专利名称：无梁式高效节能抽汲机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地下油气采汲设备，尤其是涉及一种无梁式高效节能抽汲机。
二背景技术：
现有的油气抽汲设备所存在的系统效率低、运行能耗高的缺陷有目共睹， 为此人们从不同角度进行了大量的研究，目前虽然在降低设备运行能耗这一局 部技术上取得了一些进展，但在如何进一步简化设备结构、强化设备设备整体 运行可靠性等关键性技术研究上却始终难以有重大突破。
三
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术中的不足之处，提供一种无梁式高效 节能抽汲机，其既适合于在孤井上独立工作，又适合于在丛式井系统中协同联 动，在有效降低系统运行能耗的同时，可显著压縮设备的制造成本、并提高系 统运行的可靠性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为
一种无梁式高效节能抽汲机，包括承载组合轮、机架、柔性件、负载平衡 重装置、动力驱动与控制单元、动力传动与换向机构、刹车装置，其特征在于: 承载组合轮由包括承载轮、平衡重轮、拖动轮在内的至少两种轮体组合构成，机架由机架主体与机架辅体构成，机架辅体包括轮体安装台，轮体安装台设在 机架主体的顶端，轮轴支座置于轮体安装台之上，承载组合轮通过轮轴安装在 轮轴支座上，柔性件由包括绳、带、链在内的至少一类构件构成，动力驱动与 控制单元包括电机与电气控制装置，电机在电气控制装置的作用下通过动力传 动机构对承载组合轮形成驱动，所述的动力传动与换向机构由包括减速装置、 联轴传动装置、带传动装置、链传动装置、齿传动装置、动滑轮装置、电机换 向装置、曲柄、连杆、柔性件在内的至少两种装置及构件组合构成，刹车装置 由包括机械刹车装置、电磁刹车装置、机电混合刹车装置在内的至少一类刹车 装置构成。
所述的抽汲机为单机单井结构或单机双井结构或多机多井结构；所述的单 机单井结构的抽汲机，其承载组合轮通过柔性件连接一套抽油杆紧固装置，负 载平衡重装置由包括吊挂平衡重装置与曲柄平衡重装置在内的至少一种平衡重 装置构成；所述的单机双井结构的抽汲机，其承载组合轮通过反向缠绕在其前 后两端的柔性件以相差180度相位角的方式分别连接两个抽油杆紧固装置；所 述的多机多井结构的抽汲机由至少两台单机通过串联式丛式井传动机构或并联 式丛式井传动机构，以相差相位角的方式相连构成。
所述的单机单井或单机双井结构的抽汲机，其承载组合轮当中的各轮体并 排置于同一轮轴上或并列置于不同的轮轴上；所述的承载轮为单轮结构或同轴 双轮结构，其轮廓为圆形或扇形或异弧形的轮体；所述的平衡重轮为单轮结构 或同轴双轮结构，其轮廓为圆形或扇形或变径曲面形的面轮或固齿轮或活齿轮 或面与齿相结合的轮体；所述的拖动轮为单轮结构或同轴双轮结构，其轮廓为 圆形或扇形或变径曲面形的面轮或固齿轮或活齿轮或面与齿相结合的轮体；承载组合轮中的各轮体为一体结构或相互独立的轮体组合或由两种合为一体的轮 体与一种独立轮体结合构成的组合结构，动力传动与换向机构中的换向装置为 机械换向装置或电气换向装置或机电协同换向装置；所述的置于同一轮轴上的 承载组合轮与机械换向装置相连构成旋转角不超过360度的包括曲柄连杆机构 或曲柄柔性件机构在内的往复运动机构，所述的一体结构的承载组合轮在受电 机换向装置控制的电机的驱动下构成旋转角大于360度的巻扬轮筒，所述的非 一体结构的承载组合轮当中的各轮体通过轮轴、柔性件、带传动装置、链传动
装置、齿传动装置当中的至少一种装置或构件相互连接。
所述的承载组合轮还包括导向轮，导向轮由前导向轮与后导向轮当中的至 少一种轮体构成；机架主体为桁架结构或立柱体结构或立管体结构或立棱体结
构；机架辅体还包括支撑辅架，支撑辅架由支架臂单独构成或由支架臂与支架 撑杆共同构成，支撑辅架通过销轴或轴承或紧固件或销轴、轴承、紧固件的相 互组合安装在机架主体或轮体安装台上；安装在单机单井结构的抽汲机上的支 撑辅架置于承载轮的前侧，前导向轮置于支撑辅架上，缠绕在承载轮上的柔性 件经前导向轮与抽油杆紧固装置连接，所述的后导向轮设置在位于平衡重轮后 侧或下端的机架上，缠绕在平衡重轮上的柔性件经后导向轮与吊挂平衡重装置 连接或组成动力传动与换向机构中的构件；安装在单机双井结构的抽汲机上的 支撑辅架分别置于机架主体的前后两侧，前、后导向轮分别安装在前后两套支 撑辅架的末端。
所述的电机为旋转电机或直线电机，旋转电机包括异步与同步旋转电机； 所述的减速装置为机械减速装置或电气减速装置或机电协同减速装置，机械减 速装置中包含有连接电机的减速装置输入轴与连接曲柄或轮轴的减速装置输出轴；动力传动与换向机构中的柔性件跟分别连接抽油杆紧固装置、吊挂平衡重 装置的柔性件各自独立的连接在承载组合轮上，或跟其中的一组柔性件合二为
