專(zhuān)利名稱(chēng)：一種游梁抽油機(jī)的正扭矩軌道變力臂方法及機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田采油領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種游梁抽油機(jī)的正扭矩軌道變力臂方 法及機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，75%的人工舉升抽油機(jī)以游梁式抽油機(jī)為主，分為常規(guī)型游梁式抽油 機(jī)、前置型游梁式抽油機(jī)、異相型游梁式抽油機(jī)和雙驢頭型游梁式抽油機(jī)等。這些結(jié)構(gòu) 型式的抽油機(jī)主要是利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橛瘟旱纳舷聰[動(dòng)，將井液抽汲至 地面。這些類(lèi)型的抽油機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，配套工藝齊全，但其結(jié)構(gòu)龐大、載荷波動(dòng)大，在連 桿轉(zhuǎn)動(dòng)、驢頭上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)、減速箱存在正負(fù)和交變大的載荷，即沖程上下死 點(diǎn)減速箱扭矩、電機(jī)功率均存在負(fù)值、零值和交變幅度較大(見(jiàn)圖4)，為滿足系統(tǒng)需要 必須配用功率較大的電機(jī)，致使電機(jī)利用率低，系統(tǒng)存在低效和發(fā)電區(qū)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)性能 差、載荷沖擊大、系統(tǒng)效率低和能耗大。多年來(lái)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員一直在研究一種方 法或結(jié)構(gòu)，意圖不改變游梁式抽油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)就可使沖程上下死點(diǎn)減速 箱扭矩均為正值和交變幅度變小，但始終沒(méi)有解決這個(gè)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的游梁抽油機(jī)沖程上下死點(diǎn)電機(jī)、減速箱扭矩承受負(fù)值或零值、 交變幅度大等，導(dǎo)致載荷沖擊大、系統(tǒng)效率低、能耗大的不足，本發(fā)明提供一種游梁抽 油機(jī)的正扭矩軌道變力臂方法，該方法可以使沖程上下死點(diǎn)電機(jī)、減速箱扭矩均為正值 且交變幅度小，具有載荷沖擊小、系統(tǒng)效率高、耗能少的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種游梁抽油機(jī)的正扭矩軌道變力臂方法，首先設(shè)曲柄 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)改變游梁力臂長(zhǎng)度，使驢頭在下死點(diǎn)位置時(shí)，曲柄與垂線成角， 驢頭在上死點(diǎn)位置時(shí)，曲柄與垂線成+ β角；
曲柄在90°、270°位置時(shí)，使游梁為水平狀態(tài)，其中曲柄在90°位置時(shí)游梁的力 臂為b+r，曲柄在270°位置時(shí)游梁的力臂為b-r。一種游梁抽油機(jī)的正扭矩軌道變力臂機(jī)構(gòu)，包括游梁、曲柄連桿，所述的游梁 上與驢頭相反一側(cè)的上部固定有軌道，軌道上置有可沿其滾動(dòng)的位移器，所述的位移器 中心穿有可轉(zhuǎn)動(dòng)的滾輪軸，所述滾輪軸上固定有曲柄連桿，所述的曲柄連桿可與滾輪軸 一起隨位移器沿軌道平移。所述的軌道兩端分別設(shè)有上、下限位塊。所述的滾輪軸上連接滾輪連桿，滾輪連桿的另一端通過(guò)連桿橫梁連接連桿。本發(fā)明具有如下有益效果由于采取上述方案，位移器滾輪沿軌道滾動(dòng)與位移 器一起位移，可改變游梁的實(shí)際有效力臂長(zhǎng)度，使以往曲柄連桿機(jī)構(gòu)力臂不變而角度變 的情況改為角度不變而辦臂變，在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，使上沖程曲柄累計(jì)旋轉(zhuǎn)角度大于180° 而下沖程曲柄累計(jì)旋轉(zhuǎn)角度小于180°,這樣，電機(jī)功率、減速箱扭矩由原來(lái)的承受負(fù)值、零值、交變幅度大變?yōu)槭冀K是正值和穩(wěn)定，解決了人們長(zhǎng)期以來(lái)一直想解決而未解決的問(wèn)題，使得電機(jī)、減速箱扭矩載荷均為正值及波動(dòng)小、系統(tǒng)效率提高、耗能減少和無(wú)載 荷正負(fù)沖擊。


圖1是本發(fā)明所應(yīng)用的抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的工作原理圖4是現(xiàn)有的游梁抽油機(jī)功率扭矩曲線圖，其中曲線a為光桿功率，曲線b為平衡重 功率，曲線c為電機(jī)功率；
