基于TRIZ理論的游梁式抽油機帶皮輪的輔助矯正工具

劉梓鑫關 鑫馬洪鑫牛 犇 高 輝宋明皓

(1、哈爾濱石油學院,黑龍江 哈爾濱150000 2、哈爾濱新能源勘測技術有限公司,黑龍江 哈爾濱150000)

1 概述

游梁式抽油機具有結構強度高、運行流暢、便于操作、較比其他設備生產噪音低的的優點，在國內油田生產中十分普遍，中國在開采石油方面依舊廣泛采用游梁式抽油機，主要由動力機、減速箱、曲柄-連桿-游梁機構以及輔助部件等四大部分組成，生產過程中如果動力機皮帶輪和減速箱皮帶輪以過大的角度負荷運行，部分受力不均勻導致皮帶磨損斷裂，造成產量下降。

游梁式抽油機的日常維護和故障檢修必須要考慮到不同季節的不同影響，針對不同季節季節分別進行考慮。尤其是在雨季階段，機械設備表面潮濕，工人們需要攀登設備和身體的大面積接觸，如果設備本身出現漏電的情況極容易出現工人觸電的危險，在設計矯正工具時要考慮到裝置的絕緣性[1]。由于設備老化嚴重，經統計80%的抽油機使用年限在10年以上，致使有些抽油機減速箱皮帶輪串軸，由于成本控制的約束或其它原因，減速箱不能及時更換，皮帶輪不對中，就會產生垂直于皮帶運動方向的作用力，我們稱之為剪應力。這種力對皮帶的破壞力極強，皮帶斷裂頻繁[2],在檢驗動力機皮帶輪和減速箱皮帶輪時，通常使用一條線繩左右拉開來對輪組進行校準工做，僅憑工人的工作經驗和目測來判斷皮帶的松緊度和校正皮帶，不僅難度大還費時費力，更會因為判斷失誤延誤皮帶的問題處理而影響生產時率，存在安全隱患消耗機器使用壽命。

2 應用TRIZ理論進行創新設計:

抽油機減速箱軸與電動機間采用皮帶傳動，此種傳動的采用皮帶作為鬧性拉拽元件的一種摩擦轉動。根據皮帶斷裂導致停機維修進行了四級的因果分析，保證齒輪與齒輪之間高度相對，才能在運行時保證受力均衡，故著手于輪間的影響進行分析，如圖1。

圖1

2.1 功能分析

假設當前矯正抽油機輪組之間的工具只是線繩和工人，因此我們針對作用對象抽油機皮帶轉動系統進行功能分析。通過“組件分析”、“功能結構分析”和“系統功能定義”明確了各部件的相互作用[3]。動力機是主要的動力來源，將產生的扭力力由減速箱傳遞給曲柄軸部分，曲柄桿可以通過連桿帶動游梁做擺動，從而達到抽油的目。通過功能清單了解各個組件間的相互作用，發現問題的所在，表1。

表1 功能分析

2.2 技術矛盾分析

采用經典39個通用工程參數并對照經典阿奇舒勒矛盾矩陣表進行分析：問題模型——對應的39個通用工程參數；改善的參數：可操作性（33）；惡化的參數：裝置復雜性（36），如圖2。

圖2

2.3 當前矯正工具進行創新設計

調查目前油田工人仍然需要反復多次的拉線測量、調整電動機底座或滑軌，操作步驟較繁瑣，常因工人測量方法不準確，調整操作用時長或達不到操作標準要求（“四點一線”誤差：三型機≤1mm，五型機≤1.5 mm，八型以上機≤2mm），而造成皮帶四點不在一條直線上，皮帶別勁運行，使皮帶的使用壽命縮短，增加了材料費用，影響了油井的正常生產時，而皮帶傳動效率對游梁式抽油機井系統效率有顯著影響，皮帶平均傳動效率只有75%～90%[4]。通過以下的發明原理[5]獲得方案如下：

2.3.1 分割原理

考慮到輪組的數量為2，新的矯正設備必須強調便攜性使用分割原理將其分為兩個獨立的整體，易于組裝和拆卸的兩個部分。

2.3.2 提取原理

提取出工人矯正中存在的危險性和較大的誤差，將原有的工具變得一個穩定安全,且容易實現。

2.3.3 局部質量改善原理

在物體的特定區域改變其特性，一部分作為信號的發出部分，另一部分作為信號的感應接受部分，使其每一個模塊具有著不同的功能，都處于最佳的工作位置。

2.3.4 預先作用原理

在使皮帶發生斷裂前的輪組錯位能提前精確感知，設計能吸附在輪組間的設備，能立即完成矯正工作。

2.3.5 動態原理/多維原理

使用發射器部分能夠高速旋轉，而接收器部分固定不動，來克服復雜的外界環境，提高矯正各個階段的最佳特性。

2.3.6 中介原理

考慮到油田的環境條件較為惡劣，引入新介質減少環境造成的影響，激光是采用最為廣泛的介質，受環境影響小，全天候都能進行精確校準。

2.3.7 反饋原理

建立某種關鍵的反饋(聲音-蜂鳴器)，假設已有反饋視為矯正未完成或者輪組存在差距，停止反饋視為完成矯正。

2.4 產品初設計

游梁式抽油機自身優點大，在油田生產中使用頻率較高、但機器設備損耗又大，在油田的環境中設備易磨損與老化，對于石油開采來說，開采的成本也會大幅提高。抽油機皮帶輪矯工作正是油田生產中重要的安全保障工作，但在戶外矯正作業時卻會受到環境等諸多因素影響。

設計矯正器由2個模塊組成，都由可調節的磁性開關固定，可以輕松的吸附于輪組之間，恰如其分的將光、電、聲、機械等物場進行結合。矯正圓盤嵌入多組激光發射器，當圓盤發射激光并旋轉時，將會形成以圓盤為圓心的一扇豎直激光面，只要有激光圓面上的激光切割到放在矯正輪外側指定位置的接收器上時，蜂鳴器就將發出聲信號，確定皮帶輪矯正已經到位，校準完成，圖3。

圖3

3 結論

在油田生產時抽油機皮帶斷裂是很常見的問題，皮帶斷裂的原因有很多，這次我們只對輪組間錯位進行研究。這次文章提出了部分的防治措施，來達到減少皮帶更換次數的目的，減少了工人的出勤次數和工作量，大大降低了生產成本而提高了經濟收益。