所述的通过柔性件悬挂在承载组合轮上的吊挂平衡重装置由吊挂平衡重承 载机构与吊挂平衡重体组成，吊挂平衡重承载机构为腔体或支架体结构，吊挂 平衡重体由固定吊挂平衡重体、活动吊挂平衡重体当中的至少一种吊挂平衡重 体构成，所述的吊挂平衡重承载机构(24)与固定吊挂平衡重体(25)为一体结构 或相互独立结构；在吊挂平衡重装置承的侧旁设置有由防摆筘与防摆支架或防 摆滑轮与防摆滑轮轨道构成的吊挂平衡重防摆装置，其中的防摆筘或防摆滑轮 设置在吊挂平衡重承载机构或固定吊挂平衡重体上，防摆支架或防摆滑轮轨道 安装在机架主体上。
所述的在抽油杆紧固装置、吊挂平衡重装置、动力传动机构当中，至少有 一个装置及机构通过动滑轮装置与柔性件相连或其中含有动滑轮装置；动滑轮 装置缠绕在从承载组合轮悬挂下来的柔性件上或安装在曲柄上，所述的从承载 组合轮悬挂下来的柔性件的端头绕过动滑轮装置连接在机架上。
所述的两条或两条以上作用相同的柔性件的末端连接在柔性件承力平衡机 构上，柔性件承力平衡机构包括柔性件承力平衡器与柔性件承力支架，柔性件 承力平衡器为单体或复合体，单体柔性件承力平衡器的边沿部位设有至少两处 柔性件紧固装置，复合体柔性件承力平衡器由一个柔性复合平衡器与铰接在其 两侧的单体柔性件承力平衡器的组成，柔性件承力平衡器通过铰接件安装在柔 性件受力支架上。
所述的串联式丛式井传动机构由至少两台串联式丛式井传动箱与至少一根丛式井传动轴组成，关联的各单台抽汲机分别配备一台串联式丛式井传动箱， 串联式丛式井传动箱由包括串联式丛式井传动箱主动轴与串联式丛式井传动箱 联动轴在内的至少两根齿轮传动轴组成，串联式丛式井传动箱联动轴与丛式井 传动轴通过联轴传动装置相连，联轴传动装置包括具有轴向伸縮功能的万向节 或万向轴；设备运行无需电机中的转子或动子换向的多台并排相邻放置的抽汲 机通过其各自的动力传动与换向机构跟串联式丛式井传动机构相连组成串联式 丛式井载荷互平衡抽汲系统；串联式丛式井传动箱与各单台抽汲机中的减速装 置为一体结构或相互独立结构，所述的串联式丛式井传动箱与减速装置为一体 结构中的串联式丛式井传动箱主动轴和减速装置输入轴合为同轴一体结构或各 自独立通过齿轮相连，所述的相互独立结构的串联式丛式井传动箱与减速装置 之间通过带传动装置或链传动装置或齿传动装置相连；在各单台抽汲机的动力 传动与换向机构和串联式丛式井传动机构之间设置有离合装置，串联式丛式井 载荷互平衡抽汲系统采用至少一台电机通过带传动装置或链传动装置或联轴传 动装置与至少一台串联式丛式井传动箱中的串联式丛式井传动箱主动轴连接。
所述的并联式丛式井传动机构由至少两台巻扬滚筒装置与至少一根丛式井 传动轴通过联轴传动装置相连构成，关联的各单台抽汲机分别配备一台巻扬滚 筒装置，单台巻扬滚筒装置由单根传动轴与安装在单根传动轴上的单个滚筒组 成或由两根传动轴与安装在其中一根传动轴上的单个滚筒组成，所述的巻扬滚 筒装置中的各单个滚筒为等径滚筒或非等径滚筒；设备运行需要电机中的转子 或动子换向予以实现的多台相邻放置的抽汲机上的承载组合轮通过其各自动力 传动与换向机构中的柔性件跟对应的巻扬滚筒装置相连组成并联式丛式井载荷 互平衡抽汲系统；各单台抽汲机的动力传动与换向机构和并联式丛式井传动机构之间设有离合装置，并联式丛式井载荷互平衡抽汲系统采用至少一台电机通 过带传动装置或链传动装置或联轴传动装置与其中至少一台巻扬滚筒装置中的 传动轴连接。
抽汲机的系统效率低与能耗指标高的现状只所以难于得到改观，其根本原 因在于设备在运行期间的载荷是时刻变化的，而平衡配重的配置又不可能跟随 载荷的变化而形成同步变化，因此可以说抽汲机的系统效率与能耗的高低取决 于其平衡调整的好坏。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下
1、 无论是针对孤井还是针对丛式井而言，皆较常规抽汲机的吸汲效率有显 著的提高、运行能耗有大幅度的降低。
2、 促使抽油杆紧固装置做上下往复直线运动的动力驱动源不受机电种类的 限制，从而使本发明具有结构简单、平衡性能优越、制造与运行维护成本低、 安装简便等显著优势。
四
图1是本发明施例一的结构示意图； 图2是本发明附图1的A-A剖视示意图； 图3是本发明施例二的结构示意图； 图4是本发明附图3的B-B剖视示意图； 图5是本发明施例三的结构示意图； 图6是本发明附图5的俯视示意图； 图7是本发明施例四的结构示意图； 图8是本发明施例五的结构示意图；图9是本发明施例六的结构示意图； 图IO是本发明施例七的结构示意图11是本发明所涉及的柔性件承力平衡机构结构示意图； 图12是本发明施例八的结构示意图13是本发明所涉及的串联式丛式井传动箱与减速装置为一体结构的箱体 内部构造示意图14是本发明所涉及的串联式丛式井载荷互平衡抽汲系统运行状态立体效 果示意图15是本发明所涉及的并联式丛式井载荷互平衡抽汲系统运行状态示意图。