圖5是本發(fā)明所應(yīng)用的抽油機(jī)功率扭矩曲線圖，其中曲線a為光桿功率，曲線b為平 衡重功率，曲線c為電機(jī)功率。圖中1-底座，2-支架，3-懸繩器，4-驢頭，5-游梁，6-位移器，7_軌道， 8_曲柄連桿，9-曲柄銷(xiāo)，10-曲柄，11-減速器，12-減速器，13-剎車(chē)裝置，14-電機(jī)， 15-控柜，16-下限位塊，17-滾輪軸，18-滾輪軸承，19-上限位塊，20-滾輪連桿， 21-連桿橫梁。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
由圖1、圖2所示，一種游梁抽油機(jī)的正扭矩軌道變力臂機(jī)構(gòu)，包括游梁5、曲柄連 桿8，所述的游梁5上部固定有軌道7，軌道7上置有位移器6，位移器6可沿軌道7位 移，使其至游梁5支點(diǎn)的距離不斷變化，從而改變游梁5的實(shí)際力臂長(zhǎng)度，而曲柄連桿8 與軌道7之間的角度不變，始終保持垂直，即曲柄連桿8與游梁5始終垂直，不同于以往 的抽油機(jī)力臂長(zhǎng)度不變而變角度的結(jié)構(gòu)。所述的位移器6中心有滾輪軸17穿過(guò)，滾輪軸 17上設(shè)有滾輪軸承18，使得滾輪軸17可在位移器6內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪軸17上固定有曲柄 連桿8，所述的曲柄連桿8可隨滾輪軸17隨位移器6 —起沿軌道7位移。為了使該機(jī)構(gòu) 更方便地應(yīng)用在抽油機(jī)上，可將滾輪軸7與滾輪連桿20固定在一起，滾輪連桿20的另一 端通過(guò)其內(nèi)部的連桿橫梁21連接曲柄連桿8。所述的軌道7的兩端還設(shè)有上限位塊19、 下限位塊16，抽油機(jī)驢頭上沖程快結(jié)束時(shí)，位移器6碰到下限位塊16停止前進(jìn)，上沖程 結(jié)束下沖程開(kāi)始后開(kāi)始反向位移；抽油機(jī)驢頭快到達(dá)下死點(diǎn)時(shí)，位移器6碰到上限位塊 19，等上沖程開(kāi)始后開(kāi)始反向位移，重復(fù)上述過(guò)程。該正扭矩軌道變力臂機(jī)構(gòu)應(yīng)用在游梁式抽油機(jī)上如圖1所示，底座1上通過(guò)支架 2支撐游梁5，游梁5的右端為驢頭4，驢頭4通過(guò)懸繩器3連接井口，電機(jī)14通過(guò)減速 器12帶動(dòng)曲柄10轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄10通過(guò)曲柄銷(xiāo)9連接曲柄連桿8，底座1邊緣固定電控柜 15。抽油機(jī)的上述結(jié)構(gòu)同現(xiàn)有的抽油機(jī)相同，僅需在游梁與連桿之間加裝該正扭矩軌道 變力臂機(jī)構(gòu)，即可實(shí)現(xiàn)前述目的。一種游梁抽油機(jī)的正扭矩軌道變力臂方法，由圖3及圖5所示，圖中d、屯、d2 分別為抽油機(jī)驢頭處在水平、下死點(diǎn)、上死點(diǎn)時(shí)位移器6在游梁5上的位置，1代表曲柄 連桿8的實(shí)際長(zhǎng)度，b為游梁5支點(diǎn)O1至曲柄10中心的水平距離，r為曲柄10的半徑。 首先設(shè)曲柄10逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)改變游梁5力臂長(zhǎng)度，使驢頭在下死點(diǎn)位置時(shí)，曲柄10 與垂線m成-β角，驢頭在上死點(diǎn)位置時(shí)，曲柄10與垂線m成+ β角；曲柄10在90°、270°位置時(shí)，使游梁5為水平狀態(tài)，其中曲柄在90°位置時(shí)游梁5的力臂為b+r，曲柄 在270°位置時(shí)游梁5的力臂為b_r。下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn) 一步描述，現(xiàn)將曲柄10中心垂直方向的正上方設(shè)為起始點(diǎn)， 通過(guò)抽油機(jī)的四個(gè)狀態(tài)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理
設(shè)曲柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，首先，驢頭在下死點(diǎn)位置時(shí)，曲柄與垂線m成-β角，驢頭在 上死點(diǎn)位置時(shí)，曲柄與垂線m成+β角，由此光桿上沖程曲柄累計(jì)轉(zhuǎn)角為180° +2 β 大于180°，光桿下沖程曲柄累計(jì)轉(zhuǎn)角為180° -2 β小于180°，這樣，曲柄在0°、 180°、360°時(shí)的電機(jī)功率、減速箱扭矩即為正值。由于在0°、180°、360°時(shí)平衡重 功率為零，而光桿功率為正值(見(jiàn)圖5)，因此0°、180°、360°時(shí)電機(jī)功率由常規(guī)抽油 機(jī)的負(fù)值變?yōu)檎?