CN101963053B - 定位换向抽油机动力总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位换向抽油机动力总成，它含有电机、控制器、卷筒、减速器和手动刹车机构，其中，所述卷筒套装固定在主轴上，所述主轴两端部通过轴承和轴承座安装在塔架式抽油机的底座上，所述电机与控制器连接，所述卷筒的外圆表面上分别设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽，所述前吊带环形槽用于固定前吊带，所述后吊带环形槽用于固定后吊带，所述主轴一端通过增速器与曲柄摇杆机构的一端连接，所述曲柄摇杆机构的另一端通过所述减速器与所述电机的输出轴连接，所述手动刹车机构安装于所述减速器的高速端，其手动操作部分安装于塔架式抽油机的底座上。本发明设计合理、结构简单、能耗低、操作方便且能实现机械换向。

Description

定位换向抽油机动力总成

一.技术领域：本发明涉及一种抽油机动力总成，特别是涉及一种定位换向抽油机动力总成。 

二.背景技术：在油田采油过程中，抽油机是采油作业中主要的采油设备之一。常规游梁抽油机有冲程较小、自重大、占地多、平衡效果不理想、减速箱输出扭矩波动大、效率低等不足。塔架抽油机虽然具有冲程长、重量轻、占地面积小、节能等优点，但是也存在换向冲击大、无失载保护等缺陷，其匀速运动使抽油泵在抽吸过程中载荷不能均匀变化。 

三.实用新型内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、结构简单、能耗低、操作方便且实现机械换向的定位换向抽油机动力总成。 

本发明的技术方案是：一种定位换向抽油机动力总成，含有电机、控制器、卷筒、减速器和手动刹车机构，其中，所述卷筒套装固定在主轴上，所述主轴两端部通过轴承和轴承座安装在塔架式抽油机的底座上，所述电机与控制器连接，所述卷筒的外圆表面上分别设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽，所述前吊带环形槽用于固定前吊带，所述后吊带环形槽用于固定后吊带，所述主轴一端通过联轴器与增速器的输出轴连接，所述增速器的输入轴与摇杆的一端固定连接，所述摇杆的另一端与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端与所述减速器的输出轴固定连接，所述减速器的输入轴与所述电机的输出轴连接，所述摇杆、连杆和曲柄构成曲柄摇杆机构，所述电机、增速器和减速器均安装在所述底座上，所述手动刹车机构安装于所述减速器的高速端，其手动操作部分安装于塔架式抽油机的底座上。 

所述电机为Y系列三相异步电机，所述控制器采用PLC可编程控制器，精确控制抽油机的抽油动态，该控制器还设有无线遥感系统，能够实现远程控制，手持式编程器即可远程无线控制抽油机的工作状态。 

所述卷筒的外圆表面上分别设置有两个前吊带环形槽和两个后吊带环形槽，每一所述前吊带环形槽均与一个前吊带的一端固定连接，每一所述后吊带环形槽均与一个后吊带的一端固定连接。 

所述卷筒为一体式结构，或者为分体式结构，由两个卷筒分体组成，每一卷筒分体上均设置有所述前吊带环形槽和后吊带环形槽。 

所述卷筒的前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面上铣有平面，所述前吊带和后吊带分别通过螺栓和压板固定在该平面上，所述压板外圆表面与所述前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面相匹配。 

所述增速器为一组可以改变输出转速的齿轮组；所述减速器为两级分流式双圆弧圆柱式减速器。 

所述电机配有一组皮带轮，更改皮带轮的大小，以改变抽油机的抽油频次；所述曲柄上设置有三个曲柄销孔，更改曲柄销的位置，以改变抽油机的冲程。 

本发明的有益效果是： 

1、本发明采用卷筒缠绕吊带来实现卷筒变径，上冲程时，配重轮上缠满了吊带，而提升轮吊带全部放出，致使此时的轮径不等，后配重对下部主轴作用的力臂大，前端的力臂较小，则此时后配重产生的力矩是最大的，减小了减速器要输出的扭矩，降低了电机所需电量。在上升的同时后配重的力臂在减小，前端力臂在增大，抽油机同时也在卸载。到上死点时前端力臂最大，后端力臂最小；反过来重复了上死点的工况。上下死点它都减小了电机所需电流，所以它是节能的。 

