CN85103185A - 长冲程抽油机 - Google Patents

Abstract

长冲程抽油机，包括一个矗立在底座之上的塔架和跨在塔架顶部大天轮两侧的平衡重——光杆***。该抽油机使用电动机为动力源、电动机恒向转动，通过一套曲柄连杆机构产生近似简谐规律的往复直线运动，并通过一个由固定滑轮组和可移动滑轮组构成的机构把往复运动行程放大并传递给平衡重——光杆***。冲程长度可以通过改变曲柄工作长度很方便地实现，也可改变参与工作的滑轮数量以便在更大范围内改变冲程长度。

Description

本发明与抽油机，特别是无梁式长冲程抽油机有关。本发明采用一台电动机作为动力源，一个对称布置在塔架两外侧下部并始终同步运动的双曲柄连杆机构被用来产生往复直线运动，其运动规律近似为简谐运动，一个由固定滑轮组和可运动滑轮组构成的放大机构把双曲柄连杆机构产生的近似简谐的往复直线运动的冲程成倍放大，放大倍数与每个滑轮组中参与工作的滑轮个数有关，然后传递给与该放大机构相联接的平衡重一光杆***，使光杆作长冲程往复运动，其规律近似简谐运动。曲柄的工作长度可以很方便地调整，以获得所需要的冲程。若改变冲程放大机构中参与工作的滑轮个数，则冲程可在更大范围内变化。光杆冲数的变化靠改变电机转速或改变电动机与减速器之间皮带传动的传动比来实现。

在详细叙述本发明之前，先回顾一下有关的先有技术，对于理解和适当评价本发明是有所裨益的。目前，主要使用抽油机从那些不能自喷的油井中向外抽油。随着开采时间的推移，老油田的油井液面不断下降、和需要开发蕴藏在较深地层中的石油，要求抽油机的下泵深度不断增加，因而产生了新的技术难题。首先是泵效问题，因为用金属制成的抽油杆是弹性体，在自重及载荷作用下，将产生弹性伸长。抽油杆上下往复工作时，这种弹性伸长会造成冲程损失。下泵深度越大，有效冲程损失则越大、泵油效率也越低。然而，如果加大抽油机的工作冲程，则相对冲程损失就会降低。因此在这种场合比较理想的是尽量使用长冲程抽油机。此外，对于高含水油田和高粘度油田的开采、加大抽油机冲程的效果也很好。在相同排量条件下，增加抽油机的冲程意味着可以相应地减少冲数、速度以及加速度，这又产生了许多另外的好处。首先，因为抽油杆是在可变载荷下工作，其疲劳寿命与所经历的应力循环次数有关，减少冲数意味着减少一定期间中的应力循环次数，可使抽油杆的疲劳寿命增长。另外，降低速度和加速度有助于减缓抽油杆和缸筒的摩损，而冲程加大，又使得缸筒内表面的摩损分散在较大的面积上，而不是集中在一个较小的区域，这也有助于延长缸筒的使用寿命。简言之，增加冲程，可以提高容积效率和延长零件使用寿命。

长冲程抽油机按其结构可分为两大类，即游梁式和无梁式。游梁式长冲程抽油机，其中一种见美国专利4，306，463号，具有一个铰支在起重柱上可自由摆动的游梁，梁的一端有平衡重，另一端有一个驴头，光杆通过绳索与驴头联接，通过电动机或液压机构使游梁上下摆动，从而带动光杆上下运动。游梁式抽油机的缺点是结构不够紧凑、笨重、占地面积较大，旋转平衡块产生较大的离心力等。

无梁式长冲程抽油机一般都有一个直立的塔架，塔架顶部有一个可转动的轮子，连结光杆的绳索或皮带从该轮一边垂下，从轮的另一边垂下的绳索或皮带上安装着平衡重物，通过电机或液压马达驱动的铰盘直接或间接地带动光杆运动。冲程的换向靠电动机或液压马达反向转动实现。接近冲程端点时的减速或缓冲也靠电气或液压控制机构实现。

美国专利3，285，081显示了一种无梁式长冲程抽油机，它包括一个塔架，固定在塔架顶端的鼓轮，鼓轮上悬挂着沿相反方向运动的平衡重和杆绳，使鼓轮正反向转动的驱动装置由一台可正反向旋转的电动机以及减速器和连接减速器输出轴和鼓轮的绳索组成。其冲程长度取决于在这一冲程中电机转过的圈数，光杆上下冲程的换向及换向时的减速和缓冲靠用机械-电气方式控制电机换向及启停来实现。

与本发明有关的先有技术还可参阅美国专利3，538，777、3，695，17、3，771，609、4，052，907、4，062，640、4，388，837、4，391，155。

