新型抽油机发展现状及其评价.

1、新型抽油机发展现状新型抽油机发展现状 及其评价及其评价 主讲 李树臻 第一节第一节 概述概述 n抽油机-抽油杆-抽油泵(简称三抽设备)是 机械采油的重要设备.据统计,我国的机械 采油设备采油井占总井数的900/0,其中三 抽设备占油井总数的800/0 所采产量占总 产量的750/0。 n美国的机械采油设备采油井占总井数的 950/0，其中三抽设备占油井总数的850/0， 所采产量占总产量的700/0。 抽油机研究现状 n国内外对抽油机的研究从未间断。新的传动原 理、设计方案和新的机型不断出现。 n国外，以美国为代表的石油设备生产国，抽油 机生产制造研究逐步向几个大公司靠拢.。研究 主流主要向技

2、术统一化、生产模块化、产品系 列化和标准化方向发展。新型抽油机出现较少。 n我国，抽油机生产厂家众多，生产能力严重过 剩。促使抽油机生产企业为提高技术含量、开 发新产品而增加投入。使抽油机的研究力量不 断增强，抽油机的研究成果不断涌现。 主要研究方向是： n1 提高冲程，降低冲次； n2 节能抽油机； n3 自动化和智能化控制。 第二节游梁式抽油机节能原理 与技术改造 一、梁式抽油机的工作特征一、梁式抽油机的工作特征 二、抽油机的节能途径分析二、抽油机的节能途径分析 三、梁式抽油机的节能改造三、梁式抽油机的节能改造 一、游梁式抽油机的工作特征一、游梁式抽油机的工作特征 n1、结构特点、结构特点

3、 n由四连杆机 构实现运动 的转换，将 电机的旋转 运动转换为 光杆的上下 往复直线运 动。如图3所 示。 图3 游梁式抽油机结构简图 2、运动特征 n悬点的运 动为周期 性的变速 运动。在 一个抽油 循环中， 加速度接 近余玄规 律变化。 如图4所 示 图4 悬点加速度曲线 3、负荷特征 n游梁式 抽油机 悬点负 荷的变 化规律 可用悬 点的示 功图表 示，如 图 5 、 6所示。 图5 静力示功图 图6 动力示功图 4、游梁式抽油机曲柄扭矩的变化规律 n（1）作用在曲柄上的负荷扭矩）作用在曲柄上的负荷扭矩Mp nMp （P悬B ）TF（P悬B ）（20） n 式中 TF扭矩因数，为只与抽油

4、机几何尺寸和曲柄转角有 关的正弦函数。扭矩因数曲线为一条正弦曲线，但与标准正弦 曲线的平衡扭矩曲线超前一个相位角。 sin sin b ar b b a J b b a J bL JLb Jr KrJ JL bLJ b ar TF 2 arccos 2 arccos 2 arccos sin sin 222 222222 nP悬悬点载荷，其变化规律如图示功图所示。 nB结构不平衡重。是指当摘开曲柄连杆销后，为使游梁 处于水平，需要在悬点上所施加的力。重力方向为正。 nJb为游梁、横梁、连杆组件的转动惯量。 nb游梁的转动角加速度。 n可见抽油机曲柄的负荷扭矩变化规律基本上为一条上冲 程振幅大、

5、下冲程振幅小的正弦波。但其上冲程的扭矩 峰值较标准正弦波超前，而下冲程的负峰值则滞后。这 主要是由于抽油机的悬点负荷特点造成的。 （2）曲柄的平衡扭矩M平 nM平Q曲R曲sin-JpMmaxsin-Jp n式中 Q曲、R曲分别为曲柄平衡重和曲柄平衡半径。 n Jp曲柄组件的转动惯量。 n 曲柄的转动角加速度。 n Mmax最大曲柄平衡力矩。MmaxQ曲R曲。 n曲柄的平衡扭矩曲线几乎为一条标准的正弦曲线。 （3）曲柄净扭矩M nMMpM平 1净扭矩 2、负荷扭矩 3、平衡扭 矩 图7 扭矩曲线 n曲柄净扭矩M的特点： na、在整个工作循环中，始终是变化的。且脉动值很大。 nb、在整个工作循环中

6、出现两次负扭矩。 n两个最大扭矩峰值分别出现在上、下冲程静变形结束后的 一瞬间 实例 n例：某井抽油机机型为CYJ-10-3-48B，P悬 max=4 375 kg，P悬min=l 483 kg， nP悬均=2 744kg，冲次n=8，冲程S=3m。最大 正扭矩26 980.44Nm，最大负扭矩 4697.62Nm， 平均扭矩7 951.44Nm，平均 功率8.59kW，最大加速度1.55ms2。 计算结果表明 a、抽油机扭矩的脉动 幅值很大，本例为平 均值的339倍。脉 动大的结果是载荷峰 值大而平均载荷低， 现场测试抽油机适配 电动机的负荷率在 20左右。但为了 满足最大负荷的要求， 不得

