驅(qū)動(dòng)裝置上置塔架式抽油機(jī)設(shè)計(jì)

于牧冰

（中國(guó)石油大學(xué) 華東機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266580）

塔架式抽油機(jī)是一種新型無(wú)游梁抽油機(jī)，在保持高可靠性的前提下，具有調(diào)節(jié)參數(shù)方便、短沖程、大負(fù)荷、小體積、節(jié)約占地，以及節(jié)電效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。塔架式抽油機(jī)采用金屬鋼架塔式結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制系統(tǒng)控制開(kāi)關(guān)磁組電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)換向，帶動(dòng)減速器、聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)卷筒，使卷筒釋放、纏繞驅(qū)動(dòng)帶實(shí)現(xiàn)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到抽吸效果。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，塔架式數(shù)控抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)適應(yīng)油田開(kāi)發(fā)的需要，操控簡(jiǎn)單，解決了傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)效率低、能耗高和調(diào)整參數(shù)復(fù)雜等問(wèn)題，收到了理想的應(yīng)用效果。本設(shè)計(jì)力求在石油開(kāi)采方面最大限度地改進(jìn)并設(shè)計(jì)出相對(duì)可靠、高效率的采油裝置。

1 塔架式抽油機(jī)綜述

（1）抽油機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀。抽油機(jī)是石油開(kāi)采的主要設(shè)備，并可以按程序指令，準(zhǔn)確的完成抽油工作，并接按指令完成上沖程、下沖程的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此，塔架式抽油機(jī)不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的抽油機(jī)構(gòu)，而是能夠按程序運(yùn)作的一個(gè)精確機(jī)構(gòu)。我國(guó)現(xiàn)有6大類共45種新型抽油機(jī)，十多種新試制抽油機(jī)，基本滿足了陸地油田開(kāi)采的需要。各種新型節(jié)能游梁式抽油機(jī)如雙驢頭式抽油機(jī)、前置式抽油機(jī)、異相曲柄平衡抽油機(jī)、前置式氣平衡抽油機(jī)、下偏杠鈴系列節(jié)能抽油機(jī)和用窄V形帶傳動(dòng)的常規(guī)抽油機(jī)等均已在全國(guó)各個(gè)油田推廣應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）塔架式抽油機(jī)研究概述。塔架式抽油機(jī)應(yīng)用十分廣泛，塔架式抽油機(jī)塔架式抽油機(jī)通過(guò)變頻控制器控制電機(jī)直接帶動(dòng)抽油桿進(jìn)行上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到往復(fù)抽油目的。主要結(jié)構(gòu)：電動(dòng)機(jī)，承載桁架，拖動(dòng)抽油桿的皮帶和懸繩器，平衡塊，剎車裝置，電機(jī)控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件少，易實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程，易維護(hù)。運(yùn)行模式：抽油機(jī)可“上快下慢”、“上慢下快”、“上下同速”和“換向時(shí)停滯間抽”四種運(yùn)動(dòng)模式，沖次可無(wú)級(jí)調(diào)整至0.1次/min。易實(shí)現(xiàn)智能化控制：繩桿同步；不停機(jī)；泵排量于地層供液量匹配。桿管磨損輕，承受動(dòng)載小。電動(dòng)機(jī)通過(guò)無(wú)觸點(diǎn)換向開(kāi)關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)減速機(jī)帶動(dòng)摩擦驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。光桿通過(guò)四根鋼絲繩與配重箱連接，鋼絲繩直接搭在摩擦輪上，通過(guò)鋼絲繩與摩擦輪之間的摩擦力，帶動(dòng)抽油光桿上、下運(yùn)動(dòng)來(lái)抽汲井液。根據(jù)載荷的大小調(diào)節(jié)配重鐵，以調(diào)節(jié)摩擦輪兩端拉力差，做到精確平衡。沖程、沖次的調(diào)整，通過(guò)智能控制箱輸入所需數(shù)碼即可實(shí)現(xiàn)智能調(diào)參。電動(dòng)機(jī)換向智能抽油機(jī)是機(jī)電一體化、高效節(jié)能產(chǎn)品。采用智能模擬及數(shù)字混合控制；摩擦輪傳動(dòng)作為工作機(jī)構(gòu)，機(jī)械傳動(dòng)路線短，傳動(dòng)效率高；沖程、沖次可獨(dú)立進(jìn)行無(wú)級(jí)智能調(diào)參，光桿上行及下行速度可實(shí)現(xiàn)分別控制，能夠適合各種油質(zhì)的采吸。但該機(jī)由于受需用最大拉力差的限制，因而在廣泛推廣使用上受到一定限制。

