淺談新型儲(chǔ)能式抽油機(jī)裝置

摘要：目前國內(nèi)外先后研制出不同型號的抽油機(jī)，在一定程度上克服了常規(guī)游梁式抽油機(jī)的一些弊端。但是仍然沒有解決抽油機(jī)上下沖程受力不平衡、加速度高、慣性載荷大、總體質(zhì)量大等問題，而且使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，對抽油設(shè)備的維修、保養(yǎng)上添加了一定的困難。文章僅從游梁機(jī)的地面抽油設(shè)備的效率角度，淺談其節(jié)能問題。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能式抽油機(jī)；經(jīng)濟(jì)效益；抽油節(jié)能；抽油效率

中圖分類號：TE933 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）16-0023-02

國內(nèi)抽油機(jī)分類依據(jù)起傳動(dòng)、換向系統(tǒng)和平衡方式。分為常規(guī)游梁式抽油機(jī)、四桿傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)抽油機(jī)、六桿機(jī)構(gòu)抽油機(jī)、前置式抽油機(jī)、筒式抽油機(jī)、空氣平衡抽油機(jī)、鏈條式抽油機(jī)、液壓式抽油機(jī)等，而我們分析以上抽油機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行合理的計(jì)算，查閱文獻(xiàn)，最后得出幾點(diǎn)結(jié)論，對抽油機(jī)進(jìn)行改良，得到新型的儲(chǔ)能式抽油機(jī)。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀的分析

一百多年來，雖然國內(nèi)外在不斷地研制不同類型的抽油機(jī)，但是抽油機(jī)的基本原理和工作機(jī)構(gòu)并沒有發(fā)生本質(zhì)性的變化。常規(guī)的游梁式抽油機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)簡單、適合各種復(fù)雜的工作環(huán)境、維修使用方便等優(yōu)點(diǎn)，一直處于抽油機(jī)設(shè)備的主導(dǎo)地位，在國內(nèi)外被廣泛使用。然而，在長期的使用中，人們發(fā)現(xiàn)常規(guī)的游梁式抽油機(jī)也存在著許多問題，它存在的平衡效果差、載荷率低、工作效率低、“大馬拉小車”、能耗高等問題嚴(yán)重地制約了常規(guī)游梁式抽油機(jī)的應(yīng)用，抽油機(jī)負(fù)載是獨(dú)具特點(diǎn)的時(shí)變負(fù)載，即起動(dòng)抽油機(jī)的初始狀態(tài)要求電機(jī)的起動(dòng)力矩是抽油機(jī)平時(shí)實(shí)際負(fù)載的3～4倍。當(dāng)起動(dòng)力矩適用則負(fù)載功率必然無法匹配，即實(shí)際運(yùn)行負(fù)載功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電機(jī)的額定功率，這就是所謂的“大馬拉小車”現(xiàn)象。過剩的抽油能力增加了抽油機(jī)無功抽油的時(shí)間，造成油井開采的電能的大量消耗，能源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。在下沖程中，抽油機(jī)不僅在無功抽油，而且會(huì)處于發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生電能回饋電網(wǎng)，會(huì)對電機(jī)產(chǎn)生大的損害。對于石油部門和生產(chǎn)廠家來說，應(yīng)最大程度地解決以上問題，減少能耗、減少成本來換取最大的回報(bào)。目前抽油機(jī)耗電量大以及能量利用率、工作效率低這一現(xiàn)狀仍是我國抽油機(jī)研究的重點(diǎn)之一，在抽油機(jī)效率和節(jié)能方面，還有很大的提升空間。

2 新型抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，本實(shí)用新型的一種新型儲(chǔ)能式抽油機(jī)，包括：驢頭、游梁、支架、高壓彈簧、橫梁、連桿、曲柄、減速箱、電動(dòng)機(jī)、剎車裝置。