本发明的主要目的是提供一种完全新颖的、结构简单、操作方便、易于维修、占地少、成本低、工作可靠的无梁式长冲程抽油机。它包括一个底座和固定在底座上的垂直矗立的塔架，在塔架顶部有一个可转动的大天轮，平衡重装置和光杆通过跨过大天轮的钢丝绳相连，它们分别在大天轮的两边也就是分别位于塔架的后面和前面。这种新型的长冲程抽油机使用多速电动机作为动力源。电动机恒向转动，通过一套纯机械装置实现光杆的可变长冲程往复运动，光杆的运动规律近似为筒谐运动。产生长冲程往复运动的纯机械装置由两部分组成，一个是双曲柄连杆机构，它由安置在塔架下部底座上恒向转动的电动机-减速器***带动产生近似于简谐规律的往复运动。然后运动被传递给另一个机构，即冲程放大机构。冲程放大机构是由安装在塔架内部的由固定滑轮组和可动滑轮组及按一定方式缠绕在这些滑轮上的钢丝绳所组成。在冲程放大机构中、来自双曲柄连杆机构的近似简谐的往复运动被成倍放大。此冲程放大机构可沿双向传递动力。经过冲程放大机构放大的长冲程运动再传递给分别跨越在塔架顶部大天轮两边的平衡重-光杆***从而带动光杆上下运动。冲程长度调节可通过改变曲柄的工作长度实现。如果改变滑轮组中参与工作的滑轮个数，则冲程变化范围更大。

本发明的另一个目的是提供一种按本发明制造的长冲程抽油机所采用的安全装置。一旦抽油机的某些元件损坏，该装置可以马上做出相应的反应，保护整台抽油机。例如，光杆或连接光杆和平衡重的钢丝绳断裂时，安全装置应马上动作阻止平衡重装置由于自身重力作用而向下堕落，并且同时切断电源使机器停止运转，防止产生进一步破坏;或者当冲程放大机构的钢丝绳过分松驰或断裂时迅速切断电源，保护抽油机不被损坏。

本发明还有一个目的是提供一种能使按本发明制造的长冲程抽油机中的冲程放大机构的钢丝绳保持一定张力的紧绳装置。因为只有始终保持一定的张紧力，才能确保准确地把双曲柄连杆机构产生的近似简谐的往复直线运动放大并沿两个方向传递这种运动。

本发明再有一个目的是提供本发明长冲程抽油机使用的卡绳装置。卡绳装置安装在平衡重小车上，紧紧卡住冲程放大机构钢丝绳的适当部分，保证光杆按照先前机构产生的近似简谐规律的运动上下运动。

在附图中，公开了符合本发明的具体实施例的结构，其中：

图1是本抽油机的侧面示意图;

图2是本发明中行程放大机构的原理示意图;

图3是本发明的一个具体实施例中行程放大机构的原理示意图;

图4是本发明中行程放大机构的另一种布置原理示意图;

图5是紧绳器的示意图;

图6是卡绳器的透视图;

图7是平衡重小车及安全装置的透视图;

图8显示了图3所示行程放大机构中动滑轮组合;

图9是安装在平衡重小车上的安全机构的示意图;

图10显示了大天轮的构造;

图11是悬绳器的透视图;

图12显示了冲程放大机构中滑轮的槽部结构;

图13是安装在行程放大机构中的安全装置的安装示意图。

现在，参考各附图和参考标号，特别是图1，长冲程抽油机的底座〔100〕上装有多速电动机〔101〕，通过皮带传动带动具有双向输出轴的减速器〔102〕，塔架〔20〕垂直安装在底座〔100〕上，减速器〔102〕包括刹车装置位于塔架底部的底座上，其从两边伸出的输出轴〔102a〕分别从塔架两侧接近底部处伸出。塔架〔20〕是由四根立柱和加强筋板焊接而成的细长立方体框架靠近塔架顶部处沿塔架三面（除后面外）装有带护栏的操作平台〔201〕，可供维修调试人员使用，平台的前部是铰接的，必要时可向上翻起让出修井空间。塔架上两侧还有可直达顶部的扶梯。塔架顶端安装着可以转动的大天轮〔30〕，平衡重块〔401〕放在平衡重小车〔40〕里。该平衡重小车可沿安装在塔架后立柱上的后导轨〔202〕垂直上下运动，并通过跨过大天轮的钢丝绳〔14〕与塔架前面的悬绳器〔120〕和光杆〔110〕联接，构成平衡***。有一套各种重量的平衡块可供任意组合。平衡重量的选择原则是，使悬在钢丝绳〔14〕后端的总重量稍大于钢丝绳前端悬挂的重物的总重量，其差值宜为油柱重量的二分之一。换言之，平衡重小车加上平衡重物块的总重量应比悬绳器加上抽油杆柱在油中的重量之和大半个油柱的重量。大天轮〔30〕的支座〔301〕底部装有移位丝杠〔303〕，转动丝杠〔303〕可使大天轮前后移动。

