游梁式雙驢頭滑輪組抽油的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種游梁式雙驢頭滑輪組抽油機，由塔架、游梁、帶有動滑輪的驢頭、牽拉鋼絲繩、承載鋼絲繩、減震張緊彈簧、換向減速機、輸出滾筒、配重箱、換向制動機構、電動機組成。塔架頂面上方以鉸接方式設置有游梁，游梁左右兩端分別設置有驢頭，兩個驢頭上分別設置有動滑輪，兩個動滑輪分別套裝有牽拉鋼絲繩，牽拉鋼絲繩兩端分別與換向減速機輸出滾筒和減震張緊彈簧相連接，左側驢頭通過承載鋼絲繩和懸繩器與抽油桿柱相連接，右側驢頭的承載鋼絲繩下端懸掛有配重箱；塔架底部的底座上設有電動機、換向減速機、輸出滾筒。此種抽油機省略了常規游梁式抽油機的曲柄、連桿等部件，具有造價低、能耗低、安全可靠性好、維修調整方便等優點。此種抽油機不僅可以用于單井采油，還可用于雙井采油，對于負荷較大的稠油井更具有優勢。
【專利說明】游梁式雙驢頭滑輪組抽油機
[0001]【技術領域】:本發明型涉及一種用于石油開采的機械設備，尤其是一種游梁式雙驢頭滑輪組抽油機。
[0002]【背景技術】:現有的常規游梁式抽油機長期以來一直是國內、外用于石油開采的主要機械設備，游梁式抽油機采用四連桿機構換向，優點是速度曲線合理，運行可靠性較好。其主要缺點是峰值扭矩大，機械效率低，平衡效果差，而且制造成本和能耗較高。上述缺點和問題不利于石油開采和油井生產經濟效益的提高。又如中國專利局2014年8月13日公開的專利號:201410239831.4的“天平式滑輪組抽油機”，存在的問題是，牽拉鋼絲繩從輸出滾筒引出后先繞過導向輪，然后向上折返從驢頭外側(驢頭的弧線一側)繞過動滑輪，再引向地面與減震張緊彈簧連接，此種牽拉鋼絲繩的連接方式有以下缺陷:1.牽拉鋼絲繩多繞行一次導向輪，增加一次彎折，影響鋼絲繩的使用壽命；2.當導向輪與驢頭上的動滑輪垂直、牽拉鋼絲繩與這兩個輪的切線重合時，牽拉鋼絲繩不能拉動驢頭繼續下行，抽油桿柱不能獲得足夠的沖程。實踐證明此設計方案不具有實用性。
[0003]
【發明內容】
:本發明的目的在于提供一種造價低、能耗低、安全性好、可靠性好、簡單實用并可實現抽油機最大沖程的游梁式雙驢頭滑輪組抽油機。
[0004]本發明是這樣實現的，首先取消了上述現有技術中的導向輪，此種抽油機由塔架、游梁、帶有動滑輪的驢頭、牽拉鋼絲繩、承載鋼絲繩、電動機、換向減速機、輸出滾筒、減震張緊彈簧、配重箱、換向制動機構組成，其結構組裝關系如下:塔架頂面上方以鉸接方式設置有游梁，游梁左右兩端分別設置有驢頭，兩個驢頭上分別設置有動滑輪，兩個動滑輪分別套裝有牽拉鋼絲繩，牽拉鋼絲繩兩端分別與換向減速機的輸出滾筒和減震張緊彈簧相連接，左側驢頭通過承載鋼絲繩和懸繩器與抽油桿柱相連接，右側驢頭的承載鋼絲繩下端懸掛有配重箱；塔架底部的底座上設有電動機、換向減速機、輸出滾筒、換向制動機構；換向減速機的輸入軸、輸出軸分別與電動機和輸出滾筒相連，換向制動機構安裝在換向減速機上。
