專利名稱：新型立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī),屬于石油開(kāi)采領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在陸上采油市場(chǎng)占主流的采用方式還是有桿舉升式采油方法，由于這種采油法的優(yōu)點(diǎn)突 出，在可見(jiàn)的將來(lái)，這個(gè)比例沒(méi)有減小的可能，市場(chǎng)容量仍將保持最大。這種采油工藝使用的抽油機(jī)主要分為兩大類:
1.游梁式抽油機(jī)
游梁式抽油機(jī)，俗稱“磕頭機(jī)”，是油田廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)抽油設(shè)備，通常由普通交流異步電動(dòng)機(jī)直接拖動(dòng)。其曲柄帶以配重平衡塊帶動(dòng)抽油桿，驅(qū)動(dòng)井下抽油泵做固定周期的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把井下的油送到地面。2.立式抽油機(jī)
立式抽油機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)，擁有很多的優(yōu)點(diǎn)，如可提高采油效率，增加石油產(chǎn)量；減少磨損，提高抽油桿和抽油泵壽命；排量穩(wěn)定，動(dòng)載荷小，事故少；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，疲勞應(yīng)力低，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)少等。采用長(zhǎng)沖程抽油方式，抽油泵柱塞實(shí)際沖程損失的較小，可提高抽油泵的排量系數(shù)和充滿系數(shù)，提高采油效率，增加石油產(chǎn)量，降低采油成本。但是立式抽油機(jī)也存在一些短板，其中換向、緩沖、可靠性等問(wèn)題突出，也是推廣過(guò)程中遇到的主要障礙之一，現(xiàn)在的解決方法主要有幾種，但在實(shí)際使用后的情況并不理
本巨
οI)鏈條式抽油機(jī)
鏈條式立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)是現(xiàn)在應(yīng)用最多的立式抽油機(jī)，換向方式如圖8所示，曲拐8-6的頭部實(shí)際上充當(dāng)著軌跡鏈條8-2的一個(gè)特殊鏈節(jié)，其圓軸部插入滑車架8-5，可以在滑車架8-5內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。抽油機(jī)的平衡箱8-3固定在往返架8-4上，滑車架8-5可以在往返架8-4內(nèi)沿導(dǎo)軌橫向移動(dòng)。曲拐8-6隨軌跡鏈條8-2作循環(huán)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)曲拐8-6運(yùn)動(dòng)到軌跡鏈條8-2的圓弧部分即上鏈輪8-1部分時(shí)，它繼續(xù)帶動(dòng)往返架8-4向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)滑車架8-5沿導(dǎo)軌橫向移動(dòng)，到達(dá)最高點(diǎn)后曲拐8-6帶動(dòng)往返架8-4改變方向向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)滑車架8-5沿導(dǎo)軌繼續(xù)橫向移動(dòng)，直到曲拐8-6運(yùn)轉(zhuǎn)到鏈條8-2的垂直部分后往返架8-4與滑車架8-5又相對(duì)靜止實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的下沖程。在下鏈輪8-7處亦以相同的方式實(shí)現(xiàn)換向。2)變頻換向式抽油機(jī)
采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，換向時(shí)通過(guò)變頻器提供不同頻率的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，準(zhǔn)確控制運(yùn)動(dòng)的方向和速度，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的緩沖和換向。以上抽油機(jī)存在著巨大的缺點(diǎn)和不足，具體說(shuō)來(lái)，總結(jié)如下:
1.游梁式抽油機(jī)主要缺點(diǎn):
O體積、重量大，浪費(fèi)大量鋼材；
2)運(yùn)行過(guò)程能耗大，隨著電價(jià)的不斷上漲，采油費(fèi)用高昂；3)不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程作業(yè)。4)低產(chǎn)油井，不能滿足產(chǎn)量的要求；
5)注水油田后期，不能滿足產(chǎn)量的要求。但隨著社會(huì)的發(fā)展，雖然游梁采油機(jī)進(jìn)行了許多的改進(jìn)，但缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的。對(duì)于游梁機(jī)，現(xiàn)在越來(lái)越多的長(zhǎng)沖程、低能耗采油作業(yè)要求，幾乎是不可逾越的障礙。2.鏈條式抽油機(jī)主要缺點(diǎn):