图中的数字编码分别表示1为承载轮、2为平衡重轮、3为拖动轮、4为 机架主体、5为轮体安装台、6为轮轴支座、7为减速装置、8为联轴传动装置、 9为电机、IO为电气控制装置、ll为带传动装置、12为链传动装置、13为巻扬 轮筒、14为刹车装置、15为曲柄、16为连杆、17为柔性件、18为抽油杆紧固 装置、19为前导向轮、20为曲柄平衡重装置、21为后导向轮、22为支架臂、 23为支架撑杆、24为吊挂平衡重承载机构、25为固定吊挂平衡重体、26为活 动吊挂平衡重体、27为防摆筘、28为防摆支架、29为防摆滑轮、30为防摆滑 轮轨道、31为轮轴、32为柔性件承力平衡器、33为柔性件承力支架、34为柔 性件承力平衡机构、35为柔性复合平衡装置、36为动滑轮装置、37为串联式丛 式井传动箱、38为丛式井传动轴、39为串联式丛式井传动箱主动轴、40为串联 式丛式井传动箱联动轴、41为离合装置、42为并联式丛式井巻扬滚筒装置、43 为齿传动装置、44为电机换向装置、45为减速装置输入轴、46为减速装置输出轴、47为直线电机定子、48为直线电机动子。 五具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的描述
实施例一如图l、图2所示，设备的机架主体4为桁架结构，承载组合轮 由承载轮l、平衡重轮2、拖动轮3、前导向轮19、后导向轮21等五种相互独 立的轮体共同组合构成，其中承载轮l、平衡重轮2、拖动轮3设置在同一根轮 轴31上，承载轮l为等径轮体，平衡重轮2与拖动轮3分别为曲面变径轮体， 轮轴31通过轮轴支座6固定在轮体安装台5上，承载轮1与拖动轮3皆为双轮 结构分别置于一对轮轴支座6的两侧，平衡重轮2为单轮结构居于一对轮轴支 座6的当间；支架臂22与轮体安装台5之间采用销轴连接，前导向轮19安装 在支架臂22的前端，牵引抽油杆紧固装置18的柔性件17经前导向轮19缠绕 在承载轮1上，悬挂吊挂平衡重装置的柔性件17经后导向轮21缠绕在平衡重 轮2上，动力传动与换向机构由带传动装置11、圆柱齿轮类型减速装置7、曲 柄15、连杆16及缠绕在拖动轮3上的柔性件17构成，其中缠绕在拖动轮3上 的柔性件17通过柔性件承力平衡机构34与连杆16连接；吊挂平衡重装置由支 架体结构的吊挂平衡重承载机构24与固定吊挂平衡重体25及活动吊挂平衡重 体26组成。
拖动轮3在动力传动与换向机构的驱动下，沿轮轴31以小于360度的旋转 角做往复旋转运动，从而带动与其同轴连接的承载轮l、平衡重轮2做同步旋转 运行，进而使缠绕在承载轮1与平衡重轮2上的柔性件17分别经前后导向轮带 动抽油杆紧固装置18与吊挂平衡重装置做上下往复直线运动，其中导向轮的数 量可根据实际作用取决是否与分别缠绕在承载轮l、平衡重轮2、拖动轮3上的柔性件17的数量相对应。
由于本实施例中的平衡重轮2与拖动轮3分别采用了曲面变径轮体，因此 可大幅度改善设备在运行过程中，尤其是抽油杆紧固装置18在上下行程极点处 的平衡性能，有效平抑无谓的功耗峰(谷)值。需要特别强调的是，为使曲面 变径轮体的变径作用达到最大化，在条件允许的状况下，可考虑将曲面变径轮 体与缠绕其上的柔性件17由常规的轮绳组合调换成轮带组合或齿链组合等形 式。
吊挂平衡重承载机构24选用支架体结构，则是为了方便井场操作人员能够 随时调节放置在其内的吊挂平衡重体的重量，以确保设备总是能够处在一种较 为理想的平衡状态下运行,其中的固定吊挂平衡重体25及活动吊挂平衡重体(26) 可选择以混凝土、铁屑、砂石为主要填充物的廉价材料。
为防止负载平衡重装置在上下运行过程中出现不必要的左右前后摇摆，保 证负载平衡重装置上下运行平稳，本实施例为此设计了一套由后导向轮21与防 摆筘27、防摆支架28共同构成的定向式吊挂平衡重防摆装置，其中后导向轮 21安装在平衡重轮2下端的机架上，活套在防摆支架28上的防摆筘27设置在 吊挂平衡重承载机构24的两侧，防摆支架28安装在机架上。
支架臂22与轮体安装台5之间之所以采用常规游梁式抽油机的横梁与驴头 惯用的销轴连接方式，既有简化结构方面的考虑，同时也是为了井位维修便利， 不致使安装有前导向轮19的支架臂22届时避让井口困难。当油井需要维修时， 只需松开抽油杆紧固装置18与抽油杆以及支架撑杆23与机架的连接，将安装 在支架臂22与轮体安装台5两侧中的一侧销轴拔掉取下，侧转一定角度即可实 现避让井口的目的。实施例二如图3、图4所示，设备的机架主体4采用立管辅以斜拉筋的设 计结构，其承载组合轮由设置在同一根轮轴31上的承载轮1、平衡重轮2与拖 动轮3组合构成，其中由承载轮1与平衡重轮2组成的一体结构轮体为等径轮 体，独立于一体结构轮体的拖动轮3为曲面变径轮体，轮轴31通过轮轴支座6 固定在轮体安装台5上，拖动轮3为双轮结构置于轮轴支座6的两侧， 一体结 构轮体为单轮结构居于一对轮轴支座6的当间；抽油杆紧固装置18与吊挂平衡 重装置分别通过反向缠绕的柔性件17悬挂在一体结构轮体的前后两端，曲柄15 上安装有曲柄平衡重装置20。
