本發(fā)明涉及一種新型長(zhǎng)沖程抽油機(jī)。

目前，普遍使用抽油機(jī)從那些不能自噴的油井中向外抽油。隨著油井開采時(shí)間延長(zhǎng)、老油田的油井液面不斷下降，油壓下降，以及需要開發(fā)蘊(yùn)藏在較深地層中的石油，因此要求抽油機(jī)的下泵深度不斷增加。增加下泵深度、使一般抽油機(jī)的泵效降低。因?yàn)榻饘俪橛蜋C(jī)桿是彈性體，在自重和載荷作用下，將產(chǎn)生彈性變形。抽油桿往復(fù)上下時(shí)、抽油桿的彈性伸長(zhǎng)會(huì)造成有效沖程損失。下泵深度越大、有效沖程損失越大，泵油效率也越低。然而，如果增大抽油機(jī)的沖程，則可以提高泵效。對(duì)于高含水油和高粘度油田的開采，也需要使用長(zhǎng)沖程抽油機(jī)。在相同排量條件下，沖程加大，意味著減少?zèng)_次、速度和加速度，這樣又附帶產(chǎn)生了許多好處。首先，因?yàn)槌橛蜅U在變幅載荷下工作，其疲勞壽命與所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)數(shù)有關(guān)。減少?zèng)_數(shù)意味在同樣長(zhǎng)的工作期間內(nèi)，抽油桿所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)數(shù)較少。因而有助于延長(zhǎng)使用壽命。其次，速度和加速度的降低有助于減緩抽油桿和缸筒的摩損。而沖程增大，又使得缸筒內(nèi)表面的摩損分散在較大面積上而不是集中在一個(gè)較小的區(qū)域，這也有助于延長(zhǎng)缸筒的使用壽命。

目前使用得最普遍的抽油機(jī)是游梁式抽油機(jī)。一般的游梁式抽油機(jī)具有一個(gè)鉸支在起重柱上可自由擺動(dòng)的游梁，梁的一端有一個(gè)驢頭，驢頭的外緣是一段以游梁擺動(dòng)支點(diǎn)為圓心的弧形面。光桿通過(guò)繩索與驢頭連接，通過(guò)電動(dòng)機(jī)或液壓機(jī)構(gòu)使游梁在鉛垂平面內(nèi)擺動(dòng)，從而帶動(dòng)光桿上下運(yùn)動(dòng)。游梁的平衡方式有兩種。一種是把平衡重直接固定在游梁后端，即游梁上與驢頭遙對(duì)的那端。另一種平衡方式是在驅(qū)動(dòng)裝置的曲柄上安裝平衡重。游梁式抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、堅(jiān)固耐用，所以得到廣泛應(yīng)用。

在已發(fā)展的長(zhǎng)沖程抽油機(jī)中，有很多仍然采用了上述的游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)。為了獲得長(zhǎng)沖程，加大了游梁長(zhǎng)度。由于驢頭回轉(zhuǎn)半徑增大，所以對(duì)相同的游梁擺角范圍，可得到較大的沖程。但是，由于結(jié)構(gòu)放大了，所以抽油機(jī)的高度、重量，占地面積等都大大增加，抽油機(jī)所消耗的功率也增大。

如果基本不改變游梁長(zhǎng)度，而擴(kuò)大其擺動(dòng)的角度范圍，則也可以達(dá)到獲得長(zhǎng)沖程的目的。但是，就現(xiàn)有的游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)而言，增大擺角有許多難以克服的困難。首先，在如圖3或圖4所示的游梁式抽油機(jī)中，要想增大擺角，則應(yīng)把連桿與游梁的連接點(diǎn)（即力點(diǎn)）向內(nèi)移。這樣，所需要的旋轉(zhuǎn)平衡塊的重量大大增加，這樣，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)平衡塊引起的離心力很大，增加了不穩(wěn)定性;如果不改變力點(diǎn)的位置，而采用加長(zhǎng)曲柄長(zhǎng)度的方法來(lái)獲得大的游梁擺角范圍，同樣也使離心力增大。要克服這些問(wèn)題，就需要較大較重的底座。

圖5是另一種游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。其特點(diǎn)是，平衡重直接固定在游梁的后端。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，要擴(kuò)大游梁的擺角，產(chǎn)生的問(wèn)題更多。這是因?yàn)?，在這種抽油機(jī)中，平衡力矩等于平衡重量與游梁擺動(dòng)支點(diǎn)到平衡重的重心垂線的距離的乘積，所以擺角范圍增大后，在最大擺角處，平衡力矩下降很多。比如，最大擺角為60°時(shí)（最大擺角范圍為120°），游梁擺動(dòng)支點(diǎn)到平衡重的重心垂線的距離比游梁水平時(shí)的距離小了一半。這樣，抽油機(jī)在工作循環(huán)中功率波動(dòng)很大，所以不實(shí)用。

