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        動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置結(jié)構(gòu)及原理與性能

        2010-03-16 01:19:16姜彬
        裝備制造技術(shù) 2010年11期
        關(guān)鍵詞:驢頭游梁油桿

        姜彬

        (大慶油田裝備制造公司 抽油機(jī)制造分公司乘風(fēng)鉚焊廠,黑龍江 大慶 163411)

        游梁式抽油機(jī)仍是油田機(jī)械采油中普遍使用的一種設(shè)備,通常與抽油桿及抽油泵配合使用。目前使用的各種類型抽油機(jī),各自具有不同的特點(diǎn)及功能,以適應(yīng)不同工況的需要,其中也不乏節(jié)能型抽油機(jī)。但是,普遍存在的問題是:在動(dòng)力傳輸途中要耗掉很多無用功,造成能源的極大浪費(fèi);另外,減速箱中齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生不可避免的噪音,箱體密封隨著工作時(shí)間延長也會(huì)產(chǎn)生漏油現(xiàn)象,對(duì)環(huán)境造成污染。而動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置中無機(jī)械減速裝置,避免了上述問題。

        目前大慶油田有限責(zé)任公司油田裝備制造集團(tuán)生產(chǎn)的游梁式抽油機(jī),與國內(nèi)其他抽油機(jī)廠生產(chǎn)的游梁式抽油機(jī)大同小異,其共同特點(diǎn)為運(yùn)行可靠性較好,但耗能大,耗材多,噪音高。為了克服這一不足,針對(duì)游梁抽油機(jī)進(jìn)行了根本性改造,為此油田裝備制造集團(tuán)開發(fā)設(shè)計(jì)了動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置。經(jīng)過6個(gè)多月的多方努力及多次的改進(jìn),該動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置在2008年8月6日安裝在大慶油田的油井上進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn),至今運(yùn)行良好。

        1 裝置結(jié)構(gòu)

        圖1 動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置結(jié)構(gòu)示意圖

        圖1為動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置結(jié)構(gòu)示意圖。動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置由前驢頭、游梁、后驢頭、支架、底座、驅(qū)動(dòng)輪總成、漲緊器總成、導(dǎo)向輪總成、增角輪總成、電機(jī)、導(dǎo)向支架、配重等部分組成。電控柜為整機(jī)運(yùn)行的指揮中心,完全由電腦程序控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),因此整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)可靠。抽油桿吊繩是一根鋼絲繩,彎曲后掛在前驢頭的繩架體上,下端掛住懸繩器,懸繩器卡吊抽油桿。

        游梁主體由鋼板焊接成方箱結(jié)構(gòu),中間位置焊有支撐架,用于與支架上部的中央軸承座連接,兩側(cè)裝有踏板,頂部焊有扶手。前驢頭由鋼板或型鋼焊接而成,驢頭設(shè)計(jì)為拆裝式,可以利用驢頭兩側(cè)的調(diào)整螺栓來調(diào)節(jié)左右對(duì)稱位置,前驢頭及后驢頭分別掛在游梁的兩端,且關(guān)于中央支承座對(duì)稱分布。

        支架是由型鋼焊接而成,安裝在底座上。支架上部安裝有中央支承座,用以安裝游梁,中央支承座可以通過4個(gè)調(diào)整螺栓實(shí)現(xiàn)移動(dòng),中央支承座內(nèi)裝有2套短圓柱滾子軸承。產(chǎn)品出廠時(shí),軸承座內(nèi)已按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加注潤滑脂,扶梯焊接在支架上,操作平臺(tái)安裝在支架上部。

        底座由型鋼組焊而成,驅(qū)動(dòng)輪架焊在底座的后部,導(dǎo)向輪架焊在底座的前部,中間安裝電動(dòng)機(jī)和支架。電動(dòng)機(jī)通過皮帶帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪,增角輪安裝在驅(qū)動(dòng)輪架上,漲緊輪壓在驅(qū)動(dòng)繩上,并靠導(dǎo)向輪架上下移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)帶是一根尼龍橡膠帶兩端各卡一個(gè)繩夾,每套繩卡套一個(gè)環(huán)形鋼絲繩,環(huán)形鋼絲繩套根據(jù)尺寸要求把兩端連在一起成了環(huán)形繩,然后將其一端掛在后驢頭的繩架體上,而另一端再繞過驅(qū)動(dòng)輪和增角輪、漲緊輪及導(dǎo)向輪,最后掛到前驢頭的另一個(gè)繩架體上。

        制動(dòng)器安裝在電動(dòng)機(jī)上,是電動(dòng)剎車裝置,其剎車扭矩大于電動(dòng)機(jī)額定扭矩的2倍以上,以便剎車安全可靠。配重的總質(zhì)量根據(jù)不同的井深需要調(diào)節(jié),配重靠導(dǎo)向支架的導(dǎo)向鋼絲繩上下移動(dòng)。

