新型抽油机简介

平衡重；6一滚轮；7--曲柄； 8一摆杆
2．性能特点
从机构上看是滑块机构与四连杆机构的组合。 整机采用复合平衡方式，由摆杆平衡重和曲柄 平衡重组成。它既改变了抽油机的运动和动力 特性，又改变了平衡方式，其特点如下：
(1)具有较大的极位角。采用了槽形摆杆的急回 机构，有较大的极位角，12型摆杆机极位角达 到28.30，具有“慢提快放”的节能效果。
实例
例：某井抽油机机型为CYJ-10-3-48B，P悬 max=4 375 kg，P悬min=l 483 kg，
P悬均=2 744kg，冲次n=8，冲程S=3m。最大 正扭矩26980.44N·m，
最大负扭矩4697.62N·m， 平均扭矩7951.44N·m，平均功率8.59kW，最
大加速度1.55m／s2。
时，滚轮在轨道上往复运动。促使摆
杆上下摆动，带动连杆运动，实现驴
头上下冲程。摆杆上部开有3组销轴 孔，改变连杆下部夹板与销轴孔的联
图22 图
摆杆式抽油机结构示意
接位置，实现3种冲程。抽油机前支 l一驴头；2一游梁；3一连杆
架上增加l根方形支架轴，两端有可 ；4一摆杆平衡重；5一曲柄
伸缩的轴承盒，它是摆杆摆动的铰接 点，如图22所示
图5 静力示功图
图6 动力示功图
4、游梁式抽油机曲柄扭矩的变化规律
（1）作用在曲柄上的负荷扭矩Mp
抽油机曲柄的负荷扭矩变化规律基本上为一 条上冲程振幅大、下冲程振幅小的正弦波。 但其上冲程的扭矩峰值较标准正弦波超前， 而下冲程的负峰值则滞后。这主要是由于抽 油机的悬点负荷特点造成的。
（2）曲柄的平衡扭矩M平
摆杆机同常规机相比，在类似工况下节电30％以上， 其匹配的减速器扭矩和电机功率均可减少1／2，新开 发的油田可大大减少电网投资费用。
摆杆机适合大负荷、长冲程，但不适合高冲次。一方面 是由结构决定，滚轮在轨道上往复运动，容易磨损；另 一方面冲次太高，摆杆上下摆动过大的惯性在曲柄的旋 转时，产生齿轮受力齿面被交替冲击。通过厂内试车， 确定摆杆机在最大负荷、最大冲程条件下，最高冲次为 7min-1。
图7 扭矩曲线 1．净扭矩 2、负荷扭矩 3、平衡扭矩
第三节 节能改造的游梁式抽油机
（一）异相曲柄平衡式抽油机
图14
采用非对称循环机构，使游梁在上下死点 时，连杆两个位置之间存在约120的相位 夹 角 。 曲 柄 上 冲 程 的 转 角 增 加 120 ， 为 1920 ； 曲 柄 下 冲 程 的 转 角 减 少 120 ， 为 1680。这种机构具有“急回特性”：
(2)合理的传动角。摆杆机的下传动角(连杆与 摆杆的夹角)，不像常规游梁机变化那样大， 12型摆杆机为600～93.440，减少了摆杆的受 力，降低了减速器的输出轴扭矩。
(3)变化力臂具有变矩节能效果。随着曲 柄的转动，滚轮在摆杆中间的轨道上滚 动，使得曲柄对摆杆的作用力的力臂随 时变化，在上冲程悬点载荷较大时，力 臂较长；在下冲程悬点载荷较小时，力 臂较短。
曲柄的平衡扭矩曲线几乎为一条标准的 正弦曲线。
（3）曲柄净扭矩M
M＝Mp－M平
图7 扭矩曲线 1．净扭矩 2、负荷扭矩 3、平衡扭矩
