专利名称：长冲程抽油机的动能平衡装置的制作方法
技术领域：
长冲程抽油机因其具有效率高、适合深井抽油和稠油开采等优点，在国内外引起广泛关注。一般长冲程抽油机均采用重力平衡，即用平衡重块的重力来平衡抽油杆的重力。其优点是原理简单、直观、易于达到较理想的平衡状态。但重力平衡却有以下不足1)现场安装、调整麻烦。特别是当出现意外事故平衡重与抽油杆间的连接或抽油杆本身拉断时，重新使系统恢复工作困难；2)安全性差。因平衡重一般为2t-8t，并以行程6m-8m作上下往复运动。而平衡重与抽油杆间的连接或抽油杆本身被拉断，一般均发生在平衡重处于上行程终点处，此时平衡重将以自由落体运动方式下降，极易造成设备事故及人员伤亡。
本实用新型的目的是提供一种运行安全可靠，安装、维护方便的长冲程抽油机的动能平衡装置，以取代原长冲程抽油机的重力平衡系统。
本实用新型的长冲程抽油机的动能平衡装置，包括由固定飞轮8、12和可调飞轮6、7、13、14组成的等直径飞轮卷筒轴10，一个卷筒轴2其直径可以是沿轴向变化的，也可以是等直径的；绕性件4的一端固定在等直径飞轮卷筒轴10上，另一端固定在卷筒轴2上；所述的卷筒轴2的直径是沿轴向变化的，其外表面开有螺旋线凹槽，其直径由两端到中间越来越大、也可以是两端到中间越来越小，或者从一端到另一端越来越大，在直径沿轴向变化的卷筒轴2上使用的绕性件4的截面形状可以是圆形的，也可以是梯形的，其根数为1-2条，在等直径卷筒轴16上使用的绕性件的截面形状为矩形截面，其数量为1条。
当抽油杆在上极限位置时，绕性件的大部分绕在飞轮卷筒轴上，只有一小部分绕在卷筒轴的螺旋线凹槽内，绕性件的这部分长度用于适应抽油杆冲程长度的调整。抽油杆从上极限位置靠自重实现下冲程，抽油杆的向下运动通过传动系统带动卷筒轴旋转，此卷筒轴每旋转一圈，绕性件就在其上多缠一圈。绕性件拉飞轮卷筒旋转，以从飞轮卷筒上放出绕性件。由于绕性件在卷筒轴上缠绕的直径是逐渐增大的，而飞轮卷筒的直径不变(或逐渐减小)，故飞轮的转速逐渐增加，其吸收的动能逐渐增多。即抽油杆从上极限位置下降到下极限位置所释放出的全部重力势能都将转变为飞轮的转动动能。在抽油杆下降过程中，原动机(如电机)也做功，用于补偿抽油杆重力势能的不足，即当抽油杆到达下极限位置时，飞轮储存的转动动能大于抽油杆在此过程中所释放出的重力势能，此超出部分是由原动机的输出功所提供的。
当抽油杆到达下极限位置时，原动机反转通过传动系统拉抽油杆上行。此时绕性件刚好从飞轮卷筒上全部放完，由于飞轮的惯性，它将保持继续高速同向旋转，则绕性件将沿着与原来相反的方向重新缠绕在飞轮卷筒上。在飞轮惯性力作用下，绕性件将拉卷筒轴反向旋转。若飞轮卷筒等速旋转，则卷筒轴将加速旋转。由于抽油杆上行速度不变，故飞轮转速将逐渐下降，从而释放出它在抽油杆下冲程时所吸收的转动动能。这样有助于减少原动机的输出功率。
附图与实施例
图1是具有变直径卷筒轴的长冲程抽油机动能平衡装置示意图。
图2是具有等直径卷筒的长冲程抽油机动能平衡装置示意图。
图3、图4、图5、图6是具有变直径卷筒轴的长冲程抽油机动能平衡装置工作过程原理图。
图7是具有等直径卷筒轴的长冲程抽油机动能平衡装置工作原理图。
图8是长冲程抽油机动能平衡装置变直径卷筒轴示意图。
图9是长冲程抽油机动能平衡装置的一个实施例。
图10是长冲程抽油机动能平衡装置的另一个实施例。
图11是
图10的B向视图。
图1是具有变直径卷筒轴的长冲程抽油机动能平衡装置示意
图1、3、9、11是支座，2是变直径且其上开有螺旋线形半圆柱凹槽的卷筒轴，4、5是绕性件，10是飞轮轴上的等直径卷筒，8、12是固定飞轮，6、7、13、14是可调飞轮，用以调整飞轮总转动惯量的大小。15是传动件(可以是齿轮、链轮、带轮、联轴器或其它传动件)，15可以只在单侧有，也可以在卷筒轴2两端各有一个，或安装在卷筒轴2的中间位置。绕性件4、5的一端与飞轮卷筒10固联，另一端在卷筒轴2的螺旋线凹槽内缠绕若干圈后固定在其最小直径处。当抽油杆处在上极限位置时，绕性件4、5的大部分缠绕在飞轮卷筒10上，卷筒轴2上只有一小部分(这部分用于适应抽油杆冲程长度的调整)，抽油杆开始下降，通过传动系统和传动件15带动卷筒轴2旋转，绕性件4、5边往卷筒轴2的凹槽内缠绕边拉飞轮卷筒10旋转，以从飞轮卷筒10上放出绕性件，故飞轮随同卷筒轴2旋转。由于卷筒2是变直径的，绕性件越绕直径越大，故飞轮将加速旋转(可以是等加速旋转，亦可以是变加速旋转)。抽油杆从上极限位置到下极限位置，卷筒轴2和飞轮卷筒10的工作过程如图3、4、5、6所示。图3为抽油杆处于上极限位置，图4是抽油杆处在下冲程过程中，图5是抽油杆处于下极限位置时，此时卷筒轴2停止旋转，而飞轮卷筒10由于飞轮的惯性作用仍按原方向高速旋转，图6表示由于飞轮惯性作用使绕性件在飞轮卷筒10上重新反向缠绕拉卷筒轴2反向旋转，从而拉抽油杆上行的过程。
