一種新型節能式無游梁抽油機的制作方法

本發明屬于陸地石油開采領域，特別是涉及一種抽油機。

背景技術：

在我國各大油田開采石油的過程中，開采效率的高低很大程度上取決于抽油機的性能指標。隨著油田對開采稠油以及低滲透油層的迫切需求加劇，國內出現了大量的長沖程、低沖次無游梁抽油機。據統計，我國機械采油系統的年耗電量已經遠超過注水系統，耗能約占油田總耗能量的1/3，成為油田生產中的第一用電大戶，在整個機械采油系統中，一般抽油機的工作效率僅有25％左右，有大約75％的能量被浪費了，因此研制新型節能抽油機一直都是采油工藝技術研究的重點。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提供一種節能減排的新型節能式無游梁抽油機。

本發明所采取的技術方案是：一種新型節能式無游梁抽油機，包括光桿、電控系統、懸繩器、電機支架、減速器支架、電動機、減速器及機架；所述電機支架和減速器支架均固定安裝在機架的底座上表面，所述電動機固定安裝在電機支架上表面，所述減速器固定安裝在減速器支架上表面，所述電動機的輸出軸與減速器的輸入軸之間通過皮帶傳動機構傳動連接，所述電控系統固定在機架的底座上表面，電控系統用于控制電動機啟停，所述新型節能式無游梁抽油機還包括扁鋼絲繩、主軸、大曲柄、小曲柄、配重塊、行星輪系、同步帶傳動機構、繞輪、繞輪軸、曲柄軸、兩個繞輪軸承及兩個定滑輪裝置；

所述減速器輸出軸與主軸一端固定連接，所述主軸外圓周面固定套裝有行星輪系的太陽輪和大曲柄大端，所述行星輪系的內齒圈設有外輪齒，所述內齒圈的外輪齒與同步帶傳動機構的主動帶輪嚙合連接，所述曲柄軸外圓周面固定套裝有同步帶傳動機構的從動帶輪、大曲柄小端和小曲柄大端，所述兩個繞輪軸承固定套裝在繞輪軸外圓周面一端上，所述繞輪固定套裝在兩個繞輪軸承上，所述繞輪軸固定套裝在曲柄軸外圓周面上且位于大曲柄小端和小曲柄大端之間，繞輪軸另一端與大曲柄小端固定連接，所述小曲柄小端與配重塊固定連接，所述兩個定滑輪裝置均通過各自的輪軸固定安裝在機架上部的左右兩端，所述扁鋼絲繩一端與位于右側的定滑輪裝置固定連接，扁鋼絲繩另一端依次繞過繞輪和定滑輪裝置與懸繩器上端固定連接，所述懸繩器下端與光桿上端固定連接，所述光桿下端與井口內的抽油桿連接。

本發明的有益效果在于：

1.本發明可采用功率遠低于同類產品的電動機，節約電能，減少能耗約20％以上。

2.本發明的機架采用桁架結構，提高了穩定性，節約制造材料和制造成本。

3.本發明整機高度小，安裝、調試、維修方便。

4.本發明能夠達到節能減排的目的。

附圖說明

圖1：本發明主視圖。

圖2：本發明軸測圖。

圖3：圖1的左視圖；

圖4：本發明的定滑輪裝置結構示意圖。

圖5：圖4的爆炸圖。

圖6：本發明底座的鋼材剖面圖。

圖7：本發明的主軸-大曲柄-小曲柄-配重塊裝配示意圖。

圖8：圖7的側視圖。

圖9：本發明的行星輪系-同步帶傳動機構裝配示意圖。

圖10：本發明的繞輪爆炸圖。

圖11：本發明大曲柄運動初始位置示意圖；

其中：1-地腳支座；2-底座；3-井口；4-光桿；5-電控系統；6-立柱；7-懸繩器；8-電機支架；9-定滑輪裝置；9-1-內軸承蓋；9-2-定滑輪；9-3-轉軸；9-4-螺釘；9-5-外軸承蓋；9-6-支座；9-7-定滑輪軸承；10-扁鋼絲繩；11-電動機；12-減速器；13-主軸；14-大曲柄；15-小曲柄；16-配重塊；17-行星輪系；18-同步帶傳動機構；19-繞輪；20-繞輪軸；21-上梁；22-機架；23-曲柄軸；24-繞輪軸承；25-支撐座一；26-支撐座二；27-減速器支架。

