抽油機雙滑道電動機平臺的研制與應用

孔紅芳 孔德江 陳亮

（1.大港油田第五采油廠；2.大慶油田有限責任公司第一采油廠；3.大港油田第一采油廠）

游梁式抽油機是陸上油田廣泛應用的抽油設備，主要由驢頭、游梁、曲柄連桿機構、減速箱、平衡塊、懸繩器、電動機和剎車裝置組成。其工作原理是：電動機將其高速旋轉運動經減速箱的“三軸兩級”變為抽油機曲柄的低速旋轉運動，并由曲柄、連桿、游梁機構將旋轉運動變為抽油機驢頭的上、下往復運動，帶動深井泵工作[1]。

皮帶是連接電動機和減速箱的部件，在抽油機傳動系統中起著至關重要的作用，它將電動機的能量傳遞給減速箱的輸入軸，從而帶動整個抽油機工作。由于抽油機是24 h連續運轉設備，在動力傳輸過程中，皮帶長期處于受力拉緊狀態，因而極易磨損、老化和斷裂。為保證抽油機正常運轉，需要及時對損壞的皮帶進行調整和更換。

1 抽油機更換皮帶操作及研究現狀

1.1 更換皮帶操作方法

電動機底座橫跨在抽油機底盤上，電動機通過固定螺絲安裝在電動機底座上。更換皮帶時，要使其靠近減速箱大皮帶輪，待皮帶松弛后，卸下皮帶，安裝好新皮帶后，移動電動機使其遠離減速箱大皮帶輪，直至皮帶松緊合適。抽油機更換皮帶操作方法示意圖見圖1。

圖1 抽油機更換皮帶操作方法示意圖Fig.1 Schematic diagram of Operation Method for replacing belt of pumping unit

由于電動機底座與抽油機底盤是通過螺栓連接，橫向、縱向均可活動，更換皮帶后，因電動機偏移導致“四點一線”出現誤差；因此，每次更換皮帶后都需要重新調整“四點一線”。

抽油機“四點一線”（圖2）是指抽油機減速箱皮帶輪與電動機輪邊緣拉1條直線通過2軸中心，且在2輪上處于端面所在的同一平面的1條直線上。依據企業標準要求，抽油機“四點一線”誤差應小于或等于2 mm。

圖2 抽油機 “四點一線”示意圖Fig.2 Schematic diagram of“four points and one line”of pumping unit

1.2 存在問題

目前，游梁式抽油機更換皮帶和調整“四點一線”時需要2～3人配合，用扳手、撬杠、大錘等多種重型工具移動電動機。由于抽油機屬于野外工作設備，部分螺絲銹死、電動機滑軌移動卡阻等原因，在移動電動機過程中易出現撬杠打滑致使人員摔傷、拆裝皮帶擠傷手指等人身傷害事故，工人勞動強度大、生產安全風險高、停抽占產時間長，影響油井有效生產時率。

1.3 研究現狀

為縮短更換皮帶停抽占產時間、提高效率，劉建樸提出使用軌道式電動機滑軌，通過2根對稱并開有滑道的空心圓鋼，實現電動機的快速前后移動[2]；劉偉設計多功能電動機調整座，王秀軍等研制臥立式液壓調節電動機調節器，利用“三點支撐一平面”的原理，實現大、小皮帶輪的快速靠近[3-4]；楊洪濤等、劉剛采用升降裝置和增加安全調節器，實現電動機快速升降[5-6]；薛猛對電動機底座進行改造，將電動機固定在外滑道上，在2條菱形滑軌上實現縱向始終在一直線上進退[7]；張鑫等研發電動機平移工作平臺，通過加裝手柄旋轉裝置實現不停機調節油井皮帶松緊[8]；劉偉國等、郭志華等利用滑道和螺桿實現皮帶的張緊和松弛[9-10]。這些裝置的應用均在一定程度上達到了快速更換皮帶的效果，但針對皮帶更換和“四點一線”調整過程中存在的人身傷害等風險源的削減措施幾乎沒有涉及。