7、不配用大功率电 机，即所谓“大马” 拉“小车”。在这样 的负荷率下，效率再 高的电动机的实际效 率 也 只 有 8 0 左 右。 图8 电机负载率与电机效率的关系曲线 nb、扭矩脉动大同时使电流脉动大，电流 均方根值大，额外增加了电流流经导体 的有功损失。也使电机效率降低。 nc、脉动大的另一后果是使抽油机机体尺 寸加大，振动加大，寿命降低。 nd、值得注意的是抽油机存在负扭矩，一 个周期中一般出现两次，如图7所示。负 扭矩的出现使电动机进入发电状态运行， 向电网充电。研究结果表明，这种向电 网反充电的工况不但使电能利用率降低， 而且由于充电相位不可能与电网相位完 全同步，而使充电电能不可能完

8、全转变 成为有用电能。 二、抽油机的节能途径分析二、抽油机的节能途径分析 1、节能目标、节能目标 节能的目标是提高效率，降低能耗。提高 抽油机井系统效率的首要问题之一是提高 地面部分的的效率s，也就是提高整个抽油 机系统的效率。 2、节能途径、节能途径 n（1）提高从悬点到电机各部件的传动效率。这方面主 要由抽油机的设计、制造、安装、调试、维护、保养 等各个技术环节最优化操作完成，这里不作赘述。 n（2）提高电机的实际工作效率1。这是最引起人们重 视的关键节能技术环节。 n由前面的论述可以得出结论：提高电机的实际工作效 率1的方法有： na、 改造电机的结构，使之具有适应脉动负荷的输出 特性；

9、设计适应抽油机工作特点的新型节能电机。 nb、 改善电机的扭矩负荷，使之尽可能的平稳，使电 机处于高效区内工作。 nc、 以上两种方法同时进行。 3、使抽油机曲柄净扭矩的变化平稳的、使抽油机曲柄净扭矩的变化平稳的 技术途径分析技术途径分析 n由图7和公式（20）、（21）、（22）可以得出如下 几条技术途径： n（1）使曲柄负荷扭矩）使曲柄负荷扭矩Mp曲线尽可能的接近曲柄平衡曲线尽可能的接近曲柄平衡 扭矩扭矩M平 平曲线的变化规律，使净扭矩 曲线的变化规律，使净扭矩M=Mp-M平 平在每个 在每个 瞬时趋向均匀。瞬时趋向均匀。具体方法有： n1)优化运动转化机构的结构和各杆件几何尺寸，使 TF

10、P悬的变化规律尽量接近正弦变化规律。如六杆抽 油机、摆杆式抽油机、双游梁式抽油机等。 n2)优化运动转化机构的结构和各杆件几何尺寸，使悬 点上冲程前半段（悬点静载荷最大时）的加速度减小， 从而减小该时刻的惯性载荷，达到平稳载荷的目的。 如非对称循环的“慢提快放”的异相机、前置机等。 （2）使平衡扭矩）使平衡扭矩M平 平变化规律接近于负荷 变化规律接近于负荷 扭矩扭矩MP的变化规律的变化规律 n具体方法有： n1） 改变平衡扭矩的相位角。如异相机、前置 机等。让曲柄平衡重偏置，使平衡相位提前一 个相位角，以便使平衡扭矩峰值与负荷扭矩峰 值同时产生，达到最好的平衡效果。 n2） 采用变力矩的游梁平

11、衡，拟合负荷扭矩MP 的变化规律，在负荷扭矩最大时产生最大平衡 力矩。如油量偏置负荷平衡抽油机、气动平衡 抽油机等。 （3）利用高转差率电机配合较大的旋转惯）利用高转差率电机配合较大的旋转惯 性件削减负荷的脉动幅。性件削减负荷的脉动幅。 n高转差率电机的特点是载荷增大时，转差率增大，电 机的实际输出转速不得不降低；而较大的旋转惯性力 总是抵制这种变化，帮助电机克服这种增大的载荷。 使电机的实际载荷趋向平缓。 n与普通电动机相比，在同样油井工况下，使用超高转 差率电动机的电流和功率曲线平均值明显减小，曲线 波动明显平坦。但由于超高转差率电动机的工作效率 比普通电动机低，使抽油机系统效率的提高和节

12、能效 果有限，许多工况下不节能，只在配有较大的旋转惯 性件或轻负荷工况下才有一定的节能效果。另外超高 转差率电动机价格较高也是其不能推广应用的一个重 要因素。 第三节第三节 节能改造的游梁式抽油机节能改造的游梁式抽油机 n（一）异相曲柄平衡式抽油机（一）异相曲柄平衡式抽油机 图14 n1、通过杆件设计优化实现“慢提快 放” ， n2、通过改变抽油机杆件的配比，使运动 规律发生变化，以减少载荷扭矩曲线的 上下峰值差。 n异相机是20世纪80年代发展起来的，采用 非对称循环机构，使游梁在上下死点时， 连杆两个位置之间存在约120的相位夹角。 曲柄上冲程的转角增加120，为1920；曲 柄下冲程的转

