游梁式节能抽油机的原理及性能对比

摘 要：在我国油田生产中，大规模的使用游梁式节能抽油机能够节约成本，有效利用油田资源。目前，游梁式节能抽油机的广泛应用得到了较好的效果，在结构设计和波动范围上能够实现节能减排的目的。此外，在科学技术的指导下，我国将立志于研发多种节能抽油机。文章将以偏轮式节能抽油机为参照对象进行具体研究。

关键词：游梁式抽油机；节能；结构改进；原理；性能

游梁式节能抽油机有四种形式，分别为双驴头、偏轮式、摆杆式和下偏杠铃式。文章将结合这四者的特点进行分析，对比其节能效果。以改造抽油机结构，进行技术创新为目的，研发了新型节能抽油机。为我国油田开采创造更好的技术条件，实现经济效益和环保效益的共赢。

1 游梁式节能抽油机的设计结构及节能原理

1.1 双驴头抽油机

双驴头抽油机是最常见的采油装置，利用变矩节能的原理实现具体的操作。其方式主要是以曲线型游梁后臂进行连接，能够达到柔性作用。随后根据游梁后臂的长度进行具体吧调整，随着曲柄转角的不同而发生变化，这是一种特殊的四杆机构。面对采油的具体工作，能够根据实际情况进行节能采油操作，是新型动力传动抽油机。

双驴头抽油机在操作的时候，要格外的注意游梁后臂的长度，在其变化的过程中要配合悬点载荷，游梁后臂的长度是有一定规律可以掌握的，因此，在悬点负荷较大的时候，游梁的后臂会变长，平衡力也会较好。相反，如果悬点负荷比较小，游梁的后臂会变短，平衡力也会随之减弱。除此外，光杆载荷转矩接近正弦变化，与正弦变化的曲柄平衡转矩具有对应关系，为了进一步达到节油的效果，稳定曲柄净转矩的波动，能够降低电动机装机的功率，从而达到深度节能的作用。

1.2 偏轮式抽油机

偏轮式抽油机在游梁的尾部采用特殊的偏轮结构，在偏轮和游梁的中心之间添加操纵杆，可以实现六连杆的机制。在操纵杆的基础上，可以实现轴承副硬联接。偏轮式抽油机在具体的工作的过程中，由曲柄带动连杆、横梁、偏轮、操纵杆和游梁，通过游梁的摆动，形成行星运动。

游梁的后臂长度和游梁的摆角速度主要是根据曲柄转角而产生变化的，除此之外，由于游梁后臂和悬点负荷有着相近的变化规律，我们称之为正弦定理。当其与曲柄平衡转矩对应时，曲柄轴净转矩波动比较小。与此同时，我们也发现偏轮式抽油机具有“慢提快放”的特点，这一原理可以发挥抽油机的动力特征，能够有效地减小速度和加速度。

偏轮和推杆之间具有一定的调节作用，在此基础上可以增加游梁的摆角，有利于增大抽油机的冲程距离，能够有效地的改善机器的受力能力，降低悬点的最大负荷，提高悬点的最小承载力。这样电动机的功率可以达到最小，进而实现节能的目的。

1.3 摆杆式抽油机

摆杆式抽油机不同于常规的采油设备。它是通过曲柄摇杆机构与常规机的四连杆机构结合在一起而形成的一种采用装置。在传统采油机的基础上，增加了曲柄外侧的摆杆，其在摆杆中部进行空槽处理，在内部镶嵌上下的轨道。与此同时，我们将曲柄的内侧与柄销进行接连，并对外侧进行改装，即只保留一个滚轮。除此之外，由于摆杆上有三组销轴孔，这将对连杆的上下连接起到很好的作用，进一步改善抽油机的冲程。在摆杆和曲柄的共同作用下，可以达到抽油过程的复合平衡。

在摆杆式抽油机运作的过程中，我们将位于曲柄轨道上的滚轮进行来回的滚动，这样可以使自重力比较大的摆杆进行上下的自由摆动，从而带动连杆摆动，达到驴头悬点的上下运动。摆杆装置的运行，主要是利用了杠杆原理，在其运动的过程中实现抽油机的平衡运转，在降低曲柄输出转矩的过程中，实现电动机功率的下降。