塔架内部顶端和下端之间安装着由上固定滑轮组〔51〕、下固定滑轮组〔53〕和可动滑轮组〔55〕组成的冲程放大机构〔50〕。这三个滑轮组由一根钢丝绳〔57〕以一定方式联接起来。动滑轮组与曲柄连杆机构〔60〕的横臂〔61〕连接，两个曲柄〔63〕分别安装在从塔架下部向两侧伸出的减速器输出轴两端上，两曲柄始终保持平行，连杆〔65〕一端铰接在曲柄上，另一端与从塔架两侧面上留出的长方形窗口伸出的横臂〔61〕的两端分别铰接。动滑轮组的构架〔551〕上装有滚轮〔559〕，该滑轮组可在塔架的前导轨〔203〕上垂直上下滑动。安装在平衡重小车上的卡绳器〔41〕在适当位置卡住钢丝绳〔57〕在上、下固定滑轮组之间的部分〔57a〕。这样，当电动机恒向转动时，就可带动光杆作长冲程上下往复运动。光杆冲数变化可通过改变电机转速和皮带轮变速比实现。冲程长度调节可通过改变连杆〔65〕与曲柄〔63〕连接位置的方式实现。如果选择具有不同滑轮个数的滑轮组或改变滑轮组中参与工作的滑轮个数，则可在更大范围内改变光杆冲程长度。抽油机启动时，宜使曲柄处于铅垂位置。

图2是由滑轮组组成的冲程放大机构的原理图。有四个由同样数量滑轮组成的滑轮组A、B、C和D，各滑轮轴线互相平行，其中C和D是定滑轮组，A和B是动滑轮组，它们联成一体可在C和D之间移动。一根钢丝绳以下述方式把这些滑轮组联系在一起：钢丝绳一端固定，另一端先绕过A组上的滑轮a₁，然后绕过C组中的滑轮c₁，返回A组后绕过A组中的滑轮a₂，然后再返回滑轮组C绕过滑轮c₂，如此继续直至绕完C组上最后一个滑轮c_n后把钢丝绳引向固定滑轮组D，绕过滑轮d_n后再引向滑轮组B，绕过滑轮b_n，然后返回定滑轮组D绕过滑轮d_n-1，如此继续直到钢丝绳最后绕完滑轮组B的滑轮b₁后，把钢丝绳绷紧后固定。缠绕时，不要使钢丝绳各段互相交叉，以免增加运动阻力和钢丝绳摩损。显然，在这个由滑轮组组成的机构中，如果动滑轮组A和B一起向某一方向（比如向右）移动一小段距离S₀，则滑轮组A和C之间的各段丝绳的总长度增加了2nS₀，而滑轮组B和D之间的钢丝绳的总长度缩短的数量恰好也等于2nS₀。这样，滑轮组B和D之间多余出来的钢丝绳恰好补充了滑轮组A和C之间钢丝绳所需要增加的长度。反之，当动滑轮组A和B向左移动距离S₀时，滑轮组A和C以及滑轮组B和D之间钢丝绳总长度的变化量也是2nS₀，只不过在这种情况下，滑轮组A和C之间的钢丝绳总长度减少而滑轮组B和D之间钢丝绳的总长度增加了。因此，在动滑轮组移动距离S₀后，位于滑轮组C和D之间，更准确地说是位于滑轮c_n和d_n之间的钢丝绳部分（P）上任一点（K）的位移S是S₀的2n倍，即S＝2nS₀。显然，如果用钢丝绳的（P）段上某一点（K）去牵动其它可以往复运动的物体，则该物体的行程也是输入位移S₀的2n倍。这样，我们得到了一个行程放大机构、它可以把输入直线位移放大为原来的2n倍。这种由钢丝绳传动的放大机构的一个重要特点是可以在往复两个方向上传递动力，而不象一般钢丝绳机构那样只能在一个方向上传递动力。

图3是按照本发明制造的长冲程抽油机中采用的如上所述的冲程放大机构中各滑轮组的一种排列方式的示意图。每个滑轮中工作滑轮个数是2，因此放大倍数为4。固定在塔架内减速器上方的下滑轮组〔53〕包括一个用以把下滑轮组固定在塔架上的支座〔531〕和两个套在安装在支座上的轴〔532〕上的滑轮〔533，534〕，滑轮〔533〕和〔534〕可分别独立转动，其中直径较大的滑轮〔533〕基本上位于塔架的中心面内，另一个直径较小的滑轮〔534〕偏向一侧。上滑轮组〔51〕通过其支座〔511〕固定在塔架内的顶部，固定在支座〔511〕上的滑轮轴〔512〕上安装了两个滑轮〔513〕和〔514〕以及一个导向轮〔515〕，它们均可在轴上独立转动，其中滑轮〔513〕的直径较大并与下滑轮组〔53〕中的大滑轮〔533〕直径相同，它也基本上位于塔架中心面内，另一个偏置的滑轮〔514〕直径与滑轮〔534〕直径相同。导向轮〔515〕安装在滑轮〔514〕的外侧。可沿塔架上前导轨〔203〕在上固定滑轮组〔51〕和下固定滑轮组〔53〕之间往复移动的动滑轮组合〔55〕包括构架〔551〕、两根互相平行安装的滑轮轴〔552〕和〔553〕，每根轴上分别套着两个可独立转动的滑轮〔554、555、556、557〕，它们的直径和上、下固定滑轮组中直径较小的滑轮〔514〕和〔534〕的直径相同，其中轴〔552〕上的两个滑轮〔554〕、〔555〕基本上与上固定滑轮组中的两个滑轮〔513〕和〔514〕分别对准，轴〔553〕上的两个滑轮〔556〕、〔557〕基本上与下滑轮组的两个滑轮〔533〕、〔534〕分别对准。这四根滑轮轴〔512，532，552，553〕与减速器〔102〕输出轴保持平行且共面。钢丝绳〔57〕一端通过紧绳器〔501〕固定在底座上，然后以前面所述的方式依次绕过机构中所有滑轮〔557〕、〔534〕、〔553〕、〔533〕、〔513〕、〔554〕、〔514〕、〔555〕，然后绕过导向轮并通过另一个紧绳器〔502〕固定在塔架上。滑轮〔513〕和〔533〕的直径较大是为了防止钢丝绳各段相互摩擦、以及给卡绳器与钢丝绳联接留出足够的空间。动滑轮组合的构架〔551〕上装有若干滚轮，它们可引导动滑轮组合的框架在塔架上前导轨内运动。构架〔551〕通过球面支承和横臂〔61〕连接。为了减少钢丝绳摩擦损和降低噪音，每个滑轮槽部都镶嵌了一圈耐油橡胶〔590〕，如图12所示。