本实施例中的动力传动与换向机构的部件构成、吊挂平衡重装置的部件结 构、驱动抽油杆紧固装置18与吊挂平衡重装置做上下往复直线运动的原理，以 及确保负载平衡重装置平稳运行的防摆装置构造等，大致跟实施例一有雷同或 近似之处，在此不再赘述。
本实施例与实施例一的根本区别在于负载的平衡方式上，除拖动轮3依然 采用曲面变径轮体外，负载平衡重则采用曲柄平衡重装置20与吊挂平衡重装置 相结合的复合平衡重，其较采取单一的吊挂平衡重装置方式而言，对降低减速 装置7的输出净扭矩峰值进而减小电机9的功率配置更具有现实意义。
同时，曲柄15与动力传动机构中的连杆16之间的传动铰接点设在曲柄平 衡重装置20重心偏离曲柄对称中心线一定角度的位置处，以此所形成的异相曲 柄，可有效降低电机的启动峰值电流，提高电机的运行效率。
轮体安装台5与机架主体4之间采用活套结构和紧固件相结合的方式连接， 在轮体安装台5的下方铰接有安装在设备底座上的支架撑杆23，当油井需要维 修时，只需将连接轮体安装台5与机架主体4之间、支架撑杆23与设备底座之间以及抽油杆紧固装置18与抽油杆之间的连接紧固件松开，将轮体安装台5以 机架主体4为轴心，旋转一定角度即可使承载组合轮避让井口 。
实施例三如图5、图6所示，与前述实施例的不同点在于同轴的承载轮
1与平衡重轮2合二为一组合为了巻扬轮筒13，巻扬轮筒13与电机9并列置于 轮体安装台5上，牵引抽油杆紧固装置18与悬挂吊挂平衡重装置的柔性件17 分别反向缠绕在巻扬轮筒13上，减速装置7采用摆线针轮式结构，电机9与减 速装置7通过联轴传动装置8相连，减速装置输出轴46与巻扬轮筒13通过链 传动装置12相连。
设备的换向机构采用以IGBT为执行器件的电机换向装置44取代包括曲柄 连杆组合或曲柄柔性件组合在内的四连杆机械机构,并与巻扬轮筒13结合使用， 使设备的冲程长短不再受承载轮1轮径和旋转角的局限，非常适合需要长冲程 抽汲的工况。
需要说明的是，为减少设备在运行期间的故障发生率，本实施例采取了三 点措施其一，缠绕在巻扬轮筒13的柔性件7摒弃了常用的钢丝绳而采用柔韧 性与耐磨性更好的高强度纤维传动带；其二，减速装置输出轴46与巻扬轮筒13 间的相连摒弃了常用的带传动装置11而采用了同步性能好、易润滑保养及使用 寿命更长的链传动装置12;其三，为预防由于设备在运行过程中偶遇卡井等意 外故障而有可能造成电机堵转、甚至烧坏电机等故障的发生，动力驱动采用运 行效率更高、适应性能更强的同步永磁电机或开关磁阻电机，电气控制装置(IO) 中所配备的各保护器件则须满足相应的设计质量要求。
本实施例对设备冲程、冲次的调节通过类似电机无级换相技术及变频技术 等电气或电磁手段予以实现，方案中的动力驱动采用同步永磁电机或开关磁阻电机等调速电机可大幅度降低机械类减速装置的传动比，设备的刹车采用机械 刹车与电磁制动相结合的方式。
另外，本实施例还提供了 一种与前述实施例中不同的可使承载组合轮避让
井口的途径，即支架臂22与机架之间通过轴承或销轴横向连接，当油井需要维 修时，只需松开抽油杆紧固装置18与抽油杆间的连接，将支架臂22向上翘起。 这也使得以往安装在井位上的无梁式结构的抽汲机在面对修井时，所采取的措 施不再拘于一种方案可供选择。
实施例四如图7所示，本实施例与实施例二中的绝大多数部件及结构相 同，而不同点则在于动力传动与换向机构对承载组合轮的驱动方式上，本实施 例采用刚性的连杆16与承载组合轮铰接相连取代了实施例二中采用柔性件17 缠绕拖动轮的驱动方式，运用刚性连杆16对承载组合轮进行驱动可有效避免吊 挂平衡重装置有可能对井口负荷产生负平衡力，该种传动方式非常适用于设计 冲程较小或含腊量较为严重的井况。
实施例五如图8所示，本实施例与实施例三相同或相近的地方较多，其 中包括设备的机架主体4为桁架结构，同轴的承载轮1与平衡重轮2合二为 一组合为了巻扬轮筒13，牵引抽油杆紧固装置18与悬挂吊挂平衡重装置的柔性 件17分别反向缠绕在巻扬轮筒13上，减速装置7采用摆线针轮式结构，动力 驱动采用同步永磁电机或开关磁阻电机，设备冲程、冲次的调节及换向采用类 似电机无极换相技术及变频技术等电气或电磁手段，柔性件17采用柔韧性与耐 磨性均符合设计要求的合成传动带等。
本实施例与前述实施例的差异有二其一，釆用防摆滑轮29与防摆滑轮轨 道30替换掉防摆筘27与防摆支架28，以使吊挂平衡重装置在上下运行的过程中更加平稳；其二，动力传动机构不再采用传统常用的带传动方式或链传动方 式，而是将电机9与减速装置输入轴45、减速装置输出轴46与巻扬轮筒13通 过联轴传动装置8相连，采取该连接方式的最大益处是提高了机械传动效率， 其较采用带传动方式或链传动方式而言，传动故障率会更低。
