脈動減速無游梁長沖程抽油機研究

摘要：目前新設(shè)計的無游梁長沖程抽油機基本上都是通過電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)懸點的往復(fù)運動，這種運動方式不僅對電機的性能要求更高了，而且對電機的使用壽命必將產(chǎn)生影響。因此，研究一種能實現(xiàn)減速換向的機械裝置，并且應(yīng)用在無游梁抽油機的設(shè)計上就顯得非常必要。

關(guān)鍵詞：抽油機；脈動；無游梁

1.研究的目的和意義

為了降低采油成本，必須開發(fā)研制新型節(jié)能抽油機。目前我國大多數(shù)油田已相繼進(jìn)入了開發(fā)的中后期，油田逐漸喪失自噴能力，基本上已從自噴轉(zhuǎn)入機采。我國油田的機械采油井中，抽油機采油井占油田總井?dāng)?shù)的 90%，而且大部分應(yīng)用的是游梁式抽油機， 都普遍存在能耗大， 效率低的問題， 隨著油田的進(jìn)一步開發(fā)和電價的不斷上調(diào)， 采油成本在不斷提高， 如何降低抽油機的能耗， 已引起國內(nèi)外眾多石油機械工作者的高度重視。各種型式的節(jié)能型抽油機不斷投入使用，但是最終的節(jié)能指標(biāo)僅達(dá)到 10%左右，雖然在節(jié)能上取得了一點效果，但是可靠性卻大幅度下降，不同程度地存在一些問題。基本都沒有得到推廣應(yīng)用。因此為了降低采油成本，適應(yīng)市場需求，急需開發(fā)研制新型節(jié)能抽油機。開展對抽油機節(jié)能技術(shù)的研究， 必將帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，市場前景十分廣闊，對于我國石油工業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)影響。

2.脈動減速器的研究現(xiàn)狀

機械式無級減速器一般可分為摩擦式、鏈?zhǔn)?、帶式、脈動式四大類，脈動式無級變速器作為其中重要的一種，以其結(jié)構(gòu)簡單，傳動可靠而得到廣泛應(yīng)用。

脈動式無級變速器主要由傳動機構(gòu)、輸出機構(gòu)（超越離合器）和調(diào)速機構(gòu)三個基本部分組成。其工作原理主要是采用連桿（或凸輪）機構(gòu)作為脈沖發(fā)生器，如采用曲柄搖桿機構(gòu)將輸入軸曲柄的勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動，再通過單向超越離合器將搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)換為單向脈動旋轉(zhuǎn)運動輸出；而無級調(diào)速的實現(xiàn)主要通過調(diào)速機構(gòu)改變連桿機構(gòu)中各桿件之間的尺寸比例關(guān)系，使搖桿的擺角和其平均擺動速度實現(xiàn)連續(xù)改變。如果機構(gòu)中只有一組曲柄搖桿機構(gòu)（單相），則搖桿的輸出速度特性曲線為近似的正弦曲線。為獲得連續(xù)及更平穩(wěn)的輸出，實際應(yīng)用中一般應(yīng)配置數(shù)個均勻分布相位差的連桿-單相超越離合器組合機構(gòu)，這樣就可以獲得脈動幅度很小的旋轉(zhuǎn)運動。

3.脈動減速換向器的研究與分析

解決抽油機節(jié)能問題的關(guān)鍵技術(shù)，一是解決電機的功率輸出與載荷的變化，如何始終保持在最佳的匹配下進(jìn)行工作。二是從供采平衡的要求考慮，如何使抽油機始終實現(xiàn)在最佳的抽汲參數(shù)下進(jìn)行工作。要實現(xiàn)抽油機節(jié)能技術(shù)的突破，其關(guān)鍵技術(shù)就是無級變速器的研究與應(yīng)用。抽油機節(jié)能技術(shù)對無級變速器的要求：

