非对称循环复合平衡抽油机.pdf

本发明涉及一种非对称循环复合平衡抽油机。它包括悬绳器、吊绳、驴头、游梁、支架、横梁、挂轴、支承座、游梁平衡重、定位轴、吊装孔、连杆、曲柄装置、曲柄偏置角、曲柄销、减速器、底座、电动机、制动器等构成。其特征在于游梁尾部设有刚性偏置平衡重，且其重心与游梁重心的联线与水平线之间构成下偏游梁平衡重偏置角；抽油机的曲柄平衡块重心与曲柄轴中心连线和曲柄销中心与曲柄轴重心连线之间设有曲柄偏置角；与连杆相连接的横梁设置在游梁的上方的支承座中，且横梁可在支承座中转动。本发明具有节能、结构稳定、平衡效果好、扭矩波动小等优点。

1、  非对称循环复合平衡抽油机，它包括悬绳器、吊绳、驴头、游梁、支架、横梁、挂轴、支承座、游梁平衡重、定位轴、吊装孔、连杆、曲柄装置、曲柄偏置角、曲柄销、减速器、底座、电动机、制动器构成，其特征在于游梁尾部设有刚性偏置平衡重，且其重心与游梁重心的联线与水平线之间构成下偏游梁平衡重偏置角。

