一种新型节能式无游梁抽油机的制作方法

本发明属于陆地石油开采领域，特别是涉及一种抽油机。

背景技术：

在我国各大油田开采石油的过程中，开采效率的高低很大程度上取决于抽油机的性能指标。随着油田对开采稠油以及低渗透油层的迫切需求加剧，国内出现了大量的长冲程、低冲次无游梁抽油机。据统计，我国机械采油系统的年耗电量已经远超过注水系统，耗能约占油田总耗能量的1/3，成为油田生产中的第一用电大户，在整个机械采油系统中，一般抽油机的工作效率仅有25％左右，有大约75％的能量被浪费了，因此研制新型节能抽油机一直都是采油工艺技术研究的重点。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种节能减排的新型节能式无游梁抽油机。

本发明所采取的技术方案是：一种新型节能式无游梁抽油机，包括光杆、电控系统、悬绳器、电机支架、减速器支架、电动机、减速器及机架；所述电机支架和减速器支架均固定安装在机架的底座上表面，所述电动机固定安装在电机支架上表面，所述减速器固定安装在减速器支架上表面，所述电动机的输出轴与减速器的输入轴之间通过皮带传动机构传动连接，所述电控系统固定在机架的底座上表面，电控系统用于控制电动机启停，所述新型节能式无游梁抽油机还包括扁钢丝绳、主轴、大曲柄、小曲柄、配重块、行星轮系、同步带传动机构、绕轮、绕轮轴、曲柄轴、两个绕轮轴承及两个定滑轮装置；

所述减速器输出轴与主轴一端固定连接，所述主轴外圆周面固定套装有行星轮系的太阳轮和大曲柄大端，所述行星轮系的内齿圈设有外轮齿，所述内齿圈的外轮齿与同步带传动机构的主动带轮啮合连接，所述曲柄轴外圆周面固定套装有同步带传动机构的从动带轮、大曲柄小端和小曲柄大端，所述两个绕轮轴承固定套装在绕轮轴外圆周面一端上，所述绕轮固定套装在两个绕轮轴承上，所述绕轮轴固定套装在曲柄轴外圆周面上且位于大曲柄小端和小曲柄大端之间，绕轮轴另一端与大曲柄小端固定连接，所述小曲柄小端与配重块固定连接，所述两个定滑轮装置均通过各自的轮轴固定安装在机架上部的左右两端，所述扁钢丝绳一端与位于右侧的定滑轮装置固定连接，扁钢丝绳另一端依次绕过绕轮和定滑轮装置与悬绳器上端固定连接，所述悬绳器下端与光杆上端固定连接，所述光杆下端与井口内的抽油杆连接。

本发明的有益效果在于：

1.本发明可采用功率远低于同类产品的电动机，节约电能，减少能耗约20％以上。

2.本发明的机架采用桁架结构，提高了稳定性，节约制造材料和制造成本。

3.本发明整机高度小，安装、调试、维修方便。

4.本发明能够达到节能减排的目的。

附图说明

图1：本发明主视图。

图2：本发明轴测图。

图3：图1的左视图；

图4：本发明的定滑轮装置结构示意图。

图5：图4的爆炸图。

图6：本发明底座的钢材剖面图。

图7：本发明的主轴-大曲柄-小曲柄-配重块装配示意图。

图8：图7的侧视图。

图9：本发明的行星轮系-同步带传动机构装配示意图。

图10：本发明的绕轮爆炸图。

图11：本发明大曲柄运动初始位置示意图；

其中：1-地脚支座；2-底座；3-井口；4-光杆；5-电控系统；6-立柱；7-悬绳器；8-电机支架；9-定滑轮装置；9-1-内轴承盖；9-2-定滑轮；9-3-转轴；9-4-螺钉；9-5-外轴承盖；9-6-支座；9-7-定滑轮轴承；10-扁钢丝绳；11-电动机；12-减速器；13-主轴；14-大曲柄；15-小曲柄；16-配重块；17-行星轮系；18-同步带传动机构；19-绕轮；20-绕轮轴；21-上梁；22-机架；23-曲柄轴；24-绕轮轴承；25-支撑座一；26-支撑座二；27-减速器支架。