O換向機(jī)構(gòu)體積龐大，部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。2)潤(rùn)滑系統(tǒng)為半開(kāi)式，對(duì)外界環(huán)境的污染侵蝕的抵抗能力弱，潤(rùn)滑效果不穩(wěn)定，使用的地域受到很大限制(如風(fēng)沙大高寒地區(qū))。3)維修和更換困難，磨損后，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，使緩沖效果進(jìn)一步降低，使整機(jī)的使用情況惡化，并且有很大的安全隱患。4)在采用皮帶代替部分鋼絲繩后，雖然緩沖和噪音得到改善，但皮帶的造價(jià)高、壽命短，更換、維護(hù)困難，對(duì)風(fēng)沙、高寒等惡劣環(huán)境更為敏感，使用上受到很大的限制。5)不能實(shí)現(xiàn)上、下行的不等速匹配。6)可控行程不能調(diào)整。3.變頻換向式 抽油機(jī)的主要缺點(diǎn):
I)采用復(fù)雜電子控制技術(shù)，可靠性差，不適應(yīng)惡劣環(huán)境。2)頻繁啟動(dòng)電機(jī)多，耗能高。3)由于工況起伏大，變頻器、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)皮帶發(fā)熱嚴(yán)重，使用壽命短。4)變頻器產(chǎn)生的高頻會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾。5)故障維修困難，后期維護(hù)費(fèi)用高。因此，本領(lǐng)域急需一種新型的抽油機(jī)來(lái)解決以上問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新型的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)來(lái)克服以上缺點(diǎn)。本發(fā)明的方案具體如下:
本發(fā)明的新型立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)包括機(jī)架、電機(jī)、天輪、鋼絲繩、配重塊，其中在天輪與電機(jī)之間還包括一個(gè)換向減速器，所述換向減速器是機(jī)械換向減速器，它的輸入端與電機(jī)相連，輸出端與天輪相連，自輸入端開(kāi)始依次包括動(dòng)力分配齒輪組、兩組并聯(lián)的行星輪系、動(dòng)力合并齒輪組、末端行星減速器，兩組并聯(lián)的行星輪系各自用制動(dòng)裝置轉(zhuǎn)換使其在自由狀態(tài)和傳動(dòng)狀態(tài)下交替運(yùn)行，動(dòng)力合并齒輪組具有四個(gè)齒輪，上下兩個(gè)齒輪接受兩組行星輪系各自傳來(lái)的動(dòng)力，中間兩個(gè)齒輪其中一個(gè)作為動(dòng)力輸出，另一個(gè)用于轉(zhuǎn)換動(dòng)力輸出方向，并且中間兩個(gè)齒輪具有不同的齒數(shù)組合。機(jī)械換向減速器使電機(jī)可以保持在一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，持續(xù)穩(wěn)定，因此也不會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾。在行星輪系齒輪組中所用的制動(dòng)裝置采用液壓制動(dòng)，并且設(shè)置兩套油泵組件，每個(gè)組件包括一個(gè)油泵、一個(gè)溢流閥、電動(dòng)機(jī)和一個(gè)單向閥，各自通過(guò)單向隔絕，兩套系統(tǒng)由PLC控制輪流工作，其中一套停機(jī)或故障時(shí)，另一套工作。因而便于檢修維護(hù)，并且在其中一套停機(jī)或故障時(shí)也不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)抽油機(jī)停機(jī)。在這兩套油泵組件中各自連接有傳感器，傳感器的信號(hào)連接至PLC并通過(guò)通訊接口連接至油田控制室，當(dāng)傳感器檢測(cè)到一套停機(jī)或無(wú)建立液壓時(shí)，將信號(hào)傳給PLC，PLC將立即啟用另一套備用系統(tǒng)開(kāi)始工作，同時(shí)故障信號(hào)也發(fā)送到油田控制室，油田維護(hù)人員可以根據(jù)故障信息，帶上相應(yīng)的備件到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修。兩回路間設(shè)置開(kāi)關(guān)閥，在維修泵站時(shí)，不影響另一組泵站的正常工作，使維修過(guò)程不影響生廣，減少油田的停機(jī)損失。兩個(gè)液壓制動(dòng)裝置的切換使用換向閥來(lái)控制，為進(jìn)一步提高可靠性，換向閥也設(shè)置為并行的兩個(gè)，當(dāng)其中一個(gè)發(fā)生故障，也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，換向閥安裝有傳感器，發(fā)生故障后可以及時(shí)通知油田控制室。另外，在換向減速器的輸出端與天輪之間采用彈性聯(lián)軸器連接，以起到一定的緩沖降噪作用。如以上所述，換向操作依靠機(jī)械裝置完成，因此可以控制換向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸，從而可以封裝在封閉潤(rùn)滑的箱體內(nèi)。