2、  根据权利要求1所述的非对称循环复合平衡抽油机，其特征在于抽油机的曲柄平衡块重心与曲柄轴中心连线和曲柄销中心与曲柄轴重心连线之间设有曲柄偏置角。

3、  根据权利要求1和2所述的非对称循环复合平衡抽油机，其特征在于与连杆相连接的横梁设置在游梁的上方的支承座中，且横梁可在支承座中转动。

非对称循环复合平衡抽油机
技术领域
本发明涉及一种油田开采所用控油机，尤其涉及一种更为节能的抽油机。
背景技术
近年来，我国石油行业发展较快，国际能源机构(IEA)在其《石油市场报告》中称，“目前中国已经成为世界石油需求增长的引擎，并且还存在巨大的增长空间”，我国石油分布广阔，有大庆、胜利、辽河、克拉玛依、四川、华北等20多个大型油田，石油产量达到340万桶/天，是世界第五大产油国，油田进入中后期开发，对控油机的需求量增大，目前，我国控油机的保有量在10万台以上，电动机装机总容量在3500MW，每年耗电量逾百亿KW.h，抽油机运行效率在我国平均效率为25.96％，国外平均水平为30.05％，年节能潜力可达几十亿KW.h，可见我国的抽油机械存在能耗高、生产效率低、资源利用率低等状况，为了解决这个问题，我国近几年先后也设计制造了不少节能控油机，但在现场使用过程中存在“节能”与“可靠”的不少问题：
1、前置式因制造、安装难度大、结构笨重、维护困难而不能推广。
2、六杆抽油机由于其运动件增多而带来易损件增多，制造安装调整复杂而被淘汰。
3、双驴头抽油机由于其柔性件容易断股，经常造成断裂、翻机，且安装、维护困难。
发明内容
针对目前现有技术的不足，解决常规式游梁抽油机节能、安全问题。本发明提供了非对称循环复合平衡抽油机。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案：它包括悬绳器、吊绳、驴头、游梁、支架、横梁、挂轴、支承座、游梁平衡重、定位轴、吊装孔、连杆、曲柄装置、曲柄偏置角、曲柄销、减速器、底座、电动机、制动器等构成。其特征在于游梁尾部设有刚性偏置平衡重，且其重心与游梁重心的联线与水平线之间构成下偏游梁平衡重偏置角；抽油机的曲柄平衡块重心与曲柄轴中心连线和曲柄销中心与曲柄轴重心连线之间设有曲柄偏置角；与连杆相连接的横梁设置在游梁的上方的支承座中，且横梁可在支承座中转动。
本发明具有节能、结构稳定、平衡效果好、扭矩波动小等优点。
附图说明
附图为本发明结构示意图。
附图中：1悬绳器，2吊绳，3驴头，4游梁，5支架，6横梁，7挂轴，8支承座，9游梁平衡重，10定位轴，11吊装孔，12连杆，13曲柄装置，14曲柄偏置角，15曲柄销，16减速器，17底座，18电动机，19制动器。
具体实施方式
将本发明运用于游梁式抽油机之中，电动机18经皮带传动到减速器16，再经减速器16输出轴带动曲柄装置13转动，曲柄装置13转动带动连杆12做连续圆周运动，连杆12带动横梁6和游梁4，使驴头3做往复的直线运动。其中抽油机在运行过程中游梁偏置平衡重9的重心的运动轨迹是一段圆弧，当重心处于游梁4回转中心的水平线上时，其重力矩最大；当重心靠近处于游梁4回转重心的垂直线时，其重力矩最小，也就是说在悬点下冲程时，游梁平衡重9从低处抬到了高处，从而增加其位能，当悬点上冲程时，游梁平衡重9自高处下落，把下冲程时储存的位能充分释放出来，帮助电动机18做功，这就减少了电动机18在上冲程时所需输出的能量。曲柄体上设置了偏置角，由减速器16曲柄轴净扭矩Mn＝(W-G)*TF-M.Sin(Θ-r)计算式得知，(W-G)是悬点净负荷，它在油井工作参数和工作条件确定以后变化是不大的。当然减小光杆加速度可以减小惯性载荷，进而减小(W-G)值，但是光杆最大加速度往往发生在抽油杆、管变形区间。最大加速度引起的惯性载荷对光杆最大负荷影响不大。经计算表明光杆最大负荷点并不是曲柄轴扭矩最大点。而另一个扭矩因数因子TF对负荷扭矩影响很大，当(W-G)不变时，TF的下降率就是负荷扭矩的下降率，偏置机使上冲程的最大扭矩因数下降，从而使抽油机减速器输出轴净扭矩下降，下冲程扭矩因数TF值增大，使抽油杆下落释放出的能量更有效地储存到平衡重上。负荷扭矩TF(W-G)在一个工作循环中是一条非正弦曲线，正负峰值分别发生在曲柄转角60°和300°左右。(以曲柄顺时针旋转为例)平衡力矩MsinΘ是以M为振幅的正弦曲线，峰值分别在90°和270°。由于负荷扭矩和平衡力矩的峰值发生点位置相差太大。所以，净扭矩曲线仍然变化幅度较大，且有明显的负值，为解决这一问题，除对抽油机几何参数进行优化，使负荷扭矩峰值移动外，在曲柄体上设置了一个曲柄偏置角14，即平衡重中心线与曲柄对称中心线不重合存在一个偏置角，提高平衡效果，得到的净扭矩曲线峰值低，变化幅值小。由于电动机18功率正比于减速器输出轴均方根扭矩，所以偏置机所需功率在相同土作条件下比常规机低。另一方面设置合适的游梁平衡重9的初始相位，使平衡扭矩曲线与悬点载荷扭矩曲线达到较好的叠合，从而减小净扭矩峰值，减小均方根扭矩，达到节能的目的。经理论计算，节能效果可达30％左右。附图中悬绳器1、吊绳2、支架5、横梁6、挂轴7、支承座8、定位轴10、吊装孔12、曲柄销15、底座17、制动器19在抽油机安装和使用过程中分别承担支撑、控制和传动作用。
本发明中抽油机的曲柄平衡块重心与曲柄轴中心连线和曲柄销中心与曲柄轴重心连线之间设有曲柄偏置角，这个角的存在主要因为改变参数后控油机的与下死点对应的曲柄位置比常规机“滞后”了一个相位角。这是为了平衡扭矩与载荷扭矩对齐。