杠杆平衡天轮式长冲程抽油机.pdf

本发明涉及一种用于油田抽汲原油的杠杆平衡天轮式长冲程抽油机，其主要特点是：该机采用下置驱动摆轮增程、单曲柄连杆及杠杆式平衡结构，通过机架下部设置的驱动换向摆轮，与单曲柄连杆机构连接，单曲柄连杆机构与减速器一侧的输出轴连接，在机架的顶部设有中心轮轴、用于承载负荷的天轮和传动轮，传动轮通过柔性传动件与驱动换向摆轮连接，驱动换向摆轮的径向装有杠杆式平衡机构。与现有技术相比，该机整机结构简单，易于实现长冲程，而且重量轻、易损件少，节能省材、安装维修方便。

1、  一种杠杆平衡天轮式长冲程抽油机，是由底座、机架、电机、刹车机构、减速机构、曲柄连杆机构、天轮、平衡重组成，其特征在于：在机架下部一侧通过支座铰接一个驱动换向摆轮，该轮通过销轴与设置的单曲柄连杆机构连接，单曲柄连杆机构与减速器一侧的输出轴连接，在机架的顶部设有中心轮轴，轮轴的一端装有用于承载负荷的天轮，另一端装有传动轮，传动轮通过柔性传动件与下部的驱动换向摆轮连接，驱动换向摆轮的径向装有杠杆式平衡机构。

2、  根据权利要求1所述的杠杆平衡天轮式长冲程抽油机，其特征在于：所述驱动换向摆轮上设有一个以上用于调整连杆连接位置的销轴孔。

3、  根据权利要求1所述的杠杆平衡天轮式长冲程抽油机，其特征在于：所述杠杆式平衡机构是由平衡杠、平衡重、平衡定位件组成，其中，平衡定位件采用螺杆构件，通过支架安装在平衡杠的下部，平衡重通过带有滚轴的吊重杆悬挂在平衡杠上。

4、  根据权利要求1所述的杠杆平衡天轮式长冲程抽油机，其特征在于：所述杠杆式平衡机构的尾端可以配置副平衡机构，该机构是由副平衡重、滑轨、滚轮、限位支架和限位挡块组成，其中，滑轨通过支撑架铰接在平衡杠的尾端，副平衡重通过可沿轨道自由滚动的滚轮悬挂在滑轨的轨道上，轨道的两端设有限位挡板，挡板内侧装有弹性缓冲垫，在滑轨的一侧设置有用于限制滑轨倾斜角度的限位支架，支架上装有上下限位挡块，滑轨一端的延长部分紧靠在支架上下限位挡块之间。

