直接平衡式节能游梁抽油机.pdf

本实用新型公开了用于机械采油领域的一种直接平衡式节能游梁抽油机，包括驴头、游梁、支架、底座，还包括一平衡系统，由架体总成、动力总成、悬挂配重总成、和游梁配重总成组成，其中，架体总成装设在底座上，动力总成固定在架体总成上，游梁配重总成固定在游梁上，悬挂配重总成通过动力总成带动滑设于架体总成上，且悬挂配重总成通过钢丝绳与游梁尾部连接。本实用新型通过对平衡系统的改造，解决常规游梁抽油机调整平衡难度大，系统效率低，能耗高的问题，用于代替传统的曲柄平衡装置。本实用新型可以降低抽油机载荷，减小装机功率，降低游梁抽油系统拖动功率能耗，可代替现有常规曲柄平衡抽油机用于原油开采。

1、  一种直接平衡式节能游梁抽油机，包括驴头、游梁、支架、底座，其特征在于，还包括一平衡系统，由架体总成、动力总成、悬挂配重总成、和游梁配重总成组成，其中，架体总成装设在底座上，动力总成固定在架体总成上，游梁配重总成固定在游梁上，悬挂配重总成通过动力总成带动滑设于架体总成上，且悬挂配重总成通过钢丝绳与游梁尾部连接。

2、  根据权利要求1所述直接平衡式节能游梁抽油机，其特征在于，所述动力总成由依次连动的电动机、减速器、联轴器、传动组和曲柄组成，曲柄末端装设一滚轮；所述悬挂配重总成中设有轨道架，所述滚轮滑设于该轨道架中。

3、  根据权利要求1所述直接平衡式节能游梁抽油机，其特征在于，所述悬挂配重总成中设有轨道架、滑轮、上配重、配重滚轮和下配重；配重滚轮装设在轨道架四周，轨道架上部中央装设滑轮，两边装设可调整重量的上配重，轨道架下部装设下配重；所述动力总成的曲柄末端装设一滚轮，所述滚轮滑设于轨道架中。

