一種電機(jī)下置無(wú)齒輪對(duì)重曳引式抽油機(jī)

1、一種電機(jī)下置的無(wú)齒輪對(duì)重曳引式抽油機(jī)技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明屬于油田采油機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電機(jī)下置的無(wú)齒輪對(duì)重曳 引式抽油機(jī)，特別是一種適用于要求具有低沖次、長(zhǎng)沖程的抽油機(jī)。背景技術(shù)目前，油田主要采用的抽油機(jī)是油梁式抽油機(jī)，它是由驢頭、油梁、支 架、減速箱、搖臂、連桿、機(jī)座、電機(jī)、控制柜等機(jī)構(gòu)組成。由于減速機(jī)的 存在使得整個(gè)抽油機(jī)的效率很低， 耗能較大， 且需要對(duì)整個(gè)減速機(jī)構(gòu)定期潤(rùn) 滑維護(hù)，同時(shí)所占用面積較大。由于油梁式抽油機(jī)存在上述種種弊端， 曳引式抽油機(jī)越來(lái)越受到人們的 重視。曳引式抽油機(jī)分為有齒輪曳引式抽油機(jī)和無(wú)齒輪曳引式抽油機(jī)。 有齒 輪曳引式抽油機(jī)，雖然占地面積較小，節(jié)省了材料，但仍屬有

2、齒輪機(jī)構(gòu)，仍 存在運(yùn)行效率低、 維護(hù)難度大等一系列問(wèn)題， 因此目前此類(lèi)技術(shù)很少被采用。 專(zhuān)利200510046026.0公布了一種“電子-電氣-機(jī)械一體化曳引式抽油機(jī)” ，專(zhuān) 利 200710089285.0公布了一種“ W 型曳引抽油機(jī)”，這兩種結(jié)構(gòu)型式的曳引 式抽油機(jī)都是將曳引輪安裝在機(jī)架上， 曳引輪上繞有鋼絲繩， 鋼絲繩的一端 連接到油井的抽油桿上， 另一端連接到起平衡作用的對(duì)重上。 曳引輪上的鋼 絲繩既起到懸掛抽油桿和對(duì)重的懸掛繩作用， 又起到曳引抽油桿上、 下往復(fù) 運(yùn)動(dòng)的曳引繩作用。 曳引系統(tǒng)均有兩個(gè)動(dòng)滑輪， 分別位于抽油桿側(cè)和對(duì)重側(cè)。 取消了齒輪減速機(jī)構(gòu)，安裝在機(jī)架上的永磁同步電動(dòng)

3、機(jī)直接驅(qū)動(dòng)曳引輪旋 轉(zhuǎn)，通過(guò)永磁同步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)抽油桿上、下往復(fù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)將地 下的石油抽到地面的目的。由于油田的油井一般都很深， 抽油桿和對(duì)重裝置重達(dá)十幾噸， 曳引輪需 要有巨大的承載力和巨大的曳引力， 使得曳引式抽油機(jī)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)具有很 大的難度?，F(xiàn)有的曳引式抽油機(jī)主要存在以下問(wèn)題：（1）成本高：采用低速大轉(zhuǎn)矩的永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)無(wú)齒輪曳引式抽 油機(jī)，由于所需要承載的負(fù)荷巨大，需要的曳引力巨大，因此所需永磁同步 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩很大，而永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與其體積成正比，也就是說(shuō)與 永磁同步電動(dòng)機(jī)的成本成正比，這就造成了此種抽油機(jī)的成本太高，與傳統(tǒng) 的游梁式抽油機(jī)相比，成本提高 50

4、%200%。（2）鋼絲繩壽命短：為了減少對(duì)曳引式抽油機(jī)曳引輪轉(zhuǎn)矩輸出的需求， 通常選用直徑較小的曳引輪和較細(xì)的鋼絲繩，有時(shí)還要增加動(dòng)滑輪組。這就 使得曳引鋼絲繩的使用壽命同傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)相比明顯縮短，同時(shí)油井 的作業(yè)變得十分不方便。（3）安全性差：目前的曳引式抽油機(jī)主驅(qū)動(dòng)曳引機(jī)大多是安裝在機(jī)架的 上部，機(jī)架的高度都在十幾米以上，這就使得主機(jī)的安裝和維護(hù)人員必須要 進(jìn)行高空作業(yè)，十分不安全。由于以上問(wèn)題的存在，極大地限制了曳引式抽油機(jī)的推廣使用，使其優(yōu) 勢(shì)不能得到很好的發(fā)揮。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有曳引式抽油機(jī)存在的上述三個(gè)方面問(wèn)題， 提供了一種電機(jī)下置的無(wú)齒輪對(duì)重曳引式抽油機(jī)，它