曲柄净扭矩M的特点： a、在整个工作循环中，始终是变化的。且脉动值很大。 b、在整个工作循环中出现两次负扭矩。 两个最大扭矩峰值分别出现在上、下冲程静变形结束后的 一瞬间
二、抽油机的节能途径分析
1、节能目标
节能的目标是提高效率，降低能耗。提高 抽油机井系统效率的首要问题之一是提高 地面部分的的效率ηs，也就是提高整个抽油 机系统的效率。
2、节能途径
（1）提高从悬点到电机各部件的传动效率。这方面主 要由抽油机的设计、制造、安装、调试、维护、保养 等各个技术环节最优化操作完成，这里不作赘述。
与常规机相比，偏轮机结构有3点不同
①在游梁尾部装有一个偏轮； ②在偏轮与游梁中心支架之间增设推杆； ③在游梁尾部、横梁、推杆与偏轮之间
用轴承连接。
偏轮机利用了变矩节能原理
当曲柄旋转时，依次带动连杆、横梁、偏 轮和游梁运动。偏轮相对游梁摆动，摆 动规律由推杆确定。正是由于偏轮摆动 的作用，使游梁后臂的有效长度和游梁 摆动的角速度均随着曲柄转角的变化而 变化，游梁后臂的变化规律与悬点载荷 的变化规律基本一致，接近正弦规律且 与曲柄平衡扭矩相对应，从而使曲柄轴 净扭矩波动较小。
b、扭矩脉动大同时使电流脉动大，电流 均方根值大，额外增加了电流流经导体 的有功损失。也使电机效率降低。
c、脉动大的另一后果是使抽油机机体尺 寸加大，振动加大，寿命降低。
d、值得注意的是抽油机存在负扭矩，一 个周期中一般出现两次，如图7所示。负 扭矩的出现使电动机进入发电状态运行， 向电网充电。研究结果表明，这种向电 网反充电的工况不但使电能利用率降低， 而且由于充电相位不可能与电网相位完 全同步，而使充电电能不可能完全转变 成为有用电能为
光杆的上下
往复直线运 动。如图3所 示。
图3 游梁式抽油机结构简图
2、运动特征
悬点的运 动为周期 性的变速 运动。在 一个抽油 循环中， 加速度接 近余玄规 律变化。 如图4所 示
图4 悬点加速度曲线
3、负荷特征
游梁式 抽油机 悬点负 荷的变 化规律 可用悬 点的示 功图表 示，如 图5、 6所示。
(4)较多的能量积蓄。在下冲程时，摆杆 上的连杆铰点比滚轮到支承轴中心的力 臂长，提起的平衡重积蓄能量多，在上 冲程时这部分能量释放出来，电动机消 耗的功相对就少。
(5)独特的平衡机理
摆杆机的复合平衡与众不同。第一层平衡是常 规机等都有的曲柄平衡，主要是摆杆和滚轮的 设计，使曲柄的平衡力矩对连杆而言，在每一 个上下冲程循环过程中，虽然平衡锤质量不变， 但在摆杆上的平衡半径是变数，其半径大小之 差最大值等于2倍曲柄半径。这样上冲程做正 功的平衡力矩就大于下冲程做负功的平衡力矩， 这是节能原因之一。第二层平衡是在摆杆尾部 设计有配重，它所产生的平衡效果相当于游梁 平衡，但又优于后者。因为摆杆的摆角远小于 游梁摆角，近似l／2，摆动惯性影响减少，这 是节能原因之二。
摆杆机平衡的重点在摆杆尾配重上，因为它产生的平衡 力矩，直接通过连杆传至游梁。不经过滚轮，可减少磨 损，延长寿命。当平衡接近最佳时，减速器扭矩很小。 选配电机的功率大小取决于抽油机所需的扭矩和冲次， 摆杆机与相应机型的扭矩计算对比值如表2所示
(六)双驴头抽油机(又称异形机)
由华北石油管理局第 一石油机械厂1993年
1．结构特点