[0005]本發明的工作過程如下:電動機帶動換向減速機轉動，換向減速機伸出箱體外的兩根半軸和制動盤同時空轉，換向制動機構中的兩個制動器均處于松弛狀態；當直流電源接通，換向控制系統中的一個接近開關被感應，與之對應的電磁鐵得電后吸在制動盤上，并帶動杠桿轉動一個角度，杠桿的上端點推動液壓總泵的柱塞，通過杠桿和柱塞式液壓泵兩次放大把正壓力施加到制動鉗上，剎住所在的制動盤及半軸，換向減速機帶動輸出滾筒順時針轉動；此時，連接在輸出滾筒左側的牽拉鋼絲繩，通過套裝在驢頭上的動滑輪帶動驢頭擺動，驢頭又通過承載鋼絲繩帶動抽油桿柱上行，右側驢頭的鋼絲繩則帶動配重箱下行；懸點行至另一個接近開關處，切斷電源，釋放剎住的制動盤，延時幾秒鐘，待運動慣性和抽油桿變形消除后，給另一塊電磁鐵供電并剎住所在的制動盤和半軸，換向減速機帶動輸出滾筒逆時針轉動，完成一次換向過程；此時左側驢頭通過承載鋼絲繩帶動抽油桿柱下行，而右側驢頭和配重箱上行。重復上面的過程就可連續獲得輸出滾筒的正、反轉動，從而實現抽油機井的正常生產。制動器中兩塊電磁鐵交替工作的延時時間，可以根據油井產量和原油的粘稠度自行設定。
[0006]本發明改變了四連桿機構換向的設計思想，省略了常規游梁式抽油機的曲柄、配重塊、連桿、橫梁和尾軸等部件，還減輕了減速機重量，具有造價低、能耗低、安全可靠性好、維修調整方便等優點，利用它可以大大提高油井生產的經濟效益。此種抽油機不僅可以用于單井采油，還可用于雙井采油，對于負荷較大的稠油井更具有優勢。
[0007]本發明上述優點和實施效果具體表現在以下幾方面:
[0008]1.制造成本低。用換向減速機取代四連桿結構可以節省大量鋼材，應用動滑輪原理降低減速機扭矩，減速機的重量隨之減少40% ;另外，配重箱內可以添加石材，這些都大幅度節省材料費和加工費；
[0009]2.節能降耗。由于采用游梁式雙驢頭結構好似一架天平，平衡效果最佳，比常規游梁抽油機節能30%以上；采用動滑輪組頻繁提升抽油桿柱既省力又省功，電機功率可降低1/3 ；
[0010]3.可靠性、安全性好。由于牽拉鋼絲繩不承擔懸點載荷，并通過動滑輪拉動驢頭可省力1/2，牽拉鋼絲繩的負荷減少，使用壽命大幅提高，即使是牽拉鋼絲繩斷裂也不會造成事故。特別是，當懸點一側出現斷繩、斷桿失載的情況下，牽拉鋼絲繩還能起到保護作用，防止配重箱疾落；
[0011]4.便于調整維修。由于牽拉鋼絲繩與設置在地面上的減震張緊彈簧相連接，因而調整牽拉鋼絲繩的松緊度比較方便；
[0012]5.調整抽油機沖程很方便。只需移動接近開關就可完成。
【專利附圖】
【附圖說明】
:
[0013]圖1為本發明的總體結構示意圖；
[0014]圖2是換向減速機的平面結構示意圖。
[0015]圖3是圓柱齒輪差速器的行星輪分布圖。
[0016]圖4是圓柱齒輪差速器的結構剖視圖。
[0017]圖5是圓柱齒輪差速器的行星輪與太陽輪嚙合示意圖。
[0018]圖6是換向制動機構結構示意圖。
[0019]圖7是動滑輪安裝在驢頭下部鉸接鏈節上的示意圖。
[0020]圖8是采用兩組動滑輪結構的示意圖。
[0021]【具體實施方式】:以下結合附圖對本發明的實施做進一步說明。
[0022]如圖1所示，本發明由塔架1、游梁2、驢頭3、4、動滑輪5、6、牽拉鋼絲繩11、12、承載鋼絲繩13、14、減震張緊彈簧15、16、輸出滾筒17、配重箱18、換向減速機19、換向制動機構32、33和電動機組成(其中，換向減速機19、電動機圖1中未畫出)，其結構組裝關系如前所述。總體上，此種抽油機是一個對稱結構，游梁2置于塔架I上方，游梁2左右兩端各有一個驢頭3、4，兩側以塔架為中心左右平衡。驢頭3、4上分別裝有動滑輪5、6，它們可以安裝在驢頭3、4的上、中、下部，也可以安裝在鉸接鏈36上。只要能使驢頭獲得更大擺角，增加抽油機行程，牽引驢頭時更省力，就是動滑輪的最佳安裝位置。
