驅動裝置上置塔架式抽油機設計

于牧冰

（中國石油大學 華東機電工程學院，山東 青島 266580）

塔架式抽油機是一種新型無游梁抽油機，在保持高可靠性的前提下，具有調節參數方便、短沖程、大負荷、小體積、節約占地，以及節電效果顯著等優點。塔架式抽油機采用金屬鋼架塔式結構，通過控制系統控制開關磁組電動機實現正反轉換向，帶動減速器、聯軸器驅動卷筒，使卷筒釋放、纏繞驅動帶實現抽油桿上下往復運動，達到抽吸效果。現場應用表明，塔架式數控抽油機運行參數適應油田開發的需要，操控簡單，解決了傳統游梁式抽油機效率低、能耗高和調整參數復雜等問題，收到了理想的應用效果。本設計力求在石油開采方面最大限度地改進并設計出相對可靠、高效率的采油裝置。

1 塔架式抽油機綜述

（1）抽油機發展現狀。抽油機是石油開采的主要設備，并可以按程序指令，準確的完成抽油工作，并接按指令完成上沖程、下沖程的往復運動。因此，塔架式抽油機不僅僅是一個簡單的抽油機構，而是能夠按程序運作的一個精確機構。我國現有6大類共45種新型抽油機，十多種新試制抽油機，基本滿足了陸地油田開采的需要。各種新型節能游梁式抽油機如雙驢頭式抽油機、前置式抽油機、異相曲柄平衡抽油機、前置式氣平衡抽油機、下偏杠鈴系列節能抽油機和用窄V形帶傳動的常規抽油機等均已在全國各個油田推廣應用，并取得了顯著的經濟效益。

（2）塔架式抽油機研究概述。塔架式抽油機應用十分廣泛，塔架式抽油機塔架式抽油機通過變頻控制器控制電機直接帶動抽油桿進行上下直線往復運動，達到往復抽油目的。主要結構：電動機，承載桁架，拖動抽油桿的皮帶和懸繩器，平衡塊，剎車裝置，電機控制系統。結構簡單，部件少，易實現長沖程，易維護。運行模式：抽油機可“上快下慢”、“上慢下快”、“上下同速”和“換向時停滯間抽”四種運動模式，沖次可無級調整至0.1次/min。易實現智能化控制：繩桿同步；不停機；泵排量于地層供液量匹配。桿管磨損輕，承受動載小。電動機通過無觸點換向開關控制，實現正、反轉并驅動減速機帶動摩擦驅動輪轉動。光桿通過四根鋼絲繩與配重箱連接，鋼絲繩直接搭在摩擦輪上，通過鋼絲繩與摩擦輪之間的摩擦力，帶動抽油光桿上、下運動來抽汲井液。根據載荷的大小調節配重鐵，以調節摩擦輪兩端拉力差，做到精確平衡。沖程、沖次的調整，通過智能控制箱輸入所需數碼即可實現智能調參。電動機換向智能抽油機是機電一體化、高效節能產品。采用智能模擬及數字混合控制；摩擦輪傳動作為工作機構，機械傳動路線短，傳動效率高；沖程、沖次可獨立進行無級智能調參，光桿上行及下行速度可實現分別控制，能夠適合各種油質的采吸。但該機由于受需用最大拉力差的限制，因而在廣泛推廣使用上受到一定限制。

圖1 電動機換向智能抽油機

2 塔架式抽油機驅動系統結構設計方案擬定

正反轉電機輸出功率通過皮帶式聯軸器傳遞給減速器，加速器經過29倍減速通過聯軸器傳遞給傳動裝置。傳動裝置由卷筒和鋼絲繩組成，卷筒選用橡膠襯，通過螺栓將橡膠襯固定在卷筒上。驅動系統最左端安裝檢測裝置，檢測器與軸端脫離時抽油機系統自動斷電，以防止由軸位偏移引起的事故。主要參數要求如表1所示。

