專利名稱：偏心節(jié)能抽油裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是對目前油田抽油機(jī)工作原理的改良，不但比常規(guī)抽油機(jī)節(jié)電40％以上，還可以較大幅度地減少抽油機(jī)的投資，適合于油田機(jī)械采油系統(tǒng)，尤其適合于雙井同采。
背景技術(shù)：
油田現(xiàn)有機(jī)械采油系統(tǒng)包括驢頭式抽油機(jī)、游梁式抽油機(jī)、調(diào)徑變矩節(jié)能抽油機(jī)、摩擦換向抽油機(jī)、鏈條抽油機(jī)、天輪式抽油機(jī)等等，這些設(shè)備龐大，自重一般都在15-28噸，價格也在20-35萬元不等；天輪式抽油機(jī)及鏈條機(jī)自重10-23噸，價格近30萬元；直線往復(fù)抽油機(jī)不但自身重量大，其運(yùn)行還要求電動機(jī)不斷正、反轉(zhuǎn)，技術(shù)故障多、維修困難；單曲柄節(jié)能型抽油機(jī)雖然自重較輕，如電動機(jī)功率2.4千瓦時自重3.6噸，但其造價也在15萬元以上，且其產(chǎn)品單一，只適于產(chǎn)量很低的特小油井，機(jī)體固定，移動極為不便。以上抽油設(shè)備龐大，價格昂貴，安裝、維修都很不方便。隨著技術(shù)的發(fā)展，這些產(chǎn)品在節(jié)電方面做了許多工作，并取得了較大成績，但設(shè)備自重卻基本固定，無法減少，同時由于新技術(shù)的運(yùn)用，產(chǎn)品價格居高不下，推廣應(yīng)用受到一定限制。此外，相應(yīng)的設(shè)備基座要求非常牢固，基座造價高。
由于抽油機(jī)的這些特點(diǎn)，抽油機(jī)一旦裝在油井上投入生產(chǎn)，則該機(jī)基本上一輩子均只服務(wù)于該油井，既不再搬遷，也無法做較大改進(jìn)。抽油機(jī)節(jié)能技改也只在現(xiàn)有基礎(chǔ)上采取調(diào)整平衡塊、改造電動機(jī)、功率因素補(bǔ)償?shù)却胧瑓s不能做較徹底的改造。
抽油機(jī)的能源浪費(fèi)，主要包括機(jī)械損失、電動機(jī)載荷不均勻而附帶的能量損失、功率因素?fù)p失等。抽油機(jī)在一個抽油周期內(nèi)，有近一半時間的負(fù)荷極大，另一半時間處于反負(fù)荷狀態(tài)，抽油機(jī)不平衡力一般由平衡塊來調(diào)節(jié)。平衡塊雖然在一定程度上起到了調(diào)節(jié)作用，但是，根據(jù)力學(xué)原理，平衡塊對抽油過程中力的調(diào)節(jié)是極其粗燥的調(diào)節(jié)，在一個調(diào)節(jié)周期中，多半時間都處在極不合理狀態(tài)，在此不做詳細(xì)討論。調(diào)徑變矩節(jié)能抽油機(jī)的平衡物與橫梁成一定角度，使抽油運(yùn)動從開始到結(jié)束之間的平衡力矩越來越小，同時在油井鋼繩下降的過程中，平衡力矩越來越大，以此來抵消加速力的變化，實(shí)際上，常規(guī)抽油機(jī)加速力在最大時對功率的影響也不到10％，雖然該項(xiàng)措施具有一定節(jié)能效果，但其橫梁重量很大，抽油機(jī)自重30多噸，價格在35萬元左右。盡管如此，所有種類的抽油機(jī)，在一個抽油周期內(nèi)的功率波動都很大，造成多種不利，同時也浪費(fèi)能源。
授權(quán)公告號為CN2380717、主分類號為F04B47/02、由李國斌發(fā)明的聯(lián)動抽油機(jī)，雖然可以實(shí)現(xiàn)雙井同采，但是，該技術(shù)要求兩口井必須保持一定的距離，不能太近；兩口井的負(fù)荷差別越大，電動機(jī)功率波動也越大，沒有考慮節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用；一旦其中的一口井發(fā)生故障，需要停產(chǎn)時，另一口井也必須停產(chǎn)，這是其最致命的弱點(diǎn)。
