常见无游梁式抽油机让位机构研究

杜宏伟，綦耀光，赵海晖，李乙朝

常见无游梁式抽油机让位机构研究

杜宏伟1，2，綦耀光1，赵海晖1，李乙朝3

（1．中国石油大学（华东）机电工程学院，山东青岛266580；2．青岛农业大学机电工程学院，山东青岛266109；3．中石油吐哈油田公司机械厂，新疆哈密839009）

详细介绍了油田常用的无游梁抽油机天轮移动、天轮摆动、抽屉式让位机构的结构特点、适用范围及设计时应注意的问题和优缺点。在此基础上，综合提出了一种适合于无游梁抽油机的组合让位机构。该机构采用天轮后摆移动＋抽屉式让位结合的方式，实现了较大让位要求，可满足小修作业的需求。该装置结构简单，操作方便，具有较好的应用前景。

抽油机；让位机构；抽屉式

为了满足修井作业的要求，抽油机悬点必须能够后移一定的距离，让开井口，俗称让位。抽油机让位的主要作用是为修井机游动滑车的上下运动和修井工人让出工作空间。因此，修井机工作时除了需要抽油机悬点让出井口一定距离以外，还需要修井机底座远离抽油机塔架一段距离，为修井工人提供充分的工作和逃生空间。按照有关国家标准的要求和使用习惯，游梁式抽油机一般采用改变驴头位置的方法进行让位，其最小让位距离为500～700 mm［1-4］。已经有多篇文献对游梁式抽油机的让位方式进行了讨论，本文不再论述。

抽油机局部让位时可将前天轮设计为分体式，这样修井机大钩即可在2个前天轮之间通过（此时前天轮无需任何动作）。但采用这种让位方式时，抽油机塔架离井口非常近，需要使修井机倾斜较大角度给下部井口处工人让出工作空间，使修井机架水平拉力较大，需设计斜拉支撑。抽油机局部让位也可通过调整抽油机前天轮的位置，从而给修井机大钩让出上下运动空间。该种让位方式下，抽油机塔架离井口较远，修井机只需倾斜较小角度即可为修井工人让出工作和逃生空间，修井机塔架水平拉力较小，无需斜拉支撑设计，修井机设计得到简化。

本文对常见的无游梁抽油机局部让位方式的优缺点进行分析，为设计新型抽油机让位方式提供借鉴。

1 塔架式抽油机各种让位方式评价

目前，无游梁抽油机的局部让位方式主要有整机移动、天轮移动、天轮摆动等。

1．1 整机移动让位

早期塔架式抽油机修井让位方式主要采用整机移动让位，即通过外力将抽油机塔架及其上方安装的前后天车轮总成等零部件作为1个整体向远离井口方向拖动。由于塔架式抽油机整机质量较大，拖动其沿导轨移动需要借助拖拉机或者液压传动装置等外力才能实现。该种让位方式存在施工风险大、费用高、作业工期长、效率低等问题。目前，多数塔架式抽油机通过前天车轮移动让位［5-9］。

1．2 天轮移动让位

天轮移动让位主要有天轮侧转式移动让位和天轮后转式移动让位2种［8］，如图1所示。

图1　天轮移动让位抽油机

天轮侧转式让位结构形式最早出现在工程院顾心怿院士设计的链条式抽油机上，后来在吉瑞石油生产的链条式抽油机上使用。作业时，将天轮绕着安装立轴转动90°，其前沿让开井口。该让位方式结构简单，适用于钢丝绳作为悬点驱动系统的抽油机，在工业上有一定的应用。其缺点是：

1)天轮的直径较大。为了能够让开700 mm的作业距离，天轮的最小直径应该在1 800～2 000 mm左右，制造安装困难。

2)立轴旋转困难。巨大的天轮通过立轴与机架固定，不经常旋转工作，有锈蚀和压紧的可能，让位作业时工作空间狭小，使得立轴旋转困难，造成让位作业困难，存在一定的安全隐患。

