游梁式節(jié)能抽油機(jī)的原理及性能對(duì)比

摘 要：在我國油田生產(chǎn)中，大規(guī)模的使用游梁式節(jié)能抽油機(jī)能夠節(jié)約成本，有效利用油田資源。目前，游梁式節(jié)能抽油機(jī)的廣泛應(yīng)用得到了較好的效果，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和波動(dòng)范圍上能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的目的。此外，在科學(xué)技術(shù)的指導(dǎo)下，我國將立志于研發(fā)多種節(jié)能抽油機(jī)。文章將以偏輪式節(jié)能抽油機(jī)為參照對(duì)象進(jìn)行具體研究。

關(guān)鍵詞：游梁式抽油機(jī)；節(jié)能；結(jié)構(gòu)改進(jìn)；原理；性能

游梁式節(jié)能抽油機(jī)有四種形式，分別為雙驢頭、偏輪式、擺桿式和下偏杠鈴式。文章將結(jié)合這四者的特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)比其節(jié)能效果。以改造抽油機(jī)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新為目的，研發(fā)了新型節(jié)能抽油機(jī)。為我國油田開采創(chuàng)造更好的技術(shù)條件，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的共贏。

1 游梁式節(jié)能抽油機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及節(jié)能原理

1.1 雙驢頭抽油機(jī)

雙驢頭抽油機(jī)是最常見的采油裝置，利用變矩節(jié)能的原理實(shí)現(xiàn)具體的操作。其方式主要是以曲線型游梁后臂進(jìn)行連接，能夠達(dá)到柔性作用。隨后根據(jù)游梁后臂的長度進(jìn)行具體吧調(diào)整，隨著曲柄轉(zhuǎn)角的不同而發(fā)生變化，這是一種特殊的四桿機(jī)構(gòu)。面對(duì)采油的具體工作，能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行節(jié)能采油操作，是新型動(dòng)力傳動(dòng)抽油機(jī)。

雙驢頭抽油機(jī)在操作的時(shí)候，要格外的注意游梁后臂的長度，在其變化的過程中要配合懸點(diǎn)載荷，游梁后臂的長度是有一定規(guī)律可以掌握的，因此，在懸點(diǎn)負(fù)荷較大的時(shí)候，游梁的后臂會(huì)變長，平衡力也會(huì)較好。相反，如果懸點(diǎn)負(fù)荷比較小，游梁的后臂會(huì)變短，平衡力也會(huì)隨之減弱。除此外，光桿載荷轉(zhuǎn)矩接近正弦變化，與正弦變化的曲柄平衡轉(zhuǎn)矩具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，為了進(jìn)一步達(dá)到節(jié)油的效果，穩(wěn)定曲柄凈轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，能夠降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)的功率，從而達(dá)到深度節(jié)能的作用。

1.2 偏輪式抽油機(jī)

偏輪式抽油機(jī)在游梁的尾部采用特殊的偏輪結(jié)構(gòu)，在偏輪和游梁的中心之間添加操縱桿，可以實(shí)現(xiàn)六連桿的機(jī)制。在操縱桿的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)軸承副硬聯(lián)接。偏輪式抽油機(jī)在具體的工作的過程中，由曲柄帶動(dòng)連桿、橫梁、偏輪、操縱桿和游梁，通過游梁的擺動(dòng)，形成行星運(yùn)動(dòng)。

游梁的后臂長度和游梁的擺角速度主要是根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)角而產(chǎn)生變化的，除此之外，由于游梁后臂和懸點(diǎn)負(fù)荷有著相近的變化規(guī)律，我們稱之為正弦定理。當(dāng)其與曲柄平衡轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)時(shí)，曲柄軸凈轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比較小。與此同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)偏輪式抽油機(jī)具有“慢提快放”的特點(diǎn)，這一原理可以發(fā)揮抽油機(jī)的動(dòng)力特征，能夠有效地減小速度和加速度。

偏輪和推桿之間具有一定的調(diào)節(jié)作用，在此基礎(chǔ)上可以增加游梁的擺角，有利于增大抽油機(jī)的沖程距離，能夠有效地的改善機(jī)器的受力能力，降低懸點(diǎn)的最大負(fù)荷，提高懸點(diǎn)的最小承載力。這樣電動(dòng)機(jī)的功率可以達(dá)到最小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

1.3 擺桿式抽油機(jī)

擺桿式抽油機(jī)不同于常規(guī)的采油設(shè)備。它是通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與常規(guī)機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)結(jié)合在一起而形成的一種采用裝置。在傳統(tǒng)采油機(jī)的基礎(chǔ)上，增加了曲柄外側(cè)的擺桿，其在擺桿中部進(jìn)行空槽處理，在內(nèi)部鑲嵌上下的軌道。與此同時(shí)，我們將曲柄的內(nèi)側(cè)與柄銷進(jìn)行接連，并對(duì)外側(cè)進(jìn)行改裝，即只保留一個(gè)滾輪。除此之外，由于擺桿上有三組銷軸孔，這將對(duì)連桿的上下連接起到很好的作用，進(jìn)一步改善抽油機(jī)的沖程。在擺桿和曲柄的共同作用下，可以達(dá)到抽油過程的復(fù)合平衡。

在擺桿式抽油機(jī)運(yùn)作的過程中，我們將位于曲柄軌道上的滾輪進(jìn)行來回的滾動(dòng)，這樣可以使自重力比較大的擺桿進(jìn)行上下的自由擺動(dòng)，從而帶動(dòng)連桿擺動(dòng)，達(dá)到驢頭懸點(diǎn)的上下運(yùn)動(dòng)。擺桿裝置的運(yùn)行，主要是利用了杠桿原理，在其運(yùn)動(dòng)的過程中實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的平衡運(yùn)轉(zhuǎn)，在降低曲柄輸出轉(zhuǎn)矩的過程中，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)功率的下降。