实施例六如图9所示，与前述实施例的不同点在于承载轮1为独立结 构的等径轮体，而平衡重轮2与拖动轮3则组合为一体结构的偏心曲面变径轮 体，等径轮体与偏心曲面变径轮体共同安装在设置于轮体安装台5上的同一根 轮轴31上，偏心曲面变径轮体为双轮结构置于轮轴支座6的两侧，等径轮体为 单轮结构居于一对轮轴支座6的当间；缠绕在偏心曲面变径轮体上的两对柔性 件17中有一对悬挂吊挂平衡重装置，另一对则绕过安装在曲柄15上的动滑轮 装置36与机架相连。
本实施例在曲柄上设置动滑轮装置36，与实施例三和实施例五采用巻扬轮 筒13有异曲同工之处，皆是为了实现抽汲冲程能够突破承载轮1的旋转角度极 限和承载轮1的轮径设计极限而特意设置的增程装置，以使设备更适应油田的 生产需要。
由于平衡重轮2与拖动轮3为一体结构的偏心曲面变径轮体，而缠绕在该 轮体上的两对功能不同的柔性件17的用力方向又不尽相同，这就使得两对功能 不同的柔性件17在该轮体上形成的缠绕包角有所差异，进而使得两对功能不同 的柔性件17作用在该轮体上的力矩也不相同，该种结构对平抑在动力传动与换 向机构中增添了增程的动滑轮装置36而需要相应增大电机9的功率配置具有积 极效果。
实施例七如图10所示，与前述实施例的差异点在于平衡重轮2与拖动轮3合二为一组成一体结构的曲面变径轮体，承载轮1则为独立于其它轮体的 等径轮，等径轮与曲面变径轮分别安装在两根轮轴31上，两根轮轴31通过轮 轴支座6前后并列的安装在轮体安装台5上，等径轮与曲面变径轮之间通过设 置在各自轮轴31上的齿轮组成齿传动装置43相连；动力驱动则采用直线电机， 直线电机定子47设置在机架主体4的内侧，直线电机动子48设置在吊挂平衡 重承载机构24的外侧，动力传动与换向机构中的柔性件17与悬挂吊挂平衡重 装置的柔性件17合二为一；抽油杆紧固装置18通过动滑轮装置36与从承载组 合轮前端悬挂下来的柔性件17相连。
直线电机按电气控制装置10中所设定的冲程、冲次等参数程序通过对负载 平衡重装置进行驱动进而带动抽油杆紧固装置18上下往复运行。
本实施例将与承载轮1同轴的传动齿轮的轮径设计得相对小一些，而将与 曲面变径轮体同轴的传动齿轮的轮径设计得则相对大一些，这样的结构设计可 以使曲面变径轮体的旋转角大大低于承载轮1的旋转角，在增大抽油杆紧固装 置18行程的同时，又能确保曲面变径轮体应起的平衡变径功能不会有丝毫的减 弱，因此该结构设计较现已公知的采用等径结构的平衡重轮会更加节能。
另外，本实施例还一改原本采用柔性件17与抽油杆紧固装置18直接相连 的连接方式，而在在抽油杆紧固装置18与柔性件17之间加设了一组动滑轮装 置36，其目的也同样是基于提升抽油杆紧固装置18会比较省力的考虑。
如图11所示的是一个由复合体柔性件承力平衡器与柔性件受力支架33相 铰接构成的柔性件承力平衡机构34的结构示意图。通常情况下，由于制造误差、 安装误差等原因，不可能使同一设备中两条作用相同的柔性件17的受力达到均 衡，这就势必会造成原本由两条柔性件17共同承受的力量由于其松紧不一而产生受力不均，易造成其中一条受力过大的柔性件17提前断裂。本发明所述的柔 性件承力平衡机构34正是为使两条或两条以上作用相同的柔性件17承力实现 均衡而设计的。图中所示的柔性件承力平衡机构34设置在如附图1、附图2、 附图9中所示的动力传动与换向机构中的柔性件17的末端，长条状的柔性复合 平衡装置35的中间部位与柔性件受力支架33相铰，其两侧分别铰接有单体柔 性件承力平衡器32，在每个单体柔性件承力平衡器32的侧端又各自连接有两条 柔性件17;该种结构设计可使两条作用相同的柔性件17能够在较小的调节范围 内，通过柔性件承力平衡机构34与柔性件受力支架33在铰接点处的角度偏转 实现相互间的受力均衡分配。
实施例八如图12所示，本实施例为单机双井结构的抽汲机，尤其是在涉 及动力驱动方式、动力传动与换向手段以及巻扬轮筒13的结构等方面，其与实 施例三与实施例五有不少相同或相近之处。而其与前述实施例的不同之处在于 轮体安装台5前后两侧分别安装两个支撑辅架，前导向轮19与后导向轮21分 别安装在两个支撑辅架的稍端，置于机架前后两侧的两个抽油杆紧固装置18通 过柔性件17以相差180度相位角的方式反向缠绕在巻扬轮筒13上。本实施例 运用置于机架前后两侧的两个抽油杆紧固装置18在上下冲程时所产生的悬点载 荷差值作为平衡手段，可实现一机双抽，达到省材节能的目的。为防止置于机 架前后两侧的两个抽油杆紧固装置18上的负载差异较大，而对节能效果产生影 响，可在巻扬轮筒13负荷较轻的一侧悬挂一定重量的吊挂平衡重。
如图13所示的是本发明所涉及的串联式丛式井传动箱37与减速装置7为 一体结构的箱体内部构造示意图。图中，串联式丛式井传动箱主动轴39与减速 装置输入轴45合二为一构成一体结构，传动轴由包括串联式丛式井传动箱主动轴39与减速装置输入轴45合二为一构成的一体轴、串联式丛式井传动箱联动 轴40、减速装置输出轴46在内的至少三根传动轴组成，由串联式丛式井传动箱 主动轴39与减速装置输入轴45合二为一构成的一体轴的两端分别安装带传动 轮与刹车轮，减速装置输出轴46的侧端安装曲柄15，串联式丛式井传动箱联动 轴40用于连接丛式井传动轴38，在串联式丛式井传动箱主动轴39与减速装置 输入轴45合二为一构成的一体轴和串联式丛式井传动箱联动轴40之间设置有 离合装置41。
