于牧冰

（中國石油大學 華東機電工程學院，山東 青島 266580）

塔架式抽油機是一種新型無游梁抽油機，在保持高可靠性的前提下，具有調(diào)節(jié)參數(shù)方便、短沖程、大負荷、小體積、節(jié)約占地，以及節(jié)電效果顯著等優(yōu)點。塔架式抽油機采用金屬鋼架塔式結(jié)構(gòu)，通過控制系統(tǒng)控制開關(guān)磁組電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)換向，帶動減速器、聯(lián)軸器驅(qū)動卷筒，使卷筒釋放、纏繞驅(qū)動帶實現(xiàn)抽油桿上下往復運動，達到抽吸效果?，F(xiàn)場應用表明，塔架式數(shù)控抽油機運行參數(shù)適應油田開發(fā)的需要，操控簡單，解決了傳統(tǒng)游梁式抽油機效率低、能耗高和調(diào)整參數(shù)復雜等問題，收到了理想的應用效果。本設(shè)計力求在石油開采方面最大限度地改進并設(shè)計出相對可靠、高效率的采油裝置。

1 塔架式抽油機綜述

（1）抽油機發(fā)展現(xiàn)狀。抽油機是石油開采的主要設(shè)備，并可以按程序指令，準確的完成抽油工作，并接按指令完成上沖程、下沖程的往復運動。因此，塔架式抽油機不僅僅是一個簡單的抽油機構(gòu)，而是能夠按程序運作的一個精確機構(gòu)。我國現(xiàn)有6大類共45種新型抽油機，十多種新試制抽油機，基本滿足了陸地油田開采的需要。各種新型節(jié)能游梁式抽油機如雙驢頭式抽油機、前置式抽油機、異相曲柄平衡抽油機、前置式氣平衡抽油機、下偏杠鈴系列節(jié)能抽油機和用窄V形帶傳動的常規(guī)抽油機等均已在全國各個油田推廣應用，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。

（2）塔架式抽油機研究概述。塔架式抽油機應用十分廣泛，塔架式抽油機塔架式抽油機通過變頻控制器控制電機直接帶動抽油桿進行上下直線往復運動，達到往復抽油目的。主要結(jié)構(gòu)：電動機，承載桁架，拖動抽油桿的皮帶和懸繩器，平衡塊，剎車裝置，電機控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡單，部件少，易實現(xiàn)長沖程，易維護。運行模式：抽油機可“上快下慢”、“上慢下快”、“上下同速”和“換向時停滯間抽”四種運動模式，沖次可無級調(diào)整至0.1次/min。易實現(xiàn)智能化控制：繩桿同步；不停機；泵排量于地層供液量匹配。桿管磨損輕，承受動載小。電動機通過無觸點換向開關(guān)控制，實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)并驅(qū)動減速機帶動摩擦驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動。光桿通過四根鋼絲繩與配重箱連接，鋼絲繩直接搭在摩擦輪上，通過鋼絲繩與摩擦輪之間的摩擦力，帶動抽油光桿上、下運動來抽汲井液。根據(jù)載荷的大小調(diào)節(jié)配重鐵，以調(diào)節(jié)摩擦輪兩端拉力差，做到精確平衡。沖程、沖次的調(diào)整，通過智能控制箱輸入所需數(shù)碼即可實現(xiàn)智能調(diào)參。電動機換向智能抽油機是機電一體化、高效節(jié)能產(chǎn)品。采用智能模擬及數(shù)字混合控制；摩擦輪傳動作為工作機構(gòu)，機械傳動路線短，傳動效率高；沖程、沖次可獨立進行無級智能調(diào)參，光桿上行及下行速度可實現(xiàn)分別控制，能夠適合各種油質(zhì)的采吸。但該機由于受需用最大拉力差的限制，因而在廣泛推廣使用上受到一定限制。