图4是冲程放大机构中各滑轮组排列方式的另一种可采取的方案。它的放大倍数也是4。除了动滑轮组合中滑轮的排列方式与前面所述的（图3）实施方式不同外，这两种方案的其余部分特征完全相同，因此采用了相同的参考标号。在本方案中，动滑轮组合中四个直径相同的滑轮〔554′，555′，556′，557′〕排列在一根轴上。它们都可独立转动，并且分别对准上固定滑轮组和下固定滑轮组中的滑轮，钢丝绳的缠绕方式也完全相同。

滑轮组中的滑轮还可以有别的排列方案，但必然都落在本发明的范围之内。

紧绳装置〔501〕，〔502〕，如图5所示，安装在冲程放大机构之中，它可以使钢丝绳〔57〕保持一定的张紧力，并可以吸收震动。它由小滑轮〔701〕、空心套筒〔702〕、空心拉杆〔703〕、端面轴承〔704〕、压缩弹簧〔705〕、锁紧螺母〔706〕、调节螺杆〔707〕、支座〔708〕和空心套筒盖〔709〕组成。

空心套筒〔702〕是一个带镗孔的且一端封闭的园柱形套筒，其封闭端上有沿套筒轴心线方向向外伸出的耳座，开口端有内螺纹。空心拉杆〔703〕是一个中空的细长杆，其一端有园盘形法兰，杆另一端内表面上有螺纹。法兰可在空心套筒的镗孔内滑动。

小滑轮〔701〕铰接在空心套筒〔702〕的耳座上，空心拉杆〔703〕带法兰的一端放入套筒〔702〕内，另一端从该套筒盖〔709〕上的同心园孔中伸出并通过尾端螺纹与铰接在拉杆支座上的调节螺杆〔707〕连接，端面轴承〔704〕和压缩弹簧〔705〕装在该空心套筒内并套在空心拉杆〔703〕上，该轴承的一个端面靠在法兰盘上，另一端面与压缩弹簧〔705〕接触，该弹簧另一端顶在套筒盖的内端面上。冲程放大机构的钢丝绳一端套在小滑轮〔701〕上并固定，拉杆支座〔708〕固定在底座或塔架上。转动空心拉杆〔703〕调节好钢丝绳中的予紧力，然后锁紧螺母〔706〕锁紧。

曲柄连杆机构对称布置在塔架两侧面外的下部，通过键与减速器输出轴连接。它们的运动平面与塔架的中心面平行。每个曲柄连杆机构由一个曲柄和一个连杆组成，横臂〔61〕的两端分别与两个连杆铰接。曲柄体〔63〕与减速器输出轴配合的安装孔位于曲柄体的一端附近，通过键联结从减速器输出轴得到转矩，两曲柄在转动时始终保持平行。曲柄体上远离安装孔的一端有一排销孔，供改变曲柄的工作长度即改变光杆冲程时选用，这排销孔的中心线与安装孔的中心线互相平行并都位于曲柄体的中心对称面内。连杆〔65〕是具有园形截面的细长杆，杆的两端放大，每端各有一通孔，二孔的中心线相互垂直。横臂〔61〕是一个细长的具有矩形截面的薄壁结构，其中部有一向上凸起的支座通过球形支承与动滑轮组合构架相连，横臂的两端分别从塔架两侧面上长方形窗孔中伸出，其端面上对称开有垂直的U形缺口，缺口壁上有横向通孔。连杆〔65〕的一端伸入横臂某一端的缺口之中并可转动地套在固定在缺口壁之间的销轴上，另一端通过销轴与曲柄体上某个销孔连接。

