驱动装置上置塔架式抽油机设计

于牧冰

（中国石油大学 华东机电工程学院，山东 青岛 266580）

塔架式抽油机是一种新型无游梁抽油机，在保持高可靠性的前提下，具有调节参数方便、短冲程、大负荷、小体积、节约占地，以及节电效果显著等优点。塔架式抽油机采用金属钢架塔式结构，通过控制系统控制开关磁组电动机实现正反转换向，带动减速器、联轴器驱动卷筒，使卷筒释放、缠绕驱动带实现抽油杆上下往复运动，达到抽吸效果。现场应用表明，塔架式数控抽油机运行参数适应油田开发的需要，操控简单，解决了传统游梁式抽油机效率低、能耗高和调整参数复杂等问题，收到了理想的应用效果。本设计力求在石油开采方面最大限度地改进并设计出相对可靠、高效率的采油装置。

1 塔架式抽油机综述

（1）抽油机发展现状。抽油机是石油开采的主要设备，并可以按程序指令，准确的完成抽油工作，并接按指令完成上冲程、下冲程的往复运动。因此，塔架式抽油机不仅仅是一个简单的抽油机构，而是能够按程序运作的一个精确机构。我国现有6大类共45种新型抽油机，十多种新试制抽油机，基本满足了陆地油田开采的需要。各种新型节能游梁式抽油机如双驴头式抽油机、前置式抽油机、异相曲柄平衡抽油机、前置式气平衡抽油机、下偏杠铃系列节能抽油机和用窄V形带传动的常规抽油机等均已在全国各个油田推广应用，并取得了显著的经济效益。

（2）塔架式抽油机研究概述。塔架式抽油机应用十分广泛，塔架式抽油机塔架式抽油机通过变频控制器控制电机直接带动抽油杆进行上下直线往复运动，达到往复抽油目的。主要结构：电动机，承载桁架，拖动抽油杆的皮带和悬绳器，平衡块，刹车装置，电机控制系统。结构简单，部件少，易实现长冲程，易维护。运行模式：抽油机可“上快下慢”、“上慢下快”、“上下同速”和“换向时停滞间抽”四种运动模式，冲次可无级调整至0.1次/min。易实现智能化控制：绳杆同步；不停机；泵排量于地层供液量匹配。杆管磨损轻，承受动载小。电动机通过无触点换向开关控制，实现正、反转并驱动减速机带动摩擦驱动轮转动。光杆通过四根钢丝绳与配重箱连接，钢丝绳直接搭在摩擦轮上，通过钢丝绳与摩擦轮之间的摩擦力，带动抽油光杆上、下运动来抽汲井液。根据载荷的大小调节配重铁，以调节摩擦轮两端拉力差，做到精确平衡。冲程、冲次的调整，通过智能控制箱输入所需数码即可实现智能调参。电动机换向智能抽油机是机电一体化、高效节能产品。采用智能模拟及数字混合控制；摩擦轮传动作为工作机构，机械传动路线短，传动效率高；冲程、冲次可独立进行无级智能调参，光杆上行及下行速度可实现分别控制，能够适合各种油质的采吸。但该机由于受需用最大拉力差的限制，因而在广泛推广使用上受到一定限制。

图1 电动机换向智能抽油机

2 塔架式抽油机驱动系统结构设计方案拟定

正反转电机输出功率通过皮带式联轴器传递给减速器，加速器经过29倍减速通过联轴器传递给传动装置。传动装置由卷筒和钢丝绳组成，卷筒选用橡胶衬，通过螺栓将橡胶衬固定在卷筒上。驱动系统最左端安装检测装置，检测器与轴端脱离时抽油机系统自动断电，以防止由轴位偏移引起的事故。主要参数要求如表1所示。

表1 主要参数

图2 塔架式抽油机驱动系统

3 驱动系统结构设计

（1）电机选择。根据数控系统常用配套电机选择方式及抽油机抽油的往复特性，低转速等要求，设计中选取Y225M-4异步电动机输出功率45kW，最高转速1480r/min。

（2）减速器选择。减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。本设计选用XW8275减速器。

（3）卷筒选择。滚筒是传动装置的主要部件之一。滚筒中心是一根空心轴，中间套有滚筒轴，滚筒轴向滚筒及钢丝胶带传递动力。钢丝绳胶带固定在空心轴上面。滚筒两端用螺栓联接有支撑板，支撑板间用销轴连接，销轴外侧焊上扇形板，其上缠绕钢丝绳胶带。卷筒使用Q235焊接件，滚筒直径为1155mm，考虑到胶带容量，取滚筒的外围直径为1215mm。

4 抽油机结构设计

（1）塔架设计。塔架是提升系统的主要组成部分之一。塔架主要用来支撑天轮和承受全部提升载荷，固定罐道和载荷曲轨，以及架设普通罐笼的停罐装置。塔架根据材质的不同可分为，木塔架、金属塔架、钢筋混凝土塔架。塔架式抽油机的钢结构，是塔架式抽油机的骨架，它承受抽油机的自重和各种外载荷。

（2）天车架部分设计。本设计让井空间达1m，通过让位传动系统缠绕钢丝绳，使前天车轮支撑架随固定轴扬起，让出井口1m，天车架采用角钢及钢板焊接而成，其作用是连接两支承架，支撑卷筒及传动系统，安装在上框架上。结构要求紧固，简单，其尺寸要与上框架，前后左右支承架相配合，其上螺栓孔应有足够的扳手空间。

（3）配重箱和油杆接头设计。配重箱是塔架式抽油机的配种装置，悬绳的一端连接配重箱另一端连接抽油杆。配重箱是用20mm厚的钢板焊接而成。在配重箱内按照要求加入符合运行要求的配重块。配重箱两侧各装有两个导轮，悬绳通过两导轮见的导入孔引导配重箱上下运动的行程。

油杆连接处是连接悬绳和抽油杆的连接装置，油杆连接处连接抽油杆跟悬绳使二者达到同步运动，从而完成抽油杆同步电机的运动。

5 结语

设计完成了塔架式抽油机结构设计，其中采用了新式的驱动装置上置塔架式结构，以便提高设备的使用性能。采用了许多现代技术和先进结构方案以及新材料、新工艺，抽油机的适应性、经济性、可靠性和先进性以及技术水平均达到了有史以来的最高水平，为高效、经济、安全和可靠地开采石油资源作出了卓越贡献。塔架式长冲程抽油机刷新了一百年来使用游梁机四连杆机械的历史，使抽油机的设计原理产生了根本的（质的）变化、实现了本世纪跨越式的飞跃。

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