13、角减少120，为1680。这种 机构具有“急回特性”：一是上冲程的曲 柄转角大于下冲程的曲柄转角，上冲程时 间长，速度慢，加速度就小，从而使上冲 程中载荷扭矩曲线的上峰值减小；同时也 相应地缩短了下冲程的运行时间，增大下 冲程后半段的加速度变化幅度，从而使扭 矩曲线的上峰值增大；二是改变了载荷扭 矩曲线的形状，使其波形尽量向正弦波靠 近。 （二）偏轮游梁抽油机 图15 偏轮游梁抽油机结构示意图 l悬绳器总成；2吊绳总成；3驴头总成；4 游梁总成；5支座总成；6操纵杆总成；7 横梁总成；8偏轮总成；9连杆总成；l0 曲柄销总成；l1减速箱总成；12刹车总成； 13电动机总成；14底座总成；15曲

14、柄总 成；16支架总成 偏轮游梁式抽油机(以下简 称偏轮机)是为了满足油田 和用户的需要，由华北石 油管理局第二机械厂研制 出的一种新型节能专利产 品，该机是在异相游梁式 抽油机(以下简称异相机) 的基础上发展的一种六连 杆机构。偏轮机杆件均为 刚性连接，保留了常规机 的特点，节能1530。 现以CYJPl24.8-37HB型 偏轮机为例，对其自身特 点进行分析。 与常规机相比，偏轮机结构有3点不同 在游梁尾部装有一个偏轮； n在偏轮与游梁中心支架之间增设推杆； n在游梁尾部、横梁、推杆与偏轮之间 用轴承连接。 n(2)偏轮机运动特性分析。 偏轮机利用了变矩节能原理 当曲柄旋转时，依次带动连杆

15、、横梁、偏轮和游 梁运动。偏轮相对游梁摆动，摆动规律由推杆 确定。正是由于偏轮摆动的作用，使游梁后臂 的有效长度和游梁摆动的角速度均随着曲柄转 角的变化而变化，游梁后臂的变化规律与悬点 载荷的变化规律基本一致，接近正弦规律且与 曲柄平衡扭矩相对应，从而使曲柄轴净扭矩波 动较小。 扭矩因数与扭矩曲线扭矩因数与扭矩曲线 n偏轮机从修正悬点运动速度人手，使扭矩因数曲线接近正 弦曲线，并且该曲线与曲柄平衡产生的正弦曲线谷峰值较 好地吻合，因此经叠加后的曲柄轴净扭矩消除了负扭矩， 曲线变得非常平缓，上下冲程中各有一段近似直线，并且 占据了整个循环周期的大部分范围，因此决定了周期负载 系数低，曲柄轴净扭矩

16、均方根值小 图16 扭矩因数与扭矩曲线 （三）（三） 游梁偏游梁偏 置复合平衡置复合平衡 图18 游梁偏置复合平衡简 图 不改变常规机的结构，在游梁尾部 增加固定偏置平衡装置，其重心相 对游梁下偏一个角度，叫做游梁 平衡重偏置角，在运行中，游梁偏 置平衡重心的运行轨迹是一段圆弧， 当平衡重偏置角合适时，悬点载 荷最大时，平衡重心处于游梁回转 中心的水平线上时，其重力矩最大； 当悬点在上死点时，重心靠近游梁 回转中心的垂直线，其平衡重力矩 最小。利用这一变矩原理与曲柄平 衡复合作用，可有效削减悬点载荷 峰值扭矩，改善曲柄平衡游梁抽油 机的曲柄轴净扭矩曲线的形状和大 小，使其波动平缓，且能消除负扭

17、 矩，从而减小抽油机的周期载荷系 数，提高电动机的工作效率。 图19曲游梁抽油机 随着大小的变化，游梁偏置复 合平衡扭矩M平随曲柄转角变 化的趋势不同。为了与各种不 同杆件长度组合的四连杆游梁 机的结构相适应，只需改变的 大小，可以根据不同规格型号 的游梁机通过复合平衡优化计 算来确定。把游梁机改造成游 梁偏置复合平衡游梁抽油机实 现节能，具有结构简单，制造 容易，仅增加一个无运动件的 刚性平衡装置，本身无需维护 保养，调平衡方便，完全继承 了游梁机的全部优点。与曲柄 平衡游梁机相比，节电率在15 以上。 n优点：曲柄、连杆等构件受力减小，可 靠性相对提高，程冲相对加大。上冲程 终了时,游梁平

