組合式抽油機教學模型設計

呂志鵬 李志偉 趙侍晗 吳幫雄

（長江大學機械工程學院，湖北 荊州 434023）

1 研究背景

油氣裝備是石油鉆采行業不可或缺的重要組成部分，而抽油機則是其中應用最廣泛的采油設備。 目前，機械平衡游梁式抽油機是應用最多的設備， 但是很多學生在生活中難以見到實物， 且很難將理論課程與實體機械相結合。對此，提出了一種解決方案——不同形式抽油機模塊化組合模型。

游梁式抽油機中又分為常規型、前置型、異相型、彎游梁型等。 本設計的功能是為了實現這幾種類型抽油機的組合式互換和自由式裝卸， 突破了傳統抽油機模型的功能及用途的單一性， 組合式互換性使得教學更具高效性及生動性， 自由式裝卸可以提高學生的動手能力及思維能力。本文通過SolidWorks 軟件建立了三維設計模型，為實際模型的設計制造打下了基礎。

2 設計方案

油田現場應用游梁式抽油機的工作原理是： 電動機將電能轉換為旋轉運動， 在經過減速箱兩次減速后， 利用四連桿機構將旋轉運動轉變為直線往復運動，通過驢頭、懸繩、光桿、抽油桿帶動深井泵抽油。為了實現前置型抽油機、 異相型抽油機、 常規型抽油機和彎游梁抽油機之間的互換， 將驢頭、 游梁后端、連桿、 后接頭等通過在游梁和連桿上鉆多排銷孔使之成為可拆卸或移動的形式。

2.1 單一抽油機模型的組裝

組合式抽油機的特點在于其組合性， 所有零件均可拆下， 便于其攜帶與移動。 零件之間通過不同的連接方式， 使得抽油機的模型組裝十分簡單， 而且緊密有效。

圖1 抽油機爆炸模型

2.2 驢頭及游梁部分的組裝

2.2.1 驢頭部分

由驢頭芯板、驢頭側板以及圓柱銷組成。首先將驢頭芯板通過銷連接安裝于游梁組合件的前半部， 固定好位置之后， 再在兩側安裝驢頭側板， 連接方式為圓柱銷連接。 考慮到前置型抽油機的游梁擺動半徑長于其他三種抽油機， 設計了兩種驢頭芯板， 一種用于前置型模型， 另一種通用驢頭芯板用于其他三種模型。驢頭側板為通用型， 除加固穩定驢頭外， 還可固定驢頭上懸繩的位置。

2.2.2 游梁部分游梁部分采用了組合式的設計， 可以順利解決不同型抽油機游梁長度不同的問題。 將驢頭部分與游梁前部安裝完后， 通過銷連接安裝游梁后部與游梁前部。 由于不同型號抽油機的橫梁位置不同， 故游梁上會存在由于安裝位置不同而加工的矩形孔， 為滿足工作時游梁強度足夠，在孔內安裝補償板。

圖2 通用驢頭芯板

圖3 前置型抽油機驢頭芯板

圖4 組合游梁

圖5 游梁組合件安裝

2.3 曲柄連桿部分的組裝

曲柄與平衡重塊采用了整體式的設計， 安裝于低速軸的兩側。 連桿與曲柄平衡重組件采用銷連接，兩側進行固定。 在不同形式抽油機工作時， 連桿的長度不同， 在連桿的上方設計有不同的銷孔， 根據使用時的不同長度決定在何處插入定位銷， 從而固定橫梁的位置。

2.4 不同形式抽油機的變換

以常規型抽油機為原型說明： 按照上述方式安裝完成后，得到常規型抽油機。

將常規型抽油機模型游梁后端的補償板拆下，后接頭向前移， 原先安裝后接頭的位置以補償板替代，適當調整減速機構以及其他機構， 即可變形成為異相型抽油機模型。

將異相型抽油機模型游梁件的后段游梁拆下，替換為彎游梁行抽油機模型專門設計的彎游梁后段，將后接頭反向安裝（橫梁、尾軸承座上移），使得橫梁位于游梁上方。 適當調整各機構即可變形成為彎游梁型抽油機模型。

圖6 曲柄連桿機構

圖7 常規型抽油機模型

圖8 異相型抽油機模型

圖9 彎游梁型抽油機

圖10 前置型抽油機模型

將彎游梁型抽油機模型游梁件的后段游梁拆下，替換為前置型抽油機模型專門設計的前置型游梁后段，將后接頭安裝于游梁組合件的前段長游梁部分，使得橫梁與曲柄機構前置。 同時將游梁與中心軸連接位置后移，適當調整各機構即可變形成為前置型抽油機模型。

3 結束語

組合式抽油機拆裝方便， 零件單元體積小， 質量輕， 通過改變游梁長度及形狀與轉動副支承點而進行抽油機的變形。 讓不同類別的機械平衡式抽油機通過不同的組裝方式相互轉變， 使得課堂教學與實驗演示更為生動且貼近生產，更為多樣化。 教學時，方便同學們更加直觀的理解不同類型抽油機的工作原理及工作過程，通過自由式裝卸，也可提高學生的動手能力。