图14是本发明所涉及的串联式丛式井载荷互平衡抽汲系统运行状态立体效 果示意图。图中，各单井抽汲机并排安装在各井位上，每台单井抽汲机配置一 台串联式丛式井传动箱37，各单井抽汲机通过丛式井传动轴38以相差一定相位 角的方式将各串联式丛式井传动箱37连接构成一个整体，其中，丛式井传动轴 38选用具有较强抗扭转结构的诸如钢管、工字钢、棱形钢等之类的管材或型材， 连接丛式井传动轴38与串联式丛式井传动箱联动轴40的联轴传动装置8选择 具有一定轴向伸縮和转角偏移功能的万向联轴器及其类似部件。电机9通过对 系统中的一台串联式丛式井传动箱37当中的串联式丛式井传动箱主动轴39进 行驱动，进而带动与串联式丛式井传动箱联动轴40串联的丛式井传动轴38旋 转，并由此带动整个系统中的各单井抽汲机正常工作。
为使系统内各单井抽汲机间的动势能转换利用率达到最大化，操作人员在 对系统的平衡状态做调节时，应遵循对各单井抽汲机上的诸平衡重体以尽可能 小的重量进行配置的原则，以使系统内的一部分单井抽汲机在将其下行程的悬 点势能最大限度的传递给丛式井传动轴38的同时，另一部分单井抽汲机则能从 丛式井传动轴38上吸收足够其上行程的悬点动能，以此大幅度降低设备在油液抽汲过程中的能耗浪费。
为避免系统中的单机因故发生停机将会导致整个系统都一同处于停机状态 而直接影响生产状况的发生，本发明采用在各单台抽汲机的动力传动与换向机
构和串联式丛式井传动机构之间设置离合装置41的方式很好的解决了此类难 题。当系统中的个别单井抽汲机退出系统后，井场看护人员只需对系统内的其 它单井抽汲机的诸平衡重的重量及相位角等参数做适当调整即可迅速恢复业已 被打破的系统平衡。另外，对从系统分离出来确已不适宜在系统内联动运行的 单井抽汲机，只需在其减速装置输入轴45上连接上电机9就可恢复正常的运行。
图15是本发明所涉及的并联式丛式井载荷互平衡抽汲系统运行状态示意 图。并联式丛式井传动机构由多台巻扬滚筒装置42通过丛式井传动轴38连接 构成，电机9通过对并联式丛式井传动机构中的一台巻扬滚筒装置42的传动轴 进行驱动，进而带动整个系统中的各单井抽汲机运行。
系统中的单台抽汲机的数量配置一般为偶数，如遇各单台抽汲机间的悬点 负荷悬殊较大等特殊情况，系统中的单台抽汲机的数量配置也可为奇数；通常 情况下，按各单台抽汲机悬点负荷之和相近的原则，将系统中的各单台抽汲机 分成两组，其中一组的单台抽汲机跟另外一组的单台抽汲机以相差180度相位 角的方式，通过各自动力传动与换向机构中的柔性件17分别缠绕在其对应的巻 扬滚筒装置42上；该种结构设计巧妙的运用了系统内各单台设备在上下冲程时 所产生的悬点载荷差值作为平衡手段，以此实现动能与势能在设备运行过程中 的动态互补，使系统效率得到了极大的改善，动力驱动的输出功率得以大大降 低。
系统中各单台抽汲机的冲程大小取决于各自所配巻扬滚筒装置42的筒径大小，可根据井况进行调整。
系统在平衡配置上，以及在其并联式丛式井传动机构跟各单台抽汲机的动
力传动与换向机构之间所设离合装置41的作用和操作方法上，与前述的串联式 丛式井载荷互平衡抽汲系统大致相同或近似，在此不再赘述。
上述实施例，仅对本发明权利要求项中的一些具有明显特征的技术方案进 行了有限的诠释。在实际应用中，对各实施例中凡涉及明显特征功能和作用的 装置、机构、部件、技术以及不对其它尚在有效保护期内的专利构成侵权的措 施，均可根据现场的实际井况互为替用或相互组合或做相应的增减调整。
本发明的保护范围将不受上述实施例缺述、附图缺画或所示附图具体形状 与结构的限制，所有在本发明实施例中已展示的实施方案以及依据本发明的实 质技术对上述实施例所做的任何简单修饰或改变，均属本发明的技术方案的保 护之列。如为使系统启动平稳，可在系统中添置软启动装置；另外再如为 防止人或畜在系统运行时进入丛式井传动轴的旋转区域发生意外，可在丛式井 串联轴周围设置标识有明显安全警示标志的全封闭防护栏或在系统中单独采用 电气制动技术。又如曲柄可选择使用已公知的异相曲柄。还如为防止配置 在设备中的柔性件出现断裂，从而有可能造成作用在承载组合轮上的负荷或负 载平衡重装置瞬间失重，导致其自由下滑发生不测，可考虑在负载平衡重装置 的上方及下方分别设置一套机械缓冲限位装置与一套安全防撞缓冲机构。
权利要求
