一种双链条飞轮往复式抽油机

2020-04-01李大伟陈藕生

石油和化工设备 2020年3期

李大伟，陈藕生

（1.承德石油高等专科学校，河北承德 067000）

（2.上海吉修服装辅料有限公司，上海青浦 201700）

1 研发背景

抽油机是广泛应用于油田采油的专用设备。经过多年的发展，抽油机的种类繁多，链条滑轮式数控抽油机就是其中的一种。链条滑轮式抽油机采用了链条、滑轮组的配合，由控制系统驱动电机运行，通过组合减速传动使抽油机的动力源和终端负载作换向运动，带动抽油杆上下往复运行，抽油杆和配重形成平衡，机械效率可达到90%以上。与传统的游梁式抽油机相比，具有节能效果显著，结构简单，工作可靠的特点。但由于其依靠电机的正反转来拖动抽油杆进行往复运行，电机转子在自身惯性作用下需要较大的扭矩迫使电机转子减速然后再反向旋转，对电机冲击较大，同时在调节冲程时需要停机增减链条长度，操作十分不便。本文介绍了一种双链条飞轮往复式抽油机（专利号：201920365030.0），其驱动电机无需进行正反转，通过变频电机、步进电机或伺服电机简单控制电机运行速度和启停时间实现在链条长度范围内冲程任意可调且具有无上下冲程死点的特点。

2 结构和工作原理

2.1 主要结构

双链条飞轮往复式抽油机的结构如图1所示，其主要结构为门型框架结构，框架的左右两侧立柱上分别设置滑槽，方形滑台依靠齿轮与滑槽连接，能够沿着滑槽上下运动。方形滑台前端面的中央设置有齿飞轮，四角处分别设置一个限位齿轮（如图2所示）。门型框架左侧立柱顶端的第一从动齿轮和底端的第一电动机输出轴上的链轮，通过链条形成闭合啮合传动连接。

图1 双链条飞轮往复式抽油机结构

为保证抽油机具有优异的平衡效果，第一链条和第二链条在齿飞轮的两侧对称分布，第一电动机链轮、第一从动齿轮、第二电动机链轮、第二从动齿轮规格相同，天轮上所设置的限位槽宽度为钢丝绳直径的1.05-1.1倍，限位槽的深度至少为钢丝绳直径的0.6倍，限位槽能够防止钢丝绳跑偏，保证其平稳运行。

图2 方形滑台及其链条链轮结构

2.2 工作原理

双链条飞轮往复式抽油机的工作原理如下：第一链条穿过齿飞轮和方形滑台左侧的两个限位齿轮之间的间隙，与齿飞轮和限位齿轮啮合传动连接，限位齿轮可以防止链条脱离齿飞轮；电动机驱动电动机链轮转动，电动机链轮通过链条和从动轮带动齿飞轮旋转。第一电动机、第二电动机交替运行，转动方向相同，分别控制方形滑台的上行和下行运动，方形滑台下端与抽油杆相连，带动抽油杆上下往复运动，从而实现机械抽油。

3 设备特点和优势

通过特殊的结构设计和平衡配重，双链条飞轮往复式抽油机具有比现有机械式抽油机更优异的性能。

（1）双链条飞轮往复式抽油机通过交替运行的两套电机驱动抽油杆上下往复运动。因此可以通过控制驱动电动机启停、转动速度在滑槽长度范围内任意调整冲程和冲次；上下冲程速度分别可调，且无换向冲击，可以有效降低抽油冲次，消除冲程死点。

（2）该型抽油机的抽油杆在冲程过程中或悬停时，电动机、飞轮始终处于单向运转，开机后冲程内（包括悬停）无启动、停止、反转、离合、刹车等动作，可以大幅减少能量损耗，提升设备运行效率。

（3）该型抽油机中的飞轮可以悬停转动，采用小功率力矩电机即可带动飞轮高速旋转，再利用飞轮的惯性力慢速带动负载提升，待启动后电机带动负载匀速提升，最终可达到小马拉大车的理想节能效果。

（4）该型抽油机通过卷取电机收放锚链，根据上下冲程的功率比较，由PLC控制卷取电机自动收放锚链调整配重，可以达到最佳动态平衡。

（5）该型抽油机使用小功率电机作为动力源，电机直接带动传动轮，精简了易磨损的传动皮带和减速器，有效降低了故障率和维护次数；由于使用了特殊差速往复运动装置技术（专利号：CN201920008309.3），抽油机可空载启动；待电机达到最大扭矩的转速时飞轮保持恒速转动，过程中不用控制马达正反转、离合、刹车。启动后电机始终处于单向运转状态，由于有飞轮助力、换向时也能使转矩基本恒定。因此，该型抽油机启动时对电网没有冲击、运转时电流波动小。