3)机架倾覆力矩较大。天轮安装在抽油机的前侧，机架中心距离抽油机井口较远，整机受到向前倾覆的作用力，使得机架倾覆力矩较大，整机设计相对困难。

4)天轮与井口的相对位置调整困难。立轴与机架为配合安装，不容易调整天轮与井口的相对位置。

天轮后转式移动让位结构首先是在胜利油田总机械厂生产的无功换向抽油机上采用，其原理是天轮整体向抽油机内转动，其前沿让开井口。该让位结构简单，受力均衡，作业安全，不仅可满足钢丝绳作为悬点驱动系统的抽油机需要，也适合于钢丝绳胶带（宽带）作为悬点驱动系统的抽油机，通过调整天轮两侧固定点的位置，可以对中井口并修正抽油机的安装精度，应用较为普遍。但该让位机构天轮直径较大，为了能够让开700 mm的作业距离，天轮的最小直径应该在1 200～1 600 mm，虽然比天轮侧转式让位结构的天轮直径下降，但制造安装仍然较困难；同时，倾覆力矩较大，天轮安装在抽油机的前侧，机架距离抽油机井口较远，整机受到向前倾覆的作用力，使得整机设计相对困难。

天轮移动让位方式不移动整机即可实现作业让位，可降低作业时移动整机的安全风险，减少作业时间，是让位方式的优选结构形式。通过对2种天轮移动让位结构的比较评价可知，天轮后转式移动让位方式的结构工艺性和受力性能均优于天轮侧转式让位结构。

1．3 天轮摆动式让位

天轮摆动式让位方式主要有天轮侧向摆动和天轮上翻摆动2大类［9-14］。

天轮侧向摆动让位方式的典型抽油机如图2a所示。该抽油机让位系统是通过2个可以侧转门实现让位的，其结构如图2b所示。由图2可知：让位天轮直径较小，悬点驱动钢丝绳受到弯曲作用，将影响其寿命；让位机构与机架连接销轴容易锈蚀，影响让位作业的方便性；不具备调整井口对中性的功能，对机架的安装精度要求较高；适用于钢丝绳作为悬点驱动系统的抽油机，对于胶带驱动方式，其宽度较大，结构较为复杂。

图2　侧摆天轮让位抽油机

典型的天轮上摆式让位抽油机如图3所示，图3a～3c所示抽油机的结构原理如图4a，图3d所示抽油机结构原理如图4b所示。由图3可知：对于该种让位结构，为了满足让位空间和导向轮直径尺寸的要求，让位支架需要足够的长度，一般在1 200～1 800 mm，让位支架转动销轴承受较大压力作用，一般为悬点载荷的2倍左右，导致销轴的尺寸较大，转动灵活性差；销轴连接方式，需要定位系统，一般采用丝杠或定位块进行定位。采用丝杠定位时，让位时需要摇动丝杠，花费较多的时间；采用定位块定位时，回位时通常有冲击现象。

图3　典型的天轮上翻让位抽油机

从结构上看，如图3a～3c所示的结构受到结构限制，其导向轮尺寸较小，钢丝绳（胶带）的弯折半径较小，这对柔性件的寿命有较大的影响。如图3d所示的结构可安装较大的导向天轮；同时，让位结构装有限位系统，在顶部平台上操作，安全性较好，但结构相对复杂，制造成本高。

图4　典型的天轮上翻让位机构

1．4 抽屉式让位

综合天轮尺寸和让位空间的要求，有的厂家设计了如图5a所示的抽屉式让位机构，使用该方式让位的典型抽油机如图5b所示。

图5　抽屉式让位机构

由图5可以看出：让位距离取决于抽屉抽出的距离。为了满足让位空间的要求，其抽屉结构相对复杂，对强度和刚度的要求较高，内抽屉的外伸距离较大，也影响了结构设计的合理性，均需要在结构设计时注意。

2 新型让位机构设计

综合考虑上述各种让位机构的优缺点，提出了如图6所示的复合抽屉式让位机构。该机构组合了天轮移动式让位机构和抽屉式让位的原理，既克服了只采用天轮移动式让位机构中天轮尺寸太大、厂内制造困难的问题，又克服了抽屉式让位机构中让位距离远、结构复杂的问题，是一个综合的较优让位结构。

