一種雙鏈條飛輪往復(fù)式抽油機(jī)

李大偉，陳藕生

（1.承德石油高等?？茖W(xué)校， 河北 承德 067000）

（2.上海吉修服裝輔料有限公司， 上海 青浦 201700）

1 研發(fā)背景

抽油機(jī)是廣泛應(yīng)用于油田采油的專用設(shè)備。經(jīng)過多年的發(fā)展，抽油機(jī)的種類繁多，鏈條滑輪式數(shù)控抽油機(jī)就是其中的一種。鏈條滑輪式抽油機(jī)采用了鏈條、滑輪組的配合，由控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，通過組合減速傳動(dòng)使抽油機(jī)的動(dòng)力源和終端負(fù)載作換向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)行，抽油桿和配重形成平衡，機(jī)械效率可達(dá)到90%以上。與傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)相比，具有節(jié)能效果顯著，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠的特點(diǎn)。但由于其依靠電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來拖動(dòng)抽油桿進(jìn)行往復(fù)運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)子在自身慣性作用下需要較大的扭矩迫使電機(jī)轉(zhuǎn)子減速然后再反向旋轉(zhuǎn)，對(duì)電機(jī)沖擊較大，同時(shí)在調(diào)節(jié)沖程時(shí)需要停機(jī)增減鏈條長(zhǎng)度，操作十分不便。本文介紹了一種雙鏈條飛輪往復(fù)式抽油機(jī)（專利號(hào)：201920365030.0），其驅(qū)動(dòng)電機(jī)無需進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，通過變頻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)簡(jiǎn)單控制電機(jī)運(yùn)行速度和啟停時(shí)間實(shí)現(xiàn)在鏈條長(zhǎng)度范圍內(nèi)沖程任意可調(diào)且具有無上下沖程死點(diǎn)的特點(diǎn)。

2 結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 主要結(jié)構(gòu)

雙鏈條飛輪往復(fù)式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要結(jié)構(gòu)為門型框架結(jié)構(gòu)，框架的左右兩側(cè)立柱上分別設(shè)置滑槽，方形滑臺(tái)依靠齒輪與滑槽連接，能夠沿著滑槽上下運(yùn)動(dòng)。方形滑臺(tái)前端面的中央設(shè)置有齒飛輪，四角處分別設(shè)置一個(gè)限位齒輪（如圖2所示）。門型框架左側(cè)立柱頂端的第一從動(dòng)齒輪和底端的第一電動(dòng)機(jī)輸出軸上的鏈輪，通過鏈條形成閉合嚙合傳動(dòng)連接。

圖1 雙鏈條飛輪往復(fù)式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)

為保證抽油機(jī)具有優(yōu)異的平衡效果，第一鏈條和第二鏈條在齒飛輪的兩側(cè)對(duì)稱分布，第一電動(dòng)機(jī)鏈輪、第一從動(dòng)齒輪、第二電動(dòng)機(jī)鏈輪、第二從動(dòng)齒輪規(guī)格相同，天輪上所設(shè)置的限位槽寬度為鋼絲繩直徑的1.05-1.1倍，限位槽的深度至少為鋼絲繩直徑的0.6倍，限位槽能夠防止鋼絲繩跑偏，保證其平穩(wěn)運(yùn)行。

圖2 方形滑臺(tái)及其鏈條鏈輪結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

雙鏈條飛輪往復(fù)式抽油機(jī)的工作原理如下：第一鏈條穿過齒飛輪和方形滑臺(tái)左側(cè)的兩個(gè)限位齒輪之間的間隙，與齒飛輪和限位齒輪嚙合傳動(dòng)連接，限位齒輪可以防止鏈條脫離齒飛輪；電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)鏈輪通過鏈條和從動(dòng)輪帶動(dòng)齒飛輪旋轉(zhuǎn)。第一電動(dòng)機(jī)、第二電動(dòng)機(jī)交替運(yùn)行，轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，分別控制方形滑臺(tái)的上行和下行運(yùn)動(dòng)，方形滑臺(tái)下端與抽油桿相連，帶動(dòng)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械抽油。