2、本发明采用了自动化控制系统，该控制系统设有无线遥感系统，能 远程控制，手持式编程器，为远程无线控制抽油机工作状态提供了方便。它还可以将运行过程中的电流、电压、各点的加速度显示在显示屏上，时时监测到抽油机各方面参数。此时还可以设置过流保护，在抽油机过载时自动停机，操控方便，安全性高。 

3、本发明采用了曲柄摇杆机构，可以机械换向，删减了电器换向部分，增加了电器系统的稳定性。最主要的是删去了在野外使用性能不太稳定的变频器。可以实现悬点零速度启动。曲柄摇杆机构的曲柄上设置有三个曲柄销孔，通过更改曲柄销的位置，能改变抽油机的冲程。同时可以有效地防止抽油杆断所造成的严重后果。当井内抽油杆断杆时，悬点载荷突然减小，甚至为零，而后面的配重不变，后面的配重会突然下落，如果是普通的塔架式抽油机的配重将会砸下来，采用该定位换向抽油机动力总成，即可杜绝此类情况的发生，因定位换向抽油机动力总成有曲柄摇杆机构。 

4、本发明采用了皮实耐用的Y系列三相异步电机，其配有一组皮带轮，更改皮带轮的大小，能够改变抽油机的抽油频次。 

5、本发明采用了用手动刹车，可以控制抽油机有在任何状态下都可以停止工作，方便了抽油机加、卸载荷。 

四.附图说明：

图1为定位换向抽油机动力总成的结构示意图； 

图2为图1所示定位换向抽油机动力总成的俯视图； 

图3为图2所示卷筒的剖面图 

图4为前吊带在悬点载荷上行时缠绕情况示意图； 

图5为后吊带在悬点载荷上行时缠绕情况示意图； 

图6为前吊带在悬点载荷下行时缠绕情况示意图； 

图7为后吊带在悬点载荷下行时缠绕情况示意图； 

图8为图1所示增速器的结构示意图； 

图9为图8所示增速器的剖面结构示意图； 

图10为图1所示摇杆的结构示意图； 

图11为图10所示摇杆的俯视结构示意图； 

图12为图1所示曲柄的销剖面结构示意图； 

图13为图1所示连杆的结构示意图； 

图14为图1所示曲柄的结构示意图； 

图15为图14曲柄的俯视结构示意图。 

五.具体实施方式：

实施例：参见图1-图15，图中，1-增速器，2-摇杆，3-曲柄销，4-电机，5-皮带，6-连杆，7-减速器，8-减速器皮带轮，9-轴承座，10-轴承盖，11-轴承，12-主轴，13-键，14-卷筒，15-轴承盖，16-联轴器，17-电机皮带轮，18-曲柄，19-手动刹车机构，20-吊带，21-螺栓，22-压板，23-油堵，24-吸屑器，25-大齿轮，26-轴承盖，27-键，28-轴承，29-输入轴，30-轴承通盖，31-中间齿轮，32-中间轴，33-轴承，34-轴承盖，35-轴承盖，36-输出轴，37.-轴承，38-轴承座，39-轴承，40-轴承盖，41-端盖，42-锥套，43-螺母，44-上箱体，45-下箱体，46-前吊带，47-后吊带。 