本實(shí)用新型通過運(yùn)用偏心輪盤調(diào)節(jié)速度，使瞬時功率得到調(diào)整優(yōu)化，達(dá)到節(jié)能的目的；運(yùn)用“曲柄-鋼繩-偏心輪盤” 的柔性傳動原理將電動機(jī)的圓周運(yùn)動轉(zhuǎn)換成油井鋼繩的直線運(yùn)動，改變常規(guī)抽油機(jī)的動力傳動方式，簡化構(gòu)件，降低抽油機(jī)的造價。與通用抽油機(jī)相比，本實(shí)用新型平均節(jié)電40％以上，制造成本降到目前節(jié)能型抽油機(jī)的一半以下，即使與非節(jié)能型的相比也低25％左右；由于自重的大量減輕，相應(yīng)也減少基座造價。
本適用新型的結(jié)構(gòu)與常規(guī)抽油機(jī)完全不同，運(yùn)行參數(shù)得到大幅度改善，示功圖和速度曲線幾乎構(gòu)成了梯形，如圖4所示。其瞬時最大功率與平均功率之比為1.5，這在目前，所有種類的抽油機(jī)都無法達(dá)到，在天津大港油田，抽油機(jī)瞬時最大功率與平均運(yùn)行功率之比一般在2.35到3.93之間，總平均為3.27。除此之外，本適用新型還可實(shí)現(xiàn)雙井同采，即相距不太遠(yuǎn)的兩口井(30米范圍內(nèi)最好)，只要其沖次一致，其余參數(shù)即使相差甚遠(yuǎn)，也可共同享用一套抽油裝置來完成，當(dāng)其中的一口井發(fā)生故障需要停產(chǎn)時，采取調(diào)整平衡物重量等簡單措施，就可使另一臺照常生產(chǎn)，這一功能也是目前抽油機(jī)所無法實(shí)現(xiàn)的。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種偏心節(jié)能抽油裝置，改變目前常規(guī)抽油機(jī)的動力傳動方式，刪減其重量較大的驢頭等重要另部件，采用“曲柄-鋼繩-偏心輪盤-大輪盤”的方式將電動機(jī)的圓周運(yùn)動變?yōu)橛途摾K的直線運(yùn)動，完成原油抽取任務(wù)；運(yùn)用“偏心輪盤-滑輪-平衡物”調(diào)整平衡。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是電動機(jī)、減速器、轉(zhuǎn)軸、曲柄順序連接。到油井井口方向，曲柄、鋼繩、偏心輪盤、轉(zhuǎn)軸、大輪盤、油井鋼繩順序連接；到平衡物方向，在曲柄后面設(shè)置另一套鋼繩、偏心輪盤、轉(zhuǎn)軸、大輪盤、鋼繩，并連接到滑輪、平衡物。電動機(jī)的轉(zhuǎn)動和平衡物的重量共同驅(qū)動曲柄，給抽油提供動力，或電動機(jī)的轉(zhuǎn)動和抽油桿的自重共同驅(qū)動曲柄，提升平衡物，積蓄平衡物的勢能。
運(yùn)用偏心輪盤調(diào)節(jié)速度，使常規(guī)正弦形速度曲線的峰值得到一定幅度的削減，相應(yīng)地，功率峰值也得到削減，示功圖得以優(yōu)化，變成了如圖4所示的近似梯形。由于示功圖的優(yōu)化，能耗也相應(yīng)得到改善，達(dá)到節(jié)能的效果。
下面對附圖及圖中各構(gòu)件予以說明。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是雙井同抽結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是雙井井距調(diào)整示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的示功圖和速度曲線圖。
在圖1和圖2中，1.電動機(jī)基座，2.電動機(jī)，3.電動機(jī)輸出軸，4.減速器，5.減速器基座，6.轉(zhuǎn)軸，7.軸承，8.曲柄軸基座，9.曲柄，10.可轉(zhuǎn)動軸銷，11.鋼繩，12.偏心輪盤，13.轉(zhuǎn)軸，14.大輪盤，15.油井鋼繩，16.油井井口，17.支架，18.軸承，19.鋼繩，20.偏心輪盤，21.轉(zhuǎn)軸，22.大輪盤，23.軸承，24.基座，25.鋼繩，26.滑輪，27.平衡物，28.支架橫梁，29.緊固圈，30.支架，31.大輪盤，32.油井鋼繩，33.油井井口。
