本发明涉及一种新型长冲程抽油机。 目前，普遍使用抽油机从那些不能自喷的油井中向外抽油。随着油井开采时间延长、老油田的油井液面不断下降，油压下降，以及需要开发蕴藏在较深地层中的石油，因此要求抽油机的下泵深度不断增加。增加下泵深度、使一般抽油机的泵效降低。因为金属抽油机杆是弹性体，在自重和载荷作用下，将产生弹性变形。抽油杆往复上下时、抽油杆的弹性伸长会造成有效冲程损失。下泵深度越大、有效冲程损失越大，泵油效率也越低。然而，如果增大抽油机的冲程，则可以提高泵效。对于高含水油和高粘度油田的开采，也需要使用长冲程抽油机。在相同排量条件下，冲程加大，意味着减少冲次、速度和加速度，这样又附带产生了许多好处。首先，因为抽油杆在变幅载荷下工作，其疲劳寿命与所经历的应力循环数有关。减少冲数意味在同样长的工作期间内，抽油杆所经历的应力循环数较少。因而有助于延长使用寿命。其次，速度和加速度的降低有助于减缓抽油杆和缸筒的摩损。而冲程增大，又使得缸筒内表面的摩损分散在较大面积上而不是集中在一个较小的区域，这也有助于延长缸筒的使用寿命。
目前使用得最普遍的抽油机是游梁式抽油机。一般的游梁式抽油机具有一个铰支在起重柱上可自由摆动的游梁，梁的一端有一个驴头，驴头的外缘是一段以游梁摆动支点为圆心的弧形面。光杆通过绳索与驴头连接，通过电动机或液压机构使游梁在铅垂平面内摆动，从而带动光杆上下运动。游梁的平衡方式有两种。一种是把平衡重直接固定在游梁后端，即游梁上与驴头遥对地那端。另一种平衡方式是在驱动装置的曲柄上安装平衡重。游梁式抽油机的优点是结构简单、工作可靠、坚固耐用，所以得到广泛应用。
在已发展的长冲程抽油机中，有很多仍然采用了上述的游梁式抽油机的结构。为了获得长冲程，加大了游梁长度。由于驴头回转半径增大，所以对相同的游梁摆角范围，可得到较大的冲程。但是，由于结构放大了，所以抽油机的高度、重量，占地面积等都大大增加，抽油机所消耗的功率也增大。
如果基本不改变游梁长度，而扩大其摆动的角度范围，则也可以达到获得长冲程的目的。但是，就现有的游梁式抽油机的结构而言，增大摆角有许多难以克服的困难。首先，在如图3或图4所示的游梁式抽油机中，要想增大摆角，则应把连杆与游梁的连接点（即力点）向内移。这样，所需要的旋转平衡块的重量大大增加，这样，机器运转时，旋转平衡块引起的离心力很大，增加了不稳定性;如果不改变力点的位置，而采用加长曲柄长度的方法来获得大的游梁摆角范围，同样也使离心力增大。要克服这些问题，就需要较大较重的底座。
图5是另一种游梁式抽油机的结构示意图。其特点是，平衡重直接固定在游梁的后端。对于这种结构，要扩大游梁的摆角，产生的问题更多。这是因为，在这种抽油机中，平衡力矩等于平衡重量与游梁摆动支点到平衡重的重心垂线的距离的乘积，所以摆角范围增大后，在最大摆角处，平衡力矩下降很多。比如，最大摆角为60°时（最大摆角范围为120°），游梁摆动支点到平衡重的重心垂线的距离比游梁水平时的距离小了一半。这样，抽油机在工作循环中功率波动很大，所以不实用。
通过以上分析，可以看出，在现有技术中，为什么都采用增加游梁长度的方法来获得长冲程，为什么众多形式的游梁式抽油机的摆动范围都不大（最大不超过60°）。
本发明的目的是提供一种新型的抽油机，它保持了现有游梁式抽油机的优点，同时在结构上作出大的改变，以便获得较大的摆角范围，即获得长冲程。
本发明的目的是这样实现的：
制造一台长冲程抽油机，其传动原理和一般的游梁式抽油机相似即，有一个底座;一个固定在底座上的三角支架;一个在其中部与上述三角支架可转动地连接并可在铅垂平面内摆动的游梁，游梁的一端有一个驴头，抽油杆经过钢丝绳与驴头连接;使游梁和驴头在铅垂平面内摆动的驱动机构;以及固定在底座上的动力源。与现有游梁式抽油机的结构不同、也就是本发明所作出的重大改进在于，取消了旋转平衡块，但也不采用把平衡物直接固定在游梁尾端上的作法，而是采用了一种完全新颖独特的平衡结构，从而可以自由地增大游梁的摆角范围，却不必担心出现如前所述的问题。本发明采用的特殊平衡方式是，在游梁的尾端安装另一个驴头，即第二驴头，该第二驴头与游梁前端的第一驴头相似，其外缘弧面的中心与游梁的摆动中心重合，平衡重通过钢丝绳悬挂在第二驴头上。在游梁摆动过程中，与第一驴头一样，第二驴头上的钢丝绳始终以切线方式从该驴头外缘面上垂下，这样就可保证平衡重只作上下往复运动，这样大大改善了抽油机的工作状态。为了获得大摆角范围，游梁摆动驱动机构与游梁铰接的力点的位置适当向内（即向游梁摆动中心）移，以获得所需的摆角范围。同时，两个驴头也相应加大，使其外缘弧面的弧度稍大于所需的游梁最大摆角范围。