定位换向抽油机动力总成含有电机4、控制器、卷筒14、减速器7和手动刹车机构19，其中，卷筒14套装固定在主轴12上，主轴12两端部通过轴承11和轴承座9安装在塔架式抽油机的底座上，电机4与控制器连接(图中未画出)，卷筒14外圆表面上分别设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽，前吊带环形槽用于固定前吊带46，后吊带环形槽用于固定后吊带47，主轴12一端通过联轴器16与增速器1的输出轴36连接，增速器1的输入轴29与摇杆2的一端固定连接，摇杆2的另一端与连杆6的一端铰接(曲柄销3作为铰接柱，具体 结构参见图12)，连杆6的另一端与曲柄18的一端铰接，曲柄18的另一端与减速器7的输出轴固定连接，减速器7的输入轴与电机4的输出轴连接，摇杆2、连杆6和曲柄18构成曲柄摇杆机构，电机4、增速器1和减速器7均安装在底座上，手动刹车机构19安装于减速器7的高速端，其手动操作部分安装于塔架式抽油机的底座上。 

控制器采用PLC可编程控制器，精确控制抽油机的抽油动态，该控制器还设有无线遥感系统，能够实现远程控制，手持式编程器即可远程无线控制抽油机的工作状态。 

卷筒14为分体式结构，由两个卷筒分体组成，每一卷筒分体上均设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽。卷筒14也可以是一体式结构，其圆周表面上分别设置有两个前吊带环形槽和两个后吊带环形槽。 

两个前吊带46左旋缠绕在两个内侧的前吊带环形槽内，两个后吊带47右旋缠绕在两个外侧的后吊带环形槽内，前吊带46和后吊带47反向缠绕在卷筒14上；卷筒14的前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面上铣有平面，前吊带46和后吊带47分别通过螺栓21和压板22固定在该平面上，压板22外圆表面与前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面相匹配。 

增速器1为一组可以改变输出转速的齿轮组，其具体结构参见图8和图9，不详述；减速器7为两级分流式双圆弧圆柱式减速器。 

工作原理： 

首先，本发明利用了曲柄摇杆机构的特性，实现了抽油机的自动换向。 

再者，本发明所需启动扭矩小。启动时所需起动扭矩的大小，也是决定所需消耗功率的大小。机械换向变径塔架式抽油机运动的规迹几乎与游梁式抽油机相同。运动过程为上冲程下死点加速启动——至上冲程中间开始减速运动——至下冲程中间开始加速运动速运动——至上冲程中间开始减速运动，周 而复始，近似于简谐运动。给上下死点都给一个较长的加速时间。 

根据曲柄摇杆机构的特性，上冲程启动时，刚开始拔动的增速器1的速度很慢，此时的被拽引物加速度也很小，电流的波动也很小，随着曲柄摇杆机构的运动，速度不断的加快，此时电机4是一稳定的加载过程。此时单从电机方面说，消除了部分被拽引物动量转换所需的能量消耗。如果让电机4一直处匀速状态下，也就会让被拽引物动量变化所需的力将会很大： 

F-Mg＝MV/t 

M  重物质量 

V  重物速度 

F  重物作用在吊绳上力 

g  重力加速度 

t  达到一定速时所需时间 

必然电流会很大，电机4内耗必然增加。为了减少这个内耗必须加长加速时间。在上死点前的一段距离内必须减速；否则，在上死点位置时并不能停止抽油机拽引物向上运动；曲柄连杆机构具有这一急回特性，可以解决这一个问题，而且电机对抽油机做功。下冲程时，抽油机后配重部分重。抽油机提的是后配重与前端的重量差。也就是说电机4在重复抽油机上冲程的动作。它所需电流减小，所以，这一方面它是节能的。 

另一个节能原因是：卷筒14缠绕吊带20实现卷筒14(如图6-图9)变径。上冲程时，配重轮上缠满了吊带，而提升轮吊带全部放出，致使此时的轮径不等，后配重对下部主轴作用的力臂大，前端的力臂较小。前后对主轴产生的力矩为： 

M_后＝m_后g(r+n_后d) 