圖1 電動機換向智能抽油機

2 塔架式抽油機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案擬定

正反轉(zhuǎn)電機輸出功率通過皮帶式聯(lián)軸器傳遞給減速器，加速器經(jīng)過29倍減速通過聯(lián)軸器傳遞給傳動裝置。傳動裝置由卷筒和鋼絲繩組成，卷筒選用橡膠襯，通過螺栓將橡膠襯固定在卷筒上。驅(qū)動系統(tǒng)最左端安裝檢測裝置，檢測器與軸端脫離時抽油機系統(tǒng)自動斷電，以防止由軸位偏移引起的事故。主要參數(shù)要求如表1所示。

表1 主要參數(shù)

圖2 塔架式抽油機驅(qū)動系統(tǒng)

3 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）電機選擇。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)常用配套電機選擇方式及抽油機抽油的往復特性，低轉(zhuǎn)速等要求，設(shè)計中選取Y225M-4異步電動機輸出功率45kW，最高轉(zhuǎn)速1480r/min。

（2）減速器選擇。減速器是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。它的種類繁多，型號各異，不同種類有不同的用途。本設(shè)計選用XW8275減速器。

（3）卷筒選擇。滾筒是傳動裝置的主要部件之一。滾筒中心是一根空心軸，中間套有滾筒軸，滾筒軸向滾筒及鋼絲膠帶傳遞動力。鋼絲繩膠帶固定在空心軸上面。滾筒兩端用螺栓聯(lián)接有支撐板，支撐板間用銷軸連接，銷軸外側(cè)焊上扇形板，其上纏繞鋼絲繩膠帶。卷筒使用Q235焊接件，滾筒直徑為1155mm，考慮到膠帶容量，取滾筒的外圍直徑為1215mm。

4 抽油機結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）塔架設(shè)計。塔架是提升系統(tǒng)的主要組成部分之一。塔架主要用來支撐天輪和承受全部提升載荷，固定罐道和載荷曲軌，以及架設(shè)普通罐籠的停罐裝置。塔架根據(jù)材質(zhì)的不同可分為，木塔架、金屬塔架、鋼筋混凝土塔架。塔架式抽油機的鋼結(jié)構(gòu)，是塔架式抽油機的骨架，它承受抽油機的自重和各種外載荷。

（2）天車架部分設(shè)計。本設(shè)計讓井空間達1m，通過讓位傳動系統(tǒng)纏繞鋼絲繩，使前天車輪支撐架隨固定軸揚起，讓出井口1m，天車架采用角鋼及鋼板焊接而成，其作用是連接兩支承架，支撐卷筒及傳動系統(tǒng)，安裝在上框架上。結(jié)構(gòu)要求緊固，簡單，其尺寸要與上框架，前后左右支承架相配合，其上螺栓孔應有足夠的扳手空間。

（3）配重箱和油桿接頭設(shè)計。配重箱是塔架式抽油機的配種裝置，懸繩的一端連接配重箱另一端連接抽油桿。配重箱是用20mm厚的鋼板焊接而成。在配重箱內(nèi)按照要求加入符合運行要求的配重塊。配重箱兩側(cè)各裝有兩個導輪，懸繩通過兩導輪見的導入孔引導配重箱上下運動的行程。

油桿連接處是連接懸繩和抽油桿的連接裝置，油桿連接處連接抽油桿跟懸繩使二者達到同步運動，從而完成抽油桿同步電機的運動。

5 結(jié)語

設(shè)計完成了塔架式抽油機結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中采用了新式的驅(qū)動裝置上置塔架式結(jié)構(gòu)，以便提高設(shè)備的使用性能。采用了許多現(xiàn)代技術(shù)和先進結(jié)構(gòu)方案以及新材料、新工藝，抽油機的適應性、經(jīng)濟性、可靠性和先進性以及技術(shù)水平均達到了有史以來的最高水平，為高效、經(jīng)濟、安全和可靠地開采石油資源作出了卓越貢獻。塔架式長沖程抽油機刷新了一百年來使用游梁機四連桿機械的歷史，使抽油機的設(shè)計原理產(chǎn)生了根本的（質(zhì)的）變化、實現(xiàn)了本世紀跨越式的飛躍。

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