位機構與機架連接銷軸容易銹蝕，影響讓位作業的方便性；不具備調整井口對中性的功能，對機架的安裝精度要求較高；適用于鋼絲繩作為懸點驅動系統的抽油機，對于膠帶驅動方式，其寬度較大，結構較為復雜。

圖2　側擺天輪讓位抽油機

典型的天輪上擺式讓位抽油機如圖3所示，圖3a～3c所示抽油機的結構原理如圖4a，圖3d所示抽油機結構原理如圖4b所示。由圖3可知：對于該種讓位結構，為了滿足讓位空間和導向輪直徑尺寸的要求，讓位支架需要足夠的長度，一般在1 200～1 800 mm，讓位支架轉動銷軸承受較大壓力作用，一般為懸點載荷的2倍左右，導致銷軸的尺寸較大，轉動靈活性差；銷軸連接方式，需要定位系統，一般采用絲杠或定位塊進行定位。采用絲杠定位時，讓位時需要搖動絲杠，花費較多的時間；采用定位塊定位時，回位時通常有沖擊現象。

圖3　典型的天輪上翻讓位抽油機

從結構上看，如圖3a～3c所示的結構受到結構限制，其導向輪尺寸較小，鋼絲繩（膠帶）的彎折半徑較小，這對柔性件的壽命有較大的影響。如圖3d所示的結構可安裝較大的導向天輪；同時，讓位結構裝有限位系統，在頂部平臺上操作，安全性較好，但結構相對復雜，制造成本高。

圖4　典型的天輪上翻讓位機構

1．4 抽屜式讓位

綜合天輪尺寸和讓位空間的要求，有的廠家設計了如圖5a所示的抽屜式讓位機構，使用該方式讓位的典型抽油機如圖5b所示。

圖5　抽屜式讓位機構

由圖5可以看出：讓位距離取決于抽屜抽出的距離。為了滿足讓位空間的要求，其抽屜結構相對復雜，對強度和剛度的要求較高，內抽屜的外伸距離較大，也影響了結構設計的合理性，均需要在結構設計時注意。

2 新型讓位機構設計

綜合考慮上述各種讓位機構的優缺點，提出了如圖6所示的復合抽屜式讓位機構。該機構組合了天輪移動式讓位機構和抽屜式讓位的原理，既克服了只采用天輪移動式讓位機構中天輪尺寸太大、廠內制造困難的問題，又克服了抽屜式讓位機構中讓位距離遠、結構復雜的問題，是一個綜合的較優讓位結構。

該機構采用導向輪總成后擺和螺桿機構推拉導向輪支架在塔架內部移動復合的讓位方式。在進行小讓位時，只需將安裝在導向輪支架上的導向輪后擺讓位機構打開，導向輪后擺即可；進行大讓位時，在完成小讓位的同時，再利用螺桿機構，通過棘輪扳手轉動螺母即可完成支架在塔架內部的移動大讓位工作。該機構可縮短抽屜的長度，使支架受力變形較小，且操作簡單、結構容易制造。

圖6　抽油機抽屜式讓位結構原理

3 結論

新型復合式抽屜后擺讓位方式操作簡單，且非常省力，1個人就可以完成操作；另外，加工制造方便。該種讓位方式不會出現側擺讓位的偏載嚴重問題，也不會出現上擺讓位放開時導向輪支架對塔架的嚴重沖擊。詳細設計完成后，需進行強度和剛度的校核計算，以保證結構滿足設計要求。

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Study of Abdicating Mechanism for Non-beam Pumping Unit

DUHongwei1，2，QI Yaoguang1，ZHAOHaihui1，LI Yizhao3
（1．School of Mechanical and Electrical Engineering，China Uniuersity of Petroleum，Qingdao 266580，China；2．School of Mechanical and Electrical Engineering，Qingdao Agricultural Uniuersity，Qingdao 266109，China；3．Machinery Factory，PetroChina Tuha Cilfield Company，Hami 839009，China ）

The structural characteristics，scope，advantages and disadvantages are described in details in this papaer，and points should be paid attention to design of typical abdicating mechanism commonly used．On this basis，a new type of abdicating mechanism is proposes，which is suitable for non-beam pumping unit．The device combines the sheave back ward swing abdicating mechanism and the drawer type one，which can achieve a wider abdicated space for minor repairs．The device is simple in structure，easy operation，and it has good prospects．

pumping unit；abdicating mechanism；drawer type

TE933．1

A

10．3969／j．issn．1001-3482．2015．04．006

1001-3482（2015）04-0024-05

2014-07-11

國家科技部資助項目（2012BAH26F04）；國家自然科學基金（51174224）

杜宏偉（1976-），女，山東聊城人，講師，主要從事機械設計及理論研究，E-mail：dhwfair＠163．com。