因此本發(fā)明的換向減速器還具有密封外殼作為箱體，只露出輸入端和輸出端，因而整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)可以采用可靠的封閉油浸式潤(rùn)滑，從而減少環(huán)境對(duì)設(shè)備的影響，運(yùn)行更可靠。而設(shè)備的外露部分沒(méi)有采用皮帶鏈條等自然條件限制大的零部件，使設(shè)備可以使用在所有環(huán)境的采油區(qū)域。 在本發(fā)明的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)中，還包括一個(gè)曲柄式機(jī)械換向緩沖裝置，用于對(duì)抽油桿上下沖程轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的沖擊進(jìn)行蓄能緩沖。所述曲柄式機(jī)械換向緩沖裝置包括2套曲柄配重、4個(gè)上撞塊、4個(gè)下撞塊、8套滑道、2條連接曲柄配重的鋼絲繩或拉桿、4條連接上、下撞塊的鋼絲繩或拉桿、2個(gè)十字?jǐn)[動(dòng)節(jié)，曲柄配重和下撞塊組件安裝在機(jī)架的下部，上撞塊組件安裝在機(jī)架上部，滑道安裝在機(jī)架上，為減小摩擦滑道內(nèi)裝有滾輪，上、下撞塊可以沿滑道做上、下運(yùn)動(dòng)，一組兩塊上撞塊通過(guò)連接器連接在一起，鋼絲繩將連接器和曲柄配重的十字?jǐn)[動(dòng)節(jié)連接，上撞塊豎直方向運(yùn)動(dòng)可以拉動(dòng)曲柄配重?cái)[動(dòng)。當(dāng)配重塊作為上沖程運(yùn)行到頂時(shí)通過(guò)上撞塊拉動(dòng)曲柄配重，從而緩沖上沖程的沖擊力并蓄能，當(dāng)天輪換向?yàn)橄聸_程時(shí)，這部分能量幫助推動(dòng)配重塊下行，當(dāng)遇到下撞塊時(shí)，也如上獲得緩沖和蓄能。因而，抽油桿和配重因較大重量造成的沖 擊可以得到緩沖，并且能量得到節(jié)省。采用一個(gè)曲柄裝置連接立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)的抽油桿和配重，在抽油機(jī)的上、下行止點(diǎn)前，對(duì)抽油桿和配重的慣性進(jìn)行緩沖減速，巧妙的利用曲柄機(jī)構(gòu)，使抽油機(jī)減速力平緩的增加，同時(shí)利用曲柄蓄能，在換向后，釋放積蓄的勢(shì)能，使換向過(guò)程平穩(wěn)，減小動(dòng)力、傳動(dòng)裝置的沖擊，提高壽命，使電網(wǎng)平穩(wěn)，可以配備更小的電動(dòng)機(jī)和減速箱，降低抽油機(jī)制造成本，實(shí)現(xiàn)油田節(jié)能降耗的宗旨。本機(jī)采用桁架結(jié)構(gòu)機(jī)架，具有強(qiáng)度高、剛度大、重量輕的特點(diǎn)，為適應(yīng)各種不同的沖程長(zhǎng)度要求，提高專業(yè)化生產(chǎn)質(zhì)量、效率，將機(jī)架分為三個(gè)模塊，分別為上部模塊、中部模塊和下部模塊，天輪、電機(jī)、換向減速器以及曲柄式機(jī)械換向緩沖裝置的上撞塊組件安裝在上部模塊上，曲柄式機(jī)械換向緩沖裝置的曲柄配重和下撞塊組件安裝在下部模塊上。上、下部模塊安裝很多附屬機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，精度、強(qiáng)度要求較高，可以設(shè)計(jì)制作成標(biāo)準(zhǔn)形式，部件的安裝調(diào)試在工廠中完成，容易保證質(zhì)量和效率，減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作量，而中部模塊僅起加高機(jī)架的作用，根據(jù)油井沖程的需要靈活匹配高度，三部分到現(xiàn)場(chǎng)，安裝調(diào)試的工作量大大減少，質(zhì)量更有保障。所有結(jié)構(gòu)件的鋼材，不選用管類材料，防止因內(nèi)部不能涂裝，而導(dǎo)致的型材內(nèi)部的腐蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能的削弱。
本發(fā)明的抽油機(jī)因此可以任意調(diào)整沖程，按調(diào)整范圍可以進(jìn)行如下兩類調(diào)整。當(dāng)在現(xiàn)有機(jī)架高度范圍內(nèi)調(diào)整時(shí)，需要將控制換向的接近開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)的位置移動(dòng)、PLC中將編碼器的行程參數(shù)重新輸入、移動(dòng)緩沖撞塊的安裝位置、調(diào)整鋼絲繩或拉桿的長(zhǎng)度。當(dāng)調(diào)整范圍超出機(jī)架高度的限制，只需要將塔架中間模塊更換、調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度、重輸編碼器參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)。為方便修井作業(yè)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了修井移位裝置，所述修井移位裝置包括混凝土基礎(chǔ)、支撐滑道、移位螺桿、固定螺栓，支撐滑道設(shè)置在機(jī)架下方并同混凝土基礎(chǔ)通過(guò)地腳螺栓連接，移位螺桿安裝在機(jī)架后部，固定螺栓用于加固機(jī)架。修井作業(yè)前，在后部圖示位置安裝移位螺桿，將機(jī)架整體向后拖動(dòng)，當(dāng)讓出足夠修井空間后，用螺栓臨時(shí)加固，完成修井后，再將機(jī)架推回原位，重新固定，開(kāi)始下一輪作業(yè)。有益效果:
1.采用立式結(jié)構(gòu)，可 以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，疲勞應(yīng)力低，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)少等。采用長(zhǎng)沖程抽油方式，抽油泵柱塞實(shí)際沖程損失的較小，可提高抽油泵的排量系數(shù)和充滿系數(shù)，提高采油效率，增加石油產(chǎn)量，降低采油成本。2.機(jī)架采用模塊化組合方式，使安裝大部分運(yùn)動(dòng)部件的上、下部分模塊，可以在工廠中安裝、調(diào)試完畢，安裝質(zhì)量更有保證，效率更高，并且油田現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量小，動(dòng)用大型吊裝設(shè)備時(shí)間短，節(jié)約安裝時(shí)間、成本。3.抽油機(jī)的沖程調(diào)整方便，調(diào)整幅度僅受抽油泵的限制。4.全部傳動(dòng)零件采用封閉式油浸潤(rùn)滑，潤(rùn)滑效果有保障，并且稀油潤(rùn)滑可以降低摩擦副的溫度，延長(zhǎng)零件壽命，故障率低。5.相對(duì)于鏈條機(jī)，本發(fā)明的傳動(dòng)系統(tǒng)不受風(fēng)沙、高寒等惡劣環(huán)境的影響。6.利用行星輪系運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)換向，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、成熟、可靠、耐用，換向平穩(wěn)，調(diào)整方便，優(yōu)于現(xiàn)在所有抽油機(jī)的換向方式，真正實(shí)現(xiàn)了閉式潤(rùn)滑的機(jī)械換向。7.減速器采用兩級(jí)的行星齒輪輪系，利用了行星輪系齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于同樣功率的其他抽油機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，減速器的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、傳動(dòng)比大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊、振動(dòng)小、傳動(dòng)效率高。8.通過(guò)對(duì)減速箱齒輪的調(diào)整，可以根據(jù)油井的具體工況，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)上慢下快或上快下慢的速度匹配，使油井到達(dá)最佳經(jīng)濟(jì)效益。9.減速器的液壓系統(tǒng)，采用多泵并聯(lián)供油回路，互為備用，任何一路的故障不會(huì)產(chǎn)生停機(jī)事故，并且可以不停機(jī)修理，設(shè)備可靠性高。10.曲柄緩沖系統(tǒng)全部為機(jī)械裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件少，可靠性高，沒(méi)有高精度加工零部件，制作成本低。11.緩沖力調(diào)整利用曲柄配重的重量增減來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)整操作在接近地面進(jìn)行，安全方便，能夠適應(yīng)不同類型的油井對(duì)換向緩沖過(guò)程的不同要求。12.緩沖的動(dòng)作的作用距離只同上、下滑道的距離有關(guān)，緩沖距離比鏈條式大得多，緩沖過(guò)程更加平穩(wěn)。13.緩沖距離可以通過(guò)短臂十字銷位置的調(diào)整、上下滑道增減墊塊來(lái)進(jìn)行，簡(jiǎn)單安全，可以配合不同緩沖作用距離的需求。
14.由于緩沖力通過(guò)曲柄配重?cái)[動(dòng)來(lái)完成，緩沖力曲線是一個(gè)圓滑的正弦曲線，大小同動(dòng)梁到達(dá)的空間位置和曲柄配重的擺動(dòng)角度相關(guān)，緩沖時(shí)由O到最大，而換向過(guò)程正好相反，同抽油機(jī)需求的施力過(guò)程一致，實(shí)現(xiàn)平緩的無(wú)縫過(guò)渡。15.短臂和長(zhǎng)臂的設(shè)計(jì)，巧妙的利用杠桿原理，使較小的曲柄配重轉(zhuǎn)化成很大的緩沖力，力的放大倍數(shù)是長(zhǎng)臂和短臂長(zhǎng)度比，減小了裝置的體積和重量。16.裝置可以實(shí)現(xiàn)將緩沖能量轉(zhuǎn)化為換向啟動(dòng)能量，不需要像變頻式那樣利用電抗，將緩沖能量轉(zhuǎn)化為熱量白白消耗掉，啟動(dòng)時(shí)又使用附加的能量加大啟動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)了綠色轉(zhuǎn)化，節(jié)能減排，降低了客戶使用方的能耗成本。17.由于上述能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程，使抽油機(jī)在換向時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸入扭矩波動(dòng)減至最小，大大降低了最大峰值扭矩，同時(shí)降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，使電動(dòng)機(jī)和減速箱可以設(shè)計(jì)得更小，降低了加工制造的成本。18.電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載波動(dòng)減小后，可以選用更小功率的電機(jī)，而且電機(jī)基本上工作在額定工況下，節(jié)省電能的消耗，各傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)，減小了設(shè)備的磨損，減輕了客戶使用方的維護(hù)保養(yǎng)成本。19.設(shè)置專用的修井移動(dòng)裝置，提高修井效率，減少營(yíng)運(yùn)成本。