18、衡块处于比较低的位置， 并且单块重量轻,便于平衡调整。曲柄平 衡块的重量减轻,便于现场调整。保留了 常规机的优点,是一种比较理想的节能型 抽油机。 （四）悬重偏置游梁复合平衡（四）悬重偏置游梁复合平衡 图20 悬重偏置游梁复合平衡 1一曲柄；2一连杆；3一驴头 ；4一游梁；5一后驴头；6一 偏置平衡重；7一悬挂平衡重 其结构特点是：(1)易调悬挂平衡 重采用重块下调和轻块上调的悬 挂平衡方式，由1个基本块、3个 重量不等的配重块和25个调整块 组成整体，用钢丝绳悬挂于后驴 头，配重块用3个螺栓依次固定在 基本块下端，同时配有托架以便 于现场调节。 (2)偏置平衡重为杠铃式结构，主 要由心轴、平

19、衡块、锁紧螺栓等 组成，平衡块做成薄片状，易于 调节。随着游梁的上下摆动，偏 置平衡重的力臂可在2m左右的范 围内变动。 （五）游梁机加装摆杆（五）游梁机加装摆杆 n是吉林大安 石油机械厂 在1998年研 制成功的新 型游梁式抽 油机.目前,在 东北各油田 已有200多台 的用量,受到 油田的欢迎 和制造厂的 重视. 1结构特点 n在常规机的曲柄与连杆之间增加一对 槽形摆杆称为摆杆式游梁抽油机(以 下简称摆杆机)，是一种新型节能抽 油机，其特点是将曲柄摇杆机构，与 常规机的四连杆机构巧妙地结合在一 起。在曲柄外侧增加2个摆杆，摆杆 中部有空心槽，内嵌有上、下轨道。 曲柄销内侧同常规机一样与曲柄

20、联接， 外侧改为安装1个滚轮。当曲柄旋转 时，滚轮在轨道上往复运动。促使摆 杆上下摆动，带动连杆运动，实现驴 头上下冲程。摆杆上部开有3组销轴 孔，改变连杆下部夹板与销轴孔的联 接位置，实现3种冲程。抽油机前支 架上增加l根方形支架轴，两端有可 伸缩的轴承盒，它是摆杆摆动的铰接 点，如图22所示 图22 摆杆式抽油机结构示意 图 l一驴头；2一游梁；3一连杆 ；4一摆杆平衡重；5一曲柄 平衡重；6一滚轮；7-曲柄； 8一摆杆 2性能特点 n从机构上看是滑块机构与四连杆机构的组合。 整机采用复合平衡方式，由摆杆平衡重和曲柄 平衡重组成。它既改变了抽油机的运动和动力 特性，又改变了平衡方式，其特点

21、如下： n(1)具有较大的极位角。采用了槽形摆杆的急回 机构，有较大的极位角，12型摆杆机极位角达 到28.30，具有“慢提快放”的节能效果。 n(2)合理的传动角。摆杆机的下传动角(连杆与 摆杆的夹角)，不像常规游梁机变化那样大， 12型摆杆机为60093.440，减少了摆杆的受 力，降低了减速器的输出轴扭矩。 n(3)变化力臂具有变矩节能效果。随着曲柄的转 动，滚轮在摆杆中间的轨道上滚动，使得曲柄 对摆杆的作用力的力臂随时变化，在上冲程悬 点载荷较大时，力臂较长；在下冲程悬点载荷 较小时，力臂较短。 n(4)较多的能量积蓄。在下冲程时，摆杆上的连 杆铰点比滚轮到支承轴中心的力臂长，提起的

22、平衡重积蓄能量多，在上冲程时这部分能量释 放出来，电动机消耗的功相对就少。 (5)独特的平衡机理 n摆杆机的复合平衡与众不同。第一层平衡是常 规机等都有的曲柄平衡，主要是摆杆和滚轮的 设计，使曲柄的平衡力矩对连杆而言，在每一 个上下冲程循环过程中，虽然平衡锤质量不变， 但在摆杆上的平衡半径是变数，其半径大小之 差最大值等于2倍曲柄半径。这样上冲程做正 功的平衡力矩就大于下冲程做负功的平衡力矩， 这是节能原因之一。第二层平衡是在摆杆尾部 设计有配重，它所产生的平衡效果相当于游梁 平衡，但又优于后者。因为摆杆的摆角远小于 游梁摆角，近似l2，摆动惯性影响减少，这 是节能原因之二。 n摆杆机同常规机

23、相比，在类似工况下节电30以上， 其匹配的减速器扭矩和电机功率均可减少12，新开 发的油田可大大减少电网投资费用。 n摆杆机适合大负荷、长冲程，但不适合高冲次。一方面 是由结构决定，滚轮在轨道上往复运动，容易磨损；另 一方面冲次太高，摆杆上下摆动过大的惯性在曲柄的旋 转时，产生齿轮受力齿面被交替冲击。通过厂内试车， 确定摆杆机在最大负荷、最大冲程条件下，最高冲次为 7min-1。 n摆杆机平衡的重点在摆杆尾配重上，因为它产生的平衡 力矩，直接通过连杆传至游梁。不经过滚轮，可减少磨 损，延长寿命。当平衡接近最佳时，减速器扭矩很小。 选配电机的功率大小取决于抽油机所需的扭矩和冲次， 摆杆机与相应机

