CN113944446A - 螺杆驱动塔式抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺杆驱动塔式抽油机，包括塔架：所述塔架的顶端设置有链轮，所述链轮上架设有链条，所述链条一端连接抽油杆，另一端穿过螺杆连接配重箱。本发明通过使用螺杆驱动装置代替传统的减速箱驱动装置，应用螺杆驱动装置，可根据工况调整抽油机运行参数，从而提高参数调节的便利性。

Description

螺杆驱动塔式抽油机

技术领域

本发明涉及一种抽油机，特别涉及一种采用螺杆的塔式抽油机。

背景技术

机械抽油是现有最常见的采油方式，其设备通常分为有杆泵抽油设备和无杆泵抽油设备。在有杆泵抽油设备中，抽油机是有杆抽油设备***的地面驱动设备，用于油层能量不足以自喷的油井。塔式抽油机属于有杆采油***最常见的地面驱动设备，通过减速箱减速，带动链条换向机构，重力平衡的抽油机，广泛应用在油层能量不足以自喷的油井开采中。塔式抽油机的基本特点是使用维护方便，特别是它可以长期在野外全天候运转，经久耐用，是目前广泛应用的抽油机。

目前，塔式抽油机均采用减速箱作为驱动装置，带动链条换向机构和配重箱做周期性往复运动。这种驱动装置在能源转换和传递上效率较低，冲程参数的调节工作量较大。相较于游梁式抽油机，具有平衡度调节较为容易的优点

变频调速的不带减速箱的塔式抽油机，虽然调节冲程冲次等参数非常方便，但由于野外气候问题，在使用几年后，变频调速***电子元器件会老化导致经常性故障停机，而变频***技术含量和维修费用较高，耽误时间较长而导致推广不理想。

现有技术存在的主要问题在于：

1、塔式抽油机采用减速箱、链条换向作为驱动装置，在能源的转换和传递上效率较低，耗能较大不利于节能环保要求。

2、现有塔式抽油机易损件较多，更换频次较高工作量较大，运行参数变化平衡度需要重新调整，消耗大量时间、物力和人力成本，影响生产效率。

3、变频(电子)调速的游梁式抽油机很难适合野外生产环境，变频(电子)调速中控制***的核心是集成电路板，电路板上的电子元器件多，结构复杂，在夏季高温下容易老化，导致电子元器件出现故障，使得控制***出现问题，影响抽油机的运行，不适合长期野外生产运行需要。

因此，本领域急需一种新型的抽油机，可以更好的解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺杆驱动塔式抽油机，驱动***采用滚珠丝杠副和简单电路控制组合驱动，有效减少减速传动部件对能源的损耗，减小维护保养费用和工作量，从而达到节能环保，提升生产效益的目的。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：

该螺杆驱动塔式抽油机包括底座、塔架、斜支撑、链条、链轮、螺杆驱动装置，塔架安装在底座上，塔架的顶端架设有链轮，链条架设在链轮上，链条一端连接抽油杆，另一端连接配重箱。螺杆驱动装置通过链轮，链条带动抽油杆做上下往复运动，以此完成石油的开采。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

所述螺杆驱动装置由滚珠丝杠副和简单电路控制组合而成，包括一控制柜、一电机、一电机同步带轮、一同步带、一螺杆同步带轮、一螺杆、一配重箱、一润滑油箱，螺杆和电机固定于底座上，电机同步带轮安装在电机轴上，螺杆同步带轮安装在螺杆底端。电机通过电机同步带轮、同步带、螺杆同步带轮带动螺杆自转，螺杆自转带动配重箱沿着螺杆升降，配重箱通过链轮链条带动抽油杆做上下往复运动，完成石油的开采。

螺杆包括螺杆自身与外壳，配重箱在抽油机工作时随着螺杆上下移动，螺杆外壳限制配重箱的自转。螺杆外壳上设有限位装置，限位装置包括上限位装置和下限位装置，其中上限位装置用于限制配重箱相对于螺杆上升的最高位置，下限位装置用于限制配重箱相对于螺杆下降的最低位置。