该机构采用导向轮总成后摆和螺杆机构推拉导向轮支架在塔架内部移动复合的让位方式。在进行小让位时，只需将安装在导向轮支架上的导向轮后摆让位机构打开，导向轮后摆即可；进行大让位时，在完成小让位的同时，再利用螺杆机构，通过棘轮扳手转动螺母即可完成支架在塔架内部的移动大让位工作。该机构可缩短抽屉的长度，使支架受力变形较小，且操作简单、结构容易制造。

图6　抽油机抽屉式让位结构原理

3 结论

新型复合式抽屉后摆让位方式操作简单，且非常省力，1个人就可以完成操作；另外，加工制造方便。该种让位方式不会出现侧摆让位的偏载严重问题，也不会出现上摆让位放开时导向轮支架对塔架的严重冲击。详细设计完成后，需进行强度和刚度的校核计算，以保证结构满足设计要求。

［1］张慧文，綦耀光，石临嵩．变角自让位式抽油机驴头［J］．石油机械，1994，21（7）：1-5．

［2］李东平，李建国，邓英，等．自让位式抽油机驴头结构分析及设计改进［J］．新疆石油家科技，2008，18（4）：41-43．

［3］王康军，季祥云，于胜存，等．大型游梁式抽油机驴头让位方式分析［J］．石油矿场机械，2006，35（2）：85-86．

［4］康奎州，马确慧，邹志刚．抽油机的驴头自让位装置：中国，CN101988378A［P］．2011-03-23．

［5］马强．塔架式长冲程抽油机原理及应用［J］．石油矿场机械，2008，37（1）：80-83．

［6］单金鹏，熊山中，韩中普．胶带式抽油机移动装置［J］．石油机械，2006，34（9）：140-141．

［7］杨崇恩．长冲程双链条同步驱动抽油机的方案设计［J］．石油机械，2001，29（8）：10-12．

［8］张洪岐，刘鹏，许永军．直流液压式高原抽油机移位装置［J］．才智，2011（10）：65-66．

［9］闫明强．卷筒式抽油机设计研究［D］．青岛：中国石油大学（华东），2011．

［10］陈昌龙，李东海．立式抽油机结构分析及性能对比［J］．石油矿场机械，2013，42（2）：70-74．

［11］董跃文，张润强，史生良，等．抽油机天轮收伞让位机构：中国，CN201851094U［P］．2010-11-23．

［12］季祥云．向井口倾斜让位式抽油机：中国，CN202194626U ［P］．2012-04-18．

［13］张博，崔钢都，原军．双井抽油机振动影响因素及改进措施［J］．石油矿场机械，2013，42（1）：71-74．

［14］娄本和，张美容．一种塔架式抽油机上翻让位装置：中国，CN202970639U［P］．2013-06-05．

Study of Abdicating Mechanism for Non-beam Pumping Unit

DUHongwei1，2，QI Yaoguang1，ZHAOHaihui1，LI Yizhao3
（1．School of Mechanical and Electrical Engineering，China Uniuersity of Petroleum，Qingdao 266580，China；2．School of Mechanical and Electrical Engineering，Qingdao Agricultural Uniuersity，Qingdao 266109，China；3．Machinery Factory，PetroChina Tuha Cilfield Company，Hami 839009，China ）

The structural characteristics，scope，advantages and disadvantages are described in details in this papaer，and points should be paid attention to design of typical abdicating mechanism commonly used．On this basis，a new type of abdicating mechanism is proposes，which is suitable for non-beam pumping unit．The device combines the sheave back ward swing abdicating mechanism and the drawer type one，which can achieve a wider abdicated space for minor repairs．The device is simple in structure，easy operation，and it has good prospects．

pumping unit；abdicating mechanism；drawer type

TE933．1

A

10．3969／j．issn．1001-3482．2015．04．006

1001-3482（2015）04-0024-05

2014-07-11

国家科技部资助项目（2012BAH26F04）；国家自然科学基金（51174224）

杜宏伟（1976-），女，山东聊城人，讲师，主要从事机械设计及理论研究，E-mail：dhwfair＠163．com。