在圖4中，兩個近似梯形曲線為本實(shí)用新型的模擬功率曲線，近似正弦曲線為模擬速度曲線。常規(guī)抽油機(jī)功率曲線從0到180度區(qū)間為近似的半條正弦曲線，180到360度接近0；速度曲線為近似正弦曲線，比圖4中的峰值大5.5％。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供一種偏心節(jié)能抽油裝置，采用“曲柄-鋼繩-偏心輪盤-大輪盤”的方式將電動機(jī)的圓周運(yùn)動變?yōu)橛途摾K的直線運(yùn)動，完成原油抽取任務(wù)；運(yùn)用“偏心輪盤-滑輪-平衡物”調(diào)整平衡。通過偏心輪盤調(diào)節(jié)速度，改善速度曲線，削減功率峰值，示功圖得以優(yōu)化，變成了如圖4所示的近似梯形。由于示功圖的優(yōu)化，能耗也相應(yīng)得到改善，起到節(jié)能的效果。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，參閱圖1，電動機(jī)(2)安裝在電動機(jī)基座(1)上，電動機(jī)(2)經(jīng)電動機(jī)輸出軸(3)將動能傳遞給減速器(4)，減速器(4)由減速器基座(5)支撐，電動機(jī)(2)的高速轉(zhuǎn)動經(jīng)減速器(4)減速后變成了轉(zhuǎn)軸(6)的低速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸(6)經(jīng)軸承(7)后由曲柄軸基座(8)支撐，轉(zhuǎn)軸(6)帶動曲柄(9)轉(zhuǎn)動，(10)為可轉(zhuǎn)動軸銷，鋼繩(11)的一端和鋼繩(19)的一端均鉸接在可轉(zhuǎn)動軸銷(10)上，曲柄(9)的轉(zhuǎn)動帶動鋼繩(11)的拉伸，鋼繩(11)的另一端固定在偏心輪盤(12)的圓周上，鋼繩(11)的拉伸帶動偏心輪盤(12)的轉(zhuǎn)動，偏心輪盤(12)的轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)軸(13)，轉(zhuǎn)軸(13)經(jīng)軸承(18)由支架(17)支撐，轉(zhuǎn)軸(13)帶動大輪盤(14)的轉(zhuǎn)動，油井鋼繩(15)固定在大輪盤(14)的圓周上，大輪盤(14)的轉(zhuǎn)動將從油井井口(16)出來的油井鋼繩(15)卷到其圓周上，完成原油的提升過程；與此相應(yīng)地，平衡物(27)的運(yùn)動方向始終與油井鋼繩(15)的運(yùn)動方向相反，起到平衡的作用。平衡物(27)由鋼繩(25)吊起，鋼繩(25)的另一端固定在大輪盤(22)的圓周上，平衡物(27)的下降經(jīng)滑輪(26)后帶動大輪盤(22)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動轉(zhuǎn)軸(21)轉(zhuǎn)動，支架(30)、緊固圈(29)、支架橫梁(28)共同承接來自滑輪(26)的重量，轉(zhuǎn)軸(21)經(jīng)軸承(23)后由基座(24)支撐，轉(zhuǎn)軸(21)的轉(zhuǎn)動帶動偏心輪盤(20)轉(zhuǎn)動，鋼繩(19)被卷到偏心輪盤(20)的圓周上，鋼繩(19)的另一端固定在偏心輪盤(20)的圓周上，鋼繩(19)的拉動與電動機(jī)的轉(zhuǎn)動共同帶動曲柄(9)的轉(zhuǎn)動，完成原油的提升過程。
