摘 要：機械采油設(shè)備是油田的主要耗能設(shè)備，而機械采油設(shè)備中的抽油機占90%左右，因此抽油機能耗的高低對油田節(jié)能降耗影響甚大。針對目前抽油機存在平衡效果差，裝機功率過高，效率低這一問題，設(shè)計一種游梁隨動游梁平衡抽油機，以達到減小減速箱曲柄軸峰值扭矩，降低能耗，節(jié)約運行成本的目的，提高抽油機地面效率。游梁隨動平衡抽油機的設(shè)計特點是：在游梁上安裝一個滑塊，該滑塊通過副連桿與抽油機的連桿相連，在游梁抽油機的后部加一個類似與變矩平衡裝置的滑軌，在滑軌上安裝平衡塊。在游梁的末端安裝一個支架上面放置滑輪，鋼絲繩繞在滑輪上將滑塊和平衡塊相連。通過在下沖程過程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時游梁上的平衡塊上升，儲存一定的位能，避免了對電動機做負功。在上沖程過程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時將下沖程儲存的位能釋放，用來提升抽油桿和油柱。實現(xiàn)上下沖程運動的平衡。該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，而且可靠性強。便于加工和維修。

關(guān)鍵詞：抽油機；新型結(jié)構(gòu)；設(shè)計獨特；扭矩曲線

常規(guī)游梁抽油機自誕生以來，歷經(jīng)數(shù)百年使用，經(jīng)歷了各種工況和各種地況。

常規(guī)游梁抽油機隸屬于有桿泵抽油裝置，該裝置是由地面的抽油機、井下的抽油泵及抽油桿柱所組成。抽油機是有桿泵采油裝置的重要地面設(shè)備，把動力機的連續(xù)圓周運動變成抽油桿柱及抽油泵柱塞的往復(fù)直線運動，從而將地下的原油開采出來的機械設(shè)備。

目前仍在國內(nèi)外普遍使用，常規(guī)游梁式抽油機以其結(jié)構(gòu)簡單，耐用，操作簡便，維護費用低等明顯優(yōu)勢，而區(qū)別于其他眾多抽油機類型，一直占據(jù)著有桿抽油泵采油地面設(shè)備的主導(dǎo)地位。但是，由于它受交變載荷的作用，曲柄平衡效果差，減速器輸出軸峰值扭矩大，增加了裝機功率，效率低。但由于其結(jié)構(gòu)上的不合理性，使得常規(guī)游梁抽油機無法解決“大馬拉小車”的局面。

因此，針對常規(guī)抽油機的這種弱點出現(xiàn)了大量的特種抽油機，例如偏置式節(jié)能抽油機、雙驢頭異型抽油機等與常規(guī)機相比都有一定有節(jié)能的效果，但也存在著各自的缺點：

一、偏置式節(jié)能抽油機

國內(nèi)油田目前使用最多的抽油機的節(jié)能型抽油機是偏置型抽油機，該機保持了常規(guī)型抽油機的基本結(jié)構(gòu)。如圖1.1所示，與常規(guī)型抽油機相比偏置是抽油機的游梁后臂長度縮短，減速箱相對于支架的位置后移。曲柄中心至中央軸承座中心的水平距離I大于游梁后臂。當游梁處于水平位置時。曲柄亦處于水平位置，連桿與游梁及曲柄間的的夾角接近。

該型抽油機節(jié)能主要有二方面原因：一是該型抽油機的平衡重的中心線與曲柄中心線間有一個偏置，圖1.1偏置式節(jié)能抽油機這種結(jié)構(gòu)使得平衡塊扭矩曲線的相位提前，從而使得懸點載荷通過連桿在曲柄軸上產(chǎn)生的扭矩疊加后的凈扭矩曲線比較平坦，因而使電動機電流波動減小，抽油機地面系統(tǒng)效率提高；二是由于極位夾角的存在降低了上沖程懸點加速度，降低了上沖程懸點的慣性載荷。不足之處是限制桿件長度，不具有增程功能。

二、雙驢頭異型節(jié)能抽油機

異型抽油機是我國1996年研究開發(fā)的一種新型節(jié)能抽油機。該機以常規(guī)型抽油機為基礎(chǔ)模型，對四連桿機構(gòu)進行了關(guān)鍵性變革。如圖1.2所示，它是在常規(guī)機的游梁后臂上增加一個具有變徑弧形的后驢頭，游梁與橫梁之間采用柔性連接件進行連接。由于柔性件和驢頭圓弧始終相切，即它與游梁的之間的夾角始終90度，從而允許游梁作大擺角擺動，以獲得長沖程。該型抽油機隨著曲柄的轉(zhuǎn)動，特殊連桿（柔性連接件）與游梁后臂弧形輪廓的切點上下移動，即連桿長度與游梁后臂有效長度均隨曲柄轉(zhuǎn)動而圖1.2雙驢頭異型節(jié)能抽油機變化。這種參數(shù)四連桿機構(gòu)的作用改變了抽油機扭矩因數(shù)的變化規(guī)律，使其懸點載荷作用到曲柄軸扭矩變化接近正弦規(guī)律，與曲柄旋轉(zhuǎn)平衡扭矩的正弦規(guī)律相對應(yīng)，從而使凈扭矩波動幅度減小，降低減速器的額定扭矩及所配的電動機額定功率，從而達到節(jié)能的目的。不足之處是柔性連接件的壽命較短，常出現(xiàn)柔性繩斷頭現(xiàn)象，影響正常的生產(chǎn)，后驢頭的變徑弧形加工難度大。

所以考慮到以上問題，將考慮在游梁上安裝隨動的平衡塊。鑒于以往的裝置有在游梁上制成滑軌形狀，在其上放置一個可以隨游梁擺動而滑動的平衡塊。該裝置在一定程度上解決了游梁抽油機上下沖程的平衡問題，但是該裝置對游梁的要求比較高，要求游梁和平衡塊良好的接觸且平衡塊不滑落，加工制作較復(fù)雜，工作平穩(wěn)性較差，不能很好的調(diào)節(jié)游梁抽油機的上下沖程的平衡。

本設(shè)計的游梁隨動型抽油機是在游梁式抽油機曲柄平衡方式的基礎(chǔ)上增加隨動平衡重形成的一新型復(fù)合平衡方式。它可以隨著抽油機懸點載荷和變化，自動調(diào)整游梁隨動平衡重的位置，實現(xiàn)了變矩平衡，與雙驢頭的平衡方式有異曲同工之效。同時因為基本繼承了常規(guī)機的四連桿結(jié)構(gòu)所以可以作為常規(guī)機節(jié)能改造的結(jié)構(gòu)模型。改造后不僅可以節(jié)約電能，而且還可以改善抽油機的工作狀況和受力特性，提高抽油機的穩(wěn)定性，延長工作壽命。同時改造成本低廉，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本設(shè)計是針對以上優(yōu)缺點，設(shè)計一款游梁抽油機的隨動平衡裝置。主要設(shè)計思路為在游梁隨動平衡抽油機是在游梁上安裝一個滑塊，該平衡塊通過副連桿與抽油機的連桿相連，在游梁抽油機的后部加一個類似與變矩平衡裝置的滑軌，在滑軌上安裝平衡塊。在游梁的末端安裝一個支架，上裝滑輪，鋼絲繩繞在滑輪上將滑塊和平衡塊相連。通過在下沖程過程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時游梁上的平衡塊上升，儲存一定的位能，避免了對電動做負功。在上沖程過程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時將下沖程儲存的位能釋放，用來提升抽油桿和油柱。實現(xiàn)上下沖程運動的平衡。