M_前＝m_前g(r-n_后d) 

M_后  后配重在主轴上产生的力矩 

M_前  后配重在主轴上产生的力矩 

m_后  后配重质量 

m_前  拽引物质量 

r    主轴半径 

n_后  吊带缠绕层数 

d    吊带厚度 

则此时后配重产生的力矩最大，减小了减速器7要输出的扭矩，降低了电机4所需电量。在上升的同时后部配重的力臂在减小，前端力臂在增大，抽油机同时也在卸载。到上死点是前端力臂最大，后端力臂最小；反过来重复了上死点的工况。上下死点它都减小了电机所需电流，所以它是节能的。 

工作时，卷筒14滚动，带动抽油机运动。抽油机的换向是通过曲柄摇杆机构达到的。曲柄摇杆机构的曲柄18上面设置有三个曲柄销孔，更改曲柄销3的位置，以改变抽油机的冲程。采用Y系列三相异步电机，并且配有一组皮带轮，更改皮带轮的大小，以改变抽油机的抽油频次。 

改变曲柄摇杆机构的具体结构、改变滚筒的具体结构，以及改变增速器的具体结构能够组成多个实施例，均为本发明的常见变化，在此不一一详述。 

Claims (7)

1.一种定位换向抽油机动力总成，含有电机、控制器、卷筒、减速器和手动刹车机构，其中，所述卷筒套装固定在主轴上，所述主轴两端部通过轴承和轴承座安装在塔架式抽油机的底座上，所述电机与控制器连接，所述卷筒的外圆表面上分别设置有前吊带环形槽和后吊带环形槽，所述前吊带环形槽用于固定前吊带，所述后吊带环形槽用于固定后吊带，其特征是：所述主轴一端通过联轴器与增速器的输出轴连接，所述增速器的输入轴与摇杆的一端固定连接，所述摇杆的另一端与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端与所述减速器的输出轴固定连接，所述减速器的输入轴与所述电机的输出轴连接，所述摇杆、连杆和曲柄构成曲柄摇杆机构，所述电机、增速器和减速器均安装在所述底座上，所述手动刹车机构安装于所述减速器的高速端，其手动操作部分安装于塔架式抽油机的底座上。

2.根据权利要求1所述的定位换向抽油机动力总成，其特征是：所述电机为Y系列三相异步电机，所述控制器采用PLC可编程控制器，精确控制抽油机的抽油动态，该控制器还设有无线遥感系统，能够实现远程控制，手持式编程器即可远程无线控制抽油机的工作状态。

3.根据权利要求1所述的定位换向抽油机动力总成，其特征是：所述卷筒的外圆表面上分别设置有两个前吊带环形槽和两个后吊带环形槽，每一所述前吊带环形槽均与一个前吊带的一端固定连接，每一所述后吊带环形槽均与一个后吊带的一端固定连接。

4.根据权利要求3所述的定位换向抽油机动力总成，其特征是：所述卷筒为一体式结构，或者为分体式结构，由两个卷筒分体组成，每一卷筒分体上均设置有所述前吊带环形槽和后吊带环形槽。

5.根据权利要求1所述的定位换向抽油机动力总成，其特征是：所述卷筒的前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面上铣有平面，所述前吊带和后吊带分别通过螺栓和压板固定在该平面上，所述压板外圆表面与所述前吊带环形槽和后吊带环形槽的外圆表面相匹配。

6.根据权利要求1所述的定位换向抽油机动力总成，其特征是：所述增速器为一组可以改变输出转速的齿轮组；所述减速器为两级分流式双圆弧圆柱式减速器。

7.根据权利要求1-6任一项所述的定位换向抽油机动力总成，其特征是：所述电机配有一组皮带轮，更改皮带轮的大小，以改变抽油机的抽油频次；所述曲柄上设置有三个曲柄销孔，更改曲柄销的位置，以改变抽油机的冲程。

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