1.4 下偏杠铃式抽油机

下偏杠铃式的抽油机在偏置式抽油机的基础上进行改造，保证其主要结构不变，而在游梁的尾部进行固定偏置平衡装置的改良，使得重心下偏，将曲柄平衡机构和游梁偏置平衡机构有机的结合在一起。

下偏杠铃式抽油机在运行的过程中的运动呈现出圆弧状，这是由于游梁偏置重心偏离而形成的。当重心高于游梁旋转中心线的时候，我们认为力矩最大；相反，当重心低于游梁旋转中心线的时候，力矩较小。通过利用变矩原理，实现曲柄平衡，可以减小曲柄输出转矩的波动，进一步降低了电动机的功率。与此同时，有效地改良曲柄轴净转矩曲线的大小和形状，能够让机器较为平和的运转，有利于消除负转矩。这对下偏杠铃式抽油机的工作效率有着明显的提高，能够达到节能的目的。

2 力学性能及节能效果

在我们对比四种抽油机转矩特性参数的时候，进一步发现了偏置式抽油机的力学性能相对其他三种装置是最弱的。在最大净转矩的数据研究中，双驴头抽油机平均下降36.59%，偏轮式抽油机平均下降44.21%，摆杆式抽油机平均下降27.12%。除此外，这三者处于平衡状态时可以有效地消除电动机工作中的负功现象，即我们常说的最小净转矩不低于零。在节能效果上，双驴头抽油机、偏轮式抽油机、摆杆式抽油机的节电率有大幅度的下降，分别节电33.56%、21.88%、23.12%，而偏置式抽油机的效果十分不佳。因此，我们对其进行了改造，即研发了下偏杠铃式抽油机。

随后我们对偏置式抽油机和下偏杠铃式抽油机进行了新的对比。其结果表示，下偏杠铃式抽油机在工作性能上明显由于偏置式抽油机，最大转矩可以降低到25.98%。在平衡的条件下，也可以实现对电动机负功作用的消除，其节能效果可以提升至15.38%。

3 游梁式节能抽油机的发展

游梁式节能抽油机在结构设置上比较的简单，在长期的使用中具有耐用性的特点，且容易维修，在我国的采油过程中发挥着巨大的作用。但是随着科学技术的不断发展，国家对能源的需求逐年上涨，要求我们必须掌握最佳的节能手段，实现资源利用的最大化。

因此，节能抽油机需要具有耗能低、冲程远、大负荷等特点，为油田的开发提供技术上的支持，保证经济效益的稳定。为了解决好传统抽油机出现的一系列问题，研发新型节能抽油机是一项艰巨的工程。抽油机节能在未来的采油市场上具有很大的潜力，可以通过改善结构、安装节能监控装置、改良平衡方式等措施，促进游梁式节能抽油机的发展。在改造过程中，要对不同类型的游梁式节能抽油机进行具体的分析，取长补短，根据采油工作的具体需要和现实条件的限制，实现综合能力的调整、运用，达到最佳节能效果。

4 结束语

综上所述，将常规的游梁式节能抽油机进行改造，有利于我国油田采油事业的发展，为其提供技术支持，能够实现更好的节能效果。对资源的充分利用，发挥游梁式节能抽油机平衡功能的最大效用。除此之外，提高抽油机的安全性，能够保证工程的顺利进行。在节能抽油机上进行技术改良，借鉴其他国家在采油技术上的特点和优势，改进节能驱动设备，进一步达到降低电机率和节能降耗的目的。这就需要研发人员和采油操作人员加强配合，在发现问题后，提出自己的建议，优化采油方案。

参考文献

[1]谢颖.游梁式抽油机用节能电机工作性能的有限元计算及分析[D].哈尔滨理工大学，2011（2）.

[2]王守民.油田在役常规游梁式抽油机的增程与节能改造研究[D].浙江大学，2011（7）.

[3]徐向前.游梁式抽油机采油系统矢量控制节能方法研究[D].长安大学，2013（10）.

[4]赵伟.基于虚拟样机的游梁式抽油机能量回收研究[D].吉林大学，2013（5）.

作者简介：李金石，男，1991年参加工作，2008年6月毕业于大庆石油学院石油工程专业，目前从事于采油方面工作。