落地式多绳抽油机 【技术领域】
落地式多绳抽油机属于石油开采机械。
技术背景
目前，国内外石油机采普遍使用着游梁式抽油机，它虽然具有结构简单、可靠耐用和操作方便等优点，但是还存在着机械效率低和采油综合效率低、平衡度差、耗电量大、机体过重和冲程加长受限等不易克服的严重缺点。其缺点之根源是传动系统的曲柄连杆机构。因此，近年来涌现出完全摆脱曲柄连杆机构的链条式、直线式、链绳式、链条换向式和摩擦换向式等多种新型抽油机。
链条机由于传动结构不理想，关链件受力不好，链条易断，运行不平稳以及气动平衡装置不太可靠，已停产。链条换向机的链条和链轮既传动又承重，负担过重，寿命不长，更不适合大的机型(节距大、多边形效应严重及反向冲击大)，至今未见推广。直线机Ⅰ型循环链条为外啮合，链条和链轮(齿)寿命短，且修井时需移机，操作不便，费时费力，已被直线机Ⅱ型取代。直线机Ⅱ型专利申请号为971181411，该机的悬挂件全为多板起重链，在机架外不易润滑和封闭，故多板链在导向天轮处磨损很快，并时有粘连，而且多板链价格又较贵；直线机Ⅱ型的天轮仰俯修井让位机构虽然比整机移动大有改进，但机构的导向轮支柱又需相当高度，势必影响稳定性，该机的核心是换向工作机构，其机构关键件是换向轴及相关件，此部分较复杂且受力不好，若润滑不良，则易抱轴，又不便装配和维修，因此亦停产。
近几年新问世且与本机相近的是链绳式抽油机和摩擦式抽油机。链绳式抽油机(如申请号：01241508.1)的悬挂件为多板链和钢丝绳相组合。其地轮之作用仅为导向，泵挂的往复运动是靠循环链和提升轴实现的，其结构相对较复杂，由于采用的多板链，价格相对高些。摩擦式抽油机(如专利号：97217513x)，由于其结构尚有不足之处，如主导摩擦轮主轴装置和动力与传动装置都布置在井架的上方(上传动)，安装、维护与检修不便，整机重心高，稳定性差；修井需要整机移位等。
技术内容
本发明的目的在于克服现有抽油机的上述缺点，提供一种运行平稳可靠、高效节能、易实现长冲程、修井让位简便、易操作的抽油机。
本发明的目的是这样实现的，结合附图说明如下：
落地式多绳抽油机，由机架、主轴装置、动力与传制动装置、钢丝绳及其连接均衡装置、修井让位机构，平衡装置组成，机架33的下方装有主导轮9，上方装有前导向轮16和后导向轮17，其上均加有轮衬18、18′，主导轮9由换向电动机2通过减速装置控制其正反转动，钢丝绳的内绳23和外绳10绕经前导向轮16、主导轮9、后导向轮17分别挂于平衡重31上方的内绳均衡轮24和外绳均衡轮27上，钢丝绳地绳头通过螺旋张紧装置13、13′和悬杆梁11与泵挂1相连，内绳均衡轮24和外绳均衡轮27通过连接均衡装置与平衡重31相连。
主导轮9、前导向轮16和后导向轮17的轮缘上均加有弹性衬垫18、18′，该衬垫由楔块21挤压固定在轮缘上。
修井让位机构15采用齿轮齿条机构，在前导向轮16的支承轴两端分别加工出联轴齿轮37、37′，其外端加工出扁形或方形扳手，联轴齿轮与其下面固定在机架上方的联体座架14上的齿条38、38′相啮合。
参阅图1：机架33的上方有联体座架14，联体座架14上面安装修井让位机构15、前导向轮16和后导向轮17，机架的下方有换向电动机2(该电机可以采用开关磁阻换向电动机)、联组窄V带传动3、减整器4、制动装置5、主轴6、联轴器7、传动键8和主导轮9。平衡提升系统中的平衡重31上方的外绳均衡轮27套挂着外绳10，内绳均衡轮24套挂着内绳23，两根钢丝绳10,23的四个绳头先在上方经后导向轮17导向，又在下方经主导轮9，再经上方前导向轮16导向，通过螺旋张紧装置13、13′、销轴12和悬杆梁11连接泵挂1，换向电动机2通过联组窄V带传动3、减速器4、联轴器6、主轴7和传动键8驱使主导轮9逆时针运转时，靠绳和衬的静摩擦将动力传给绳10和23，此时绳拉前导向轮16顺时针转动，便提升泵挂1，进行抽油过程，于此同时，平衡重31靠自重而下落。