[0023]動滑輪5、6的設置方式有兩種:
[0024]方式一:一組動滑輪結構。如圖1所示，牽拉鋼絲繩11、12從減震張緊彈簧15、16中引出，套裝在驢頭3、4上的動滑輪5、6上并與輸出滾筒17連接；動滑輪5、6安裝在驢頭下部，也可安裝在驢頭3、4的上部8、10處或中部7、9處。如圖7所示，左側驢頭上的動滑輪5亦可安裝在鉸接鏈36上，右側驢頭安裝方法相同。采用一組動滑輪可節省1/2的拉力。
[0025]方式二:兩組動滑輪結構。如圖8所示，此種結構增加一組動滑輪、一段鋼絲繩和一個減震張緊彈簧。第一段牽拉鋼絲繩11從第一組減震張緊彈簧15中引出，繞過驢頭上的動滑輪5、與第二組動滑輪38的中軸連接板37連接，第二段牽拉鋼絲繩39從第二組減震張緊彈簧40中引出，繞過第二組動滑輪38與輸出滾筒17連接。另一側連接方法相同。采用兩組動滑輪只需1/4的力就能拉動驢頭。
[0026]如圖2所示，所述的換向減速機19由輸入齒輪20、兩組差速器22、24、差速器外齒輪21、23、四根半軸25、26、27、28、齒輪29、30、輸出齒輪31、聯軸器35組成，差速器22、24的殼體上分別裝有外齒輪21、23，二者互相嚙合，中間可以增設介輪I?3個；差速器22、24內分別設有4對行星輪和兩個太陽輪，四根半軸25、26、27、28以花鍵方式分別插入兩組差速器的四個太陽輪中；輸出一側的兩根半軸27、28上裝有齒輪29、30(也可直接制成齒軸)，兩個齒輪之間是輸出齒輪31，這三個齒輪互相嚙合；輸出齒輪軸34伸出減速機箱體，通過聯軸器35與輸出滾筒17連接；另一側的兩根半軸25、26伸出減速機箱體，伸出部分上裝有換向制動機構32、33，換向制動機構交替剎住半軸25、26，差速器中的太陽輪、行星輪發生公轉、自轉、改變速度、改變方向轉，完成換向過程，換向減速機即可輸出正、負扭矩，并帶動輸出滾筒正、反轉動。輸出滾筒順時針轉動時，纏繞右側鋼絲繩同時放松左側鋼絲繩，此時左側驢頭帶動抽油桿柱上行，右側驢頭隨配重箱下行；輸出滾筒逆時針轉動時，則各部件分別作相反方向運行。
[0027]如圖3、圖4，所述的差速器22、24采用圓柱齒輪差速器，兩組差速器的結構完全相同，如差速器24由兩個太陽輪24-9、24-10、4對行星輪24_1、24-2、24-3、24-4、24-5、24_6、24-7、24-8、殼體24-11、24-12、殼體圓周上的外齒輪23、連接螺栓24-13組成。太陽輪、行星輪均為圓柱齒輪，其中，太陽輪為兩個24-9、24-10，一左一右對稱布置；行星輪共4對(24-1、24-2、24-3、24-4、24-5、24-6、24-7、24-8)，每隔 90° 設置一對，均勻分布。每對行星輪相互嚙合1/2齒寬，另外的1/2齒寬與各自的太陽輪嚙合(見圖5)，太陽輪、行星輪都安裝在差速器的殼體24-11、24-12中，這個殼體就是行星架，差速器殼體24-11、24-12由兩個相同的圓盤組成，圓盤上開有中心孔、行星輪孔和連接螺栓孔，中心孔對應太陽輪的花鍵孔，用來插入半軸，行星輪孔用來安裝行星輪；連接螺栓24-13通過連接螺栓孔把差速器的兩個殼體24-11、24-12和外齒輪23連接為一體，組合為一個差速器總成。另一組差速器22的結構相同。
