抽油機(jī)在機(jī)械采油設(shè)備中的應(yīng)用

摘 要：機(jī)械采油設(shè)備是油田的主要耗能設(shè)備，而機(jī)械采油設(shè)備中的抽油機(jī)占90%左右，因此抽油機(jī)能耗的高低對(duì)油田節(jié)能降耗影響甚大。針對(duì)目前抽油機(jī)存在平衡效果差，裝機(jī)功率過(guò)高，效率低這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種游梁隨動(dòng)游梁平衡抽油機(jī)，以達(dá)到減小減速箱曲柄軸峰值扭矩，降低能耗，節(jié)約運(yùn)行成本的目的，提高抽油機(jī)地面效率。游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：在游梁上安裝一個(gè)滑塊，該滑塊通過(guò)副連桿與抽油機(jī)的連桿相連，在游梁抽油機(jī)的后部加一個(gè)類似與變矩平衡裝置的滑軌，在滑軌上安裝平衡塊。在游梁的末端安裝一個(gè)支架上面放置滑輪，鋼絲繩繞在滑輪上將滑塊和平衡塊相連。通過(guò)在下沖程過(guò)程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時(shí)游梁上的平衡塊上升，儲(chǔ)存一定的位能，避免了對(duì)電動(dòng)機(jī)做負(fù)功。在上沖程過(guò)程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時(shí)將下沖程儲(chǔ)存的位能釋放，用來(lái)提升抽油桿和油柱。實(shí)現(xiàn)上下沖程運(yùn)動(dòng)的平衡。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可靠性強(qiáng)。便于加工和維修。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；新型結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)獨(dú)特；扭矩曲線

常規(guī)游梁抽油機(jī)自誕生以來(lái)，歷經(jīng)數(shù)百年使用，經(jīng)歷了各種工況和各種地況。

常規(guī)游梁抽油機(jī)隸屬于有桿泵抽油裝置，該裝置是由地面的抽油機(jī)、井下的抽油泵及抽油桿柱所組成。抽油機(jī)是有桿泵采油裝置的重要地面設(shè)備，把動(dòng)力機(jī)的連續(xù)圓周運(yùn)動(dòng)變成抽油桿柱及抽油泵柱塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而將地下的原油開(kāi)采出來(lái)的機(jī)械設(shè)備。

目前仍在國(guó)內(nèi)外普遍使用，常規(guī)游梁式抽油機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐用，操作簡(jiǎn)便，維護(hù)費(fèi)用低等明顯優(yōu)勢(shì)，而區(qū)別于其他眾多抽油機(jī)類型，一直占據(jù)著有桿抽油泵采油地面設(shè)備的主導(dǎo)地位。但是，由于它受交變載荷的作用，曲柄平衡效果差，減速器輸出軸峰值扭矩大，增加了裝機(jī)功率，效率低。但由于其結(jié)構(gòu)上的不合理性，使得常規(guī)游梁抽油機(jī)無(wú)法解決“大馬拉小車”的局面。

因此，針對(duì)常規(guī)抽油機(jī)的這種弱點(diǎn)出現(xiàn)了大量的特種抽油機(jī)，例如偏置式節(jié)能抽油機(jī)、雙驢頭異型抽油機(jī)等與常規(guī)機(jī)相比都有一定有節(jié)能的效果，但也存在著各自的缺點(diǎn)：

一、偏置式節(jié)能抽油機(jī)

國(guó)內(nèi)油田目前使用最多的抽油機(jī)的節(jié)能型抽油機(jī)是偏置型抽油機(jī)，該機(jī)保持了常規(guī)型抽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。如圖1.1所示，與常規(guī)型抽油機(jī)相比偏置是抽油機(jī)的游梁后臂長(zhǎng)度縮短，減速箱相對(duì)于支架的位置后移。曲柄中心至中央軸承座中心的水平距離I大于游梁后臂。當(dāng)游梁處于水平位置時(shí)。曲柄亦處于水平位置，連桿與游梁及曲柄間的的夾角接近。

該型抽油機(jī)節(jié)能主要有二方面原因：一是該型抽油機(jī)的平衡重的中心線與曲柄中心線間有一個(gè)偏置，圖1.1偏置式節(jié)能抽油機(jī)這種結(jié)構(gòu)使得平衡塊扭矩曲線的相位提前，從而使得懸點(diǎn)載荷通過(guò)連桿在曲柄軸上產(chǎn)生的扭矩疊加后的凈扭矩曲線比較平坦，因而使電動(dòng)機(jī)電流波動(dòng)減小，抽油機(jī)地面系統(tǒng)效率提高；二是由于極位夾角的存在降低了上沖程懸點(diǎn)加速度，降低了上沖程懸點(diǎn)的慣性載荷。不足之處是限制桿件長(zhǎng)度，不具有增程功能。