当泵挂1临近上止点(平衡重临近下止点)时，换向电动机2开始减速到瞬时停车，再反向加速起动到匀速(最大)，此时主导轮9顺时针运转，亦靠衬与绳之间的静摩擦使绳拉后导向能17逆时针转动，将提升平衡重31上升，同时泵挂1靠重力而下落，再临近止点，再减速、瞬停、反向加速到匀速。如此周而复始则实现了泵挂的往复运动，进行采油作业。
参阅图7和8：修井让位机构15是在前导向轮16的轴两端加工出联轴齿轮37、37′，该齿轮与其下方的齿条38,38′相啮合，构成齿轮齿条机构。修井时，取下前导向轮16的轴支座39的地脚螺母40和螺栓41，在轴两端扳手处套上手柄42，顺时针扳手柄，前导向轮16则随轴向后滚动让出修井所需空间，修井后，反向扳手柄，前导向轮前进而回位。
本发明与游梁机相比具有下列优点。
(1)易实现长冲程，提高系统综合效率，游梁机的冲程达5.0m后，机重和装机容量都将显著增加，而本机只增加机架高度和悬挂件长度即可。如同为12型抽油机，比较如下表：机型悬荷Fx(KN)冲程S (m)冲次nc(min-1) 电动机功率P (kw)整机质量M (kg)游梁机120 3.6-4.88,6,4 55.0 31500落地式多绳机120 5.0-8.05.0-2.4 37.0或45.0 20000
在泵挂线速度相同的条件下，长冲程可低冲次，动力系数小(动力系数为Sn2c/1440)，泵挂当量质量小，可相对深抽，冲次低也有利机、杆、泵和管网稳定工作，延长使用寿命。
(2)本机采用法码式对称平衡方式，平衡度可达95％以上，上下行程时的电流近于相等，避免大马拉小车，降低无功电耗。
(3)传动路线短，机械效率高，再加长冲程的冲程利用率高，充满系数大、泵效高，所以系统综合效率高。
(4)本机的拖控装置先进，开关磁阻换向电动机及调控装置起动，变向和调速的性能都很优越，起动载荷为额定载荷150％时，起动电流仅为额定电流的30％，有利频繁起动；开关磁阻调速系统可无级调速调冲次极方便，并且可使泵挂的上、下行速度不相同，慢下快上更适合稠油开采。并能减轻抽油杆接箍与油管的偏磨。
(5)调整参数方便。电动机的转速调节范围是50-1000rpm，根据需要几秒钟即可调完冲次。起抽和停车可手动控制，采油作业中起动、减速、停止和变向为自动控制，自动控制的信号有继电器和取自运动系统中一些接近式信号开关，改变开关的安装位置就改变了冲程，几分钟就可完成调程操作。
(6)本机的拖控系统的功率因数cosφ=1，可大为降低电源网路的无动功率，从而减少电费。
本机与摩擦式抽油机相比：
(1)摩擦式抽油机采用上传动，本机为落地式下传动，所以重心低，整机稳定性好，亦便于维护检修，避免了高空作业，一般可不需起重吊。
(2)摩擦式抽油机的平衡重在架内，泵挂上升时整机质心远偏向悬杆侧，偏心距大，稳定性差。在另个方向，动力与传动装置都悬臂于机架轮廓之外，对机架有附加弯矩，亦影响稳定性，而本机在纵横方向都属对称平衡布置，动力与传动装置在下方，有单独座架和基础，所以机架受力好，整机稳定性好。
(3)摩擦式抽油机。修井时需整机移位，若采取上让位移主导轮，难度将很大。首先是需主导轮悬点远离座架和机架，平衡重亦需随之往该方向跟移，整机稳定性将更差。其次是只移轮需解体离合器，很麻烦。若动力与传动装置一起移又费时费力，而本机采用齿轮齿条修井让位机构，简单适用，操作方便。
(4)摩擦式抽油机采用单绳槽轮衬。轮缘较宽，转动惯量大，本机采用双绳槽轮衬，相同能力的轮缘可大为减窄，有利频繁换向。