在实际生产中，本发明有效提高节能降耗水平，用螺杆驱动装置替代减速箱驱动装置，有效减少传动减速部件对能效的损耗，实现了对抽油机能源转换环节的精简。

一是减少设备能耗，预估单机降低能耗25-50％，按胜利采油厂1025台塔式抽油机测算，采油厂单机耗电160度/天，以最低降低能耗25％计算，可节电1460万度/年，折合电费949万元(按0.65元/度)。

二是大幅减少润滑油用量70％，按减速箱、链条箱三年清洗换油一次的保养标准，采油厂润滑油损耗124.4吨/年，减少70％可节省86.8吨元/年，折合人民币86.8万元/年(按润滑油1万元/吨计算)。

提高抽油井运行时率，本发明通过使用螺杆驱动装置代替传统的减速箱驱动装置，解决塔式抽油机存在的能量转换程度效率低、冲次较高、运行维护保养工作量大，时耗高等缺点，应用螺杆驱动装置可根据工况随时调整抽油机参数，从而参数调节的便利性。本发明没有采用集成电路和控制***，消除了电子元器件老化导致的故障隐患，大幅提高抽油机运行时率，延长了抽油机的使用寿命。

按每口井年作业、维修、保养、调参等施工5次计，年减少停机近12.5小时，提高时率0.14％，可多产油1.77吨(按日产3.4吨计)；胜利采油厂950口井可多产原油1819吨，可创效益400.2万元(按2200元/吨计算)。

本发明通过使用螺杆驱动装置代替传统的减速箱驱动装置，应用螺杆驱动装置，可根据工况调整抽油机运行参数，从而参数调节的便利性。

附图说明

附图1为本发明所述螺杆驱动塔式抽油机的一个优选实施例的结构示意图。

附图标记如下：1-塔架，2-链条，3-链轮，6-底座，11-斜支撑，4-螺杆，5-配重箱，7-电机，8-电机同步带轮，9-同步带，10-螺杆同步带轮，12-控制柜，13-润滑油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述螺杆驱动塔式抽油机作进一步详细说明。

实施例1：

参照图1，该螺杆驱动塔式抽油机包括塔架1、链条2、链轮3、螺杆4、配重箱5、底座6、电机7、电机同步带轮8、同步带9、螺杆同步带轮10、斜支撑11、控制柜12、润滑油箱13。

螺杆驱动装置通过链轮3驱动链条2，从而带动抽油杆做上下往复运动。电机7作为动力源，采用现场常见的普通步进电机即可，由控制柜12中的PLC控制，包括电机7的转速和方向等。电机7驱动的电机同步带轮8、同步带9、螺杆同步带轮10带动螺杆4做正反转，配重箱5约重50公斤，其中包括金属填充物，其做上下往复运动通过链轮3和链条2带动抽油杆做上下往复运动，以此实现原油的开采。采油环境大多比较恶劣，产生的误差较大，实现速度控制容易出现错误，因此采用双同步带轮控制的方式，互为冗余，增强***的强健性。电机同步带轮8和螺杆同步带轮10的运转同时由控制柜12控制，实现双同步带轮的协调。

在正常工作时，尤其是中国大陆的油井，采油阻力非常大，链条2受力也非常大，在采用螺杆4变速的情况下，链轮3作为调速部件中的一部分，需要频繁的调速，通常的链条2所受交变应力极大，造成使用寿命有限，更换频繁，不适用于推广使用。因此，采用本发明所述的螺杆驱动塔式抽油机，需要配置特定的链条2。链条2的整体不能采用参见的铸铁，而需要采用弹性和使用寿命更好的45#钢，同时，由于所受交变应力很大，链条2的铰接处，即其芯轴或者说各链条单元的连接杆，采用更有任性的青铜制作，虽然刚性低于45#钢，但多个连接杆同样可以给链条可观的刚性。通过现场实际应用，此种方式制作的链条在1000小时的工作时间内，都没有明显的效率下降，基本可以达到应用需要。

在本实施例中，链轮3的轮齿为8个，偶数个轮齿的好处是受力比较平衡，对轮齿的损伤较小，可以理解的是，同时可以根据实际情况，选用10个轮齿等数据的链轮。但尽量要选取偶数个齿的链轮作为驱动轮。