        2 工作原理

        圖2為動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置工作原理圖。該機(jī)工作原理是:采用變頻永磁同步電動(dòng)機(jī)配備遙控控制柜,運(yùn)用遙控器開機(jī)、關(guān)機(jī)、停止和調(diào)整沖程及沖次。運(yùn)用底座連接支架作為該機(jī)的支撐,通過支承軸連接游梁及前后驢頭,通過永磁同步電機(jī)正、反換向,通過兩端固定在前驢頭、后驢頭的驅(qū)動(dòng)帶來實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。后驢頭內(nèi)部澆注重約1t的水泥混凝土,并且借鑒前驢頭工作原理,懸掛一個(gè)可調(diào)節(jié)凈質(zhì)量的配重,作垂直地面的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。抽油桿上沖程時(shí),前驢頭懸點(diǎn)需提起抽油桿柱和液柱,此時(shí)后驢頭和配重箱從勢能相對(duì)較高位置下行,對(duì)前驢頭懸點(diǎn)做功,幫助電動(dòng)機(jī)提升抽油桿和液柱。在動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置未進(jìn)行平衡的條件下,變頻電機(jī)正轉(zhuǎn)就會(huì)自動(dòng)提供所需要的能量幫助抽油桿上行。在抽油桿下沖程時(shí),動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置桿柱轉(zhuǎn)而對(duì)后驢頭和配重做功,把他們拉到一個(gè)相對(duì)高的勢能位置,為下一沖程儲(chǔ)蓄能量,此時(shí)變頻電機(jī)反轉(zhuǎn)處于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),其所產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)。動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置采用這種對(duì)稱平衡方式,運(yùn)用柔性連接的方式進(jìn)行傳動(dòng),代替了普通游梁式抽油機(jī)曲柄回轉(zhuǎn)離心力平衡方式,平衡精度更高。

        圖2 動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置工作原理圖

        3 性能

        (1)裝置的動(dòng)力系統(tǒng)是變頻永磁同步電機(jī)系統(tǒng),與異步電機(jī)系統(tǒng)相比節(jié)電率高,同時(shí)本機(jī)沒有低效率的四連桿機(jī)構(gòu),所以比普通游梁式抽油機(jī)節(jié)電50%。

        (2)裝置運(yùn)行時(shí)的功率因素cos φ大約在0.96以上,但普通游梁式抽油機(jī)的功率因素在0.3~0.5左右,可見本機(jī)無功損耗小。

        (3)裝置采用對(duì)稱平衡方式,其平衡精度高(可達(dá)96%以上)因此節(jié)電率高,但普通游梁式抽油機(jī)采用回轉(zhuǎn)離心力平衡方式,其平衡精度低(90%以下),平衡效果差,因此耗電率高。

        (4)裝置與普通游梁式抽油機(jī)不同,其在任何位置起動(dòng)都很容易,這也帶來節(jié)能效果。

        (5)裝置運(yùn)用柔性連接的方式進(jìn)行抽油工作運(yùn)行噪音低(50dB),同時(shí)減小了抽油機(jī)的沖擊載荷。

        (6)裝置電控柜裝有采油裝置參數(shù)控制板,通過遙控器來調(diào)節(jié)采油裝置所需的參數(shù),使該采油裝置的參數(shù)調(diào)節(jié)非常方便。

        4 主要技術(shù)指標(biāo)

        (1)懸點(diǎn)額定載荷:100 kN。

        (2)沖程:13 m。

        (3)沖次:0.5~6 min-1

        (4)電動(dòng)機(jī)型號(hào):TYG180L-6-15 kW;功率:15 kW;轉(zhuǎn)速149 r/min。

        (5)平衡方式:游梁上對(duì)稱平衡。

        (6)結(jié)構(gòu)不平衡重:5 kN。

        (7)外廓尺寸:長×寬×高:6 m×1.3 m×7 m。

        (8)總質(zhì)量:10 600 kg

        對(duì)比實(shí)驗(yàn):

        從目前正在運(yùn)行中的大慶第一采油廠第七礦南四隊(duì)高145-斜42號(hào)井上兩種不同機(jī)器分別運(yùn)行時(shí)的狀態(tài),來看其特點(diǎn)(見表1):

        表1 普通游梁式抽油機(jī)與動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

        5 結(jié)束語

        通過實(shí)踐證明和對(duì)比,動(dòng)平衡機(jī)械采油裝置具有耗材少、噪音低、節(jié)能效率高等特點(diǎn),與普通游梁式抽油機(jī)相比,節(jié)電50%以上,節(jié)約原材料50%以上,噪音為(50dB),沒有四連桿機(jī)構(gòu)、沒有齒輪減速箱,結(jié)構(gòu)簡單、安全、可靠,運(yùn)行平穩(wěn),使用壽命長,具有自提配重的功能,因此安裝整機(jī)、更換零、部件及掛抽油桿和懸繩器都方便容易。該裝置為機(jī)電一體化設(shè)備,且遙控方式調(diào)節(jié)各項(xiàng)功能,同時(shí)可以入因特網(wǎng),從而在網(wǎng)上可以對(duì)話,使用、維護(hù)、保養(yǎng)都非常簡便。

        [1]萬邦烈.采油機(jī)械的設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京:石油工業(yè)出版社,1988.

        [2]SY/T5044-2003,游梁式抽油機(jī)[S].

        [3]關(guān)寶文.雙驢頭游梁變向抽油機(jī)[P].中國專利:ZL00208810.X,2001.

        [4]新疆石油管理局機(jī)械制造總公司.對(duì)稱平衡換向抽油機(jī)[P].中國專利:ZL01234577.6,2002.

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