在常规机的曲柄与连杆之间增加一对
槽形摆杆称为摆杆式游梁抽油机(以
下简称摆杆机)，是一种新型节能抽
油机，其特点是将曲柄摇杆机构，与
常规机的四连杆机构巧妙地结合在一
起。在曲柄外侧增加2个摆杆，摆杆
中部有空心槽，内嵌有上、下轨道。
曲柄销内侧同常规机一样与曲柄联接，
外侧改为安装1个滚轮。当曲柄旋转
偏轮游梁式抽油机(以下简 称偏轮机)是为了满足油田 和用户的需要，由华北石 油管理局第二机械厂研制 出的一种新型节能专利产 品，该机是在异相游梁式 抽油机(以下简称异相机) 的基础上发展的一种六连 杆机构。偏轮机杆件均为 刚性连接，保留了常规机 的特点，节能15％～30 ％。，
图15 偏轮游梁抽油机结构示意图 l－悬绳器总成；2－吊绳总成；3－驴头总成；4 －游梁总成；5－支座总成；6－操纵杆总成；7 －横梁总成；8－偏轮总成；9－连杆总成；l0－ 曲柄销总成；l1－减速箱总成；12－刹车总成； 13－电动机总成；14－底座总成；15－曲柄总 成；16－支架总成
新型抽油机简介
主讲 李树臻
第一节 抽油机研究现状
国内外对抽油机的研究从未间断。新的传动原 理、设计方案和新的机型不断出现。
国外，以美国为代表的石油设备生产国，抽油 机生产制造研究逐步向几个大公司靠拢.。研究 主流主要向技术统一化、生产模块化、产品系 列化和标准化方向发展。新型抽油机出现较少。
我国，抽油机生产厂家众多，生产能力严重过 剩。促使抽油机生产企业为提高技术含量、开 发新产品而增加投入。使抽油机的研究力量不 断增强，抽油机的研究成果不断涌现。
图19曲游梁抽油机
优点：曲柄、连 杆等构件受力减 小，可靠性相对 提高，程冲相对 加大。上冲程终 了时,游梁平衡 块处于比较低的 位置，并且单块 重量轻,便于平 衡调整。曲柄平 衡块的重量减轻, 便于现场调整。 保留了常规机的 优点,是一种比 较理想的节能型 抽油机。
（五）游梁机加装摆杆
是吉林大安 石油机械厂 在1998年研 制成功的新 型游梁式抽 油机.目前,在 东北各油田 已有200多台 的用量,受到 油田的欢迎 和制造厂的 重视.
一是上冲程的曲柄转角大于下冲程的曲柄 转角，上冲程时间长，速度慢，加速度就 小，从而使上冲程中载荷扭矩曲线的上峰 值减小；同时也相应地缩短了下冲程的运 行时间，增大下冲程后半段的加速度变化 幅度，从而使扭矩曲线的上峰值增大；
二是改变了载荷扭矩曲线的形状，使其波 形尽量向正弦波靠近。
（二）偏轮游梁抽油机
主要研究方向是：
1． 提高冲程，降低冲次； 2． 节能抽油机； 3． 自动化和智能化控制。
第二节游梁式抽油机节能原理 与技术改造
一、梁式抽油机的工作特征 二、抽油机的节能途径分析 三、梁式抽油机的节能改造
一、游梁式抽油机的工作特征
图1常规型游梁式抽油机
1、结构特点
由四连杆机 构实现运动
3、使抽油机曲柄净扭矩的变化平稳的 技术途径分析
（1）使曲柄负荷扭矩Mp曲
线尽可能的接近曲柄平衡扭 矩M平曲线的变化规律，使 净 扭 矩 M=Mp-M 平 在 每 个 瞬 时趋向均匀。
（2）使平衡扭矩M平变 化规律接近于负荷扭矩 MP的变化规律
（3）利用高转 差率电机配合
较大的旋转惯
性件削减负荷 的脉动幅值。