4、  根据权利要求2或3所述直接平衡式节能游梁抽油机，其特征在于，所述轨道架内部上下面上对称装设滑轨，动力总成的滚轮卡装在该滑轨上。

5、  根据权利要求3所述直接平衡式节能游梁抽油机，其特征在于，架体总成垂向设两条平行的架体滑道，悬挂配重总成上轨道架四周装设的配重滚轮滑设于该架体滑道上。

6、  根据权利要求4所述直接平衡式节能游梁抽油机，其特征在于，架体总成垂向设两条平行的架体滑道，悬挂配重总成上轨道架四周装设的配重滚轮滑设于该架体滑道上。

直接平衡式节能游梁抽油机
技术领域：
本实用新型属于机械采油技术领域，具体涉及一种改进的游梁抽油机。
背景技术：
随着油田的不断开发，采油成本也在日益增加，抽油机采油占我国生产油井总数的90％以上，是油田生产中主要的采油方式。常规曲柄平衡抽油机结构参见图1所示，包括有底座1’、支架2’、悬绳器3’、驴头4’、游梁5’、横梁轴承座6’、横梁7’、连杆8’、曲柄销装置9’、曲柄装置10’、减速器11’、刹车保险装置12’、刹车装置13’、电动机14’、和配电箱15’等；常规抽油机是能耗大户，抽油机井的系统效率较低，大量的能量(70％以上)在传递过程中损失掉。
常规游梁抽油机自身结构设计增大电能消耗。首先曲柄平衡方式使净扭矩曲线波动幅度大，形成高能耗。下冲程悬点载荷下落的回馈能量和电机共同对曲柄平衡装置做功，将其转化成势能储存起来；上冲程曲柄平衡装置将势能释放与电机共同对悬点作功，提起悬点载荷。图2是曲柄平衡方式抽油机减速器输出轴扭矩曲线图，由于抽油机四连杆机构的固有特性，致使悬点载荷(W)作用在减速器输出轴(曲柄轴)上的载荷扭矩(TW)在一个冲程中出现周期性的剧烈变化，这个周期性剧烈变化随井况、抽汲参数的不同而变化，是一组曲线形态各异、数值不同的曲线族，这就要求平衡装置作用在减速器输出轴上的平衡扭矩曲线是一组与载荷扭矩曲线TW镜像相似并且形态、数值可调整的曲线族。常规游梁式抽油机曲柄平衡装置在减速器输出轴上产生的平衡扭矩(Tr)按正弦规律变化，导致载荷扭矩曲线和曲柄平衡扭矩曲线折减后的净扭矩曲线(Tn)波动大，有较高的“峰值”和较深的负向“谷值”，需较大扭矩的减速器和较大功率的电动机，形成高能耗，而且电动机工作在低功率因数状态，使电网的供电质量变差。
其次曲柄平衡调节平衡精度低，降低系统效率增加能耗。游梁抽油机在运行过程中，曲柄的角度是时刻变化的，不同的角度平衡效果是不同的。当相位角有大于90°的情况下，有功电流为负，这就是发电状态，平衡效果越差，发电越多。抽油机平衡的好坏直接关系到有杆抽油系统效率的高低，抽油机井在举升高度及产液量基本不变的情况下，提高平衡度可使系统效率随之提高。然而，常规游梁抽油机由于调平衡难度大，无法使抽油机达到较好的平衡效果，降低抽油机系统效率增加能耗。因此，对现有机型进行节能改造十分必要。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于在不改变抽油机主体结构的前提下，实现抽油机节能改造，提供一种直接平衡式节能游梁抽油机。
本实用新型提供的直接平衡式节能游梁抽油机，包括驴头、游梁、支架、底座，还包括一平衡系统，由架体总成、动力总成、悬挂配重总成、和游梁配重总成组成，其中，架体总成装设在底座上，动力总成固定在架体总成上，游梁配重总成固定在游梁上，悬挂配重总成通过动力总成带动滑设于架体总成上，且悬挂配重总成通过钢丝绳与游梁尾部连接。
上述直接平衡式节能游梁抽油机，所述动力总成由依次连动的电动机、减速器、联轴器、传动组和曲柄组成，曲柄末端装设一滚轮；所述悬挂配重总成中设有轨道架，所述滚轮滑设于该轨道架中。
上述直接平衡式节能游梁抽油机，所述悬挂配重总成中设有轨道架、滑轮、上配重、配重滚轮和下配重；配重滚轮装设在轨道架四周，轨道架上部中央装设滑轮，两边装设可调整重量的上配重，轨道架下部装设下配重；所述动力总成的曲柄末端装设一滚轮，所述滚轮滑设于轨道架中。
上述直接平衡式节能游梁抽油机，所述轨道架内部上下面上对称装设滑轨，动力总成的滚轮卡装在该滑轨上。
上述直接平衡式节能游梁抽油机，架体总成垂向设两条平行的架体滑道，悬挂配重总成上轨道架四周装设的配重滚轮滑设于该架体滑道上。
上述直接平衡式节能游梁抽油机，架体总成垂向设两条平行的架体滑道，悬挂配重总成上轨道架四周装设的配重滚轮滑设于该架体滑道上。