具体实施方式

如图1～图10所示，一种新型节能式无游梁抽油机，包括光杆4、电控系统5、悬绳器7、电机支架8、减速器支架27、电动机11、减速器12及机架22；所述电机支架8和减速器支架27均固定安装在机架22的底座2上表面，所述电动机11固定安装在电机支架8上表面，所述减速器12固定安装在减速器支架27上表面，所述电动机11的输出轴与减速器12的输入轴之间通过皮带传动机构传动连接，所述电控系统5固定在机架22的底座2上表面，电控系统5用于控制电动机11启停，

所述新型节能式无游梁抽油机还包括扁钢丝绳10、主轴13、大曲柄14、小曲柄15、配重块16、行星轮系17、同步带传动机构18、绕轮19、绕轮轴20、曲柄轴23、两个绕轮轴承24及两个定滑轮装置9；

所述减速器12输出轴与主轴13一端固定连接，所述主轴13外圆周面固定套装有行星轮系17的太阳轮和大曲柄14大端，所述行星轮系17的内齿圈设有外轮齿17-1，所述内齿圈的外轮齿17-1与同步带传动机构18的主动带轮啮合连接，所述曲柄轴23外圆周面固定套装有同步带传动机构18的从动带轮、大曲柄14小端和小曲柄15大端，所述两个绕轮轴承24固定套装在绕轮轴20外圆周面一端上，所述绕轮19固定套装在两个绕轮轴承24上，所述绕轮轴20固定套装在曲柄轴23外圆周面上且位于大曲柄14小端和小曲柄15大端之间，绕轮轴20另一端与大曲柄14小端固定连接，所述小曲柄15小端与配重块16固定连接，所述两个定滑轮装置9均通过各自的轮轴固定安装在机架22上部的左右两端，所述扁钢丝绳10一端与位于右侧的定滑轮装置9固定连接，扁钢丝绳10另一端依次绕过绕轮19和定滑轮装置9与悬绳器7上端固定连接，所述悬绳器7下端与光杆4上端固定连接，所述光杆4下端与井口3内的抽油杆连接。

两个所述定滑轮装置9均包括定滑轮9-2、转轴9-3、两个内轴承盖9-1、两个外轴承盖9-5、两个支座9-6、两个定滑轮轴承9-7及多个螺钉9-4；所述定滑轮9-2与转轴9-3通过销轴固定连接，所述转轴9-3两端均套装有定滑轮轴承9-7，所述两个定滑轮轴承9-7与两个支座9-6下端一一对应固定连接，所述两个支座9-6上端与机架22上部可拆卸固定连接，每个所述定滑轮轴承9-7外侧各与一个外轴承盖9-5通过螺钉9-4固定连接，每个所述定滑轮轴承9-7内侧各与一个内轴承盖9-1通过螺钉9-4固定连接。

所述机架22为桁架结构，机架22包括地脚支座1、底座2、多个立柱6和多个上梁21，所述底座2与四个地脚支座1固定连接，所述四个地脚支座1均布设置，所述多个立柱6与底座2上表面焊接，所述每根上梁21两端均与对应的两个立柱6焊接。

所述底座2采用多个方管焊接成框架式底座，所述多个立柱6和多个上梁21均为工字钢。

所述新型节能式无游梁抽油机还包括支撑座一25及支撑座二26，所述支撑座一25及支撑座二26均套装在主轴13外圆周面上，所述支撑座一25设置在行星轮系17的太阳轮和大曲柄14大端之间，所述支撑座二26设置在大曲柄14大端外侧。

所述减速器12为二级圆锥圆柱齿轮减速器。

工作原理：

本发明的的动作可分为抽油动作和配重做功动作两部分。

抽油动作：电动机11通过带传动带动带动减速器12旋转，并进行一级减速，经减速器12内二级齿轮减速后由主轴13输出，当主轴13正向转动时带动大曲柄14和行星轮系17内的太阳轮同时正向转动，使大曲柄14上的绕轮20绕主轴13做圆周运动，绕轮20拉动扁钢丝绳10做周期性运动，再通过机架22上的两个定滑轮装置9改变运动方向，使扁钢丝绳10的端点做上下往复运动，拉动抽油杆完成抽油动作。