5、具有耗能小、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 合理、占地面積小、運(yùn)行效率高、制造成本低、安全可靠、安裝和維護(hù)方便 等特點(diǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：將曳引式抽油機(jī)鋼絲繩的懸掛功能和曳引功 能分離開(kāi)。連接到抽油桿和對(duì)重的鋼絲繩，為懸掛鋼絲繩，只考慮其滿(mǎn)足懸 掛功能的要求，不考慮曳引功能。機(jī)架上部的天輪為無(wú)動(dòng)力機(jī)構(gòu)，天輪只起 導(dǎo)向作用，直徑可以做的很大。懸掛鋼絲繩的直徑取決于系統(tǒng)的懸掛重量和 天輪的直徑，故可選擇單根較粗的鋼絲繩作為懸掛鋼絲繩，通過(guò)天輪懸掛抽 油桿和對(duì)重，以滿(mǎn)足懸掛載荷的要求和保證足夠的安全系數(shù)。天輪選擇較大 直徑尺寸，可以提高懸掛鋼絲繩的使用壽命。這樣，安裝在機(jī)架頂部的天輪 和懸掛在天輪兩側(cè)的抽油桿和對(duì)重

6、組成了一個(gè)無(wú)動(dòng)力且基本平衡的懸掛系 統(tǒng)。在懸掛系統(tǒng)中不需要?jiǎng)踊喗M，使得油井的作業(yè)變得同傳統(tǒng)的游梁式抽 油機(jī)一樣簡(jiǎn)單方便。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的曳引，在對(duì)重側(cè)增加了一套獨(dú)立的曳引系統(tǒng)。曳引鋼絲 繩一端繩頭固定在機(jī)架頂部，另一端繞過(guò)固定于對(duì)重上方的動(dòng)滑輪，并經(jīng)由 固定于機(jī)架上方的導(dǎo)向輪， 曳引輪和固定于對(duì)重下方的動(dòng)滑輪固定在機(jī)座上。 為了保證曳引鋼絲繩和曳引輪之間產(chǎn)生足夠的曳引力，在曳引輪上加工有螺 旋狀繩槽，曳引鋼絲繩在螺旋狀繩槽上繞若干周。為了保證曳引鋼絲繩始終 具有一定的張力，在鋼絲繩的兩端各裝有一個(gè)帶有彈簧的組件。由于對(duì)重和 抽油桿的重量是基本相等的，因此曳引對(duì)重運(yùn)動(dòng)所需要的曳引力較小，所用 的

7、曳引鋼絲繩可選用單根直徑較細(xì)的鋼絲繩，產(chǎn)生曳引力的曳引輪也可用較 小的直徑（一般曳引輪的直徑等于鋼絲繩直徑的 40 倍），所需要的曳引轉(zhuǎn)矩 也同比例減少。對(duì)重上部和下部安裝的動(dòng)滑輪，使作用在曳引輪上的轉(zhuǎn)矩減 少 1/2 。為了進(jìn)一步減少對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的需求，在永磁同步電 動(dòng)機(jī)軸輸出端到曳引輪之間增加一級(jí)減速比為 35 的皮帶減速機(jī)構(gòu)，使最終 對(duì)電機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)距的需求降低到直接曳引時(shí)的 1/61/10。由于永磁同步電機(jī) 的成本與其輸出轉(zhuǎn)距成正比，因此采用本發(fā)明使得永磁同步電機(jī)的成本大幅 度下降，從而大大降低了整個(gè)曳引式抽油機(jī)的成本。皮帶減速機(jī)構(gòu)的另一個(gè) 作用是增加了系統(tǒng)的柔性，當(dāng)發(fā)生卡井

8、或越位故障時(shí)，通過(guò)皮帶打滑，保護(hù) 設(shè)備不至損壞。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的曳引式抽油機(jī)采用了懸掛系統(tǒng)和曳引系統(tǒng)相分離的結(jié) 構(gòu)。采用直徑較大的天輪和較粗的單根懸掛鋼絲繩，提高了系統(tǒng)的安全性， 延長(zhǎng)了懸掛鋼絲繩的使用壽命，更加方便油井作業(yè)。采用直徑較小的曳引輪 和較細(xì)的曳引鋼絲繩，大大降低了對(duì)曳引轉(zhuǎn)矩的要求，減小了永磁同步電動(dòng) 機(jī)的體積和成本，從而降低了整個(gè)抽油機(jī)的成本。曳引系統(tǒng)的兩個(gè)動(dòng)滑輪均 固定在對(duì)重側(cè)，這可以節(jié)省對(duì)重材料。此系統(tǒng)沒(méi)有齒輪減速機(jī)，這使得整個(gè) 系統(tǒng)效率高、體積小、重量輕。曳引系統(tǒng)的曳引輪和驅(qū)動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)全 部安裝于地面之上，使得系統(tǒng)的安裝和維護(hù)更加方便。附圖說(shuō)明以下結(jié)合附圖 1 和附圖