通過(guò)以上分析，可以看出，在現(xiàn)有技術(shù)中，為什么都采用增加游梁長(zhǎng)度的方法來(lái)獲得長(zhǎng)沖程，為什么眾多形式的游梁式抽油機(jī)的擺動(dòng)范圍都不大（最大不超過(guò)60°）。

本發(fā)明的目的是提供一種新型的抽油機(jī)，它保持了現(xiàn)有游梁式抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上作出大的改變，以便獲得較大的擺角范圍，即獲得長(zhǎng)沖程。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

制造一臺(tái)長(zhǎng)沖程抽油機(jī)，其傳動(dòng)原理和一般的游梁式抽油機(jī)相似即，有一個(gè)底座;一個(gè)固定在底座上的三角支架;一個(gè)在其中部與上述三角支架可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接并可在鉛垂平面內(nèi)擺動(dòng)的游梁，游梁的一端有一個(gè)驢頭，抽油桿經(jīng)過(guò)鋼絲繩與驢頭連接;使游梁和驢頭在鉛垂平面內(nèi)擺動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);以及固定在底座上的動(dòng)力源。與現(xiàn)有游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)不同、也就是本發(fā)明所作出的重大改進(jìn)在于，取消了旋轉(zhuǎn)平衡塊，但也不采用把平衡物直接固定在游梁尾端上的作法，而是采用了一種完全新穎獨(dú)特的平衡結(jié)構(gòu)，從而可以自由地增大游梁的擺角范圍，卻不必?fù)?dān)心出現(xiàn)如前所述的問(wèn)題。本發(fā)明采用的特殊平衡方式是，在游梁的尾端安裝另一個(gè)驢頭，即第二驢頭，該第二驢頭與游梁前端的第一驢頭相似，其外緣弧面的中心與游梁的擺動(dòng)中心重合，平衡重通過(guò)鋼絲繩懸掛在第二驢頭上。在游梁擺動(dòng)過(guò)程中，與第一驢頭一樣，第二驢頭上的鋼絲繩始終以切線方式從該驢頭外緣面上垂下，這樣就可保證平衡重只作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣大大改善了抽油機(jī)的工作狀態(tài)。為了獲得大擺角范圍，游梁擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與游梁鉸接的力點(diǎn)的位置適當(dāng)向內(nèi)（即向游梁擺動(dòng)中心）移，以獲得所需的擺角范圍。同時(shí)，兩個(gè)驢頭也相應(yīng)加大，使其外緣弧面的弧度稍大于所需的游梁最大擺角范圍。

這種長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式可以采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，也可以采用液壓作動(dòng)筒驅(qū)動(dòng)方式。

下面，接合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖1是按本發(fā)明實(shí)施例制造的長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的示意圖。

圖2是圖1所示長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的游梁擺動(dòng)范圍示意圖。

圖3是一種現(xiàn)有的游梁式抽油機(jī)的示意圖。

圖4是另一種現(xiàn)有的游梁式抽油機(jī)的示意圖。

圖5是平衡重直接固定在游梁上的抽油機(jī)的示意圖。

如圖1所示，本發(fā)明的長(zhǎng)沖程抽油機(jī)包括一個(gè)底座（10），一個(gè)固定在底座上的三角支架（12），由電動(dòng)機(jī)（14）和通過(guò)皮帶傳動(dòng)（18）與電動(dòng)機(jī)（14）連接的減速器（16）組成的動(dòng)力源，由曲柄（20）、連桿（24）和橫臂（26）組成的游梁擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，和可在垂直面內(nèi)擺動(dòng)的游梁（30）。動(dòng)力源部分與安裝在底座上，一對(duì)曲柄（20）對(duì)稱地安裝在減速器兩側(cè)伸出的輸出軸上，兩個(gè)曲柄（20）分別與兩個(gè)連桿（24）的一端鉸接，連桿的另一端與橫臂（26）的兩端鉸接，橫臂的中部通過(guò)一個(gè)接近游梁中點(diǎn)的支座（48）可回轉(zhuǎn)地與游梁聯(lián)接。游梁中部通過(guò)支座（45）可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在三角支架（12）的頂端。這樣，由曲柄（20）、連桿（24）、游梁（30）和支架（12）組成了一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