冲程放大机构通过卡绳器和平衡重-光杆***连接。卡绳器如图6所示，包括卡绳器安装座〔410〕，两个夹板〔411〕，〔412〕。其中一个夹板〔411〕与安装座〔410〕固定在一起，另一块夹板〔412〕可拆卸地用螺栓〔414〕与固定夹板〔411〕联接，两夹板间有分别嵌入二夹板的横键〔415〕承受垂直方向的剪力。两夹板上相对的平面上分别嵌有若干突出该平面的带牙纹的夹块〔416〕，其牙纹方向与钢丝绳中各股的扭绕方向一致。卡绳器安装座用螺栓固定在平衡重小车〔40〕上，前面所说的冲程放大机构的钢丝绳的P段从嵌在二夹板上的夹块中间穿过，拧紧螺栓〔414〕，就把钢丝绳和卡绳器座和平衡重小车牢牢连在一起。这样，当长冲程抽油机的电动机启动后，运动就被传递到平衡重-光杆***。

平衡重装置，如图7所示，由平衡重小车〔40〕和安全机构〔45〕以及放在平衡重小车中的平衡重块〔401〕组成。平衡重小车的形状象一个无盖的方盒，盒的两个侧边中部有垂直的立柱〔402〕立柱顶部有一放大的部分，其上开有长方形的孔。平衡重小车的两侧装有伸入塔架上后导轨〔202〕槽内的小轮〔405〕，卡绳器〔41〕安装在小车的前边上。小车通过伸入其两侧立柱上部长方形孔内的安全机构〔45〕与大天轮〔30〕另一侧的悬绳器〔120〕和光杆〔112〕用钢丝绳连接。平衡重块放在小车内，平衡重量视井口端的负载而定，平衡块的重量系列分别为3吨、2吨、1吨、半吨和10公斤，因此可随时准确地调整平衡重量，使得平衡装置、包括安全机构，的重量比大天轮另一侧悬绳器和抽油杆在油中的重量之和重约半个油柱的重量。这样，上、下冲程时所需的牵引力的大小都大致等于半个油柱的重量，使电动机的负荷比较均匀。

塔架上前导轨〔203〕和后导轨〔202〕都是可拆卸的，便于调整和维修。前导轨是由两条槽钢形元件组成，分别平行地安装在塔架前立柱上，其槽面开口相对，如图8所示。后导轨由两根工字钢或槽钢分别安装在塔架后立柱后面上，两根工字钢的腹板互相平行。它们的腹板中心线上各开有一排沿长度方向排列的长园孔，如图9所示。

本发明中的安全装置有两套，一套安装在平衡重-光杆***中，另一套安装在冲程放大机构中。如图9所示，安装在平衡重-光杆***中的安全装置〔45〕位于平衡重小车的两根立柱之间。它包括一个其顶面中央有一垂直通孔的横梁〔451〕和安装在该横梁通孔中和横梁下面的安全销弹出机构〔46〕。横梁放在平衡重小车两根立柱中间，其两端伸入立柱顶部放大部分中的长方形孔中，两个厚度适当的橡胶块〔47〕夹在横梁顶面与立柱顶部长方形孔的顶面之间。使横梁的顶面与立柱上长方形孔的上边之间保留一定距离。安全销弹出机构包括配置在横梁两侧壁孔内的安全销和控制安全销弹出的杠杆机构，它包括一个一端带有大于横梁顶面中央垂直通孔直径的法兰的推杆〔451〕，该法兰的外端面处上有与杆的轴心线平行的凸起物〔452〕，该推杆的另一端有与一小滑轮连接的手段，弹簧〔453〕、〔454〕、〔455〕、小盖〔456〕和杠杆〔457〕。推杆〔451〕没有法兰的一端向上穿过横梁中部的通孔，杆上套着压缩弹簧〔453〕，弹簧的一端压在法兰上，另一端顶在盖在横梁中部通孔上面的盖〔456〕上，弹簧的弹性力使推杆有向下运动的趋势，杆的伸出的上端与小滑轮〔458〕铰接，从大天轮〔30〕下来的钢丝绳    绕过小滑轮〔458〕。后打结。推杆下部的凸起物与杠杆〔457〕的后端保持接触，杠杆〔457〕的中部铰支在横梁上，其前端有一个向下凸起的卡爪。正常工作时，作用在杠杆后端使之向下运动的合力远小于压缩弹簧〔454〕的弹性力，它使卡爪嵌进安全销〔459〕上的横槽中阻止安全销向外弹出，同时使杠杆后端与推杆下端的凸起物保持接触。安全销〔459〕上直径较大的前段可滑动地放在横梁侧壁的孔中，其后部有一个横槽，该销的轴心线正好对准塔架上后导轨〔202〕上的长园孔的中心连线。安全销〔459〕直径较细的尾部有螺纹，压缩弹簧〔455〕套在安全销直径较细的部分上，一端顶在安全销中部的台肩上，另一端顶在横梁上，该弹簧使销有向外弹出的趋势。螺母    〔460〕可以限制安全销向外弹出的距离。安全销大端端面上开有V形槽，安装时，使V形槽保持垂直方向。