配重做功动作：当主轴13正向转动时带动大曲柄14和行星轮系17内的太阳轮同时正向转动，太阳轮正转时内齿圈反转，内齿圈通过同步带传动机构18带动小曲柄15反转，小曲柄15反转带动配重块16反转，配重块16的惯性力与扁钢丝绳10作用在绕轮20上的力成一定的角度θ，(90°＜θ＜180°)，通过配重块16对绕轮20的变力矩做功，减小电动机11的输出功率，完成配重做功动作，实现节能的目的。

为使配重块16达到最佳作用效果，需保持配重块16与绕轮20的运动周期相同，即绕轮轴19与主轴13转速大小相同，旋转方向相反。

为消除绕轮轴19绕主轴13公转的影响，将绕轮轴19位置固定，主轴13与绕轮轴19按1∶2的传动比设计同步带传动机构18的主动带轮和行星轮系17。

为使配重块16达到最佳辅助作用，在主轴13受到扁钢丝绳10施加合力F_负载的合力矩最大时，应使配重块16的运动到离主轴13最远的端点，使此时配重块16对主轴13的力矩最大。显然，当合力F_负载同大曲柄14垂直时，主轴13所受到的力矩最大，此时小曲柄15应处在水平位置。由此可知，初始位置时，小曲柄15与大曲柄14间存在相对位置夹角经计算，(如图11所示)。将大曲柄14、小曲柄15和配重块16视为刚体，在忽略产生扭矩的情况下可以将作用在刚体力平移进行分析。配重块16产生的惯性力是由配重块16本身重力和大、小曲柄14、15旋转的切向力三个力合成得到。如图11所示的初始位置时，F₁为大曲柄14带动配重块16产生的切向力，F₂为小曲柄15带动配重块16产生的切向力，mg为配重块16自身重力。根据力的平行四边形法则得初始位置时的惯性力F_惯性，平移至绕轮轴19后记为F′_负载。同理任意时刻的惯性力(如图8所示)。

电动机11的负载取决于输出转矩，输出转矩取决于主轴转矩，主轴转矩取决于大曲柄的有效力矩，由于大曲柄长度一定，因此电动机11负载的大小直接由它作用在绕轮19上的力决定，在没有小曲柄和配重的情况下，绕轮19上的F_负载需要完全由电动机11提供的动力抵消，有小曲柄15和配重块16之后，绕轮19上的F_负载由电动机11提供的动力和小曲柄15和配重块16的重力以及运动的惯性力抵消。

抽油机抽油动作是通过绕轮19带动扁钢丝绳10实现的，因此配重块16对系统辅助做功可简化为对绕轮19做功。由于配重块16是安装在小曲柄15上做圆周运动，随着小曲柄15旋转角度的变化，配重块16与绕轮19间的有效力矩也时刻变化。在上冲程过程中，合力F_负载作用在绕轮19上的力为正向力，此过程中，电动机11通过大曲柄14作用在绕轮19上的力方向为负方向，由于配重块16提供给绕轮19部分负方向的惯性力，从而起到降低电动机11做功的目的。在下冲程过程中，合力F_负载作用在绕轮19上的力为正向力，此时电动机11通过大曲柄14作用在绕轮19上的力也为正向力，配重块16提供的负方向的惯性力可以抵消大部分合力F_负载作用力，大大减小负载力对电动机11的反作用。同时，配重块16提供的惯性力能够使绕轮顺利通过上下死点。

设计实例

以大庆某油田工作参数为例进行设计，油井具体参数为：悬点载荷：50kN；工作行程：3m；冲次：6次/min；运动周期：10s。经计算，本发明机架上两滑轮间距离为7300mm，大曲柄长度为1825mm，小曲柄长度1300mm，配种质量1158kg，所需电动机功率为4kw。目前已有的抽油机在同等工况下，根据自身结构不同，需要的电动机功率为5～18.5kw不等。因此本发明能够降低石油开采过程中的电能损耗。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。