圖1是本發(fā)明的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是本發(fā)明的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)中所用的換向減速器的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。 圖3是本發(fā)明的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)中所用的換向減速器的結(jié)構(gòu)分解示意圖。圖4是本發(fā)明的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)中所用的曲柄式機(jī)械換向緩沖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)中所用的換向減速器中所用液壓制動(dòng)器的液壓系統(tǒng)的示意圖。圖6是本發(fā)明的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)中所用的三段式機(jī)架的示意圖。圖7是本發(fā)明的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)中所用的修井移位裝置的示意圖。圖8是現(xiàn)有技術(shù)鏈條式抽油機(jī)的換向機(jī)構(gòu)的示意圖。在圖中:
1-1控制柜；1-2地基；1-3支撐軌道；1-4曲柄緩沖裝置；1-5配重；1_6機(jī)架；1_7天輪；1-8鋼絲繩；1_9光桿；2-1電動(dòng)機(jī)'2-2傳動(dòng)帶；2-3電磁制動(dòng)器；2_4制動(dòng)器；2_5減速器；2_6彈性聯(lián)軸器；3_1主動(dòng)齒輪；3_2從動(dòng)齒輪I ;3_3從動(dòng)齒輪2 ;3_4行星輪系I ;3_5行星輪系2 ；3-6制動(dòng)器I ;3-7制動(dòng)器2 ；3-8合并齒輪I ;3_9合并齒輪2 ；3-10過(guò)渡齒輪；3_11合并齒輪3 ；3-12末端 行星減速器；4-1天輪；4-2鋼絲繩；4_3配重；4_4上撞塊；4_5下撞塊；4_6滑道；4-7定滑輪；4-8滑桿；4-9曲柄配重；4_10十字?jǐn)[動(dòng)節(jié)；7_1機(jī)架；7_2移位螺桿；7_3支撐滑道；7-4混凝土基礎(chǔ)；7-5固定螺栓；8-1上鏈輪；8_2鏈條；8_3平衡箱；8_4往返架；8-5滑車架；8-6曲拐；8-7下鏈輪。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。應(yīng)了解，附圖僅僅是繪示了本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方案，并不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍作出限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍僅受權(quán)利要求書限定。結(jié)合圖1可以對(duì)本發(fā)明的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)的整體結(jié)構(gòu)得到了解。本發(fā)明的抽油機(jī)采用立式結(jié)構(gòu)布局，主要包括機(jī)架1-6、天輪1-7、機(jī)械換向減速器、曲柄緩沖裝置1-4、鋼絲繩1-8、懸繩器、配重1-5、輔助液壓系統(tǒng)、電氣控制柜1-1、修井移位裝置等部分。光桿1-9上端連接鋼絲繩1-8，下端連接采油桿。修井移位裝置包括位于機(jī)架下部的支撐軌道1-3，固定在地基1-2上。機(jī)架采用桁架結(jié)構(gòu)，頂部設(shè)置天輪，抽油桿和配重分別懸掛在天輪的兩側(cè)，天輪的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)它們上升和下降，采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，采用一個(gè)機(jī)械換向減速箱進(jìn)行動(dòng)力的傳輸，抽油機(jī)的換向功能、減速增矩、帶載啟動(dòng)功能由這個(gè)減速器來(lái)提供，由于抽油桿和配重的重量重，慣性很大，曲柄式緩沖配重裝置對(duì)它們到達(dá)上、下止點(diǎn)前進(jìn)行減速緩沖、蓄能，在反向啟動(dòng)時(shí)提供附加啟動(dòng)能量，抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程采用PLC控制，全部采用固態(tài)器件，設(shè)置足夠的器件備份，保證系統(tǒng)的安全、可靠、容錯(cuò)。