抽油机正常工作时，跨过大天轮的钢丝绳中的拉力使推杆〔451〕的法兰克服弹簧〔453〕的阻力顶在横梁的下表面上，弹簧〔454〕使杠杆〔457〕的卡爪卡在安全销〔459〕的横槽内，从而使安全销保持在“缩回”状态。一旦光杆或钢丝绳断裂，钢丝绳中的张力骤减，套在推杆〔451〕上的压缩弹簧的弹性力大于钢丝绳中的张力，即推动推杆〔451〕向下运动，进而推动杠杆〔457〕使其前端卡爪翘起，放开安全销〔459〕，安全销〔459〕在弹簧〔455〕作用下迅速向两侧弹出并***塔架后导轨上的某个长园孔内，使平衡重小车制动、阻止其堕落。小车的动能靠橡胶缓冲块〔47〕吸收。与此同时，安全销〔459〕还可操纵电气开关切断电动机电源，从而使整个抽油机得到保护。切断电源的机构设计得既简单又巧妙，它包括一根垂直绷紧在塔架上后导轨内侧面上的金属线〔480〕，其位置与长园孔的中心线重合，金属线的上端固定，下端与一个电气联锁开关（未示出）相连。当安全销〔459〕向外弹出时，在***后导轨上长园孔之前，首先切断这个金属线〔480〕，从而使联锁开关动作切断电机电源。安全销上的V形槽可以防止金属线滑偏。

图13所示另一套安全装置可在冲程放大机构的钢丝绳断裂或过于松驰时切断电源。它包括一个安装在紧绳器〔501〕或〔502〕的空心套筒〔702〕上的碰块〔851〕，该碰块〔851〕可随空心套筒〔702〕一起移动，和一个安装在抽油机上适当位置的杠杆机构或其它机构（图中未示出），该机构可控制电源开关关闭。当冲程放大机构的钢丝绳过于松驰或断裂时，空心套筒〔702〕在弹簧〔705〕的作用下向拉杆支座〔708〕方向运动，和套筒一起运动的碰块使杠杆机构控制电源开关关闭。安装在空心套筒上的碰块也可直接控制电机开关。前已叙述过，紧绳器可以使冲程放大机构中的钢丝绳中保持一定张紧力。当钢丝绳有微小松驰时，紧绳器中的弹簧推动空心套筒〔702〕移动，从而使钢丝绳继续张紧并保持一定张力。当钢丝绳过分松驰或断裂时，空心套筒的位移增大，适当调整碰块和开关〔852〕（或控制开关的机构）的相互位置，使得在这种情况下开关产生动作关闭电动机。电源切断后，冲程放大机构便停留在当时所处的位置上，平衡重-光杆***由于自身基本平衡也会自动停留在当时所处的位置上，因此整台机器都可确保安全。一般说来，操作工人应注意冲程放大机构钢丝绳的张紧程度、及时调节钢丝绳的张紧力。有了这样一套安全装置，即使由于工人的疏然大意没有发现钢丝绳已经过分松驰而冒危险继续开机时，也可以自动停机以保证安全。

大天轮〔30〕如图10所示，是一个带辐条的轮子，可转动地安装在一个支座〔301〕上，支座〔301〕安装在塔架顶部平板上。通过丝杠机构〔302〕可使大天轮〔30〕及其支座〔301〕在该平板上前后移动，微调机构〔305〕还可左右调整大天轮及其支座的位置。大天轮轮缘外园周做成槽形，大天轮轮面上沿园周方向打有若干排固定钢丝绳压板的通孔。连接平衡重小车和悬绳器及光杆的钢丝绳    沿轮槽跨过大天轮并在适当位置用一个压板压紧在大天轮上。这样，当光杆和平衡重小车一上一下运动时，大天轮被钢丝绳牵动向前或向后转动。压板的安装位置应当合适，当在冲程中点时，压板应处于大天轮轮面的最高点处。

悬绳器〔120〕如图11所示，是位于平衡重装置和光杆之间的柔性环节，同时可供安装动力仪。悬绳器主要包括以下零件：上体〔121〕，具有扁平形状，中央有一个固定光杆的通孔，两侧对称有另外两个与中央孔平行的通孔;下体〔122〕的形状与上体〔121〕基本相同，但厚度大大增加，其上有三个位置与上体〔121〕的三个通孔分别对准的孔，侧面有两个小孔供安装动力仪作用;两个具有园锥形孔的园柱形套〔123〕，套上孔的直径较小一端的端面上开有几条径向延伸到外缘的槽，槽底面内高于低，便于雨水流下;从大天轮上下来的钢丝绳分别穿过上体〔121〕和下体〔122〕两侧的通孔后，又分别穿过两个止推轴承，再从套〔123〕的小端孔穿入，从大端穿出，然后把绳端打散后用熔化的锌浇铸成一体，形状为园锥台形，与套〔123〕的园锥孔相配合。上体和下体之间还有两个螺丝顶〔125〕拧在下体上端面的螺孔中，转动顶丝〔125〕可将上体抬起，便于安装动力仪进行示功图测定。光杆自由穿过下体中央的通孔后固定在上体中央的孔内。自由穿过上下体的侧孔的钢丝绳的绳端的锌头进入套〔123〕的锥孔内，套的上端面与止推轴承〔126〕接触，轴承的上端面与下体的下端面接触，顶丝〔125〕平时不承受压力，上、下体之间的压力靠套〔127〕传递。这样，当井中的阻力较大时，虽然光杆和与之固定成一体的上体向下运动减缓，下体和钢丝绳仍可按抽油机的正常速度下降，这时上体和下体之间的距离变大。下体做成加重的，这样可使钢丝绳保持张紧力，使大天轮始终受到足够的向前转动的力矩。因此，平衡重-光杆***中的钢丝绳不管在上冲程还是在下冲程时都可保持张紧，即使井下阻力增大，光杆下降速度减慢时也可保持一定张力。这就可从避免钢丝绳从大天轮槽出跳出或大天轮停转。套〔123〕上的流水槽可使雨水等顺利排出，防止绳端生锈腐蚀。止推轴承〔126〕可以避免钢丝绳扭转打结而造成悬绳器歪斜，也可防止光杆脱扣。