，?shí)現(xiàn)了沖程上、下死點(diǎn)減速箱扭矩和電機(jī)功率無(wú)負(fù)值，使得載荷波 動(dòng)小、系統(tǒng)效率提高、耗能減少。其次，曲柄在90°、270°位置時(shí)，游梁為水平狀態(tài)，其中曲柄在90°位置時(shí) 的力臂為b+r，力臂最長(zhǎng)，由于驢頭載荷不變，根據(jù)力臂與力的關(guān)系，由此可使驢頭作用 在連桿上的拉力最小化，由于此時(shí)平衡重對(duì)系統(tǒng)作功，連桿的拉力越小，減速箱扭矩和 電機(jī)功率越小，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最小化；曲柄在270°位置時(shí)的力臂為b-r,力臂最短，同樣 由于驢頭載荷不變，可將驢頭載荷作用在連上的拉力最大化，由于此時(shí)系統(tǒng)對(duì)平衡重作 功，連桿拉力越大，減速箱扭矩和電機(jī)功率越小，也可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最小化?？偟膩?lái)說(shuō)，通 過(guò)力臂的變化使力相應(yīng)變化，從而使載荷變化平穩(wěn)。由上述的四個(gè)狀態(tài)可知，在游梁與連桿之間加裝本發(fā)明，不需改變游梁抽油機(jī) 的主體結(jié)構(gòu)及現(xiàn)有的配套工藝，并且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工，通過(guò)這一簡(jiǎn)單的方法解 決了本領(lǐng)域技術(shù)人員一直渴望解決而未解決的問(wèn)題，使減速箱扭矩和電機(jī)功率始終為正 值，實(shí)現(xiàn)了載荷波動(dòng)小、系統(tǒng)效率提高、耗能減少的目的。
權(quán)利要求
1.一種游梁抽油機(jī)的正扭矩軌道變力臂方法，其特征在于首先設(shè)曲柄(10)逆時(shí)針 旋轉(zhuǎn)，通過(guò)改變游梁(5)力臂長(zhǎng)度，使驢頭在下死點(diǎn)位置時(shí)，曲柄(10)與垂線(m)成-β 角，驢頭在上死點(diǎn)位置時(shí)，曲柄(10)與垂線(m)成+β角；曲柄(10)在90°、270°位置時(shí)，使游梁(5)為水平狀態(tài)，其中曲柄在90°位置時(shí) 游梁(5)的力臂為(b+r)，曲柄在270°位置時(shí)游梁(5)的力臂為(b_r)。
2.—種游梁抽油機(jī)的正扭矩軌道變力臂機(jī)構(gòu)，包括游梁(5)、曲柄連桿(8)，其特征 在于所述的游梁(5)上與驢頭相反一側(cè)的上部固定有軌道(7)，軌道(7)上置有可沿其 滾動(dòng)的位移器(6)，所述的位移器(6)中心穿有可轉(zhuǎn)動(dòng)的滾輪軸(17)，所述滾輪軸(17) 上固定有曲柄連桿(8)，所述的曲柄連桿(8)可與滾輪軸(17) —起隨位移器(6)沿軌道 (7)平移。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的游梁抽油機(jī)的正扭矩軌道變力臂機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 的軌道(7)兩端分別設(shè)有上、下限位塊(19,16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的游梁抽油機(jī)的正扭矩軌道變力臂機(jī)構(gòu)，其特征在于所 述的滾輪軸(17)上連接滾輪連桿(20)，滾輪連桿(20)的另一端通過(guò)連桿橫梁(21)連接 曲柄連桿⑶。
全文摘要
一種游梁抽油機(jī)的正扭矩軌道變力臂方法及機(jī)構(gòu)。主要解決游梁抽油機(jī)沖程上下死點(diǎn)減速箱扭矩存在負(fù)值或零值、扭矩和功率交變大、導(dǎo)致載荷沖擊大、系統(tǒng)效率低、能耗大的問(wèn)題。其特征在于設(shè)曲柄(10)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，改變游梁(5)力臂長(zhǎng)度，使驢頭在下死點(diǎn)位置時(shí)，曲柄(10)與垂線(m)成-β角，驢頭在上死點(diǎn)位置時(shí)，曲柄(10)與垂線(m)成+β角；曲柄(10)在90°、270°位置時(shí)，使游梁(5)為水平狀態(tài)，曲柄在90°位置時(shí)游梁(5)的力臂為(b+r)，曲柄在270°位置時(shí)游梁(5)的力臂為(b-r)。該方法可以使沖程上下死點(diǎn)電機(jī)、減速箱扭矩均為正值且交變幅度小，具有載荷沖擊小、系統(tǒng)效率高、耗能少的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B43/00GK102011567SQ20101055007
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者徐金超, 李娟 , 李曉東, 李殿杰, 王學(xué)進(jìn), 韓修廷, 馬瑞林 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東), 西安亞太能源科技有限公司