这种长冲程抽油机的驱动方式可以采用曲柄摇杆机构，也可以采用液压作动筒驱动方式。
下面，接合附图对本发明进行详细介绍。
图1是按本发明实施例制造的长冲程抽油机的示意图。
图2是图1所示长冲程抽油机的游梁摆动范围示意图。
图3是一种现有的游梁式抽油机的示意图。
图4是另一种现有的游梁式抽油机的示意图。
图5是平衡重直接固定在游梁上的抽油机的示意图。
如图1所示，本发明的长冲程抽油机包括一个底座（10），一个固定在底座上的三角支架（12），由电动机（14）和通过皮带传动（18）与电动机（14）连接的减速器（16）组成的动力源，由曲柄（20）、连杆（24）和横臂（26）组成的游梁摆动驱动机构，和可在垂直面内摆动的游梁（30）。动力源部分与安装在底座上，一对曲柄（20）对称地安装在减速器两侧伸出的输出轴上，两个曲柄（20）分别与两个连杆（24）的一端铰接，连杆的另一端与横臂（26）的两端铰接，横臂的中部通过一个接近游梁中点的支座（48）可回转地与游梁联接。游梁中部通过支座（45）可转动地支承在三角支架（12）的顶端。这样，由曲柄（20）、连杆（24）、游梁（30）和支架（12）组成了一个曲柄摇杆机构。
游梁的摆角通过改变曲柄（20）的工作半径来改变。在曲柄上有一排沿曲柄中心线排列的销孔，连杆一端与曲柄上不同的销孔连接，游梁的摆角就发生变化，因而得到不同的抽油杆冲程。
抽油机的冲次变化可通过改变电机（14）和减速器之间的皮带传动比实现，因为该皮带传动是一个多级变速皮带传动。如果选用多速电机，则冲次调整也可通过改变电机转数实现。
和一般的游梁式抽油机一样，游梁（30）的前端有一个（第一）驴头（35），该驴头的外端是一个圆心在游梁回转中心的圆弧面。游梁上下摆动时，驴头（35）也随之上下摆动，并且驴头的外端圆弧面上各点始终在同一圆周上运动。抽油杆（37）通过钢丝绳（38）与驴头（35）联接，钢丝绳（38）总以切线方式从驴头（35）的外圆面上垂下。
游梁（30）的后端，固定着一个第二驴头。该第二驴头的形状与第一驴头相似，其外圆弧面的圆心与第一驴头外圆弧面的圆心重合，即都在游梁的支承点。重量可调的平衡重（42）通过钢丝绳（41）与第二驴头（40）联接，在第二驴头随游梁（30）摆动时，钢丝绳（41）总以切线方式从该第二驴头外圆弧面上垂下。这样，当游梁上下摆动时，不管摆角多大，由平衡重（42）的重量和第二驴头外圆弧面半径的乘积决定的平衡力矩始终保持恒定，因而使抽油机的工作循环中负载平稳。
第一驴头（35）和第二驴头（40）在游梁两端对称布置，即两个驴头的外圆弧面相隔180°。每个圆弧面对应的圆心角应大于游梁的最大摆角，在本实施例中，大于100°。由于驴头包角增大，其重量也增加，为了使驴头与游梁的连接更牢固，可在游梁的上面和下面增加两个加固连接梁，使两个驴头成为一个整体。
本实施例中，第一驴头和第二驴头外圆周弧面的半径相等，这时平衡重（42）的重量近似等于前端悬挂的抽油杆的重量，以保证顺时针方向的静力矩与逆时针方向的静力矩平衡。当然，两驴头外圆弧面的半径也可以做成不相等的。这时，平衡重的重量应适当变化，以使游梁保持平衡。可以看出，如果把游梁和两个驴头用一个大圆轮代替，大圆轮的轮心可转动地安装在支座上，连杆（24）偏心地铰支在大圆轮上，抽油杆和平衡重分别通过钢丝绳悬挂在轮的两侧，则与本实施例是等效的。
本发明的抽油机的动力源和驱动机构也可以采用液压驱动方式。用一套液压作动筒作为驱动执行元件。活塞杆的外伸端与支座（48）铰接，作动筒的底部铰支，因而可随游梁的摆动而调整其位置。抽油机的冲程可通过改变活塞杆冲程实现，冲次的变化则可通过改变压力液体的换向频率实现。
通过上面的叙述，可以看出，由于本发明采用了一种全新的平衡方式，因而为增大游梁式抽油机游梁的摆角范围，也就是为增加抽油机的冲程，舖平了道路，使得在与一般游梁式冲程机相似的条件下（高度、重量、占地面积等方面），大大增加了抽油机的冲程长度。由于它的占地面积小，冲程长、运动平稳，因此不仅适用于陆地油田，而且适用于海上油田开采。这种新型长冲程抽油机在技术上的先进性和它所带来的经济利益是不言而喻的。