1、一种无梁式高效节能抽汲机，包括承载组合轮、机架、柔性件(17)、负载平衡重装置、动力驱动与控制单元、动力传动与换向机构以及刹车装置(14)，其特征在于承载组合轮为包括承载轮(1)、平衡重轮(2)、拖动轮(3)在内的至少两种轮体组合构成，机架由机架主体(4)与机架辅体构成，机架辅体包括轮体安装台(5)，轮体安装台(5)设在机架主体(4)的顶端，轮轴支座(6)置于轮体安装台(5)之上，承载组合轮通过轮轴(31)安装在轮轴支座(6)上，柔性件(17)由绳、带、链中的至少一类构件构成，动力驱动与控制单元包括电机(9)与电气控制装置(10)，电机(9)在电气控制装置(10)的作用下通过动力传动与换向机构对承载组合轮形成驱动，所述的动力传动与换向机构由减速装置(7)、联轴传动装置(8)、带传动装置(11)、链传动装置(12)、齿传动装置(43)、动滑轮装置(36)、电机换向装置(44)、曲柄(15)、连杆(16)、柔性件(17)中的至少两种装置及构件组合构成，所述的刹车装置(14)为包括机械刹车装置、电磁刹车装置、机电混合刹车装置在内的至少一类刹车装置构成。
2、根据权利要求1所述的无梁式高效节能抽汲机，其特征在于抽汲机为单机单井结构或单机双井结构或多机多井结构；所述的单机单井结构的抽汲机的承载组合轮通过柔性件(17)连接一套抽油杆紧固装置(18)，其负载平衡重装置为包括吊挂平衡重装置与曲柄平衡重装置(20)在内的至少一种平衡重装置构成；所述的单机双井结构的抽汲机的承载组合轮通过反向缠绕在其前后两端的柔性件(17)以相差180度相位角的方式分别连接两个抽油杆紧固装置(18);所述的多机多井结构的抽汲机由至少两台单机通过串联式丛式井传动机构或并联式丛式井传动机构以相差相位角的方式相连构成。
3、根据权利要求2所述的无梁式高效节能抽汲机，其特征在于单机单 井或单机双井结构的抽汲机的承载组合轮中的各轮体并排置于同一轮轴(31)上 或并列置于不同的轮轴(31)上；所述的承载轮(l)为单轮结构或双轮结构，其轮廓 为圆形或扇形或异弧形的轮体；所述的平衡重轮(2)为单轮结构或双轮结构，其 轮廓为圆形或扇形或变径曲面形的面轮或固齿轮或活齿轮或面与齿相结合的轮 体；所述的拖动轮(3)为单轮结构或双轮结构，其轮廓为圆形或扇形或变径曲面 形的面轮或固齿轮或活齿轮或面与齿相结合的轮体；承载组合轮中的各轮体为 一体结构或相互独立的轮体组合或由两种合为一体的轮体与一种独立轮体结合 构成的组合结构，动力传动与换向机构中的换向装置为机械换向装置或电气换 向装置或机电协同换向装置；所述的置于同一轮轴(31)上的承载组合轮与机械换 向装置相连构成旋转角不超过360度的包括曲柄连杆机构或曲柄柔性件机构在 内的往复运动机构，所述的一体结构的承载组合轮在受电机换向装置(44)控制的 电机(9)的驱动下构成旋转角大于360度的巻扬轮筒(13)，所述的非一体结构的承 载组合轮当中的各轮体通过轮轴(31)、柔性件(17)、带传动装置(ll)、链传动装 置(12)、齿传动装置(43)当中的至少一种装置或构件相互连接。
4、根据权利要求3所述的无梁式高效节能抽汲机，其特征在于承载组合 轮还包括导向轮，导向轮由前导向轮(19)与后导向轮(21)当中的至少一种轮体构 成；机架主体(4)为桁架结构或立柱体结构或立管体结构或立棱体结构；机架辅 体还包括支撑辅架，支撑辅架由支架臂(22)单独构成或由支架臂(22)与支架撑杆 (23)共同构成，支撑辅架通过销轴或轴承或紧固件或销轴、轴承、紧固件的相互 组合安装在机架主体(4)或轮体安装台(5)上；安装在单机单井结构的抽汲机上的支撑辅架置于承载轮(l)的前侧，前导向轮(19)置于支撑辅架上，缠绕在承载轮(l) 上的柔性件(17峰前导向轮(19)与抽油杆紧固装置(18)连接；所述的后导向轮(21) 设置在位于平衡重轮(2)后侧或下端的机架上，缠绕在平衡重轮(2)上的柔性件(17) 经后导向轮(21)与吊挂平衡重装置连接或组成动力传动与换向机构中的构件；安 装在单机双井结构的抽汲机上的支撑辅架分别置于机架主体(4)的前后两侧，前 导向轮(19)与后导向轮(21)分别安装在前后两套支撑辅架的末端。
5、 根据权利要求4所述的无梁式高效节能抽汲机，其特征在于所述的电 机(9)为旋转电机或直线电机，旋转电机包括异步旋转电机与同步旋转电机；所 述的减速装置(7)为机械减速装置或电气减速装置或机电协同减速装置，机械减 速装置(7)中含有连接电机(9)的减速装置输入轴(45)与连接曲柄(15)或轮轴(31)的 减速装置输出轴(46);动力传动与换向机构中的柔性件(17)跟分别连接抽油杆紧 固装置、吊挂平衡重装置的柔性件(17)各自独立的连接在承载组合轮上，或与其 中的一组柔性件(17)合二为一 。
