李大偉，陳藕生

（1.承德石油高等專科學校， 河北 承德 067000）

（2.上海吉修服裝輔料有限公司， 上海 青浦 201700）

1 研發(fā)背景

抽油機是廣泛應用于油田采油的專用設備。經(jīng)過多年的發(fā)展，抽油機的種類繁多，鏈條滑輪式數(shù)控抽油機就是其中的一種。鏈條滑輪式抽油機采用了鏈條、滑輪組的配合，由控制系統(tǒng)驅(qū)動電機運行，通過組合減速傳動使抽油機的動力源和終端負載作換向運動，帶動抽油桿上下往復運行，抽油桿和配重形成平衡，機械效率可達到90%以上。與傳統(tǒng)的游梁式抽油機相比，具有節(jié)能效果顯著，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠的特點。但由于其依靠電機的正反轉(zhuǎn)來拖動抽油桿進行往復運行，電機轉(zhuǎn)子在自身慣性作用下需要較大的扭矩迫使電機轉(zhuǎn)子減速然后再反向旋轉(zhuǎn)，對電機沖擊較大，同時在調(diào)節(jié)沖程時需要停機增減鏈條長度，操作十分不便。本文介紹了一種雙鏈條飛輪往復式抽油機（專利號：201920365030.0），其驅(qū)動電機無需進行正反轉(zhuǎn)，通過變頻電機、步進電機或伺服電機簡單控制電機運行速度和啟停時間實現(xiàn)在鏈條長度范圍內(nèi)沖程任意可調(diào)且具有無上下沖程死點的特點。

2 結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 主要結(jié)構(gòu)

雙鏈條飛輪往復式抽油機的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要結(jié)構(gòu)為門型框架結(jié)構(gòu)，框架的左右兩側(cè)立柱上分別設置滑槽，方形滑臺依靠齒輪與滑槽連接，能夠沿著滑槽上下運動。方形滑臺前端面的中央設置有齒飛輪，四角處分別設置一個限位齒輪（如圖2所示）。門型框架左側(cè)立柱頂端的第一從動齒輪和底端的第一電動機輸出軸上的鏈輪，通過鏈條形成閉合嚙合傳動連接。

圖1 雙鏈條飛輪往復式抽油機結(jié)構(gòu)

為保證抽油機具有優(yōu)異的平衡效果，第一鏈條和第二鏈條在齒飛輪的兩側(cè)對稱分布，第一電動機鏈輪、第一從動齒輪、第二電動機鏈輪、第二從動齒輪規(guī)格相同，天輪上所設置的限位槽寬度為鋼絲繩直徑的1.05-1.1倍，限位槽的深度至少為鋼絲繩直徑的0.6倍，限位槽能夠防止鋼絲繩跑偏，保證其平穩(wěn)運行。

圖2 方形滑臺及其鏈條鏈輪結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

雙鏈條飛輪往復式抽油機的工作原理如下：第一鏈條穿過齒飛輪和方形滑臺左側(cè)的兩個限位齒輪之間的間隙，與齒飛輪和限位齒輪嚙合傳動連接，限位齒輪可以防止鏈條脫離齒飛輪；電動機驅(qū)動電動機鏈輪轉(zhuǎn)動，電動機鏈輪通過鏈條和從動輪帶動齒飛輪旋轉(zhuǎn)。第一電動機、第二電動機交替運行，轉(zhuǎn)動方向相同，分別控制方形滑臺的上行和下行運動，方形滑臺下端與抽油桿相連，帶動抽油桿上下往復運動，從而實現(xiàn)機械抽油。

3 設備特點和優(yōu)勢

通過特殊的結(jié)構(gòu)設計和平衡配重，雙鏈條飛輪往復式抽油機具有比現(xiàn)有機械式抽油機更優(yōu)異的性能。

（1）雙鏈條飛輪往復式抽油機通過交替運行的兩套電機驅(qū)動抽油桿上下往復運動。因此可以通過控制驅(qū)動電動機啟停、轉(zhuǎn)動速度在滑槽長度范圍內(nèi)任意調(diào)整沖程和沖次；上下沖程速度分別可調(diào)，且無換向沖擊，可以有效降低抽油沖次，消除沖程死點。

（2）該型抽油機的抽油桿在沖程過程中或懸停時，電動機、飛輪始終處于單向運轉(zhuǎn)，開機后沖程內(nèi)（包括懸停）無啟動、停止、反轉(zhuǎn)、離合、剎車等動作，可以大幅減少能量損耗，提升設備運行效率。

（3）該型抽油機中的飛輪可以懸停轉(zhuǎn)動，采用小功率力矩電機即可帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，再利用飛輪的慣性力慢速帶動負載提升，待啟動后電機帶動負載勻速提升，最終可達到小馬拉大車的理想節(jié)能效果。

（4）該型抽油機通過卷取電機收放錨鏈，根據(jù)上下沖程的功率比較，由PLC控制卷取電機自動收放錨鏈調(diào)整配重，可以達到最佳動態(tài)平衡。

（5）該型抽油機使用小功率電機作為動力源，電機直接帶動傳動輪，精簡了易磨損的傳動皮帶和減速器，有效降低了故障率和維護次數(shù)；由于使用了特殊差速往復運動裝置技術（專利號：CN201920008309.3），抽油機可空載啟動；待電機達到最大扭矩的轉(zhuǎn)速時飛輪保持恒速轉(zhuǎn)動，過程中不用控制馬達正反轉(zhuǎn)、離合、剎車。啟動后電機始終處于單向運轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于有飛輪助力、換向時也能使轉(zhuǎn)矩基本恒定。因此，該型抽油機啟動時對電網(wǎng)沒有沖擊、運轉(zhuǎn)時電流波動小。

4 結(jié)語

通過對雙鏈條飛輪往復式抽油機的10:1實物模型的運轉(zhuǎn)試驗數(shù)據(jù)分析，該型抽油機具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、能耗低、噪音小、沖次調(diào)整范圍大的特點，可用于陸上、海洋、稠油、低產(chǎn)、高產(chǎn)油田、高含蠟、高含水油田等多種采油工況。

◆參考文獻

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