下面的对比表有助于说明本发明所取得的积极效果。其中游梁机是目前广为采用的CYJ10-3-48B型游梁式抽油机，长冲程抽油机是按本发明制造的长冲程抽油机。试验是在同一口油井上先后换用这两种抽油机进行的。

从以上数据可以看出，这口井由于采用了本发明的长冲程抽油机，平均日增产液量68.8吨，平均日增产原油10.6吨，泵效提高了39.6%。而且平衡***仔细调整后，电动机的电流波动值小于2安培，而对一般游梁式抽油机，电流波动值小于7安培就被认为是满意的了。

综上所述，由于本发明的构思新颖独特，具有许多优点：

1）容易得到所需的长冲程，无需特殊的和复杂的装置即可获得有利的近似简谐规律的运动，因此可以实现理想的长冲程、低冲次、低加速度，泵效高、产量高，尤其适合于深井、稠油、高含水油井的大排量强采;

2）由于采用了纯机械传动方式，因而结构坚固、运动可靠;

3）由于光杆运动规律近似为简谐运动，所以变向时平稳，动载较小;

4）结构简单、易于调整、维修和制造、成本较低、可靠性好;

5）减速器等都安装在塔架底部，所以占地面积小;

6）没有旋转平衡块带来的离心力，除了曲柄连杆机构产生的不大的水平分力外，其余均为铅垂载荷，加上前几条优点，使按本发明制造的抽油机不仅适合于陆地油田而且也适合在海上平台使用。

Claims (20)

1、长冲程抽油机，具有一个底座，一个垂直安装在底座上并且其前面对着井口安装的塔架，由电动机及减速器组成的动力源部分，其特征在于：

(1)电动机固定在塔架后外侧的底座上，减速器固定在塔架内的底座上，其输出轴从塔架两侧向外伸出，该电动机和该减速器通过皮带传动连接；

(2)产生往复直线运动的装置，包括一对对称布置在塔架两侧外面的曲柄连杆机构和一个可在塔架内上下移动且其两端伸出塔架两侧与该曲柄连杆机构中的连杆连接的横臂，该曲柄分别与减速器输出轴的两端连接；

(3)一个安装在塔架内部，由固定滑轮组和可动滑轮组及一条按一定方式缠绕在这些滑轮组上的钢丝绳组成的冲程放大机构；

(4)安装在塔架顶部，其位置可前后左右调整的大天轮，跨越大天轮的钢丝绳一端通过悬绳器和光杆连接，另一端经第一安全装置与平衡重装置连接，构成平衡***；

(5)固定在平衡重装置上的卡绳器，它与上述冲程放大机构中钢丝绳的位于上、下固定滑轮组之间的适当部分连接在一起，在光杆的冲程运动中，该卡绳器应始终保持在上、下固定滑轮组之间运动；

(6)当光杆或连接光杆的钢丝绳断裂时起作用的第一安全装置；

(7)当冲程放大机构钢丝绳过分松驰或断裂时起作用的第二安全装置。

2、如权利要求1所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中的冲程放大机构包括：

（1）一个固定在塔架内下部减速器上方的下固定滑轮组，该滑轮组中有两个以上可分别转动的滑轮，滑轮的转动轴线与上述减速器输出轴基本平行;

（2）一个固定在塔架内接近顶端处的上固定滑轮组，包括两个以上可独立转动的滑轮，滑轮的数目与下固定滑轮组中的滑轮个数相等，且滑轮的轴线与下固定滑轮组中各滑轮的轴线及减速器的输出轴线基本平行;

（3）一个位于塔架内可在上下固定滑轮组之间沿安装在塔架上的垂直导轨上下移动的动滑轮组合，包括两组滑轮，每组由两个以上可独立转动的滑轮组成，两组的滑轮个数相等并且等于上或下固定滑轮组中的滑轮个数，各滑轮的轴心线与上述上固定滑轮组和下固定滑轮组中各滑轮轴线以及减速器输出轴基本平行，该动滑轮组合的构架通过球形支承与上述的横臂联接;