5、  根据权利要求1所述的杠杆平衡天轮式长冲程抽油机，其特征在于：所述柔性传动件采用钢丝绳，该绳环绕在传动轮和驱动换向摆轮上，其接头部位通过紧绳器相连接。

6、  根据权利要求1所述的杠杆平衡天轮式长冲程抽油机，其特征在于：所述驱动换向摆轮的底部轮槽处装有用于防止钢丝绳滑动的钢绳固定件。

杠杆平衡天轮式长冲程抽油机
技术领域
本发明属于机械采油设备技术领域，是一种用于油田抽汲原油的杠杆平衡天轮式长冲程抽油机。
背景技术
在公知的技术中，油田通常使用的游梁式抽油机，因其结构特性所限，有它固有的的缺陷，体积庞大、能耗高、载荷性能差，尤其是不易实现长冲程。因此，长冲程、低冲次、大排量、重负载抽油机一直是国内外采油设备的研究发展方向。进入21世纪以来，国内外相继研制了各种无游梁抽油机，其方案有的采用转向可逆电动机或液压马达带动滚筒正反转，实现长冲程抽油；有的采用六连杆结构增大游梁机的冲程；有的利用滑轮组和齿轮传动的增程方式等等，这些方案都取得了不同程度的有益效果。但是，由于抽油机是在地理气候复杂的野外进行连续无看管作业，要求抽油机结构简单、皮实、可靠、便于维修。因此，上述方案均存在着不同程度的缺陷，如：结构复杂、可靠性差、不皮实、维修管理不便、平衡效果差、电能消耗大、耗用钢材多等。在现有的技术中，还公开了一种天轮式无游梁增程抽油机，以其节能、平衡效果好、易实现长冲程等特点，已逐步进入油田开采业，并在采油设备中被作为具有发展潜力和推广应用前景的新机型，该机是借助双曲柄双连杆机构带动滚轴增程机构推动天轮摆动，并通过绕在天轮上的钢丝绳带动抽油杆作上下往复运动，实现长冲程作业。但在该机具有显著优势的同时，也不同程度的存在一些亟待解决的问题，如：增程部分运动构件多，结构较为复杂，且受力大，容易损坏，可靠性差，同时由于换向驱动和增程机构设置在机架的顶端，现场安装维修困难，制造和操作管理难度大。其次，采用双曲柄双连杆结构，容易形成剪刀差，而且连杆较长，对连杆的材料及制造精度要求较高，给制造、安装都带来较大的难度，增加了整机的重量，加大了制造成本。其三，该机的平衡系统采用自由悬挂的方式，虽有较好的平衡效果，但同时依靠天轮与钢丝绳之间的相对静摩擦力进行传动，在大载荷状态下，特别是在启动或刹车时，其传动可靠性差，且容易造成钢丝绳的疲劳和磨损，使用寿命短。其四，平衡重处于自由悬挂状态，高空上下往返，当抽油杆悬挂端出现失载时，数吨重的平衡重突然从高空落下，对机座造成强大的冲击，且钢丝绳极大的甩动也易酿成事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、运动构件少、重量轻、平衡效果好、节能省材、便于调整、维修管理方便、并且容易实现长冲程的杠杆平衡天轮式长冲程抽油机。
实现本实用新型的目的所采取的技术方案是：该机主要由底座、机架、电机、刹车机构、减速器、曲柄连杆机构、天轮、平衡重组成，其中，在机架下部一侧通过支座铰接一个驱动换向摆轮，该轮通过销轴与设置的单曲柄连杆机构连接，单曲柄连杆机构与减速器一侧的输出轴连接，在机架的顶部设有中心轮轴，轮轴的一端装有用于承载负荷的天轮，另一端装有传动轮，传动轮通过柔性传动件与下部的驱动换向摆轮连接，驱动换向摆轮的径向装有杠杆式平衡机构。
所述驱动换向摆轮上设有一个以上用于调整连杆连接位置的销轴孔。
所述杠杆式平衡机构是由平衡杠、平衡重、平衡定位件组成，其中，平衡定位件采用螺杆构件，通过支架安装在平衡杠的下部，平衡重通过带有滚轴的吊重杆悬挂在平衡杠上。
所述杠杆式平衡机构的尾端可以配置副平衡机构，该机构是由副平衡重、滑轨、滚轮、限位支架和限位挡块组成，其中，滑轨通过支撑架铰接在平衡杠的尾端，副平衡重通过可沿轨道自由滚动的滚轮悬挂在滑轨的轨道上，轨道的两端设有限位挡板，挡板内侧装有弹性缓冲垫，在滑轨的一侧设置有用于限制滑轨倾斜角度的限位支架，支架上装有上下限位挡块，滑轨一端的延长部分紧靠在支架上下限位挡块之间。
所述柔性传动件采用钢丝绳，该绳环绕在传动轮和驱动换向摆轮上，其接头部位通过紧绳器相连接。
所述驱动换向摆轮的底部轮槽处装有用于防止钢丝绳滑动的钢绳固定件。
按照上述方案制成的杠杆平衡天轮式长冲程抽油机，该机采用下置驱动摆轮增程、单曲柄连杆及杠杆式平衡结构，具有结构紧凑、整机体积小、重量轻、安装简单、维修方便等优点。同时，利用下摆轮、传动轮及天轮的连动实现增程，使该机最大冲程可达10米以上。其次，利用杠杆式的平衡结构，可大大减轻平衡重的重量，尤其配套采用自调式副平衡机构，可将抽油机的平衡系数由原游梁机70％提高到120％以上，从而可降低减速器输出轴的峰值扭矩，增大抽油机的提升能力。与游梁式抽油机相比，该机的整机重量较轻，配套电机额定功率小，耗用钢材可节约35％以上，使用过程的能源消耗可减少45％以上。而且冲程、冲次及适应载荷均可方便地调整，无须改变机构配制，对不同油井状况及其变化具有较大的适用范围。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是驱动换向摆轮上死点的运动状态示意图；
图4是驱动换向摆轮下死点的运动状态示意图。
具体实施方式