3 設(shè)備特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和平衡配重，雙鏈條飛輪往復(fù)式抽油機(jī)具有比現(xiàn)有機(jī)械式抽油機(jī)更優(yōu)異的性能。

（1）雙鏈條飛輪往復(fù)式抽油機(jī)通過交替運(yùn)行的兩套電機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此可以通過控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟停、轉(zhuǎn)動(dòng)速度在滑槽長(zhǎng)度范圍內(nèi)任意調(diào)整沖程和沖次；上下沖程速度分別可調(diào)，且無換向沖擊，可以有效降低抽油沖次，消除沖程死點(diǎn)。

（2）該型抽油機(jī)的抽油桿在沖程過程中或懸停時(shí)，電動(dòng)機(jī)、飛輪始終處于單向運(yùn)轉(zhuǎn)，開機(jī)后沖程內(nèi)（包括懸停）無啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)、離合、剎車等動(dòng)作，可以大幅減少能量損耗，提升設(shè)備運(yùn)行效率。

（3）該型抽油機(jī)中的飛輪可以懸停轉(zhuǎn)動(dòng)，采用小功率力矩電機(jī)即可帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，再利用飛輪的慣性力慢速帶動(dòng)負(fù)載提升，待啟動(dòng)后電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載勻速提升，最終可達(dá)到小馬拉大車的理想節(jié)能效果。

（4）該型抽油機(jī)通過卷取電機(jī)收放錨鏈，根據(jù)上下沖程的功率比較，由PLC控制卷取電機(jī)自動(dòng)收放錨鏈調(diào)整配重，可以達(dá)到最佳動(dòng)態(tài)平衡。

（5）該型抽油機(jī)使用小功率電機(jī)作為動(dòng)力源，電機(jī)直接帶動(dòng)傳動(dòng)輪，精簡(jiǎn)了易磨損的傳動(dòng)皮帶和減速器，有效降低了故障率和維護(hù)次數(shù)；由于使用了特殊差速往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置技術(shù)（專利號(hào)：CN201920008309.3），抽油機(jī)可空載啟動(dòng)；待電機(jī)達(dá)到最大扭矩的轉(zhuǎn)速時(shí)飛輪保持恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，過程中不用控制馬達(dá)正反轉(zhuǎn)、離合、剎車。啟動(dòng)后電機(jī)始終處于單向運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于有飛輪助力、換向時(shí)也能使轉(zhuǎn)矩基本恒定。因此，該型抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沒有沖擊、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電流波動(dòng)小。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)雙鏈條飛輪往復(fù)式抽油機(jī)的10:1實(shí)物模型的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該型抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、能耗低、噪音小、沖次調(diào)整范圍大的特點(diǎn)，可用于陸上、海洋、稠油、低產(chǎn)、高產(chǎn)油田、高含蠟、高含水油田等多種采油工況。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 李大偉. 長(zhǎng)沖程抽油機(jī)機(jī)械換向裝置研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].石油和化工設(shè)備，2016，19(2)：14-17.

[2] 曹忠亮，郭登科，徐志宇，等. 一種新型無游梁抽油機(jī)的設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)床與液壓，2019，47(11)：57-60.

[3] 陳瑞澤. 齒輪齒條式雙井抽油機(jī)研究[D].西安：西安石油大學(xué)，2019.

[4] 李平. 抽油機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與分析[J].中國(guó)設(shè)備工程，2019，(6)：59-60.

[5] 邵芝梅，牛曙光，楊凱.LZCB鏈?zhǔn)介L(zhǎng)沖程抽油機(jī)設(shè)計(jì)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2004，33（增刊）：45-46.

[6] 包瑞新，石成江，楊素芬，等. 一種行星齒輪長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的換向機(jī)構(gòu)研究[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2006，19(3)：81-83.