2 雙滑道電動機平臺結構與工作原理

2.1 結構

為了解決“四點一線”調整操作繁瑣、定位精度低等問題，以縮短更換皮帶操作時間、提高油井有效生產時率、增加油井產量為核心，開展了移動方式、運動軌跡等一體化技術攻關，研制了抽油機雙滑道電動機平臺見圖3，通過上、下2層調整機構，實現電動機橫向、縱向的雙向平行移動。

圖3 雙滑道電機平臺結構示意圖Fig.3 Schematic diagram of double-slide motor platform

下層調整機構跨接在抽油機底盤上，由工字槽滑道和傳動螺桿組成；上層調整機構主要由電動機平臺座、工字槽滑道和傳動螺桿組成。上層前后縱向移動完成更換皮帶操作，下層左右橫向移動調整“四點一線”。

2.2 工作原理

更換皮帶時只需1把棘輪扳手，旋轉上層傳動螺桿就可快速實現大、小皮帶輪的靠近；調整“四點一線”時只需用棘輪扳手旋轉下層傳動螺桿，即可橫向左右平行移動電動機，實現“四點一線”快速精準定位。在使用過程中傳動螺桿具有一定的自鎖性，能夠在更換、調整完成后進行自鎖，安全穩定。

2.3 制作工藝

利用雙滑道電動機平臺可實現前后左右4個方向的調整，其中前后調整范圍為400 mm，左右調整范圍為200 mm。4個方向調整的主傳動結構采用螺桿螺旋傳動。螺桿采用45#調質處理及表面發黑防腐工藝處理，延長螺桿腐蝕周期。操作部分使用六方頭，可以用內六方棘輪扳手調整，也可以用其他通用扳手。

底座材料運用Q23510#、8#槽鋼焊接加工。為降低整個裝置高度及增加整體剛性，螺桿座應用滾珠結構進行軸向定位。運動部件均采用發蘭表面處理工藝，其他部件采用防銹漆加汽車漆進行表面防腐。

3 現場應用及經濟效益

1）現場應用10臺雙滑道電動機平臺，雙滑道電動機平臺應用前后效果對比見表1。

表1 雙滑道電動機平臺應用前后效果對比Tab.1 Comparison of double-slide motor platform

2）相對于傳統游梁式抽油機電動機底座更換皮帶的方式，采用雙滑道電動機平臺優化簡化了更換皮帶操作步驟。應用后，更換皮帶操作由2人降至1人，操作時間由30～40 min降至4～5min，有效縮短油井停抽時間。單井年更換皮帶次數由5次降至3次，“四點一線”誤差小于或等于1 mm，不再使用多種重型工具，削減了風險源，提升了工作效率，減輕了工人勞動強度。

3）雙滑道電動機平臺的應用延長油井有效生產時間1 380 min，節約皮帶成本支出6 000元，節約人工操作成本10 000元。若原油單價按3 000元、操作噸油成本按850元計算，則年節支創效2.7萬元。

4 結論

1）應用雙滑道電動機平臺可優化簡化抽油機井更換皮帶操作方法，改變電動機移動方式、運動軌跡，形成電動機橫向與縱向的雙向平行移動模式；解決了由于移動軌道造成電動機輪和皮帶輪不在同一平面內，每次更換皮帶后必須重新調整“四點一線”的問題，實現了“四點一線”1次精準定位，有效縮短油井停抽時間。

2）取消了原操作方法中必須用大錘、撬杠、頂絲等多種工具，規避了操作過程中因工具使用不當而造成的擠傷手指和摔傷等人身傷害事故，提升了生產安全性能。

3）利用螺旋傳動與直線平行移動一體化技術，實現電動機輪與皮帶輪的快速靠近，并只需1名女工幾分鐘即可輕松完成皮帶的更換和調整，降低了員工勞動強度，提高了工作效率。

4）該電動機平臺的設計可移植用于石油行業抽油設備和各種機泵電動機底座，具有極其廣泛的推廣價值和應用價值。