脈動減速無游梁長沖程抽油機研究

摘要：目前新設計的無游梁長沖程抽油機基本上都是通過電機的正反轉來實現懸點的往復運動，這種運動方式不僅對電機的性能要求更高了，而且對電機的使用壽命必將產生影響。因此，研究一種能實現減速換向的機械裝置，并且應用在無游梁抽油機的設計上就顯得非常必要。

關鍵詞：抽油機；脈動；無游梁

1.研究的目的和意義

為了降低采油成本，必須開發研制新型節能抽油機。目前我國大多數油田已相繼進入了開發的中后期，油田逐漸喪失自噴能力，基本上已從自噴轉入機采。我國油田的機械采油井中，抽油機采油井占油田總井數的 90%，而且大部分應用的是游梁式抽油機， 都普遍存在能耗大， 效率低的問題， 隨著油田的進一步開發和電價的不斷上調， 采油成本在不斷提高， 如何降低抽油機的能耗， 已引起國內外眾多石油機械工作者的高度重視。各種型式的節能型抽油機不斷投入使用，但是最終的節能指標僅達到 10%左右，雖然在節能上取得了一點效果，但是可靠性卻大幅度下降，不同程度地存在一些問題。基本都沒有得到推廣應用。因此為了降低采油成本，適應市場需求，急需開發研制新型節能抽油機。開展對抽油機節能技術的研究， 必將帶來可觀的經濟效益和社會效益，市場前景十分廣闊，對于我國石油工業的發展具有重要的現實意義和深遠影響。

2.脈動減速器的研究現狀

機械式無級減速器一般可分為摩擦式、鏈式、帶式、脈動式四大類，脈動式無級變速器作為其中重要的一種，以其結構簡單，傳動可靠而得到廣泛應用。

脈動式無級變速器主要由傳動機構、輸出機構（超越離合器）和調速機構三個基本部分組成。其工作原理主要是采用連桿（或凸輪）機構作為脈沖發生器，如采用曲柄搖桿機構將輸入軸曲柄的勻速轉動轉變為搖桿的往復擺動，再通過單向超越離合器將搖桿的往復擺動轉換為單向脈動旋轉運動輸出；而無級調速的實現主要通過調速機構改變連桿機構中各桿件之間的尺寸比例關系，使搖桿的擺角和其平均擺動速度實現連續改變。如果機構中只有一組曲柄搖桿機構（單相），則搖桿的輸出速度特性曲線為近似的正弦曲線。為獲得連續及更平穩的輸出，實際應用中一般應配置數個均勻分布相位差的連桿-單相超越離合器組合機構，這樣就可以獲得脈動幅度很小的旋轉運動。

3.脈動減速換向器的研究與分析

解決抽油機節能問題的關鍵技術，一是解決電機的功率輸出與載荷的變化，如何始終保持在最佳的匹配下進行工作。二是從供采平衡的要求考慮，如何使抽油機始終實現在最佳的抽汲參數下進行工作。要實現抽油機節能技術的突破，其關鍵技術就是無級變速器的研究與應用。抽油機節能技術對無級變速器的要求：

3.1.速度的調節滿足在工作中從零開始無級調節的要求；

3.2.可實現在工作中進行正反向轉換的要求；

3.3.調節機構能夠滿足自動化控制的要求。

3.3.1.脈動減速器組成與工作原理

脈動減速器主要有如下幾個部分組成：電動機、調速機構、傳動機構、超越離合器、換向機構和齒輪減速器六個部分組成，其工作原理如圖所示。電動機是雙向脈動減速器的動力源。調速機構是用來調節偏心塊的偏心位移以調節輸出速度。傳動機構主要由連桿結構組成。超越離合器具有單向傳動作用，使得連桿機構的往返運動變為單向連續輸出。換向機構用以改變輸出方向，采用雙向離合器，把換向機構嵌入到超越離合器中。齒輪減速器是進一步把脈動減速換向器輸出速度進一步降低，以達到抽油機作業要求；串聯這一減速器機構還有一個重要作用是減輕雙向脈動減速換向器的轉矩負擔，這對于減少整個變速系統的機構尺寸和重量，以及提高效率、降低制造成本具有重要意義。

3.3.2.調速原理

傳動機構是四連桿機構，當輸入速度不變時，如改變曲柄的有效長度，即可改變搖

桿的輸出速度。

圖1所示為曲柄有效長度調整機構的工作原理。圖示位置為可調曲柄處于中位，此時，曲柄的有效長度為 0，當調速桿1向左運動時，將推動可調曲柄向上運動，此時，曲柄有效長度將不斷增加，從而使得輸出速度從0不斷增加。反之，當調速桿向左運動時，可減少曲柄的有效長度，可使得曲柄有效長度從某一值降低至0。這種調速方法和調速機構簡單、可靠。這種調速機構與傳動六桿機構的調速方法相比，具有較少的構件，從而使得結構緊湊，提高效率，特別是低速時的效率。

圖 1

1-調速桿，2-輸入軸，3-可調偏心塊

3.3.3.換向原理

目前，脈動減速換向器僅具有單向，如需要換向，必須借助專用換向機構（或另設換向機構），為此，使得變速器的結構復雜、體積和重量大。

換向原理是通過改變楔塊在內星輪中的位置來改變超越離合器的輸出運動方向。換向機構可撥動楔塊往返運動。當楔塊被撥到如實線位置時，內星輪的運動方向為逆時運動；在適合的運動狀態，換向機構可撥動楔塊向相反方向運動。從而，達到了改變脈動減速換向器的換向目的。

4.結束語

國內開始衍生出一些新型的抽油機，無游梁抽油就是其中的一種。但現在國內的無游梁抽油機雖然解決了游梁式抽油機出現的問題，可是常規的換向機構（電機正反轉換向、鏈條換向）也給實際生產帶來了諸多問題。為了解決這些問題，我們需要研究一種純機械換向的無游梁長沖程抽油機。它避免了電機正反轉換向的頻繁啟動問題，也排除了鏈條抽油機因鏈條磨損蠕變的隱患。

參考文獻：

[1] 文志雄，王戰，張炎，金發榮.無游梁式抽油機標準化探討[J]石油機械，2008，（12）.

[2] 魏華.行星齒環式無游梁抽油機的理論分析及設計[D]西華大學，2010.

[3] 高文凱，梁政，鐘功祥，武光生，張春清.一種長沖程轉輪式抽油機[J]機電產品開發與創

新，2005，（02）.

[4] 向中凡，王進戈.行星齒輪傳動及其應用研究[J]機械設計與研究，2007，（04）.

[5] 魏華，王進戈，張均富.行星齒環換向機構的加速度分析及參數優化[J]機械設計與研

究，2010，（02）.

[6] 邵曉榮. 機械輔助換向技術研究[J]機械設計， 2003， （11） .

[7] 王永，夏詠梅. 掛鉤換向鏈條驅動長沖程抽油機原理[J]石油礦場機械， 2004， （03） .

[8] 朱宇，劉開昌. 脈動式無級變速器的研究及發展現狀[J].包裝與食品機械，2003，21（05）