国内长冲程抽油机研究综述

2013-06-04李大伟孙占刚

承德石油高等专科学校学报 2013年6期

李大伟，孙占刚

(承德石油高等专科学校机械工程系，河北承德 067000)

所谓长冲程抽油机，国内一般是指冲程长度大于4.2 m的抽油机，而在国外一般指冲程超过6 m的抽油机［1］。与常规游梁式抽油机相比较，长冲程抽油机具有抽油泵柱塞冲程损失小、采油效率高、机杆泵寿命长、整机运行平稳等优点。长冲程抽油机种类繁多，根据有无游梁结构，可将其分为游梁式长冲程抽油机和无游梁长冲程抽油机两大类。

1 游梁式长冲程抽油机

游梁式长冲程抽油机是在传统的游梁式抽油机基础上，通过增程机构使冲程增大。

1.1 双游梁式长冲程抽油机

双游梁式长冲程抽油机就是在常规游梁抽油机的平面四杆机构基础上，增加一个全转动副的II级杆组，使之成为全转动副的六杆机构(见图1)，可以适当放大游梁摆角、改善整机的动力性;由于有两个工作游梁，故称其为“双游梁式抽油机”［2］。

双游梁式抽油机采用了双游梁和六连杆，使得整机的结构较为复杂，增加了生产、安装和维护的难度。

1.2 竖游梁塔式长冲程抽油机

如图2所示，竖游梁塔架式长冲程抽油机利用与减速器输出轴固联的曲柄和连杆推动游梁作往复摆动，游梁的最大摆角在60°左右，再通过绕过天轮的传动钢丝绳带动光杆作上下往复移动，从而带动抽油泵工作［3］。

此类抽油机将游梁进行竖置，能够有效减少抽油机的占地面积，同时其冲程也可达8 m以上，但是由于其采用了钢丝传动，因此抽油机的寿命将会受到钢丝质量和缠绕方式的影响，整体稳定性还有待提高。

1.3 游梁行星轮组合式长冲程抽油机

游梁行星轮组合式长冲程抽油机工作原理如图3所示，该设计对常规游梁式抽油机作了几处改进:首先在旋转驴头安装一个与之同轴的行星齿轮，在支承游梁的机架上安装一个与驴头行星轮相啮合，以游梁支点为圆心的齿轮轨［4］。电动机带动曲柄旋转并通过连杆带动游梁上下摆动时，游梁前端驴头还通过其行星齿轮与机架齿轨的啮合产生大角度的自转，从而大大增加驴头上缠绕的钢丝绳上下移动所产生的冲程［5］。

由于该类抽油机在游梁前端引入了行星齿轮增程机构，因此其具有悬点加速度小，运动载荷小，便于实现“长冲程、低冲次”等优点［5］。

1.4 游梁式长冲程抽油机的特点

综合以上所述，游梁式长冲程抽油机继承了常规游梁式抽油机的部分优点:结构简单、维护方便，可以长时间在野外工作;全新设计的增程机构可以实现长冲程、低冲次;制造和使用经验成熟。

但是由于冲程增大，冲次降低，抽油机的连杆力也会成倍增大而使曲柄销断脱事故增多，工作稳定性会有所降低，游梁式长冲程抽油机另一缺点是抽油机自重与冲程长度几乎成正比，随着冲程的增加其自重也会增大，制造、运输与安装的成本都相应增加;而且，冲程也只能有限度的增大［6］。

2 无游梁式长冲程抽油机

无游梁式长冲程抽油机种类较多，按照其增程机构的形式可以划分为:齿轮式长冲程抽油机、链式长冲程抽油机、宽带式长冲程抽油机等。

2.1 齿轮式抽油机

如图4所示，齿轮式抽油机利用曲柄连杆机构代替游梁式抽油机的四连杆换向机构，用齿轮传动增程取代了游梁式抽油机靠提升游梁摆角实现增程的方法;其基本的工作原理如下:当抽油机所配电动机单向旋转，经过胶带传动及减速箱减速后，带动减速箱曲柄轴旋转，经曲柄连杆机构换向及齿轮传动增程后实现天车轮的大摆角摆动，从而可实现悬点的长冲程运动［7-9］。

该机型的换向系统和悬绳系统的可靠性将直接影响着整机工作的稳定性。

2.2 链式长冲程抽油机

如图5所示，链式长冲程抽油机利用窄V形胶带将电动机与减速器连接，经减速器减速后，驱动左右主动链轮运转，链条在平行布置的主动链轮和从动链轮间运转，链条通过销轴与换向器连接，随着链条做循环往复运动;装有滑动轴承的特殊链节一端用链条通过天车轮与抽油杆连接，另一端用链条绕过两个导轮与配重平衡箱连接，实现抽油杆的上下往复运动［10-11］。