采用以上设计，本实用新型的特点有：以滑轮、钢丝绳结合配重代替现有曲柄连杆机构；采用游梁平衡，即在游梁末端加装直接平衡装置；改变冲程调节方式，调节冲程操作简便，可实现单人操作。本实用新型通过以上设计达到了降低抽油机载荷，减小装机功率，降低游梁抽油系统拖动功率能耗的效果，最终实现了节能改造目的。
附图说明：
图1为现有常规游梁抽油机结构简图。
图2为现有常规游梁抽油机减速器输出轴扭矩曲线图。
图3为本实用新型直接平衡式节能游梁抽油机整体结构简图。
图4和图5为本实用新型直接平衡式节能游梁抽油机中平衡系统结构原理图。
图6为为本实用新型直接平衡式节能游梁抽油机中悬挂配重总成结构图。
具体实施方式：
本实用新型直接平衡式节能游梁抽油机，维持现有抽油机(参见图1)主体结构，即保留基础、驴头、游梁、支架、底座等主体结构，只改造减速器及曲柄连杆机构。以下结合附图对现有抽油机节能改造部分(也可称平衡系统)进行详细说明。
参见图2所示，显示了本实用新型直接平衡式节能游梁抽油机整体结构，其中改造部分主要包括架体总成1、动力总成2、悬挂配重总成3、和游梁配重总成4等几部分。其中，架体总成1装设在底座上，动力总成2固定在架体总成1上，游梁配重总成4固定在游梁上，悬挂配重总成3由动力总成2带动在架体总成1内做垂直方向运动，悬挂配重总成3再通过钢丝绳6与游梁尾部上一定滑轮5连接，从而带动游梁转动，实现游梁抽油系统的工作。
参见图4所示，动力总成2包括有依次连动的电动机21、减速器22、联轴器23、传动组24和曲柄25，曲柄25末端装设一滚轮26；动力总成2工作时，电动机21带动减速器22、传动组24转动，驱动曲柄25带动滚轮26(相当行星轮)作圆周运动。
参见图6所示，悬挂配重总成3包括有轨道架31、滑轮32、上配重33、配重滚轮34和下配重35；轨道架31为一长方体的架体，四周装设配重滚轮34，轨道架31上部中央装设滑轮32，两边装设可调整重量的上配重，轨道架31下部装设下配重35，轨道架31为中空的，在其内部上下面上对称装设滑轨36，动力总成2的滚轮26卡装在该滑轨36上在轨道架31内沿水平方向滚动(参见图5)；滑轮32上安装钢丝绳6与游梁尾部上的定滑轮5连接。
架体总成1用于装设动力总成2，还用于为悬挂配重总成3提供垂直运动空间并限位。架体总成2垂向设两条平行的架体滑道11，架体滑道11之间的距离与悬挂配重总成3上轨道架31四周装设的配重滚轮34之间的距离相当，使该配重滚轮34可沿架体滑道11在垂直方向运动。
以上各部件组配形成本实用新型的平衡系统，动力总成2的电动机21带动减速器22、传动组24转动，驱动曲柄25带动滚轮26(相当行星轮)作圆周运动，滚轮26在悬挂配重总成3的轨道架31内沿水平方向运动，在轨道架31的滑轨36限制下滚轮26带动悬挂配重总成3沿架体总称1的滑道11做垂直方向运动，从而将曲柄滚轮26的圆周运动转化为悬挂配重总成3在垂直方向的往复运动。
当抽油机上冲程时，配重(悬挂配重总成及游梁配重总成)下行，配重的势能释放出来协同电机做功，配重的重力势能加上电机做的功克服悬点载荷(抽油杆、驴头、游梁等部分固定重力及液柱压力)使泵柱塞上行，提升油液。当抽油机下冲程时，井下抽油杆、驴头、游梁等固定部分重力加上电动机克服配重重力所做的功使配重上行，这时电机的一部分能量转化为配重的势能储存起来；如此循环，从而实现抽油机上、下冲程的往复运动，实现连续提升油液。
配重直接平衡掉井下抽油杆、驴头、游梁等部分固定重力及二分之一液柱压力，所以不论是上冲程还是下冲程，电机相当于只对二分之一液柱压力做功。钢丝绳通过滑轮联接游梁尾轴和悬挂配重，从而缩小了配重运动行程，增强了平衡稳定性。
另一方面，本实用新型抽油机中配重块分为固定配重与可调配重两部分，在抽油机运行时，通过测量上、下冲程电流的大小，可根据实际情况随时增减悬挂配重总成的重量使抽油机达到最佳平衡状态，提高系统效率，解决常规抽油机调节平衡精度低、操作不变的问题，实现单人调节平衡；采用电机经减速器直接驱动曲柄转动的一级减速传动方式代替以往电机经皮带传动再经减速器驱动曲柄转动的二级减速传动方式，减少了传递过程中的能量损失，提高传动效率，降低能耗。实验验证，本实用新型较原有抽油机采出相同采出液能耗消耗节约50％以上。本实用新型与原机对比数据参见下表：