1.4 下偏杠鈴式抽油機(jī)

下偏杠鈴式的抽油機(jī)在偏置式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，保證其主要結(jié)構(gòu)不變，而在游梁的尾部進(jìn)行固定偏置平衡裝置的改良，使得重心下偏，將曲柄平衡機(jī)構(gòu)和游梁偏置平衡機(jī)構(gòu)有機(jī)的結(jié)合在一起。

下偏杠鈴式抽油機(jī)在運(yùn)行的過程中的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出圓弧狀，這是由于游梁偏置重心偏離而形成的。當(dāng)重心高于游梁旋轉(zhuǎn)中心線的時(shí)候，我們認(rèn)為力矩最大；相反，當(dāng)重心低于游梁旋轉(zhuǎn)中心線的時(shí)候，力矩較小。通過利用變矩原理，實(shí)現(xiàn)曲柄平衡，可以減小曲柄輸出轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，進(jìn)一步降低了電動(dòng)機(jī)的功率。與此同時(shí)，有效地改良曲柄軸凈轉(zhuǎn)矩曲線的大小和形狀，能夠讓機(jī)器較為平和的運(yùn)轉(zhuǎn)，有利于消除負(fù)轉(zhuǎn)矩。這對(duì)下偏杠鈴式抽油機(jī)的工作效率有著明顯的提高，能夠達(dá)到節(jié)能的目的。

2 力學(xué)性能及節(jié)能效果

在我們對(duì)比四種抽油機(jī)轉(zhuǎn)矩特性參數(shù)的時(shí)候，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了偏置式抽油機(jī)的力學(xué)性能相對(duì)其他三種裝置是最弱的。在最大凈轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)研究中，雙驢頭抽油機(jī)平均下降36.59%，偏輪式抽油機(jī)平均下降44.21%，擺桿式抽油機(jī)平均下降27.12%。除此外，這三者處于平衡狀態(tài)時(shí)可以有效地消除電動(dòng)機(jī)工作中的負(fù)功現(xiàn)象，即我們常說的最小凈轉(zhuǎn)矩不低于零。在節(jié)能效果上，雙驢頭抽油機(jī)、偏輪式抽油機(jī)、擺桿式抽油機(jī)的節(jié)電率有大幅度的下降，分別節(jié)電33.56%、21.88%、23.12%，而偏置式抽油機(jī)的效果十分不佳。因此，我們對(duì)其進(jìn)行了改造，即研發(fā)了下偏杠鈴式抽油機(jī)。

隨后我們對(duì)偏置式抽油機(jī)和下偏杠鈴式抽油機(jī)進(jìn)行了新的對(duì)比。其結(jié)果表示，下偏杠鈴式抽油機(jī)在工作性能上明顯由于偏置式抽油機(jī)，最大轉(zhuǎn)矩可以降低到25.98%。在平衡的條件下，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)功作用的消除，其節(jié)能效果可以提升至15.38%。

3 游梁式節(jié)能抽油機(jī)的發(fā)展

游梁式節(jié)能抽油機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)置上比較的簡單，在長期的使用中具有耐用性的特點(diǎn)，且容易維修，在我國的采油過程中發(fā)揮著巨大的作用。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國家對(duì)能源的需求逐年上漲，要求我們必須掌握最佳的節(jié)能手段，實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化。

因此，節(jié)能抽油機(jī)需要具有耗能低、沖程遠(yuǎn)、大負(fù)荷等特點(diǎn)，為油田的開發(fā)提供技術(shù)上的支持，保證經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)定。為了解決好傳統(tǒng)抽油機(jī)出現(xiàn)的一系列問題，研發(fā)新型節(jié)能抽油機(jī)是一項(xiàng)艱巨的工程。抽油機(jī)節(jié)能在未來的采油市場上具有很大的潛力，可以通過改善結(jié)構(gòu)、安裝節(jié)能監(jiān)控裝置、改良平衡方式等措施，促進(jìn)游梁式節(jié)能抽油機(jī)的發(fā)展。在改造過程中，要對(duì)不同類型的游梁式節(jié)能抽油機(jī)進(jìn)行具體的分析，取長補(bǔ)短，根據(jù)采油工作的具體需要和現(xiàn)實(shí)條件的限制，實(shí)現(xiàn)綜合能力的調(diào)整、運(yùn)用，達(dá)到最佳節(jié)能效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，將常規(guī)的游梁式節(jié)能抽油機(jī)進(jìn)行改造，有利于我國油田采油事業(yè)的發(fā)展，為其提供技術(shù)支持，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的節(jié)能效果。對(duì)資源的充分利用，發(fā)揮游梁式節(jié)能抽油機(jī)平衡功能的最大效用。除此之外，提高抽油機(jī)的安全性，能夠保證工程的順利進(jìn)行。在節(jié)能抽油機(jī)上進(jìn)行技術(shù)改良，借鑒其他國家在采油技術(shù)上的特點(diǎn)和優(yōu)勢，改進(jìn)節(jié)能驅(qū)動(dòng)設(shè)備，進(jìn)一步達(dá)到降低電機(jī)率和節(jié)能降耗的目的。這就需要研發(fā)人員和采油操作人員加強(qiáng)配合，在發(fā)現(xiàn)問題后，提出自己的建議，優(yōu)化采油方案。

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作者簡介：李金石，男，1991年參加工作，2008年6月畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，目前從事于采油方面工作。