如圖2所示，電動(dòng)機(jī)2-1的動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)帶2-2輸入到機(jī)械換向減速箱。機(jī)械換向減速箱包括接受動(dòng)力輸入減速器2-5處理后輸出，減速器2-5通過(guò)其中包含的制動(dòng)器2-4使輸出動(dòng)力對(duì)應(yīng)于天輪的換向而換向。在減速器與天輪之間采用彈性聯(lián)軸器2-6連接以起到一定的緩沖減噪作用。天輪的另一側(cè)設(shè)置電磁制動(dòng)器2-3。圖3示出了本發(fā)明的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)中所用的換向減速器的結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力進(jìn)入機(jī)械換向減速箱，通過(guò)由主動(dòng)齒輪3-1、從動(dòng)齒輪I 3-2和從動(dòng)齒輪2 3-3組成的動(dòng)力分配齒輪組將動(dòng)力分配到兩組并聯(lián)的行星輪系I 3-4和行星輪系2 3-5，每組行星輪系用制動(dòng)器I 3-6和制動(dòng)器2 3-7轉(zhuǎn)換，使這兩個(gè)行星輪系在自由狀態(tài)和減速傳動(dòng)狀態(tài)交替運(yùn)行，在兩組行星輪系后設(shè)置動(dòng)力合并齒輪組將動(dòng)力合并，再驅(qū)動(dòng)末端行星減速器3-12，最終將動(dòng)力 傳輸?shù)教燧喩?，兩組并行的行星輪系由制動(dòng)裝置交替轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)天輪的機(jī)械換向操作。機(jī)械式換向減速器，可以在一個(gè)部件中實(shí)現(xiàn)減速增矩、機(jī)械換向、換向緩沖的功能，所有傳動(dòng)部件安裝在密封的減速箱內(nèi)，進(jìn)行油浸式潤(rùn)滑，潤(rùn)滑、冷卻效果好，不受外界環(huán)境干擾，傳動(dòng)線路上主要采用圓柱齒輪傳動(dòng)，機(jī)械效率高。動(dòng)力合并齒輪組由合并齒輪I 3-8、合并齒輪2 3-9、過(guò)渡齒輪3-10和合并齒輪3-11組成，其中，合并齒輪2 3-9和過(guò)渡齒輪3-10有不同的齒數(shù)組合，可以改變其中一條傳動(dòng)路線的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，根據(jù)油井的情況設(shè)置，使抽油機(jī)的抽油行程和回程的速度不相同，例如在高壓稀油的情況下，提高回程速度，實(shí)現(xiàn)上慢下快組合，提高產(chǎn)量，在稠油井況下，降低下落速度，改善油泵的充盈狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)上快下慢，提高泵效。在本發(fā)明的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)中使用曲柄式機(jī)械換向緩沖裝置連接立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)的抽油桿和配重，在抽油機(jī)的上、下行止點(diǎn)前，對(duì)抽油桿和配重的慣性進(jìn)行緩沖減速，巧妙的利用曲柄機(jī)構(gòu)，使抽油機(jī)減速力平緩的增加，同時(shí)利用曲柄蓄能，在換向后，釋放積蓄的勢(shì)能，使換向過(guò)程平穩(wěn)，減小動(dòng)力、傳動(dòng)裝置的沖擊，提高壽命，使電網(wǎng)平穩(wěn)，可以配備更小的電動(dòng)機(jī)和減速箱，降低抽油機(jī)制造成本為目的，實(shí)現(xiàn)油田節(jié)能降耗的占匕
λΚ曰。曲柄式緩沖機(jī)構(gòu)，采用擺動(dòng)配重進(jìn)行換向緩沖。如圖4所示，主要的部分包括2套曲柄配重4-9、4個(gè)上撞塊4-4、4個(gè)下撞塊4-5、4個(gè)定滑輪4_7、8個(gè)滑道4_6、2條連接曲柄配重的鋼絲繩、4條連接上、下撞塊的鋼絲繩、2個(gè)十字?jǐn)[動(dòng)節(jié)4-10以及2條連接曲柄配重的鋼絲繩與曲柄配重之間的滑桿4-8。曲柄配重和下撞塊組件安裝在抽油機(jī)桁架的下部，上撞塊組件安裝在桁架上部，如圖所示?；腊惭b在抽油機(jī)桁架上，為減小摩擦滑道內(nèi)裝有滾輪，上、下撞塊可以沿滑道做上、下運(yùn)動(dòng)，一組兩塊上撞塊通過(guò)連接器連接在一起，鋼絲繩將連接器和曲柄配重的十字?jǐn)[動(dòng)節(jié)連接，上撞塊豎直方向運(yùn)動(dòng)可以拉動(dòng)曲柄配重?cái)[動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)天輪4-1、鋼絲繩4-2和配重4-3在做上下沖程轉(zhuǎn)換時(shí)的蓄能緩沖。本機(jī)采用在液力變矩式機(jī)械緩沖減速器部分，采用了兩個(gè)濕式制動(dòng)器、一個(gè)液力變矩器，這兩個(gè)部件需要對(duì)油液進(jìn)行冷卻，保證部件正常工作，其中濕式制動(dòng)器需要低壓壓力油進(jìn)行操作，另外系統(tǒng)故障會(huì)導(dǎo)致抽油機(jī)停機(jī)，需要系統(tǒng)有很高的可靠性。為了提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力和可靠性，液壓系統(tǒng)油泵和電機(jī)采用油浸式設(shè)計(jì)，工作時(shí)機(jī)體始終浸泡在油液中，冷卻效果更加可靠，故障率低。