基于TRIZ理论的游梁式抽油机带皮轮的辅助矫正工具

刘梓鑫关 鑫马洪鑫牛 犇 高 辉宋明皓

(1、哈尔滨石油学院,黑龙江 哈尔滨150000 2、哈尔滨新能源勘测技术有限公司,黑龙江 哈尔滨150000)

1 概述

游梁式抽油机具有结构强度高、运行流畅、便于操作、较比其他设备生产噪音低的的优点，在国内油田生产中十分普遍，中国在开采石油方面依旧广泛采用游梁式抽油机，主要由动力机、减速箱、曲柄-连杆-游梁机构以及辅助部件等四大部分组成，生产过程中如果动力机皮带轮和减速箱皮带轮以过大的角度负荷运行，部分受力不均匀导致皮带磨损断裂，造成产量下降。

游梁式抽油机的日常维护和故障检修必须要考虑到不同季节的不同影响，针对不同季节季节分别进行考虑。尤其是在雨季阶段，机械设备表面潮湿，工人们需要攀登设备和身体的大面积接触，如果设备本身出现漏电的情况极容易出现工人触电的危险，在设计矫正工具时要考虑到装置的绝缘性[1]。由于设备老化严重，经统计80%的抽油机使用年限在10年以上，致使有些抽油机减速箱皮带轮串轴，由于成本控制的约束或其它原因，减速箱不能及时更换，皮带轮不对中，就会产生垂直于皮带运动方向的作用力，我们称之为剪应力。这种力对皮带的破坏力极强，皮带断裂频繁[2],在检验动力机皮带轮和减速箱皮带轮时，通常使用一条线绳左右拉开来对轮组进行校准工做，仅凭工人的工作经验和目测来判断皮带的松紧度和校正皮带，不仅难度大还费时费力，更会因为判断失误延误皮带的问题处理而影响生产时率，存在安全隐患消耗机器使用寿命。

2 应用TRIZ理论进行创新设计:

抽油机减速箱轴与电动机间采用皮带传动，此种传动的采用皮带作为闹性拉拽元件的一种摩擦转动。根据皮带断裂导致停机维修进行了四级的因果分析，保证齿轮与齿轮之间高度相对，才能在运行时保证受力均衡，故着手于轮间的影响进行分析，如图1。

图1

2.1 功能分析

假设当前矫正抽油机轮组之间的工具只是线绳和工人，因此我们针对作用对象抽油机皮带转动系统进行功能分析。通过“组件分析”、“功能结构分析”和“系统功能定义”明确了各部件的相互作用[3]。动力机是主要的动力来源，将产生的扭力力由减速箱传递给曲柄轴部分，曲柄杆可以通过连杆带动游梁做摆动，从而达到抽油的目。通过功能清单了解各个组件间的相互作用，发现问题的所在，表1。

表1 功能分析

2.2 技术矛盾分析

采用经典39个通用工程参数并对照经典阿奇舒勒矛盾矩阵表进行分析：问题模型——对应的39个通用工程参数；改善的参数：可操作性（33）；恶化的参数：装置复杂性（36），如图2。

图2

2.3 当前矫正工具进行创新设计

调查目前油田工人仍然需要反复多次的拉线测量、调整电动机底座或滑轨，操作步骤较繁琐，常因工人测量方法不准确，调整操作用时长或达不到操作标准要求（“四点一线”误差：三型机≤1mm，五型机≤1.5 mm，八型以上机≤2mm），而造成皮带四点不在一条直线上，皮带别劲运行，使皮带的使用寿命缩短，增加了材料费用，影响了油井的正常生产时，而皮带传动效率对游梁式抽油机井系统效率有显著影响，皮带平均传动效率只有75%～90%[4]。通过以下的发明原理[5]获得方案如下：

2.3.1 分割原理

考虑到轮组的数量为2，新的矫正设备必须强调便携性使用分割原理将其分为两个独立的整体，易于组装和拆卸的两个部分。

2.3.2 提取原理

提取出工人矫正中存在的危险性和较大的误差，将原有的工具变得一个稳定安全,且容易实现。

2.3.3 局部质量改善原理

在物体的特定区域改变其特性，一部分作为信号的发出部分，另一部分作为信号的感应接受部分，使其每一个模块具有着不同的功能，都处于最佳的工作位置。

2.3.4 预先作用原理

在使皮带发生断裂前的轮组错位能提前精确感知，设计能吸附在轮组间的设备，能立即完成矫正工作。

2.3.5 动态原理/多维原理

使用发射器部分能够高速旋转，而接收器部分固定不动，来克服复杂的外界环境，提高矫正各个阶段的最佳特性。

2.3.6 中介原理

考虑到油田的环境条件较为恶劣，引入新介质减少环境造成的影响，激光是采用最为广泛的介质，受环境影响小，全天候都能进行精确校准。

2.3.7 反馈原理

建立某种关键的反馈(声音-蜂鸣器)，假设已有反馈视为矫正未完成或者轮组存在差距，停止反馈视为完成矫正。

2.4 产品初设计

游梁式抽油机自身优点大，在油田生产中使用频率较高、但机器设备损耗又大，在油田的环境中设备易磨损与老化，对于石油开采来说，开采的成本也会大幅提高。抽油机皮带轮矫工作正是油田生产中重要的安全保障工作，但在户外矫正作业时却会受到环境等诸多因素影响。

设计矫正器由2个模块组成，都由可调节的磁性开关固定，可以轻松的吸附于轮组之间，恰如其分的将光、电、声、机械等物场进行结合。矫正圆盘嵌入多组激光发射器，当圆盘发射激光并旋转时，将会形成以圆盘为圆心的一扇竖直激光面，只要有激光圆面上的激光切割到放在矫正轮外侧指定位置的接收器上时，蜂鸣器就将发出声信号，确定皮带轮矫正已经到位，校准完成，图3。

图3

3 结论

在油田生产时抽油机皮带断裂是很常见的问题，皮带断裂的原因有很多，这次我们只对轮组间错位进行研究。这次文章提出了部分的防治措施，来达到减少皮带更换次数的目的，减少了工人的出勤次数和工作量，大大降低了生产成本而提高了经济收益。