3 該裝置的簡要工作過程

該種抽油機(jī)，包括驢頭、游梁、支架、高壓彈簧、橫梁、連桿、曲柄、減速箱、電動(dòng)機(jī)、剎車裝置，所述驢頭與游梁通過軸相連接，所述游梁與支架的頂端連接，可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述游梁與橫梁進(jìn)行軸連接，橫梁與曲柄通過連桿軸連接，均可以繞軸運(yùn)動(dòng)，曲柄與減速箱輸出軸通過平鍵進(jìn)行固聯(lián)，減速箱輸入軸一端通過皮帶與電機(jī)的輸出軸相連接，減速箱輸入軸的另一端與剎車裝置相連接。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，本抽油機(jī)最大的創(chuàng)新之處就是取消了傳統(tǒng)抽油機(jī)的平衡塊，并在游梁與橫梁之間添加高壓彈簧，充當(dāng)儲(chǔ)能裝置，起到儲(chǔ)能和平衡作用。

根據(jù)抽油機(jī)利用驢頭的上下運(yùn)動(dòng)的工作原理，我們利用彈簧的特性進(jìn)行儲(chǔ)能，在抽油機(jī)的驢頭在下沖程時(shí)，游梁可壓縮前彈簧裝置，后面游梁拉后彈簧裝置，通過改變彈簧的形變來進(jìn)行儲(chǔ)能，當(dāng)驢頭下行到最低點(diǎn)時(shí)，此時(shí)彈簧被壓縮和拉伸到一定程度，此時(shí)儲(chǔ)存裝置中彈簧的型變量達(dá)到最大，即儲(chǔ)存的能量達(dá)到最大。當(dāng)游梁進(jìn)行上沖程時(shí)，這時(shí)儲(chǔ)能裝置開始釋放能量，彈簧裝置中的彈簧開始恢復(fù)形變，對游梁產(chǎn)生一個(gè)與電機(jī)作用方向相同效果的力，從而利用下沖程無用的能量對游梁做功，達(dá)到了節(jié)

能作用。

4 該新型裝置的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）提高能量利用率，增加生產(chǎn)效益。進(jìn)行大膽創(chuàng)新，利用高壓彈簧特性，制造出一種新型的儲(chǔ)能裝置并應(yīng)用于抽油機(jī)上。利用高壓彈簧來儲(chǔ)存、釋放抽油機(jī)工作中損失掉的一部分能量，進(jìn)行能量的再利用。

（2）夠改善懸點(diǎn)的載荷情況，緩解電機(jī)載荷情況。利用高壓彈簧的彈力特性，改善電機(jī)的負(fù)載率過低致使電機(jī)以較低的效率運(yùn)行的情況。

（3）該抽油機(jī)改善了平衡程度。平衡程度越高，正轉(zhuǎn)距和負(fù)轉(zhuǎn)矩峰值差就會(huì)減小，減少回饋電網(wǎng)的電力系統(tǒng)的能量損失。

（4）消除或削弱負(fù)轉(zhuǎn)矩現(xiàn)象。削弱對曲柄銷的磨損，使減少減速器的齒輪反向負(fù)荷，從而延長抽油機(jī)的使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

自從2013年4月份開始對儲(chǔ)能式抽油機(jī)的研究和探討，初步得出了一些結(jié)論和觀點(diǎn)。“淺談”意味著我們才剛剛起步，接下來我們要做的工作還有很多，例如“機(jī)構(gòu)的受力分析”、“機(jī)構(gòu)的真實(shí)模擬”等等，都將作為我們的研究目標(biāo)。我們會(huì)全力做好后續(xù)工作，爭取將每個(gè)部分進(jìn)行細(xì)化和量化。將創(chuàng)新點(diǎn)做到通俗易懂，達(dá)到大家所熟知的地步。最后將儲(chǔ)能式抽油機(jī)的模型和實(shí)物制作出來，利用仿真軟件進(jìn)行模擬仿真，達(dá)到最后的結(jié)題，讓大家了解到儲(chǔ)能式抽油機(jī)的問世將給社會(huì)帶來意想不到的結(jié)果和

好處。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：本裝置已獲2013年大學(xué)生國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目

作者簡介：盛月辰（1993—），男，中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院學(xué)生，研究方向：材料成型與控制工程；趙紫謙（1992—），男，中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院學(xué)生，研究方向：車輛工程。