液壓系統(tǒng)設(shè)置雙路保護(hù)回路，如圖5所示的制動(dòng)器制動(dòng)液壓系統(tǒng)，設(shè)置兩套油泵組件，每個(gè)組件包括一個(gè)油泵、一個(gè)溢流閥、電動(dòng)機(jī)和一個(gè)單向閥，各自通過(guò)單向隔絕，不會(huì)影響彼此工作，兩套系統(tǒng)由PLC控制輪流工作，其中一套工作時(shí)，另一套停機(jī)，可以進(jìn)行檢查、維護(hù)，提高泵站的壽命。當(dāng)其中一套發(fā)生故障導(dǎo)致停機(jī)或無(wú)建立液壓時(shí)，通過(guò)傳感器將故障情況通知PLC，PLC立即啟用另一套備用系統(tǒng)開(kāi)始工作，同時(shí)，PLC通過(guò)通訊接口，將故障信息發(fā)送到油田控制室，油田維護(hù)人員可以根據(jù)故障信息，帶上相應(yīng)的備件到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修。兩回路間設(shè)置開(kāi)關(guān)閥(未畫出)，在維修泵站時(shí)，不影響另一組泵站的正常工作，使維修過(guò)程不影響生產(chǎn)，減少油田的停機(jī)損失。為進(jìn)一步提高可靠性，換向閥也設(shè)置為并行的兩個(gè)，當(dāng)其中一個(gè)發(fā)生故障，也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，換向閥安裝有傳感器，發(fā)生故障后可以及時(shí)通知油田控制室。本機(jī)可以任意調(diào)整沖程，按調(diào)整范圍可以進(jìn)行如下兩類調(diào)整:
當(dāng)在現(xiàn)有機(jī)架高度范圍內(nèi)調(diào)整時(shí)，需要將控制換向的接近開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)的位置移動(dòng)、PLC中將編碼器的行程參數(shù)重新輸入、移動(dòng)緩沖撞塊的安裝位置、調(diào)整鋼絲繩的長(zhǎng)度。當(dāng)調(diào)整范圍超出機(jī)架高度的限制，只需要將塔架中間模塊更換、調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度、重輸編碼器參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)。本機(jī)采用桁架結(jié)構(gòu)機(jī)架，具有強(qiáng)度高、剛度大、重量輕的特點(diǎn)，為適應(yīng)各種不同的沖程長(zhǎng)度要求，提高專業(yè)化生產(chǎn)質(zhì)量、效率，如圖6所示，我們將桁架分為三個(gè)模塊，上部模塊、中部模塊、下部模塊，上、下部模塊安裝很多附屬機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，精度、強(qiáng)度要求較高，可以設(shè)計(jì)制作成標(biāo)準(zhǔn)形式，部件的安裝調(diào)試在工廠中完成，容易保證質(zhì)量和效率，減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作量，而中部模塊僅起加高機(jī)架的作用，根據(jù)油井沖程的需要靈活匹配高度，三部分到現(xiàn)場(chǎng)，安裝調(diào)試的工作量大大減少，質(zhì)量更有保障。所有結(jié)構(gòu)件的鋼材，不選用管類材料，防止因內(nèi)部不能涂裝，而導(dǎo)致的型材內(nèi)部的腐蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能的削弱。為方便修井作業(yè)， 本機(jī)設(shè)計(jì)了修井移位裝置，如圖7所示。在機(jī)架7-1下面設(shè)置支撐滑道7-3，支撐滑道7-3同混凝土基礎(chǔ)7-4通過(guò)地腳螺栓連接，直接擺放在基礎(chǔ)上，使用型鋼制作，滑道的表面平整。抽油機(jī)正常工作時(shí)，機(jī)架放置在滑道上，利用固定螺栓7-5同滑道連接。修井作業(yè)前，在后部圖示位置安裝移位螺桿7-2，將機(jī)架整體向后拖動(dòng)，當(dāng)讓出足夠修井空間后，用螺栓臨時(shí)加固，完成修井后，再將機(jī)架7-1推回原位，重新固定，開(kāi)始下一輪作業(yè)。
上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)的說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在所屬技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)，包括機(jī)架、電機(jī)、天輪、鋼絲繩、配重塊，其特征在于，天輪與電機(jī)之間還包括一個(gè)換向減速器，所述換向減速器是機(jī)械換向減速器，它的輸入端與電機(jī)相連，輸出端與天輪相連，自輸入端開(kāi)始依次包括動(dòng)力分配齒輪組、兩組并聯(lián)的行星輪系、動(dòng)力合并齒輪組、末端行星減速器，兩組并聯(lián)的行星輪系各自用制動(dòng)裝置轉(zhuǎn)換使其在自由狀態(tài)和傳動(dòng)狀態(tài)下交替運(yùn)行，動(dòng)力合并齒輪組具有四個(gè)齒輪，上下兩個(gè)齒輪接受兩組行星輪系各自傳來(lái)的動(dòng)力，中間兩個(gè)齒輪其中一個(gè)作為動(dòng)力輸出，另一個(gè)用于轉(zhuǎn)換動(dòng)力輸出方向，并且中間兩個(gè)齒輪具有不同的齒數(shù)組合。