24、型的扭矩计算对比值如表2所示 (六六)双驴头抽油机双驴头抽油机(又称异形机又称异形机) n由华北石油管理局第 一石油机械厂1993年 首先开发成功，目前 已形成6-10型、冲程 2.56m全系列机型。 有3000余台在华北、 大港、胜利、大庆等 14个油区工作，国内 有华北一机厂、胜利 总机厂等六个厂家生 产。是1993年以来应 用最多的新型抽油机。 图23 双驴头抽油机 双驴头抽油机主要特点是 n将常规游梁式抽油机连杆与游梁之间的铰链连 接改成后驴头与钢丝绳的柔性连接组成变参数 的四杆机构，这样可以克服刚性铰接四杆机构， 游梁摆角较大时，传动角小、运动性能、动力 性能变坏的缺点。实现较大摆角

25、（大于700）， 减小抽油机尺寸和重量。同时，由于游梁后臂 的长度是变化的。通过这种变化，使传动性能 与悬点载荷的变化相适应，减小抽油机减速器 上的扭矩，提高了抽油机的承载能力，降低了 能耗。其结构如图24所示。 1双驴头抽油机的 工作原理 n双驴头抽油机工作时，动力 机的高速转动通过皮带和减 速器传给曲柄作低速旋转。 随着曲柄的转动，特殊连杆 与游梁后臂渐开线圆弧的切 点，将沿其弧面上下移动， 即连杆长度和游梁后臂有效 长度均随曲柄转动而变化。 曲柄通过“特殊连杆”驱动 游梁而往复摆动。随着游梁 的往复摆动，挂在驴头上的 悬绳器便带动抽油杆往复运 动，再由抽油杆带动深井泵 活塞进行抽油。 图

26、24 双驴头抽油机结构示意图 1一底座；2一支架；3一平台； 4一游梁；5一前驴头；6一护栏 ；?一后驴头；8一驱动绳；9一 横梁；10一连杆；11一曲柄销 装置；12一曲柄装置；13一减 速器；“一刹车安全装置；15 一电动机；16一刹车装置 2现场应用情况 n为了验证双驴头抽油机的节能效果，在华北油 田歧650、歧665井上进行了常规机与异形机对 比测试。 n通过试验表明，异形机具有以下5方面的特点： n(1)有明显的节能效果。歧650井在相近工作参 数下对比，24h有功电耗量由140.6kWh下降 到97.0kWh，平均日节电43.6kWh，节电 幅度31.0。 n(2)启动电流明显下降

27、，易启动。歧650井原启 动电流400A，现启动电流162.5A，下降幅度 为59.4。歧665井在改变工作参数的情况下， 启动电流由原来的220A下降到150A，下降幅 度31.8。 n(3)具有长冲程特点，减少相对冲程损失， 有利于提高油井产液量。歧665井换机型 后，改用5m冲程，4min-1冲次的异型机 生产，日产液由原来的21.0t上升到40.7t， 泵效由24.4提高到55.1。 n(4)配套使用电机功率小。配套使用电机 功率仅22kW，可降低输入功率，提高抽 油由7.122kW下降到670kW。 n (5)异形机结构合理、运转平稳、附加动 载小、平衡效果好、维修方便。 n （七）

28、变形双驴头抽油机（七）变形双驴头抽油机 n1、低矮异型抽、低矮异型抽 油机油机 n1 1）渐开线型抽油机）渐开线型抽油机， 如图18所示 图18渐开线型抽油机 2) 扇形驴头抽油机， n如 图 19 所 示 图19 扇形驴头抽油机 2.增程式游梁抽油机增程式游梁抽油机 n1) 旋转驴头增程抽油机旋转驴头增程抽油机; (1)结构特点 n 普通游梁式抽油机的驴头和游梁是钢性连结在一 起的，而旋转驴头游粱式抽油机的驴头和游梁的连接 方式采用的是铰接，从而可以使驴头相对于游梁转动。 n 普通游梁式抽油机采用的是四连杆机构，而该机 型在驴头和支架上增加了一根连杆，同时驴头本身也 成为一个运动杆件，因而构

29、成独特的六连杆机构， n 驴头可以相对于游梁转动，又要求其弧面始终和 铅垂线相切，所以驴头弧面的轮廓曲线不再是一条圆 弧，而应该是一条特殊曲线。 n (2)工作原理工作原理 n 当抽油机工作时，动力机通过皮带和减速箱机构带 动游梁运动，此时，旋转驴头游梁式抽油机的游梁除 了带动驴头在竖直方向上运动外，还要使驴头做相对 于游梁的旋转运动，两种运动的综合作用带动抽油杆 柱做上下往复运动，增加冲程并实现抽汲。 (3)性能特点 n 优点：与常规机相比，该机型的冲程不仅 具有常规机的冲程部分，而且增加了因驴头旋 转而造成的冲程增加，所以具有长冲程的特点。 当前我国有杆式抽油方式正向着长冲程、低冲 次方向