游梁的擺角通過(guò)改變曲柄（20）的工作半徑來(lái)改變。在曲柄上有一排沿曲柄中心線排列的銷孔，連桿一端與曲柄上不同的銷孔連接，游梁的擺角就發(fā)生變化，因而得到不同的抽油桿沖程。

抽油機(jī)的沖次變化可通過(guò)改變電機(jī)（14）和減速器之間的皮帶傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵撈鲃?dòng)是一個(gè)多級(jí)變速皮帶傳動(dòng)。如果選用多速電機(jī)，則沖次調(diào)整也可通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)。

和一般的游梁式抽油機(jī)一樣，游梁（30）的前端有一個(gè)（第一）驢頭（35），該驢頭的外端是一個(gè)圓心在游梁回轉(zhuǎn)中心的圓弧面。游梁上下擺動(dòng)時(shí)，驢頭（35）也隨之上下擺動(dòng)，并且驢頭的外端圓弧面上各點(diǎn)始終在同一圓周上運(yùn)動(dòng)。抽油桿（37）通過(guò)鋼絲繩（38）與驢頭（35）聯(lián)接，鋼絲繩（38）總以切線方式從驢頭（35）的外圓面上垂下。

游梁（30）的后端，固定著一個(gè)第二驢頭。該第二驢頭的形狀與第一驢頭相似，其外圓弧面的圓心與第一驢頭外圓弧面的圓心重合，即都在游梁的支承點(diǎn)。重量可調(diào)的平衡重（42）通過(guò)鋼絲繩（41）與第二驢頭（40）聯(lián)接，在第二驢頭隨游梁（30）擺動(dòng)時(shí)，鋼絲繩（41）總以切線方式從該第二驢頭外圓弧面上垂下。這樣，當(dāng)游梁上下擺動(dòng)時(shí)，不管擺角多大，由平衡重（42）的重量和第二驢頭外圓弧面半徑的乘積決定的平衡力矩始終保持恒定，因而使抽油機(jī)的工作循環(huán)中負(fù)載平穩(wěn)。

第一驢頭（35）和第二驢頭（40）在游梁兩端對(duì)稱布置，即兩個(gè)驢頭的外圓弧面相隔180°。每個(gè)圓弧面對(duì)應(yīng)的圓心角應(yīng)大于游梁的最大擺角，在本實(shí)施例中，大于100°。由于驢頭包角增大，其重量也增加，為了使驢頭與游梁的連接更牢固，可在游梁的上面和下面增加兩個(gè)加固連接梁，使兩個(gè)驢頭成為一個(gè)整體。

本實(shí)施例中，第一驢頭和第二驢頭外圓周弧面的半徑相等，這時(shí)平衡重（42）的重量近似等于前端懸掛的抽油桿的重量，以保證順時(shí)針?lè)较虻撵o力矩與逆時(shí)針?lè)较虻撵o力矩平衡。當(dāng)然，兩驢頭外圓弧面的半徑也可以做成不相等的。這時(shí)，平衡重的重量應(yīng)適當(dāng)變化，以使游梁保持平衡?？梢钥闯觯绻延瘟汉蛢蓚€(gè)驢頭用一個(gè)大圓輪代替，大圓輪的輪心可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在支座上，連桿（24）偏心地鉸支在大圓輪上，抽油桿和平衡重分別通過(guò)鋼絲繩懸掛在輪的兩側(cè)，則與本實(shí)施例是等效的。

本發(fā)明的抽油機(jī)的動(dòng)力源和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以采用液壓驅(qū)動(dòng)方式。用一套液壓作動(dòng)筒作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件?；钊麠U的外伸端與支座（48）鉸接，作動(dòng)筒的底部鉸支，因而可隨游梁的擺動(dòng)而調(diào)整其位置。抽油機(jī)的沖程可通過(guò)改變活塞桿沖程實(shí)現(xiàn)，沖次的變化則可通過(guò)改變壓力液體的換向頻率實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)上面的敘述，可以看出，由于本發(fā)明采用了一種全新的平衡方式，因而為增大游梁式抽油機(jī)游梁的擺角范圍，也就是為增加抽油機(jī)的沖程，舖平了道路，使得在與一般游梁式?jīng)_程機(jī)相似的條件下（高度、重量、占地面積等方面），大大增加了抽油機(jī)的沖程長(zhǎng)度。由于它的占地面積小，沖程長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此不僅適用于陸地油田，而且適用于海上油田開采。這種新型長(zhǎng)沖程抽油機(jī)在技術(shù)上的先進(jìn)性和它所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)利益是不言而喻的。