参看图1、图2，图中各标号分别为：刹车机构1、电机2、减速器3、曲柄4、连杆5、抽油杆6、悬绳器7、吊绳8、天轮9、传动轮10、中心轮轴11、机架12、钢丝绳13、紧绳器14、销轴孔15、驱动换向摆轮16、平衡杠17、限位挡板18、弹性缓冲垫19、滚轮20、滑轨21、上限位挡块22a、下限位挡块22b、限位支架23、副平衡重24、平衡重25、吊重杆26、平衡调节件27、钢绳固定件28、底座29、支座30。
本发明的杠杆平衡天轮式长冲程抽油机，其动力部分采用调速电机2，并与刹车机构1和减速器3位于底座29的一侧，各部的连接及结构仍采用公知技术，此处不在赘述。该机采用下置驱动摆轮增程结构，其结构为：在抽油机机架12顶部通过轴座安装有中心轮轴11，中心轮轴11的前端固装有用于承载负荷的天轮9，吊绳8绕在天轮9的绳槽内，其一端固接在天轮9上，另一端通过悬绳器7与抽油杆6连接。中心轮轴11的后端固装有带有螺旋绳槽的传动轮10，钢丝绳13缠绕在螺旋绳槽内，利用螺旋绳槽传递动力，不仅能够防止绳、轮之间大载荷状态下的相对滑动摩擦及钢丝绳13在传动轮10上缠绕时的相互摩擦，而且能使整机各部运转严格同步，还可延长纲丝绳的使用寿命。与传动轮10对应的机架12下部，通过支座30铰接一个驱动换向摆轮16，该轮通过环绕的钢丝绳13与传动轮10连接，并带动传动轮10随之一起摆动，为防止钢丝绳13滑动，在驱动换向摆轮16的底部轮槽处装有钢绳固定件28，钢丝绳13的接头部位采用紧绳器14张紧连接。在驱动换向摆轮16上设有一个以上销轴孔15，并通过销轴与连杆5连接，借助销轴孔15，可以调节连杆5的连接位置，以此改变驱动换向摆轮16摆动的角度，实现抽油机冲程大小的调整。连杆5的另一端通过曲柄销与安装在减速器3的动力输出轴上的曲柄4连接。该机采用了单连杆单曲柄结构，不仅能够有效避免双连杆双曲柄容易产生的剪刀差，而且通过设置的下置驱动结构，可大大缩短连杆5的长度，达到简化机体结构，节省原材料消耗的目的。
在本发明中，采用了杠杆式平衡机构，该机构安装在驱动换向摆轮16一侧的端面上，是由平衡杠17、平衡重25、吊重杆26和平衡调节件27组成，其中，平衡杠17固装在驱动换向摆轮16一侧端面的直径位置，平衡重25以整体或分体组装的方式通过吊重杆26悬挂在平衡杠17上，吊重杆26与平衡杠17之间的接触部位装有一个或多个滚轴，可使平衡重25在平衡杠17上轻便的移动调整。平衡调节件27为螺杆顶紧构件，通过支架安装在平衡杠17的下部，利用平衡调节件27，可调整并固定平衡重25的位置。
杠杆式平衡机构的尾端可以配置副平衡机构，该机构是由整体式或分体组装式的副平衡重24、滑轨21、滚轮20、限位支架23和上、下限位挡块22a、22b组成。其中，滑轨21通过支撑架铰接在平衡杠17的尾端，副平衡重24通过悬杆与滚轮20连接，滚轮20可以单个或以轮组的方式安装在滑轨21的轨道上，可沿轨道往返滚动。轨道的两端设有限位挡板18，挡板内侧装有弹性缓冲垫19，在滑轨21的一侧设置有的限位支架23，支架上装有可移动调节的上、下限位挡块22a、22b，滑轨21一端的延长部分紧靠在支架上、下限位挡块22a、22b之间，用以调节并限定滑轨21的倾斜位置。
该机的工作原理是：由电机2通过皮带传动件，经减速器3输出动力，带动曲柄4、连杆5将减速器3的旋转运动转变为连杆动力输出端的往复运动，并通过连杆5使驱动换向摆轮16往复摆动。在钢丝绳13的带动下，通过传动轮10使天轮9往复摆动，并带动吊绳8实现抽油杆6的起下。另外，通过调整连杆5与驱动换向摆轮16的连接位置及连杆5与曲柄4的连接位置，可方便地实现冲程长短的调整。并通过调整平衡重25的重量，可使该机适应不同大小抽吸载荷的平衡需要。
参看图3、图4，分别是驱动换向摆轮16摆至上、下死点时的状态示意图。当驱动换向摆轮16摆至上、下死点时，抽油杆6的悬点分别对应处在下死点和上死点位置。随着驱动换向摆轮16的摆动，传动轮10圆周上点的线位移与驱动换向摆轮16外圆的线位移相等，此位移也决定了传动轮10的摆动角度，并通过中心轮轴11使天轮9摆动相同的角度，天轮9摆动时，其外圆周的最大位移也就是抽油杆6的冲程。因此，驱动换向摆轮16上下死点之间径向夹角为最大摆角，该角的大小决定了悬点冲程的长短。在驱动换向摆轮16的摆动过程中，平衡杠17连带平衡重25随之摆动，其平衡扭矩在提起抽油杆6时可抵消抽油杆6的重载负荷。按照杠杆原理将平衡系数调整到100％时，可使抽油机悬点上下冲程的交变载荷转变为均衡载荷，完全消除载荷峰谷值之间的差异。
当使用副平衡机构时，随着平衡杠17向上的摆动至上死点时，滑轨21在上限位挡块22a的作用下右端向下倾斜，副平衡重24靠其自重悬吊在滑轨21的最右端，平衡力臂达到最长，平衡力矩达到最大值。此时，摆轮开始换向摆动，并带动抽油杆进行重载的抽汲冲程，可大大减小抽油杆6提升冲程的动力载荷。当平衡杠17摆动至下死点时，滑轨21在下限位挡块22b的作用下变为左端向下倾斜，副平衡重24靠其自重悬吊点移至滑轨21的最左端，平衡力臂达到最短，平衡力矩达到最小，此时，摆轮开始换向摆动，并带动抽油杆进行空载的下降冲程，可减小抽油杆6下降冲程时平衡重的载荷。如此往复循环，在抽油杆6上下冲程载荷交变的过程中，平衡力矩的大小也自动的同步变化，可减小平衡重的体积和重量，同时可提高平衡系数，大大减小电机2的额定负荷。