链式长冲程抽油机具有节能节材、匀速运动特性好、工作效率高等优点，但也存在着容易发生断链、跳链、平衡系统复杂以及钢丝绳寿命短等问题。

2.3 宽带式长冲程抽油机

如图6所示，宽带式长冲程抽油机利用滚筒正反转缠绕胶带，胶带带动平衡框，通过钢绳组使悬绳器上的光杆作上下往复运动;冲程的切换和长度调节由行星减速器带动的凸轮机构控制，可在不停车的情况下对冲程进行无级调节［12-13］。

普通宽带式长冲程抽油机具有如下优点:1)可不停机进行无级调节;2)采用滚筒传动，能够减少50% ～70%的扭矩;3)冲程损失小;4)结构紧凑，自重轻［14］。

但是普通宽带式长冲程抽油机也存在着如下缺点:1)皮带易磨损，需经常更换与维护;2)宽带传动风阻大;3)电机启动频繁，能耗较大;4)抽油机冲次达到一定值(≥3次/min)时，框架会出现振动［15］。

3 新型长冲程抽油机的新发展

随着技术的不断进步，长冲程抽油机不断采用包括变频控制技术、智能控制技术和新型电机技术等新技术，以改善现有长冲程抽油机存在的换向和传动结构复杂、冲程调节困难、适应性差和工作效率低等缺陷［16］。

采用智能模拟数字混合控制的调速换向电机或变频调速电机的智能长冲程抽油机，采用无功换向技术，解决现有抽油机的换向冲击问题;利用智能变频控制技术，实现了抽油机工作参数的智能控制，实现冲程、冲次的无级调节。通过采用这些新技术能够提高长冲程抽油机的工作效率、适应性和智能化［17-18］。

开关磁阻电机和直线电机的应用，取代了游梁式抽油机的减速装置、传动装置和运动形式转换装置等，使抽油机具有结构简单、维护容易、参数调整方便、综合效率高和节能等优点［19-20］。

4 发展方向

近年来，国内长冲程抽油机的研制已取得较快发展，先后推出了种类繁多的长冲程抽油机。尽管部分新式游梁式抽油机比常规游梁式抽油机具有更多的优点，但由于其保留了游梁式抽油机的基本结构，仍存在游梁抽油机的某些缺点，抽油机的各种技术经济指标不可能大幅改善和提高，只有无游梁式长冲程抽油机才能彻底改善游梁式抽油机的缺点，极大地提高抽油机的运动特性、动力特性和平衡特性。

随着新型电机、变频控制等技术的不断成熟，未来长冲程抽油机的发展将围绕着无游梁、低功耗、低冲次、系列化、智能化和高适应性等进行深入的研究。

［1］张晓东，贾国超.关于我国抽油机发展的几点思考［J］.石油矿场机械，2008(1):175.

［2］石临嵩，张慧文，茶耀光.六杆式双游梁长冲程抽油机的设计［J］.石油机械，1992(9):36－40.

［3］黄清世.竖游梁塔架式长冲程抽油机的结构与特点［J］.石油机械，2008(4):65－67.

［4］孙晓斌，李莉.游梁行星轮组合式长冲程抽油机［J］.石油机械，1995(4):41－45.

［5］孙晓斌，李莉，黄清世.游梁行星轮组合式长冲程抽油机性能分析［J］.石油机械，1996(10):47－51.

［6］王朝晋.齿轮式无游梁长冲程抽油机［J］.石油机械，1992(3):32－37.

［7］董世民，金仁贤，董福洲，等.齿轮连杆式长冲程抽油机优化设计及性能分析［J］.石油机械，1995(5):8－11.

［8］蔡利，董世民，韩秀花.新型齿轮连杆式长冲程抽油机及其优化设计［J］.大庆石油学院学报，1994(4):57－60.

［9］包瑞新，石成江，杨素芬，等.一种行星齿轮长冲程抽油机的换向机构研究［J］.石油化工高等学校学报，2006，19(3):81－83.

［10］邵芝梅，牛曙光，杨凯.LZCB链式长冲程抽油机设计［J］.石油矿场机械，2004，33(S1):45－46.

［11］任红伟，刘衍聪，石永军，等.销轴换向链条式长冲程抽油机结构设计［J］.石油矿场机械，2009，38(9):39－41.