二、雙驢頭異型節(jié)能抽油機(jī)

異型抽油機(jī)是我國(guó)1996年研究開(kāi)發(fā)的一種新型節(jié)能抽油機(jī)。該機(jī)以常規(guī)型抽油機(jī)為基礎(chǔ)模型，對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了關(guān)鍵性變革。如圖1.2所示，它是在常規(guī)機(jī)的游梁后臂上增加一個(gè)具有變徑弧形的后驢頭，游梁與橫梁之間采用柔性連接件進(jìn)行連接。由于柔性件和驢頭圓弧始終相切，即它與游梁的之間的夾角始終90度，從而允許游梁作大擺角擺動(dòng)，以獲得長(zhǎng)沖程。該型抽油機(jī)隨著曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，特殊連桿（柔性連接件）與游梁后臂弧形輪廓的切點(diǎn)上下移動(dòng)，即連桿長(zhǎng)度與游梁后臂有效長(zhǎng)度均隨曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)而圖1.2雙驢頭異型節(jié)能抽油機(jī)變化。這種參數(shù)四連桿機(jī)構(gòu)的作用改變了抽油機(jī)扭矩因數(shù)的變化規(guī)律，使其懸點(diǎn)載荷作用到曲柄軸扭矩變化接近正弦規(guī)律，與曲柄旋轉(zhuǎn)平衡扭矩的正弦規(guī)律相對(duì)應(yīng)，從而使凈扭矩波動(dòng)幅度減小，降低減速器的額定扭矩及所配的電動(dòng)機(jī)額定功率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。不足之處是柔性連接件的壽命較短，常出現(xiàn)柔性繩斷頭現(xiàn)象，影響正常的生產(chǎn)，后驢頭的變徑弧形加工難度大。

所以考慮到以上問(wèn)題，將考慮在游梁上安裝隨動(dòng)的平衡塊。鑒于以往的裝置有在游梁上制成滑軌形狀，在其上放置一個(gè)可以隨游梁擺動(dòng)而滑動(dòng)的平衡塊。該裝置在一定程度上解決了游梁抽油機(jī)上下沖程的平衡問(wèn)題，但是該裝置對(duì)游梁的要求比較高，要求游梁和平衡塊良好的接觸且平衡塊不滑落，加工制作較復(fù)雜，工作平穩(wěn)性較差，不能很好的調(diào)節(jié)游梁抽油機(jī)的上下沖程的平衡。

本設(shè)計(jì)的游梁隨動(dòng)型抽油機(jī)是在游梁式抽油機(jī)曲柄平衡方式的基礎(chǔ)上增加隨動(dòng)平衡重形成的一新型復(fù)合平衡方式。它可以隨著抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷和變化，自動(dòng)調(diào)整游梁隨動(dòng)平衡重的位置，實(shí)現(xiàn)了變矩平衡，與雙驢頭的平衡方式有異曲同工之效。同時(shí)因?yàn)榛纠^承了常規(guī)機(jī)的四連桿結(jié)構(gòu)所以可以作為常規(guī)機(jī)節(jié)能改造的結(jié)構(gòu)模型。改造后不僅可以節(jié)約電能，而且還可以改善抽油機(jī)的工作狀況和受力特性，提高抽油機(jī)的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)工作壽命。同時(shí)改造成本低廉，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本設(shè)計(jì)是針對(duì)以上優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一款游梁抽油機(jī)的隨動(dòng)平衡裝置。主要設(shè)計(jì)思路為在游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)是在游梁上安裝一個(gè)滑塊，該平衡塊通過(guò)副連桿與抽油機(jī)的連桿相連，在游梁抽油機(jī)的后部加一個(gè)類似與變矩平衡裝置的滑軌，在滑軌上安裝平衡塊。在游梁的末端安裝一個(gè)支架，上裝滑輪，鋼絲繩繞在滑輪上將滑塊和平衡塊相連。通過(guò)在下沖程過(guò)程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時(shí)游梁上的平衡塊上升，儲(chǔ)存一定的位能，避免了對(duì)電動(dòng)做負(fù)功。在上沖程過(guò)程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時(shí)將下沖程儲(chǔ)存的位能釋放，用來(lái)提升抽油桿和油柱。實(shí)現(xiàn)上下沖程運(yùn)動(dòng)的平衡。