6、 根据权利要求4所述的无梁式高效节能抽汲机，其特征在于通过柔性 件(17)悬挂在承载组合轮上的吊挂平衡重装置由吊挂平衡重承载机构(24)与吊挂 平衡重体组成，吊挂平衡重承载机构(24)为腔体或支架体结构，吊挂平衡重体由 固定吊挂平衡重体(25)、活动吊挂平衡重体(26)当中的至少一种吊挂平衡重体构 成，所述的吊挂平衡重承载机构(24)与固定吊挂平衡重体(25)为一体结构或相互 独立结构；在吊挂平衡重装置承的侧旁设置有由防摆筘(27)与防摆支架(28)或防 摆滑轮(29)与防摆滑轮轨道(30)构成的吊挂平衡重防摆装置，其中的防摆筘(27) 或防摆滑轮(29)设置在吊挂平衡重承载机构(24)或固定吊挂平衡重体(25)上，防 摆支架(28)或防摆滑轮轨道(30)安装在机架主体(4)上。
7、 根据权利要求5所述的无梁式高效节能抽汲机，其特征在于在抽油杆紧固装置(18)、吊挂平衡重装置或动力传动与换向机构当中，至少有一个装置 及机构通过动滑轮装置(36)与柔性件(17)相连或其中含有动滑轮装置(36);动滑 轮装置(36)缠绕在从承载组合轮悬挂下来的柔性件(17)上或安装在曲柄(15)上， 所述的从承载组合轮悬挂下来的柔性件(17)的端头绕过动滑轮装置(36)连接在 机架上。
8、 根据权利要求5所述的无梁式高效节能抽汲机，其特征在于两条或两 条以上功能相同的柔性件(l7)的末端连接在柔性件承力平衡机构(34)上，柔性件 承力平衡机构(34)包括柔性件承力平衡器(32)与柔性件承力支架(33),柔性件承 力平衡器(32)为单体或复合体，单体柔性件承力平衡器的边沿部位设有至少两 处柔性件紧固装置，复合体柔性件承力平衡器由一个柔性复合平衡器(35)与铰 接在其两侧的单体柔性件承力平衡器组成，柔性件承力平衡器(32)通过铰接件 安装在柔性件受力支架(33)上。
9、 根据权利要求6、 7或8所述的无梁式高效节能抽汲机，其特征在于 串联式丛式井传动机构由至少两台串联式丛式井传动箱(37)与至少一根丛式井 传动轴(38)组成，关联的各台单机分别配备一台串联式丛式井传动箱(37)，串联 式丛式井传动箱(37)为包括串联式丛式井传动箱主动轴(39)与串联式丛式井传 动箱联动轴(40)在内的至少两根齿轮传动轴组成，串联式丛式井传动箱联动轴 (40)与丛式井传动轴(38)通过联轴传动装置(8)相连，联轴传动装置(8)包括具有 轴向伸縮功能的万向节或万向轴；设备运行无需电机(9)中的转子或动子换向的 多台并排相邻放置的单机通过其各自的动力传动与换向机构跟串联式丛式井传 动机构相连组成串联式丛式井载荷互平衡抽汲系统；串联式丛式井传动箱(37)与各单台抽汲机中的减速装置(7)为一体结构或相互独立结构，所述的串联式丛 式井传动箱(37)与减速装置(7)为一体结构中的串联式丛式井传动箱主动轴(39) 和减速装置输入轴(45)合为同轴一体结构或各自独立通过齿轮相连，所述的相 互独立结构的串联式丛式井传动箱(37)与减速装置(7)之间通过带传动装置(11) 或链传动装置(12)或齿传动装置(43)相连；在各单机的动力传动与换向机构和串 联式丛式井传动机构之间设置有离合装置(41)，串联式丛式井载荷互平衡抽汲 系统采用至少一 台电机(9)通过带传动装置(11)或链传动装置(12)或联轴传动装 置(8)与至少一台串联式丛式井传动箱(37)中的串联式丛式井传动箱主动轴(39) 连接。
10、根据权利要求6、 7或8所述的无梁式高效节能抽汲机，其特征在于 并联式丛式井传动机构由至少两台巻扬滚筒装置(42)与一根丛式井传动轴(38) 通过联轴传动装置(8)相连构成，关联的各台单机分别配备一台巻扬滚筒装置 (42)，单台巻扬滚筒装置(42)由单根传动轴与安装在单根传动轴上的单个滚筒组 成或由两根传动轴与安装在其中一根传动轴上的单个滚筒组成，所述的巻扬滚 筒装置(42)中的各单个滚筒为等径滚筒或非等径滚筒；设备运行需要电机(9)中 的转子或动子换向的多台相邻放置的抽汲机上的承载组合轮通过其各自动力传 动与换向机构中的柔性件(17)跟对应的巻扬滚筒装置(42)相连组成并联式丛式 井载荷互平衡抽汲系统；各单台抽汲机的动力传动与换向机构和并联式丛式井 传动机构之间设有离合装置(41)，并联式丛式井载荷互平衡抽汲系统采用至少 —台电机(9)通过带传动装置(11)或链传动装置(12)或联轴传动装置(8)与其中至 少一台巻扬滚筒装置(42)中的传动轴连接。
全文摘要
本发明涉及一种既适合于在孤井上独立工作，又适合于在丛式井系统中协同联动的无梁式高效节能抽汲机，其含有承载组合轮、负载平衡重装置、动力驱动与控制单元，承载组合轮由包括承载轮、平衡重轮、拖动轮在内的至少两种轮体组合构成，负载平衡重装置由包括吊挂平衡重装置与曲柄平衡重装置在内的至少一种平衡重装置构成，驱动抽油杆紧固装置做上下往复直线运动的动力源不受机电种类的限制，具有结构简单、平衡性能优越、系统运行效率高、制造与运行维护成本低、安装简便，且节能效果十分显著等诸多优点。
文档编号E21B43/00GK101539003SQ20091002226
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者庞超乾, 张保国, 杨武成 申请人:张保国