3.1.速度的調(diào)節(jié)滿足在工作中從零開始無級調(diào)節(jié)的要求；

3.2.可實現(xiàn)在工作中進(jìn)行正反向轉(zhuǎn)換的要求；

3.3.調(diào)節(jié)機構(gòu)能夠滿足自動化控制的要求。

3.3.1.脈動減速器組成與工作原理

脈動減速器主要有如下幾個部分組成：電動機、調(diào)速機構(gòu)、傳動機構(gòu)、超越離合器、換向機構(gòu)和齒輪減速器六個部分組成，其工作原理如圖所示。電動機是雙向脈動減速器的動力源。調(diào)速機構(gòu)是用來調(diào)節(jié)偏心塊的偏心位移以調(diào)節(jié)輸出速度。傳動機構(gòu)主要由連桿結(jié)構(gòu)組成。超越離合器具有單向傳動作用，使得連桿機構(gòu)的往返運動變?yōu)閱蜗蜻B續(xù)輸出。換向機構(gòu)用以改變輸出方向，采用雙向離合器，把換向機構(gòu)嵌入到超越離合器中。齒輪減速器是進(jìn)一步把脈動減速換向器輸出速度進(jìn)一步降低，以達(dá)到抽油機作業(yè)要求；串聯(lián)這一減速器機構(gòu)還有一個重要作用是減輕雙向脈動減速換向器的轉(zhuǎn)矩負(fù)擔(dān)，這對于減少整個變速系統(tǒng)的機構(gòu)尺寸和重量，以及提高效率、降低制造成本具有重要意義。

3.3.2.調(diào)速原理

傳動機構(gòu)是四連桿機構(gòu)，當(dāng)輸入速度不變時，如改變曲柄的有效長度，即可改變搖

桿的輸出速度。

圖1所示為曲柄有效長度調(diào)整機構(gòu)的工作原理。圖示位置為可調(diào)曲柄處于中位，此時，曲柄的有效長度為 0，當(dāng)調(diào)速桿1向左運動時，將推動可調(diào)曲柄向上運動，此時，曲柄有效長度將不斷增加，從而使得輸出速度從0不斷增加。反之，當(dāng)調(diào)速桿向左運動時，可減少曲柄的有效長度，可使得曲柄有效長度從某一值降低至0。這種調(diào)速方法和調(diào)速機構(gòu)簡單、可靠。這種調(diào)速機構(gòu)與傳動六桿機構(gòu)的調(diào)速方法相比，具有較少的構(gòu)件，從而使得結(jié)構(gòu)緊湊，提高效率，特別是低速時的效率。

圖 1

1-調(diào)速桿，2-輸入軸，3-可調(diào)偏心塊

3.3.3.換向原理

目前，脈動減速換向器僅具有單向，如需要換向，必須借助專用換向機構(gòu)（或另設(shè)換向機構(gòu)），為此，使得變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積和重量大。

換向原理是通過改變楔塊在內(nèi)星輪中的位置來改變超越離合器的輸出運動方向。換向機構(gòu)可撥動楔塊往返運動。當(dāng)楔塊被撥到如實線位置時，內(nèi)星輪的運動方向為逆時運動；在適合的運動狀態(tài)，換向機構(gòu)可撥動楔塊向相反方向運動。從而，達(dá)到了改變脈動減速換向器的換向目的。

4.結(jié)束語

國內(nèi)開始衍生出一些新型的抽油機，無游梁抽油就是其中的一種。但現(xiàn)在國內(nèi)的無游梁抽油機雖然解決了游梁式抽油機出現(xiàn)的問題，可是常規(guī)的換向機構(gòu)（電機正反轉(zhuǎn)換向、鏈條換向）也給實際生產(chǎn)帶來了諸多問題。為了解決這些問題，我們需要研究一種純機械換向的無游梁長沖程抽油機。它避免了電機正反轉(zhuǎn)換向的頻繁啟動問題，也排除了鏈條抽油機因鏈條磨損蠕變的隱患。

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