30、发展，在可能的条件下，将一般抽油机 改造为旋转驴头游梁式抽油机， 以满足长冲 程采油工艺的要求，不仅经济而且可行。 n 缺点：整机结构复杂，制造成本高，因而 发展前景受到一定的限制。 2) 游梁与复合轮综合增程抽油机 n如图21所示 图21 游梁与复合论综合增程抽油机 （八）（八）.双变径轮式抽油机双变径轮式抽油机 n该机是胜利油田工程机械总厂最近研制开发成 功的一种新型抽油机,如图22、23所示. 图22 双变径论式抽油机 1) 结构组成 图23 双变径轮式抽油机简图 2)结构特点 n优化后的结构具有较好的运动性能,动载荷小, 降低了抽油杆上的载荷,改善了抽油机和抽油泵 的工作条件,可靠性明

31、显提高。减速器扭矩波动 小,没有负扭矩.具有明显的节能效果. n可方便的实现大冲程.完整的四连杆机构稳定性 好.连杆、曲柄、减速器等受力小，提高了可靠 性。充分利用游梁自重作平衡重。 n适用于把原10型抽油机改造成12型，5米冲程 的改型抽油机。 n缺点：增加了一副轴承。柔性杆的寿命有待提 高。 （九）绳索滑轮式长冲程抽油机（九）绳索滑轮式长冲程抽油机 n绳索滑轮式长冲程抽 油机是一种以提高冲 程为主要特点的游梁 式抽油机，因此属于 倍增冲程游梁式抽油 机，也是常规型游梁 式抽油机的一种改进 形式，改进的目的在 于节能。 n这种机型最早于 1985年由我国的辽 河石油勘探局兴隆台 采油厂研制生

32、产，如 图24所示。 图24 绳索滑轮游梁式抽油机 1一刹车装置；2一带传动装置；3一减速器 ；4一曲柄；5平衡块；6一连杆；7一横 梁：8一游梁；9一转动滑轮；10-驴头；11 一悬绳器；12钢绳；13-支架：1卜嗽梯 ：15一底座；16一护栏 (1)结构特点 n绳索滑轮式长冲程抽油机与常规机相比， 其不同之处在于：该机的的驴头上装有 一个可转动的滑轮，钢丝绳的一端与底 座相连；另一端绕过滑轮及驴头弧面与 井口的悬绳器相连。为了避免钢丝绳与 驴头弧面的滑动摩擦，驴头弧面装有 排小滚珠，小滚珠可随钢丝绳的运动而 转动。 (2)工作原理 n 基本原理同常规机。对于绳索滑轮式长冲 程抽油机，当抽油

33、机工作时，在定滑轮的 作用下，冲程长度增加近一倍，从而实现 倍增冲程， n(3)性能特点性能特点 n优点：冲程倍增。 n缺点：游梁前端载荷增大近一倍，影响 到平衡重的配置，并可能造成整机重量的 增加，因而发展前景受到一定的限制。 （十）蛋形驴头游梁式抽油机（十）蛋形驴头游梁式抽油机 n蛋形驴头游梁 式抽油机也是 一种以提高冲 程为主要特点 的游梁式抽油 机，因此也属 于倍增冲程游 梁式抽油机， 也是常规型游 梁式抽油机的 一种改进形式， 改进的目的在 于节能。 图25 蛋形旋转驴头游梁式抽油机 l一减速器：2一曲柄；3一平衡块；4一连 杆；5一横梁；6一游梁：7一蛋形驴头；8 悬绳器：9一光杆

34、；i0-支架；11扶梯 ：12一底座 (1)结构特点 n蛋形驴头游梁式抽油机不再采用定滑轮结构，而 是将驴头设计为蛋形结构，钢丝绳绕在蛋形驴头 上，一端与底座相连，另一端与悬绳器相连。 n(2)(2)工作原理工作原理 n基本原理同常规机。对于蛋形驴头游梁式抽油机， 当游梁上下摆动时，钢丝绳使蛋形驴头跟着转动， 并带动抽油杆运动，使冲程长度增加近一倍，实 现倍增冲程。 n(3)性能特点性能特点 n优点：冲程倍增。 n缺点；游梁前端载荷增大近一倍，影响到平衡 重的配置，并可能造成整机重量的增加，因而发 展前景受到一定的限制， (十一十一)斜直井游梁式抽油机斜直井游梁式抽油机 n斜直井游梁式抽油机是