具體實施方式

如圖1～圖10所示，一種新型節能式無游梁抽油機，包括光桿4、電控系統5、懸繩器7、電機支架8、減速器支架27、電動機11、減速器12及機架22；所述電機支架8和減速器支架27均固定安裝在機架22的底座2上表面，所述電動機11固定安裝在電機支架8上表面，所述減速器12固定安裝在減速器支架27上表面，所述電動機11的輸出軸與減速器12的輸入軸之間通過皮帶傳動機構傳動連接，所述電控系統5固定在機架22的底座2上表面，電控系統5用于控制電動機11啟停，

所述新型節能式無游梁抽油機還包括扁鋼絲繩10、主軸13、大曲柄14、小曲柄15、配重塊16、行星輪系17、同步帶傳動機構18、繞輪19、繞輪軸20、曲柄軸23、兩個繞輪軸承24及兩個定滑輪裝置9；

所述減速器12輸出軸與主軸13一端固定連接，所述主軸13外圓周面固定套裝有行星輪系17的太陽輪和大曲柄14大端，所述行星輪系17的內齒圈設有外輪齒17-1，所述內齒圈的外輪齒17-1與同步帶傳動機構18的主動帶輪嚙合連接，所述曲柄軸23外圓周面固定套裝有同步帶傳動機構18的從動帶輪、大曲柄14小端和小曲柄15大端，所述兩個繞輪軸承24固定套裝在繞輪軸20外圓周面一端上，所述繞輪19固定套裝在兩個繞輪軸承24上，所述繞輪軸20固定套裝在曲柄軸23外圓周面上且位于大曲柄14小端和小曲柄15大端之間，繞輪軸20另一端與大曲柄14小端固定連接，所述小曲柄15小端與配重塊16固定連接，所述兩個定滑輪裝置9均通過各自的輪軸固定安裝在機架22上部的左右兩端，所述扁鋼絲繩10一端與位于右側的定滑輪裝置9固定連接，扁鋼絲繩10另一端依次繞過繞輪19和定滑輪裝置9與懸繩器7上端固定連接，所述懸繩器7下端與光桿4上端固定連接，所述光桿4下端與井口3內的抽油桿連接。

兩個所述定滑輪裝置9均包括定滑輪9-2、轉軸9-3、兩個內軸承蓋9-1、兩個外軸承蓋9-5、兩個支座9-6、兩個定滑輪軸承9-7及多個螺釘9-4；所述定滑輪9-2與轉軸9-3通過銷軸固定連接，所述轉軸9-3兩端均套裝有定滑輪軸承9-7，所述兩個定滑輪軸承9-7與兩個支座9-6下端一一對應固定連接，所述兩個支座9-6上端與機架22上部可拆卸固定連接，每個所述定滑輪軸承9-7外側各與一個外軸承蓋9-5通過螺釘9-4固定連接，每個所述定滑輪軸承9-7內側各與一個內軸承蓋9-1通過螺釘9-4固定連接。

所述機架22為桁架結構，機架22包括地腳支座1、底座2、多個立柱6和多個上梁21，所述底座2與四個地腳支座1固定連接，所述四個地腳支座1均布設置，所述多個立柱6與底座2上表面焊接，所述每根上梁21兩端均與對應的兩個立柱6焊接。

所述底座2采用多個方管焊接成框架式底座，所述多個立柱6和多個上梁21均為工字鋼。

所述新型節能式無游梁抽油機還包括支撐座一25及支撐座二26，所述支撐座一25及支撐座二26均套裝在主軸13外圓周面上，所述支撐座一25設置在行星輪系17的太陽輪和大曲柄14大端之間，所述支撐座二26設置在大曲柄14大端外側。

所述減速器12為二級圓錐圓柱齒輪減速器。

工作原理：

本發明的的動作可分為抽油動作和配重做功動作兩部分。

抽油動作：電動機11通過帶傳動帶動帶動減速器12旋轉，并進行一級減速，經減速器12內二級齒輪減速后由主軸13輸出，當主軸13正向轉動時帶動大曲柄14和行星輪系17內的太陽輪同時正向轉動，使大曲柄14上的繞輪20繞主軸13做圓周運動，繞輪20拉動扁鋼絲繩10做周期性運動，再通過機架22上的兩個定滑輪裝置9改變運動方向，使扁鋼絲繩10的端點做上下往復運動，拉動抽油桿完成抽油動作。