2.如權(quán)利要求1所述的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于，所述制動(dòng)裝置采用液壓制動(dòng)，并且設(shè)置兩套油泵組件，每個(gè)組件包括一個(gè)油泵、一個(gè)溢流閥、電動(dòng)機(jī)和一個(gè)單向閥，各自通過(guò)單向隔絕，兩套系統(tǒng)由PLC控制輪流工作，其中一套停機(jī)或故障時(shí)，另一套正常工作。
3.如權(quán)利要求2所述的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于，在所述兩套油泵組件中各自連接有傳感器，傳感器的信號(hào)連接至PLC并通過(guò)通訊接口連接至油田控制室。
4.如權(quán)利要求2所述的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于，兩個(gè)液壓制動(dòng)裝置的交替使用換向閥驅(qū)動(dòng)，所述換向閥設(shè)置有并行的兩個(gè)。
5.如權(quán)利要求1所述的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于，在換向減速器的輸出端與天輪之間采用彈性聯(lián)軸器連接。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī),其特征在于,所述換向減速器還具有密封外殼作為箱體，只露出輸入端和輸出端。
7.如權(quán)利要求6所述的的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于，還包括一個(gè)曲柄式機(jī)械換向緩沖裝置，其包括2套曲柄配重、4個(gè)上撞塊、4個(gè)下撞塊、8個(gè)滑道、2條連接曲柄配重的鋼絲繩或拉桿、4條連接上、下撞塊的鋼絲繩或拉桿、2個(gè)十字?jǐn)[動(dòng)節(jié)，曲柄配重和下撞塊組件安裝在機(jī)架的下部，上撞塊組件安裝在機(jī)架上部，滑道安裝在機(jī)架上，為減小摩擦滑道內(nèi)裝有滾輪，上、下撞塊 可以沿滑道做上、下運(yùn)動(dòng)，一組兩塊上撞塊通過(guò)連接器連接在一起，鋼絲繩將連接器和曲柄配重的十字?jǐn)[動(dòng)節(jié)連接，上撞塊豎直方向運(yùn)動(dòng)可以拉動(dòng)曲柄配重?cái)[動(dòng)。
8.如權(quán)利要求7所述的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于，機(jī)架分為三個(gè)模塊，分別為上部模塊、中部模塊和下部模塊，天輪、電機(jī)、換向減速器以及曲柄式機(jī)械換向緩沖裝置的上撞塊組件和定滑輪安裝在上部模塊上，曲柄式機(jī)械換向緩沖裝置的曲柄配重和下撞塊組件安裝在下部模塊上。
9.如權(quán)利要求8所述的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于，所有結(jié)構(gòu)件的鋼材不選用管類材料，以防因內(nèi)壁銹蝕而引起的整機(jī)壽命減短的風(fēng)險(xiǎn)。
10.如權(quán)利要求1所述的立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于，還設(shè)置有一個(gè)修井移位裝置，所述修井移位裝置包括混凝土基礎(chǔ)、支撐滑道、移位螺桿、固定螺栓，支撐滑道設(shè)置在機(jī)架下方并同混凝土基礎(chǔ)通過(guò)地腳螺栓連接，移位螺桿安裝在機(jī)架后部，固定螺栓用于加固機(jī)架。
全文摘要
本發(fā)明是一種新型立式機(jī)械換向節(jié)能抽油機(jī)，其特征是，傳動(dòng)系統(tǒng)采用一個(gè)機(jī)械換向、雙路齒輪傳動(dòng)力的油浸式潤(rùn)滑的全封閉的減速箱，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)天輪的正反轉(zhuǎn)，為了使抽油桿和配重的巨大慣性在上、下行止點(diǎn)前的減速緩沖至停止，設(shè)置了曲柄緩沖裝置使沖擊能量被平緩的吸收并儲(chǔ)存，在通過(guò)上、下止點(diǎn)后，又釋放被儲(chǔ)存的能量，使電動(dòng)機(jī)輸入速度和扭矩基本平穩(wěn)的情況下，實(shí)現(xiàn)的上、下止點(diǎn)平緩啟動(dòng)。抽油機(jī)的換向采用機(jī)械式換向，采用閉式油浸潤(rùn)滑，對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)。電動(dòng)機(jī)一直在相同方向運(yùn)行，沒(méi)有復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)，可靠性高保養(yǎng)、維護(hù)修理簡(jiǎn)單。設(shè)備的運(yùn)行控制采用PLC控制，重要系統(tǒng)采用雙路備份，提高抽油機(jī)的可靠性，穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)E21B43/00GK103216216SQ201310189288
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月21日
發(fā)明者湯德良, 楊昌榮, 湯夢(mèng)甜, 周衛(wèi)軍 申請(qǐng)人:江蘇圣樂(lè)機(jī)械有限公司