35、为了满足日益发 展起来的斜直井和丛式并采油技术而研 制生产的一种新型游梁式抽油机。该机 型在中国、美国、法国、加拿大等国均 有一定程度的发展和应用。图26是从后 置型游粱式抽油机改造而来的斜直井游 梁式抽油机的结构简图，图27是从前置 型游梁式抽油机改造而来的斜直井游梁 式抽油机的结构简图。 结构简图 图27 斜直井前置式抽油机 1一底座；2一支架；S一游梁：4 一横粱：5一驴头：6一减速器底座 ；?一减速器；8-V型曲柄；9一连 杆：10-平衡重；11一钢丝绳；12 一主支承；13一悬绳 图26 斜直井后置式抽油机 l一底座：2一支架；3一游梁：4一横 梁：5一驴头；6一减速器底座：7一 减

36、速器；8一曲柄：9一连杆：10-平 衡重；1l一钢丝绳；12一主支承；13 一悬绳器 (1)结构特点 n具有倾斜的游梁、可调节的连杆，并以倾斜的 驴头对准斜直井的轴线。 (2)工作原理工作原理 n工作原理基本与常规机相同，只是在工作过程 中，驴头带动抽油杆在倾斜方向上往复运动。 当井的倾斜角度需要改变时，只需改变连杆长 度等一些可调节的几何尺寸，便可满足斜直井 和丛式井开采油气的需要。 (3)性能特点性能特点 n由于采用倾斜的抽油杆抽油，所以该种抽油机 的冲次一般较低，而且需要采用抽油杆扶正器 以减少抽油杆与油管之间的摩擦阻力。尽管这 样，斜直井抽油机的磨损程度依然很大。 第四节无游梁长冲程抽

37、油机第四节无游梁长冲程抽油机 n一、链条抽油机一、链条抽油机 n1普通链条抽油机普通链条抽油机 n链条抽油机是我国自行研制的一种结构 独特的无游梁抽油机。它具有负荷能力 大、冲程长、重量轻、节省电能等优点。 (1)结构 n链条抽油机由以下几部分组成 (见图25)： n动力传动系统：电动机、皮带 传动装置、减速器、主动链轮、 上链轮、轨迹链条和主轴销等； n换向系统：往返架体、滑套、 滑块和滚轮等； n平衡系统：平衡链轮、平衡链 条、平衡缸及其柱塞、储气包、 补气压缩机、润滑油泵等； n悬重系统：天车轮、轮架、钢 丝绳和悬绳器等； n支持系统：机架、导轨、底座 和油底壳等。 （2）工作原理 n电

38、动机通过皮带传动、减速器减速后驱动主动链轮旋转， 带动主动链轮和从动链轮之间的轨迹链条上下运动。轨 迹链条上有一个特殊链节，其上装有主轴销，通过滑套 和滑块带动往返架沿机架导轨作垂直运动。当轨迹链条 上的特殊链节在链轮上作环形运动时，主轴销带动滑块 沿滑杠移动，完成往返架的换向运动。绕在天车轮上的 钢丝绳一端连在往返架的上部，另一端与悬绳器相连。 往返架的垂直运动，通过钢丝绳和悬绳器带动光杆、抽 油杆柱和抽油泵完成上下冲程抽汲油液的任务。 n往返架的下部连有平衡链条，绕过平衡链轮以后，固定 在机架上。平衡链轮与平衡气缸中的柱塞相连，气体压 力产生的推力经过平衡链轮与平衡链条作用于往返架的 下部

39、。以满足链条抽油机的平衡需要。 (3)特点 运动性能好。链条机冲程长度的90是匀速运 动，只有换向期间有短时的加速度，而且设计 上保证它处于静变形期，因此动载荷小。 n整机重量小。链条机整机重量只是游梁机的 1213。 n调平衡容易，节约电能。链条机采用气平衡 系统，调节系统方便，效果好，调整平衡度可 达95左右。 n结构紧凑，减速器小。 (4)链条机节能分析 结构特点及减速器扭矩。 n由于链条抽油机电动机的转数基本不变，因此， 减速器输出轴可看做是匀速旋转的。又因轨迹链 条、往返架和抽油杆是平行布置，它们的力作用 线是相互平行的，因此在抽油杆上下行程中，除 了特殊链节在上下轮的上下半圆弧时往

40、返架是作 简谐运动外，其余大部分(上下链轮中心距段)都 不产生加速度，也就无惯性力。所以，减速器输 出轴上链轮的切线力是均匀的。 n与游梁抽油机比较，由于链条机的减速器需要的 减速比较游梁机小得多，相同冲数和相同悬点载 荷时，链条抽油机减速器的体积和输出扭矩比游 梁抽油机小都小得多。 n 平衡方式及扭矩曲线 图26 链条机与游梁机平衡效果和减速器扭矩对 比 (a)游梁抽油机；(b)链条抽油机 n游梁抽油机靠曲柄上所加铸铁平衡块上行储存 能量、下行释放能量来实现平衡。减速器净扭 矩曲线脉动较大(图26(a)，且有负扭矩存在。 链条抽油机的平衡方式是气动平衡，平衡机构 是由与负荷作用线平行安装的气