实施例2：

该螺杆驱动塔式抽油机包括塔架、螺杆、配重箱、底座、电机、皮带轮、皮带、斜支撑、控制柜。

螺杆驱动装置为皮带轮，从而带动抽油杆做上下往复运动。电机同样作为动力源，由控制柜中的PLC控制。电机驱动皮带轮旋转，皮带带动螺杆做正反转。由于皮带存在不可避免弹性变形和打滑，因此，需要在皮带上设置标志，且在皮带轮轴上设置行程传感器，随时检测皮带的行程，并将行程数据传输到PLC中。PLC根据皮带行走的实际距离，随时调整数据，保证位置比例的可靠。此种方式的好处是，采油现场存在大量现成的皮带机，而链轮却不是常见配置，需要单独配置购买，这不适合在现场的推广应用。在本实施例中，在皮带上涂画上均匀的白色横杠，行程传感器设置在皮带机轮轴上，通过检测横杠，得到皮带的实际速度。可以理解的是，这仅仅是一种示例性的设置，在实际应用中，只要能得到皮带的实际行程即可，安装位置可以根据需要自行调整。

由于采用螺杆进行速度控制，螺杆的运行比较精密。为了保证螺杆的正常运行，将螺杆的底端设置在润滑油箱中，润滑油箱设置在底座上，方便随时观察润滑油箱中的润滑油量，随时添加润滑油。在实际使用中，申请人发现，在在这种方式下，润滑油很容易泄露到皮带机中，造成皮带打滑。因此，在这种情况下，需要对皮带轮做粗糙化处理，比如将皮带轮槽打磨出毛刺，增加其与皮带之间的摩擦力。

实施例3：

该螺杆驱动塔式抽油机包括塔架、链条、链轮、螺杆、配重箱、底座、电机、电机同步带轮、同步带、螺杆同步带轮、斜支撑、控制柜、润滑油箱。

螺杆驱动装置通过链轮驱动链条，从而带动抽油杆做上下往复运动。电机作为动力源，采用现场常见的普通步进电机即可，由现场的台式机PC程序控制，包括电机的转速和方向等。电机驱动的电机同步带轮、同步带、螺杆同步带轮带动螺杆做正反。

本实施例中链轮链条，均采用本发明前述的特制链轮链条。PC程序通过链轮转速方向等数据，根据换算得出螺杆与链轮运动之间的关系。按程序的设置，选定合适的链轮转速和方向，以得到程序需要的螺杆运动数据，并进而取得采油数据，使采油工作正常进行。

本实施例中，不需要采用控制柜、PLC等设备，仅仅一台电脑加专用控制软件就可以使***得以运行。在升级改造过程中，不需要额外配备专用PLC，直接使用现有的电脑就可以得到满意的效果。同时，电脑的控制功能更为丰富，可以根据现场的需要，增加控制指令和控制部件，方便对采油过程的细节调整。本实施例没有对采油设备的电控部分做更多改动，而仅仅是改变了部分机械结构，相对上面两个实施例，其更为节能，接受度更好，尤为适合在设备升级改造中应用。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例。任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的实施方式加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的实施方式所进行的任何简单修改或等同置换，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.螺杆驱动塔式抽油机，包括塔架(1)，其特征在于：所述塔架(1)的顶端设置有链轮(3)，所述链轮(3)上架设有链条(2)，所述链条(2)一端连接抽油杆，另一端穿过螺杆(4)连接配重箱(5)。

2.如权利要求1所述的螺杆驱动塔式抽油机，其特征在于：所述螺杆(4)连接电机(7)。

3.如权利要求2所述的螺杆驱动塔式抽油机，其特征在于：所述电机(7)通过电机同步带轮(8)、同步带(9)、螺杆同步带轮(10)驱动所述螺杆(4)。

4.如权利要求1-3任一所述的螺杆驱动塔式抽油机，其特征在于：所述螺杆(4)的尾端放置于润滑油箱(13)中。

5.如权利要求4所述的螺杆驱动塔式抽油机，其特征在于：所述链轮(3)带有偶数个轮齿。

6.如权利要求5所述的螺杆驱动塔式抽油机，其特征在于：所述链条(2)的主体由45#钢制成，其连接杆由青铜制成。

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