原油提升完畢，油井鋼繩(15)因抽油桿的自重而下降，帶動大輪盤(14)、轉(zhuǎn)軸(13)、偏心輪盤(12)反向轉(zhuǎn)動，鋼繩(11)被偏心輪盤(12)卷到其圓周上，鋼繩(11)的拉動與電動機(jī)的轉(zhuǎn)動共同帶動曲柄(9)的轉(zhuǎn)動，曲柄(9)的轉(zhuǎn)動帶動鋼繩(19)拉伸，鋼繩(19)的拉伸帶動偏心輪盤(20)的轉(zhuǎn)動，偏心輪盤(20)的轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)軸(21)，轉(zhuǎn)軸(21)帶動大輪盤(22)轉(zhuǎn)動，鋼繩(25)被卷到大輪盤(22)的圓周上，經(jīng)滑輪(26)后提升平衡物(27)。
在原油提升過程中電動機(jī)(2)與平衡物(27)通過以上裝置共同提升原油；原油提升完畢，油井鋼繩(15)因抽油桿的自重而下降，該過程中電動機(jī)(2)的轉(zhuǎn)動與抽油桿的自重共同提升平衡物(27)，以使往返負(fù)荷均衡。
對于雙井同采，在圖1的基礎(chǔ)上，參閱圖2，選擇轉(zhuǎn)軸(13)和轉(zhuǎn)軸(21)中功率負(fù)荷較小的轉(zhuǎn)軸，在其上另外再設(shè)置一個大輪盤，使該轉(zhuǎn)軸上的兩個大輪盤分別吊起平衡物和另外一口井的油井鋼繩。在圖2中，假設(shè)油井井口(33)比油井井口(16)的抽油負(fù)荷小，則選擇在轉(zhuǎn)軸21上再設(shè)置大輪盤(31)，油井鋼繩(32)的一端固定在大輪盤(31)的圓周上，大輪盤(31)的轉(zhuǎn)動完成對油井井口(33)的油井鋼繩(32)提升或下降過程，轉(zhuǎn)軸(21)的轉(zhuǎn)動帶動大輪盤(31)的轉(zhuǎn)動。平衡物用于平衡兩口井的功率負(fù)荷差。在油井井口(33)所在油井發(fā)生故障，需要停產(chǎn)較長時間的情況下，只需將油井鋼繩(32)從大輪盤(31)上摘除，并加重平衡物，就不會影響油井井口(16)所在油井的生產(chǎn)；在油井井口(16)所在油井發(fā)生故障，需要停產(chǎn)較長時間的情況下，這時需要將油井鋼繩(15)從大輪盤(14)上摘除、將平衡物的鋼繩(25)從大輪盤(22)的圓周上摘除，轉(zhuǎn)接到大輪盤(14)的圓周上，并調(diào)節(jié)平衡物重量，就不會影響油井井口(33)所在油井的生產(chǎn)。
參閱圖3，如兩口油井間距過大或過小，不在偏心節(jié)能抽油裝置大輪盤所能及的范圍之內(nèi)的情況，用滑輪、鋼絲繩就可予以調(diào)整。
權(quán)利要求1.一種偏心節(jié)能抽油裝置，在電動機(jī)、減速器、曲柄后面，鋼繩、偏心輪盤、轉(zhuǎn)軸、大輪盤朝兩個相反方向順序連接，其特征是一個方向的大輪盤與油井鋼繩連接；另一個方向的大輪盤與鋼繩通過滑輪與平衡物連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心節(jié)能抽油裝置，其特征是與曲柄連接的兩根鋼繩，一根從上面與偏心輪盤連接，一根從下面與偏心輪盤連接，曲柄的轉(zhuǎn)動方向與其所牽引的偏心輪盤的轉(zhuǎn)動方向相同，而與牽引曲柄的偏心輪的轉(zhuǎn)動方向相反。
專利摘要一種偏心節(jié)能抽油裝置。在電動機(jī)(2)、減速器(4)、曲柄(9)后面，鋼繩(11，19)、偏心輪盤(12，20)、轉(zhuǎn)軸(13，21)、大輪盤(14，22)朝兩個方向順序連接。一個方向的大輪盤(14)與油井鋼繩(15)連接，牽引油井鋼繩提升原油，或因抽油桿的自重使油井鋼繩(15)下降，牽引大輪盤；另一個方向的大輪盤(22)與鋼繩(25)通過滑輪(26)連接，平衡物下降牽引大輪盤，或大輪盤轉(zhuǎn)動牽引鋼繩提升平衡物。偏心輪對速度進(jìn)行修整，削減速度峰值，改善運(yùn)行參數(shù)。該偏心節(jié)能抽油裝置與常規(guī)抽油機(jī)相比，制造成本低，運(yùn)行效率高，節(jié)能40％以上。
文檔編號E21B43/00GK2739355SQ200420007238
公開日2005年11月9日 申請日期2004年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
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