[0028]如圖6所示，換向制動機構33由液壓總泵33-1、制動盤33_4、杠桿33_5、制動鉗33-6、電磁鐵33-7和換向控制系統組成。液壓總泵33-1安裝在換向減速機19箱體上部，制動鉗33-6安裝在換向減速機19箱體中部，并嵌入制動盤33-4內；杠桿33_5的支點處與換向減速機19箱體上的銷軸33-3鉸接(活動連接)，杠桿33-5上端的阻力點頂在液壓總泵33-1的柱塞33-2上，杠桿33-5下端的動力點連接一塊電磁鐵33_7。電磁鐵33_7得電后吸在旋轉的制動盤上，并帶動杠桿隨制動盤轉動一個角度，杠桿33-5的上端(阻力點)推動總泵柱塞33-2移動，經過杠桿和液壓泵兩次放大把正壓力加到制動鉗上，即可剎住所在的制動盤和半軸。換向制動機構32與之相同。
[0029]上述的制動過程不需要外力，它是靠電磁鐵吸在制動盤上并帶動杠桿隨制動盤旋轉一定角度，杠桿的阻力點推動總泵柱塞，驅動液壓制動器自己剎住自己。此種盤式液壓制動器不需要設置電動油泵和冷卻系統，避免了油泵的維修和更換液壓油。所以，它的可靠性好，使用壽命長。工作中如果兩組制動器都失靈了，兩組差速器可以同時空轉，輸出一側的半軸、輸出軸、輸出滾筒都靜止不動，換向減速機不輸出扭矩，因此不會造成任何事故。
[0030]所述的換向控制系統由控制電路、接近開關、電磁鐵組成。控制電路設置在井場配電盤內，采用12v?36v直流電源控制兩塊電磁鐵交替工作，電磁鐵的功率為30w?10w即可，兩只接近開關分別設置在配重箱行走軌道的上行終點和下行終點處，亦可設置在游梁擺角的初點和止點處。
[0031]本發明的游梁式雙驢頭滑輪組抽油機不僅用于單井采油，也適用于雙井采油，對于負荷較大的稠油井更具有優勢。不論在結構上做任何變化，凡是在抽油機驢頭上裝有動滑輪或在其他領域應用換向減速機技術，均落在本發明保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種游梁式雙驢頭滑輪組抽油機，由塔架(I)、游梁(2)、驢頭(3)、(4)、動滑輪(5)、(6)、牽引鋼絲繩(11)、(12)、承載鋼絲繩(13)、(14)、減震張緊彈簧(15)、(16)、輸出滾筒(17)、配重箱(18)、換向減速機(19)、換向制動機構(32)、(33)和電動機組成，其特征在于，塔架(I)頂面上方中心部位以鉸接方式設置有游梁(2)，游梁(2)左右兩端分別設有驢頭(3)、(4);驢頭(3)、(4)上分別設置有動滑輪(5)、(6)，動滑輪(5)、(6)上分別套裝有牽拉鋼絲繩(11)、(12)，牽拉鋼絲繩(11)、(12)兩端分別與換向減速機輸出滾筒(17)和減震張緊彈簧(15)、(16)相連，驢頭(3)通過承載鋼絲繩(13)和懸繩器與抽油桿柱相連，驢頭(4)的承載鋼絲繩(14)下端懸掛有配重箱(18);塔架(I)底部的底座上設有電動機、輸出滾筒(17)、換向減速機(19)和換向制動機構(32)、(33)，換向減速機(19)的輸入軸、輸出軸分別與電動機和輸出滾筒(17)相連接，換向制動機構(32)、(33)安裝在換向減速機(19)上。
2.根據權利要求1所述的游梁式雙驢頭滑輪組抽油機，其特征在于，可以采用一組動滑輪結構，也可采用兩組動滑輪結構，動滑輪(5)、(6)可以安裝在驢頭(3)、(4)的上、中、下部，也可安裝在一節鉸接鏈(36)上；兩組動滑輪結構包括兩組動滑輪(5)、(38)、兩組減震張緊彈簧(15、40)，牽拉鋼絲繩(11)先繞過驢頭(3)上的動滑輪(5)連接在第二組動滑輪(38)的中軸連接板(37)上，第二根牽拉鋼絲繩(39)從第二組減震張緊彈簧(40)中引出，繞過動滑輪(38)與輸出滾筒(17)連接，另一側的連接方法相同。