配重做功動作：當主軸13正向轉動時帶動大曲柄14和行星輪系17內的太陽輪同時正向轉動，太陽輪正轉時內齒圈反轉，內齒圈通過同步帶傳動機構18帶動小曲柄15反轉，小曲柄15反轉帶動配重塊16反轉，配重塊16的慣性力與扁鋼絲繩10作用在繞輪20上的力成一定的角度θ，(90°＜θ＜180°)，通過配重塊16對繞輪20的變力矩做功，減小電動機11的輸出功率，完成配重做功動作，實現節能的目的。

為使配重塊16達到最佳作用效果，需保持配重塊16與繞輪20的運動周期相同，即繞輪軸19與主軸13轉速大小相同，旋轉方向相反。

為消除繞輪軸19繞主軸13公轉的影響，將繞輪軸19位置固定，主軸13與繞輪軸19按1∶2的傳動比設計同步帶傳動機構18的主動帶輪和行星輪系17。

為使配重塊16達到最佳輔助作用，在主軸13受到扁鋼絲繩10施加合力F_負載的合力矩最大時，應使配重塊16的運動到離主軸13最遠的端點，使此時配重塊16對主軸13的力矩最大。顯然，當合力F_負載同大曲柄14垂直時，主軸13所受到的力矩最大，此時小曲柄15應處在水平位置。由此可知，初始位置時，小曲柄15與大曲柄14間存在相對位置夾角經計算，(如圖11所示)。將大曲柄14、小曲柄15和配重塊16視為剛體，在忽略產生扭矩的情況下可以將作用在剛體力平移進行分析。配重塊16產生的慣性力是由配重塊16本身重力和大、小曲柄14、15旋轉的切向力三個力合成得到。如圖11所示的初始位置時，F₁為大曲柄14帶動配重塊16產生的切向力，F₂為小曲柄15帶動配重塊16產生的切向力，mg為配重塊16自身重力。根據力的平行四邊形法則得初始位置時的慣性力F_慣性，平移至繞輪軸19后記為F′_負載。同理任意時刻的慣性力(如圖8所示)。

電動機11的負載取決于輸出轉矩，輸出轉矩取決于主軸轉矩，主軸轉矩取決于大曲柄的有效力矩，由于大曲柄長度一定，因此電動機11負載的大小直接由它作用在繞輪19上的力決定，在沒有小曲柄和配重的情況下，繞輪19上的F_負載需要完全由電動機11提供的動力抵消，有小曲柄15和配重塊16之后，繞輪19上的F_負載由電動機11提供的動力和小曲柄15和配重塊16的重力以及運動的慣性力抵消。

抽油機抽油動作是通過繞輪19帶動扁鋼絲繩10實現的，因此配重塊16對系統輔助做功可簡化為對繞輪19做功。由于配重塊16是安裝在小曲柄15上做圓周運動，隨著小曲柄15旋轉角度的變化，配重塊16與繞輪19間的有效力矩也時刻變化。在上沖程過程中，合力F_負載作用在繞輪19上的力為正向力，此過程中，電動機11通過大曲柄14作用在繞輪19上的力方向為負方向，由于配重塊16提供給繞輪19部分負方向的慣性力，從而起到降低電動機11做功的目的。在下沖程過程中，合力F_負載作用在繞輪19上的力為正向力，此時電動機11通過大曲柄14作用在繞輪19上的力也為正向力，配重塊16提供的負方向的慣性力可以抵消大部分合力F_負載作用力，大大減小負載力對電動機11的反作用。同時，配重塊16提供的慣性力能夠使繞輪順利通過上下死點。

設計實例

以大慶某油田工作參數為例進行設計，油井具體參數為：懸點載荷：50kN；工作行程：3m；沖次：6次/min；運動周期：10s。經計算，本發明機架上兩滑輪間距離為7300mm，大曲柄長度為1825mm，小曲柄長度1300mm，配種質量1158kg，所需電動機功率為4kw。目前已有的抽油機在同等工況下，根據自身結構不同，需要的電動機功率為5～18.5kw不等。因此本發明能夠降低石油開采過程中的電能損耗。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。