表1 主要參數

圖2 塔架式抽油機驅動系統

3 驅動系統結構設計

（1）電機選擇。根據數控系統常用配套電機選擇方式及抽油機抽油的往復特性，低轉速等要求，設計中選取Y225M-4異步電動機輸出功率45kW，最高轉速1480r/min。

（2）減速器選擇。減速器是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉速，增加轉矩。它的種類繁多，型號各異，不同種類有不同的用途。本設計選用XW8275減速器。

（3）卷筒選擇。滾筒是傳動裝置的主要部件之一。滾筒中心是一根空心軸，中間套有滾筒軸，滾筒軸向滾筒及鋼絲膠帶傳遞動力。鋼絲繩膠帶固定在空心軸上面。滾筒兩端用螺栓聯接有支撐板，支撐板間用銷軸連接，銷軸外側焊上扇形板，其上纏繞鋼絲繩膠帶。卷筒使用Q235焊接件，滾筒直徑為1155mm，考慮到膠帶容量，取滾筒的外圍直徑為1215mm。

4 抽油機結構設計

（1）塔架設計。塔架是提升系統的主要組成部分之一。塔架主要用來支撐天輪和承受全部提升載荷，固定罐道和載荷曲軌，以及架設普通罐籠的停罐裝置。塔架根據材質的不同可分為，木塔架、金屬塔架、鋼筋混凝土塔架。塔架式抽油機的鋼結構，是塔架式抽油機的骨架，它承受抽油機的自重和各種外載荷。

（2）天車架部分設計。本設計讓井空間達1m，通過讓位傳動系統纏繞鋼絲繩，使前天車輪支撐架隨固定軸揚起，讓出井口1m，天車架采用角鋼及鋼板焊接而成，其作用是連接兩支承架，支撐卷筒及傳動系統，安裝在上框架上。結構要求緊固，簡單，其尺寸要與上框架，前后左右支承架相配合，其上螺栓孔應有足夠的扳手空間。

（3）配重箱和油桿接頭設計。配重箱是塔架式抽油機的配種裝置，懸繩的一端連接配重箱另一端連接抽油桿。配重箱是用20mm厚的鋼板焊接而成。在配重箱內按照要求加入符合運行要求的配重塊。配重箱兩側各裝有兩個導輪，懸繩通過兩導輪見的導入孔引導配重箱上下運動的行程。

油桿連接處是連接懸繩和抽油桿的連接裝置，油桿連接處連接抽油桿跟懸繩使二者達到同步運動，從而完成抽油桿同步電機的運動。

5 結語

設計完成了塔架式抽油機結構設計，其中采用了新式的驅動裝置上置塔架式結構，以便提高設備的使用性能。采用了許多現代技術和先進結構方案以及新材料、新工藝，抽油機的適應性、經濟性、可靠性和先進性以及技術水平均達到了有史以來的最高水平，為高效、經濟、安全和可靠地開采石油資源作出了卓越貢獻。塔架式長沖程抽油機刷新了一百年來使用游梁機四連桿機械的歷史，使抽油機的設計原理產生了根本的（質的）變化、實現了本世紀跨越式的飛躍。

［1］張連山.長沖程無游梁抽油機集錦與發展研究［J］.鉆采工藝，1998，21（2）：33-42.

［2］張連山.我國無游梁長沖程抽油機的新水平［J］.石油機械，1991，19（9）：48-51.

［3］陳憲侃，葉利平，谷玉洪.抽油機采油技術［M］.北京：石油工業出版社，2004：122-123.

［4］孫松堯.鉆井機械［M］.北京：石油工業出版社，2006.

［5］李子俊.采油機械［M］.北京：石油工業出版社，2006.

［6］李繼志，陳榮振.石油鉆采機械概論［M］.東營：中國石油大學出版社，2001.

［7］李健，唐紅.無游梁抽油機幾個重要參數的計算［J］.石油機械，1994，22（10）：11-14.

［8］董世民，張軍.游梁式抽油機設計計算與計算機實現［J］.石油工業出版社，1994，（7）.