9、2 對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。附圖 1 為一種電機(jī)下置的無(wú)齒輪對(duì)重曳引式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。附圖 2為 曳引輪通過(guò)軸與皮帶輪連接部分的左視簡(jiǎn)圖。圖中序號(hào)說(shuō)明： 1抽油桿、 2懸掛鋼絲繩、 3天輪、 4上張緊彈簧、 5導(dǎo) 向輪、6曳引鋼絲繩、7機(jī)架、8動(dòng)滑輪I、9對(duì)重、10動(dòng)滑輪H、11曳引輪、 12軸、 13皮帶輪、 14皮帶、 15永磁電機(jī)、 16機(jī)座、 1 7下張緊彈簧。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖 1 和附圖 2 對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。天輪 3安裝在機(jī)架 7的頂部，抽油桿 1和對(duì)重 9通過(guò)懸掛鋼絲繩 2懸掛 在天輪 3 的兩側(cè)，組成了一個(gè)無(wú)動(dòng)力且基本平衡的懸掛系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 的曳引，在對(duì)重 9增加

10、了一套獨(dú)立的曳引系統(tǒng)。曳引鋼絲繩 6繩頭一端通過(guò) 上張緊彈簧 4固定在機(jī)架 7 的上部，另一端繞過(guò)固定于對(duì)重 9上方的動(dòng)滑輪I 8,并經(jīng)由固定于機(jī)架7上方的導(dǎo)向輪5,曳引輪11和固定于對(duì)重9下方 的動(dòng)滑輪H 10通過(guò)下張緊彈簧17固定在機(jī)座16上。曳引系統(tǒng)的動(dòng)滑輪I 8 和動(dòng)滑輪H 10固定在對(duì)重9的上部和下部。為了保證曳引鋼絲繩6和曳引輪II 之間產(chǎn)生足夠的曳引力, 在曳引輪 11 上加工出螺旋狀繩槽 （圖中未畫(huà)出）, 曳引鋼絲繩 6在螺旋狀繩槽上繞若干周。永磁同步電動(dòng)機(jī) 15通過(guò)皮帶 14驅(qū) 動(dòng)皮帶輪 13,皮帶輪 13和曳引輪 11 同軸安裝在軸 12上,實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的 曳引功能。一種電

11、機(jī)下置的無(wú)齒輪對(duì)重曳引式抽油機(jī)， 它包括抽油桿、懸掛鋼絲繩、 天輪、上張緊彈簧、導(dǎo)向輪、曳引鋼絲繩、機(jī)架、動(dòng)滑輪I、對(duì)重、動(dòng)滑輪 H、曳引輪、軸、皮帶輪、皮帶、永磁電機(jī)、機(jī)座、下張緊彈簧。其特征在 于：抽油桿和對(duì)重通過(guò)懸掛鋼絲繩懸掛在天輪的兩側(cè)，組成了一個(gè)無(wú)動(dòng)力且 基本平衡的懸掛系統(tǒng)。對(duì)重側(cè)增加了一套獨(dú)立的曳引系統(tǒng)。曳引系統(tǒng)的動(dòng)滑 輪I和動(dòng)滑輪H固定在對(duì)重的上部和下部。曳引輪上加工出螺旋狀繩槽，曳 引鋼絲繩在螺旋狀繩槽上纏繞若干周。曳引輪和永磁同步電動(dòng)機(jī)之間通過(guò)皮 帶減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，將曳引輪和永磁同步電動(dòng)機(jī)安裝于地面，方便安裝和 維護(hù)。說(shuō)明書(shū)摘要一種電機(jī)下置的無(wú)齒輪對(duì)重曳引式抽油機(jī)，從根本上解決了現(xiàn)有曳引式 抽油機(jī)成本高，耗能大，鋼絲繩壽命低，安全可靠性差等缺點(diǎn)。包括懸掛于 天輪兩側(cè)的抽油桿與對(duì)重，懸掛鋼絲繩和曳引鋼絲繩，動(dòng)滑輪組，永磁同步 電動(dòng)機(jī)和曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其技術(shù)要點(diǎn)是：抽油桿和對(duì)重通過(guò)懸掛鋼絲繩懸掛 在天輪的兩側(cè)組成了一個(gè)無(wú)動(dòng)力且基本平衡的系統(tǒng)。對(duì)重側(cè)增加了一套獨(dú)立 的曳引系統(tǒng)，曳引系統(tǒng)的動(dòng)滑輪I和動(dòng)滑輪H均固定在對(duì)重一側(cè)，相當(dāng)于對(duì) 重，這可以減少對(duì)重所用材料。曳引輪和永磁同步電動(dòng)機(jī)之間通過(guò)皮帶減速 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，將曳引輪和永磁同步電動(dòng)機(jī)安裝于地面， 以方便安裝和維護(hù)