41、动平衡缸、平 衡缸中的柱塞、柱塞下端的平衡链轮及连接在 往返架下部并绕过平衡链轮固定于机架上的平 衡链条组成。靠气缸中的高压气体储存和释放 能量来实现平衡。这样的平衡装置调节气压很 方便，可保证在抽油机的工作过程中，随着油 井负荷变化来随时调节平衡力的大小。而且， 平衡力作用方向与负荷力作用方向相反并相互 平行。因此平衡后，减速器扭矩曲线除换向段 外为一直线(图26(b) n由于链条机具有较平稳的净扭矩曲线，电动机效 率高，电能损耗低。且由于其扭矩峰值小，使选 配的电机功率减小。 n同型号链条抽油机和游梁抽油机匹配的电机容量 及同负荷井上电机工作电流见表3。在相同条件下， 链条抽油机选用的电机

42、比游梁抽油机的小。 n表3 是链条机与游梁机匹配的电机容量对比 n从以上分析表明，链条抽油机由它的结构决定， 减速器扭矩小而平衡，使电动机工作效率高。从 匹配电机、工作电流和实测功率都说明，省电三 分之一左右是无疑的。 n现场对链条抽油机井和游梁抽油机井的实际耗电 量进行测试，按每吨液量的耗电量计算，链条抽 油机平均为1.58 kWh，游梁抽油机为2.59 kWh，链条抽油机省电39。 2、采用、采用MON式主传动系统的式主传动系统的 新型链条抽油机新型链条抽油机 n采用MON式主传动系统的新型链条抽油机，其 主传动链、循环链、承载链分别呈M、0、N形 布置。链结子为换向机构，具有滑动轴承功能

43、， 并联循环链和主传动链，把循环运动变为上下 往复运动。承载链直接承受平衡载荷，可大幅 度减小主传动链的受力。主传动链与承载链将 悬点载荷分解为换向抽汲载荷与平衡载荷。两 组链条长度之差产生差动功能，可缓冲平衡重 的换向惯性冲击。MON式主传动系统力系设计 合理，运行平稳，可靠性高，从而使新型链条 抽油机具有大载荷、长冲程和低冲次的特点。 (1)MON式主传动系统工作原理。 nMON式主传动系统是链条抽油 机的新型传动系统，图27为该 传动系统原理图。 n主传动链、循环链和承载链等 三组链条按不同方式分别绕相 关轮系导向和传动。传动顺序 是：电动机驱动减速器输出轴 上的主动链轮带动循环链作循

44、环运动，经链结子转换为主传 动链的往复运动，最终带动其 前端的悬绳器及光杆和后端的 平衡重作交替上下往复运动。 n上冲程时，悬绳器上升，平衡 重下降，对悬点做功；下冲程 时，悬绳器下降，平衡重上升， 对平衡重作功，储存势能，用 于下一次循环抽油。 图27 链条抽油机MON式主传动系统 1一平衡重；2一天轮；3一减速器；4一承载 链；5一大天轮；6一主传动链；7一主动 链轮；8一循环链；9一链结子；10一悬绳器 ；11一从动链轮；12一地轮箱；13一地轮 技术参数及结构特点。 n表4中列出采用MON式主传动系统的两种新型链条 抽油机系列技术参数。 n新研制链条抽油机的结构特点是与MON式主传动

45、系统密切相关的。 n主传动链呈M形布置，其前端连悬绳器，绕大天轮。 天轮、地轮，末端接平衡重，承担换向抽汲载荷。 n循环链呈O形布置，双链对称。绕主动链轮、从动 链轮，封闭于链结子。在主传动链中部由链结子并 联。主动链轮的圆周转动由此变换为循环链的长圆 循环运动，运动长轴等于抽油机冲程。 n承载链呈N形布置，前端连悬绳器，绕大天轮、天 轮，末端接平衡重，直接承担平衡载荷，随主传动 链运动。 n链结子为换向机构，具有滑动轴承功能，并联 循环链和主传动链，把循环运动变换为往复运 动。这是MON式主传动系统的核心，其结构简 单，无往返架及导轨，对并联各链条均不产生 侧向弯矩，重量轻，易于安装和维修，可靠性 高。 n主动链轮与循环链在上部啮合，链条在自重作 用下，始终与主动链轮保持良好啮合状态。从 动链轮在地轮箱的重力作用下(松开相应紧固螺 栓时)，可自动张紧循环链。 n大天轮主轴在齿条传导下(松开相应的紧固螺栓 时)，可平行后移，让开井位，由两人操作即可。 n主传动链与承载链将悬点载荷分解为换向抽汲 载荷与平衡载荷。两链条长度之差可产