图2是具有等直径卷筒的长冲程抽油机动能平衡装置示意
图16是等直径卷筒轴，17是具有一定截面形状的胶带(可以是普通平皮带，也可以是钢芯胶带)。胶带两端分别与卷筒轴16、飞轮卷筒10固联，并分别在其上缠绕若干圈。当抽油杆处于上极限位置时，胶带的大部分绕在飞轮卷筒10上，只有一小部分绕在卷筒轴16上(此部分用于适应抽油杆冲程长度的调整)，抽油杆开始下降，通过传动系统和传动件15带动卷筒轴16旋转，从而使飞轮卷筒10旋转，而使飞轮旋转。由于胶带具有一定厚度，所以胶带在卷筒16上越绕直径越大，而飞轮卷筒10越放胶带直径越小，所以飞轮卷筒10转速越来越高，飞轮储存的动能越来越大，即在抽油杆从上极限位置下降到下极限位置的过程中所释放出的全部重力势能都将转变成飞轮的转动动能。当然飞轮还将储存一部分原动机的输出功。图7是抽油杆下冲程过程中两卷筒工作原理图。
图9是长冲程抽油机动能平衡装置的一个具体实施例抽油杆18通过悬带器19与前带20联在一起，前带20的另一端绕过前天车轮23固定在卷筒27上，并在其上缠绕若干圈。后带25的一端固定在变直径卷筒2上并在其上缠绕若干圈，另一端绕过后天车轮24固定在卷筒27上，并在其上缠绕若干圈(见图8)。22是支座，21是框架。当抽油杆下冲程时，卷筒27逆时针旋转，抽油杆18下降，后带25拉变直径卷筒2顺时针旋转，通过绕性件带动飞轮卷筒10加速顺时针旋转，从而将抽油杆下降释放出的重力势能转变成飞轮的转动动能，以达到平衡抽油杆重力势能的目的。
图10是长冲程抽油机动能平衡装置的另一个具体实施例，
图11是
图10的B向视图抽油杆18通过悬带器19与带28(两根)的一端联在一起，带28的另一端绕过天车轮29固定在卷筒30上，并在其上缠绕若干圈。36是电动机，35、37是带轮，34、33、38、39是齿轮，32、40是联轴器。下冲程时，电机36正转，通过带轮35、37，齿轮38、34、39、33带动卷筒30顺时针旋转，抽油杆下降，同时变直径卷筒轴2逆时针旋转，使飞轮卷筒10连同飞轮一起加速旋转，飞轮的加速旋转将平衡抽油杆的重力。当抽油杆到达下极限位置时，卷筒轴2、绕性件4，5、飞轮卷筒10所处状态如图5所示，上冲程时，电机36反转，通过带轮及传动齿轮使卷筒30逆时针旋转，拉抽油杆上行，同时飞轮及飞轮卷筒10高速逆时针旋转，带动变直径卷筒2顺时针旋转。因抽油杆上升速度主要取决于电机36的转速及从电机36到卷筒30之间的传动比，故抽油杆上升速度基本恒定，而飞轮卷筒10若等速旋转，则变直径卷筒轴2将加速旋转，由于抽油杆是等速的，故飞轮的转速将不断下降，从而不断释放出动能，使电机在抽油杆上冲程的输出功率得到减小。
本实用新型亦可用于链式长冲程抽油机、增距式长冲程抽油机和低矮式长冲程抽油机等。
权利要求1.一种长冲程抽油机的动能平衡装置，其特征在于绕性件(4，5)的一端固定在卷筒轴2上，另一端固定在等直径飞轮卷筒10上，所述卷筒轴2的直径可以是沿轴向变化的，也可以是等直径的，其端部有传动件15(或40)以传入抽油机的动力和运动；直径沿轴向变化的卷筒轴2的外表面开有螺旋凹槽。
2.根据权利要求1所述的动能平衡装置，其特征在于等直径飞轮卷筒10的两端有固定飞轮8、12和可调飞轮6、7、13、14。
3.根据权利要求1所述的动能平衡装置，其特征在于变直径卷筒轴2的直径由两端到中间越来越大，也可以由两端到中间越来越小，或者从一端到另一端越来越小。
4.根据权利要求1、3所述的动能平衡装置，其特征在于在变直径卷筒轴2上使用的绕性件(4，5)的截面形状是圆形的，也可以是等腰梯形的，其数量为1-2条。
5.根据权利要求1、3所述的动能平衡装置，其特征在于在等直径卷筒轴16上使用的绕性件17的截面形状为矩形，其数量为1条。
专利摘要本实用新型公开了一种用于长冲程抽油机的动能平衡装置。它由一个变直径卷筒轴,一个等直径飞轮卷筒,若干个固定飞轮及可调飞轮,一个(或两个)两端分别固定在两个卷筒上的绕性件组成。该装置能将抽油杆下降过程中所释放出来的重力势能转变成飞轮的转动动能,并在抽油杆上冲程时逐渐将其吸收的动能释放出来,达到既平衡抽油杆重力,又减小电机输出功率的目的。其突出优点是:安全、可靠,维护、调整方便,并使整个抽油机外形美观,安全感强。
文档编号F04B47/00GK2443168SQ00251838
公开日2001年8月15日 申请日期2000年9月26日 优先权日2000年9月26日
发明者刘喜平 申请人:燕山大学