【附图说明】
图1：落地式多绳提升机的总体结构示意图；
图2：图1的侧视图；
图3：动力与传动装置示意图；
图4：主导轮的结构图；
图5：平衡重的连接均衡轮组示意图；
图6：图5的侧视图；
图7：修井让位机构示意图；
图8：图7的侧视图；
图9：图8的局部俯视图。
图中1泵挂2换向电动机3．联组窄V带传动4．减速器5．制动装置6．联轴器7主轴8．传动键9．主导轮10外绳11．悬杆梁12．销轴13、13′．张紧装置14．联体座架15．修井让位机构16．前导向轮16′．前导向轮轴17．后导向轮18、18′．轮衬19螺母20．螺栓21．楔块22．挤板23．内绳24．内绳均衡轮25．小销轴26．内连板27外绳均衡轮28．中销轴29．外连板30．大销轴31．平衡重32．主座架33．机架34．大开口销35．中开口销36．小开口销37、37′联轴齿轮38、38′．齿条39．轴支座40地脚螺母41．地脚螺栓42．手柄43．螺母44．齿条地脚螺栓45．齿条起升螺栓
【具体实施方式】
下面结合附图所示实施例，进一步说明本发明的细节。
本发明的总体结构方案是机架33的上方有联体座架14，联体座架14上面安装着修井让位机15、前导向轮16和后导向轮17，机架33的下方有主座架32以安装主导轮9，下方的换向电动机2通过联组窄V带传动3、减速器4、联轴器6、主轴7和传动键8、驱动主导轮9可正或反向转动。因此，称落地式(下传动)。靠摩擦传动原理，主导轮9又将动力传给钢丝绳10、23，钢丝绳经前导向轮16和后导向17导向，再通过连接装置构成了对称平衡力系，便可交替提升前方的泵挂1或后方的平衡重31，以实现采油作业。
本发明的核心是传递动力的主导轮9，对大型抽油机(直径≥1600mm)且冲程不长的(冲程≤4000mm)可采用卷绕式主导轮。本方案采用了摩擦轮，摩擦轮的关键件是轮衬，对轮衬的要求有耐压(P≥2.0Mpa)、摩擦系数大(μ≥0.22)耐磨、耐腐蚀和耐老化。材料可用聚氯乙稀(PVC)、合成橡胶或聚氨脂，前者价格最便宜，但使用寿命最短，后者相反，本方案选用了居中的合成橡胶。
多绳抽油机的负重绳数，可用2、4、6和8根，绳越多，绳和轮的直径越小，越利于频繁换向，但也将使轮衬固定和张紧均衡装置复杂化，通常四绳应用最广泛。
对大型抽油机冲程又不长的可采用单绳轮(为主导轮)上传动和上修井让位机构。12型及其以下的抽油机宜采用落地式(下传动和上修井让位机构)。
对中小型抽油机应采用行星摆线针轮减速器，因为它的转动惯量小，利于频繁换向，而12型以上的抽油机所需这种大型减速器货源困难，宜采用双圆弧二级或三级齿轮减速器。
由于本机的拖控系统很先进，不仅调整参数方便，而且用于稠油井时，还可使泵挂的运行速度设定为慢下快上，以保证不松绳，并提高产液量。
修井时应让出吊车或卷扬拔杆或管所需的空间。因此，本机设置了齿轮齿条修井让位机构，参阅图7、8和9：即在前导向轮16的支承轴两端分别都加工出联轴齿轮37、37′，与其下的齿条38、38′相啮合，轴齿轮外端加工出扁形或方形扳手，当临修井时，取下轴座39的地脚螺母40和螺栓41，安上有相应扁形或方形扳手口的手柄42，向后扳动手柄时，齿轮37、37′和前导向轮16一起沿齿条38、38′向后滚动，便让出修井所需空间，修井完毕后，再反向扳动手柄42，前导向轮便可复位，并极易满足悬点投影的要求。齿条38、38′用螺母43和地脚螺栓44固定在机架上方的联体座架14上(参阅图1)，为了方便安装，地脚螺栓44采用长条过孔(参阅图8和9)。齿条38、38′上的螺孔，以备在移动前导向轮16时，用螺栓45将前导向轮轴16′连同轴座39稍抬起，从而将滑动阻力变为滚动阻力，使操作省力。