3.根據權利要求1所述的游梁式雙驢頭滑輪組抽油機，其特征在于，換向減速機(19)由輸入齒輪(20)、差速器(22)、(24)、半軸(25)、(26)、(27)、(28)、半軸齒輪(29)、(30)、輸出齒輪(31)、聯軸器(35)和箱體組成，差速器(22)、(24)的殼體上分別裝有外齒輪(21)、(23)，外齒輪(22)、(23)相互嚙合，二者之間可增設介輪I?3個；差速器(22)、(24)的殼體內分別設有2個太陽輪和4對行星輪，半軸(25)、(26)、(27)、(28)分別插入4個太陽輪中；輸出一側的半軸(27)、(28)上裝有齒輪(29)、(30)，兩個齒輪之間是輸出齒輪(31)，這三個齒輪互相嚙合；輸出齒輪軸伸出箱體，通過聯軸器(35)與輸出滾筒(17)連接；另一側的半軸(25)、(26)伸出箱體，伸出部分上裝有換向制動機構(32)、(33)。
4.根據權利要求1所述的游梁式雙驢頭滑輪組抽油機，其特征在于，所述的差速器(24)采用圓柱齒輪差速器，由兩個太陽輪(24-9)、(24-10)、4對行星輪(24_1)、(24-2),(24-3)、 (24-4)、 (24-5)、 (24-6)、 (24-7)、 (24-8)、殼體(24-11)、 (24-12)、連接螺栓(24-13)、殼體上的外齒輪(23)組成；兩個太陽輪(24-9)、(24-10)左右對稱布置，4對行星輪(24-1)、(24-2)、(24-3)、(24-4)、(24-5)、(24-6)、(24-7)、(24-8)每隔 90。布置一對，均勻分布；每對行星輪相互嚙合1/2齒寬，另外的1/2齒寬與各自的太陽輪嚙合；太陽輪、行星輪均安裝在殼體(24-11)、(24-12)中，殼體(24-11)、(24-12)由兩個相同的圓盤組成，其上開有中心孔、行星輪孔、連接螺栓孔，中心孔與太陽輪的花鍵孔相對應，行星輪孔安裝行星輪，連接螺栓(24-13)通過螺栓孔把兩個圓盤形殼體和外齒輪(23)連接為一體；差速器(22)結構與之相同。
5.根據權利要求1所述的游梁式雙驢頭滑輪組抽油機，換向制動機構(33)由液壓總泵(33-1)、制動盤(33-4)、杠桿(33-5)、制動鉗(33-6)、電磁鐵(33-7)和換向控制系統組成，其特征在于，液壓總泵(33-1)安裝在換向減速機(19)箱體上部，制動鉗(33-6)安裝在換向減速機(19)箱體中部，并嵌入制動盤(33-4)內；杠桿(33-5)的支點處與換向減速機(19)箱體上的銷軸(33-3)鉸接，杠桿(33-5)上端的阻力點頂在液壓總泵(33_1)的柱塞(33-2)上，杠桿(33-5)下端的動力點連接一塊電磁鐵(33-7);換向制動機構(32)與之結構相同；換向控制系統由控制電路、接近開關、電磁鐵組成，控制電路設置在井場配電盤內，采用12?36V直流電源控制兩塊電磁鐵交替工作，電磁鐵的功率為30?100W，兩只接近開關分別設置在配重箱行走軌道的上行終點和下行終點處，亦可設置在游梁擺角的初點和止點處。
【文檔編號】E21B43/00GK104373084SQ201410647479
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】王毅, 王金, 揚子江 申請人:王毅