圖1 電動(dòng)機(jī)換向智能抽油機(jī)

2 塔架式抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案擬定

正反轉(zhuǎn)電機(jī)輸出功率通過(guò)皮帶式聯(lián)軸器傳遞給減速器，加速器經(jīng)過(guò)29倍減速通過(guò)聯(lián)軸器傳遞給傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置由卷筒和鋼絲繩組成，卷筒選用橡膠襯，通過(guò)螺栓將橡膠襯固定在卷筒上。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最左端安裝檢測(cè)裝置，檢測(cè)器與軸端脫離時(shí)抽油機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)斷電，以防止由軸位偏移引起的事故。主要參數(shù)要求如表1所示。

表1 主要參數(shù)

圖2 塔架式抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）電機(jī)選擇。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)常用配套電機(jī)選擇方式及抽油機(jī)抽油的往復(fù)特性，低轉(zhuǎn)速等要求，設(shè)計(jì)中選取Y225M-4異步電動(dòng)機(jī)輸出功率45kW，最高轉(zhuǎn)速1480r/min。

（2）減速器選擇。減速器是一種相對(duì)精密的機(jī)械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。它的種類繁多，型號(hào)各異，不同種類有不同的用途。本設(shè)計(jì)選用XW8275減速器。

（3）卷筒選擇。滾筒是傳動(dòng)裝置的主要部件之一。滾筒中心是一根空心軸，中間套有滾筒軸，滾筒軸向滾筒及鋼絲膠帶傳遞動(dòng)力。鋼絲繩膠帶固定在空心軸上面。滾筒兩端用螺栓聯(lián)接有支撐板，支撐板間用銷軸連接，銷軸外側(cè)焊上扇形板，其上纏繞鋼絲繩膠帶。卷筒使用Q235焊接件，滾筒直徑為1155mm，考慮到膠帶容量，取滾筒的外圍直徑為1215mm。

4 抽油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）塔架設(shè)計(jì)。塔架是提升系統(tǒng)的主要組成部分之一。塔架主要用來(lái)支撐天輪和承受全部提升載荷，固定罐道和載荷曲軌，以及架設(shè)普通罐籠的停罐裝置。塔架根據(jù)材質(zhì)的不同可分為，木塔架、金屬塔架、鋼筋混凝土塔架。塔架式抽油機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)，是塔架式抽油機(jī)的骨架，它承受抽油機(jī)的自重和各種外載荷。

（2）天車架部分設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)讓井空間達(dá)1m，通過(guò)讓位傳動(dòng)系統(tǒng)纏繞鋼絲繩，使前天車輪支撐架隨固定軸揚(yáng)起，讓出井口1m，天車架采用角鋼及鋼板焊接而成，其作用是連接兩支承架，支撐卷筒及傳動(dòng)系統(tǒng)，安裝在上框架上。結(jié)構(gòu)要求緊固，簡(jiǎn)單，其尺寸要與上框架，前后左右支承架相配合，其上螺栓孔應(yīng)有足夠的扳手空間。

（3）配重箱和油桿接頭設(shè)計(jì)。配重箱是塔架式抽油機(jī)的配種裝置，懸繩的一端連接配重箱另一端連接抽油桿。配重箱是用20mm厚的鋼板焊接而成。在配重箱內(nèi)按照要求加入符合運(yùn)行要求的配重塊。配重箱兩側(cè)各裝有兩個(gè)導(dǎo)輪，懸繩通過(guò)兩導(dǎo)輪見(jiàn)的導(dǎo)入孔引導(dǎo)配重箱上下運(yùn)動(dòng)的行程。

油桿連接處是連接懸繩和抽油桿的連接裝置，油桿連接處連接抽油桿跟懸繩使二者達(dá)到同步運(yùn)動(dòng)，從而完成抽油桿同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)完成了塔架式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中采用了新式的驅(qū)動(dòng)裝置上置塔架式結(jié)構(gòu)，以便提高設(shè)備的使用性能。采用了許多現(xiàn)代技術(shù)和先進(jìn)結(jié)構(gòu)方案以及新材料、新工藝，抽油機(jī)的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和先進(jìn)性以及技術(shù)水平均達(dá)到了有史以來(lái)的最高水平，為高效、經(jīng)濟(jì)、安全和可靠地開(kāi)采石油資源作出了卓越貢獻(xiàn)。塔架式長(zhǎng)沖程抽油機(jī)刷新了一百年來(lái)使用游梁機(jī)四連桿機(jī)械的歷史，使抽油機(jī)的設(shè)計(jì)原理產(chǎn)生了根本的（質(zhì)的）變化、實(shí)現(xiàn)了本世紀(jì)跨越式的飛躍。

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