（4）一根钢丝绳以一定方式不交叉地依次缠绕在各滑轮上，把上、下固定滑轮组和动滑轮组合联接成一个可双向传递动力的冲程放大机构，此机构的特点是：如果从动滑轮组合构架上输入一个较小的直线位移S₀，则与钢丝绳上位于上、下固定滑轮组之间部分上某一点相连接的部件的输出位移量（S）可放大为输入位移S₀的2n倍，即S＝2nS₀，其中n是上或下固定滑轮组中采用的滑轮个数，也等于动滑轮组合中滑轮总数的一半;

3、如权项2所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中的冲程放大机构包括：

固定在塔架内减速器上方的下固定滑轮组，它包括一个用以把下滑轮组固定在塔架上的支座，固定安装在该支座上并与减速器输出轴平行且在同一铅垂面的下滑轮轴，一个套在该滑轮轴上可自由转动的大滑轮，其轴向位置基本上在塔架中心面内，另一个套在该滑轮轴上可自由转动的直径较小的滑轮，其轴向位置稍偏向一侧;

安装在塔架内顶端的上固定滑轮组，包括一个用以把该上固定滑轮组固定到塔架上的支座，固定安装在该支座上并与减速器输出轴和下滑轮轴平行且共面的上滑轮轴，一个套在该轴上可以自由地转动的滑轮，其直径与下滑轮组中直径较大的滑轮的直径相同并和该滑轮一样其轴向位置基本保持在塔架的中心面内，另一个与下滑轮组中的直径较小的滑轮相等的滑轮可自由转动地套在该滑轮轴上，其轴向位置偏向一侧，一个可自由转动的导向轮安装在该滑轮轴上，其位置在小滑轮的外侧;

可在塔架内上下运动的动滑轮组合位于上、下固定滑轮组之间，包括一个构架，两根安装在该构架上互相平行同时也与减速器输出轴和上、下固定滑轮轴平行并且共面的滑轮轴，每根轴上分别套着两个可自由转动的滑轮，它们的直径等于上、下固定滑轮组中的小滑轮直径，其中位置较高的轴上的两个滑轮分别与上固定滑轮组中两个滑轮对准，位置较低的轴上的两个滑轮分别与下固定滑轮组中的两个滑轮对准;

一根钢丝绳以如下方式不交叉地缠绕在各滑轮上：一端通过紧绳器固定在底座上，另一端从后向前地绕过动滑轮组合中较低的滑轮轴上偏置的滑轮然后向下绕过下滑轮轴上与该滑轮相对准的滑轮后向上绕过动滑轮组合中较低的滑轮轴上的另一个滑轮，然后再向下绕过下滑轮组中的大滑轮，此后把钢丝绳头一直向上引到位于顶端的上固定滑轮组，绕过该滑轮组中位于轴中央的大滑轮，然后向下绕过动滑轮组合中位置较高的滑轮轴上与该大滑轮对准的滑轮，然后再向上绕过上固定滑轮轴上另一个滑轮后转向下，再绕过动滑轮组合中位置较高的滑轮轴上另一个滑轮，然后把绳头向上绕过上固定滑轮轴上的导向轮后经过另一个紧绳器固定在塔架上。

4、如权利要求2所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中的冲程放大机构包括：

固定在塔架内减速器上方的下固定滑轮组，它包括一个用以把下滑轮组固定在塔架上的支座，固定安装在该支座上并与减速器平行并在同一铅垂面内的下滑轮轴，一个套在该滑轮轴上可自由转动的大滑轮，其轴向位置基本上在塔架中心面内，另一个套在该滑轮轴上可自由转动的直径较小的滑轮，其轴向位置稍微偏向一侧;

安装在塔架内顶端的上固定滑轮组，包括一个用以把该上固定滑轮组固定到塔架上的支座，固定安装在该支座上并与减速器输出轴和下滑轮轴平行且共面的上滑轮轴，一个套在该轴上可自由转动的滑轮，其直径与下滑轮组中直径较大的滑轮的直径相同并和该滑轮一样其轴向位置基本保持在塔架的中心面内，另一个与下滑轮组中直径较小的滑轮直径相等的滑轮可自由转动地套在该滑轮轴上，其轴向位置偏向与下滑轮组中小滑轮所偏向的一侧相反的一侧，一个可自由转动的导向轮安装在该滑轮轴上，其位置在小滑轮的外侧;

可在塔架内上下运动的动滑轮组合位于上、下固定滑轮组之间，包括一个构架，该构架上有一根与减速器输出轴和上、下固定滑轮轴平行且共面的滑轮轴，该轴上并排安装了四个直径与上、下固定滑轮组中小滑轮直径相同的滑轮，这四个滑轮都可独立自由转动，位于两外侧的滑轮分别与上、下固定滑轮轴上偏置的小滑轮对准，中间的两个滑轮分别位于上、下固定滑轮组中两个大滑轮所在的垂直面的两侧并尽量靠近该平面;

一根钢丝绳以如下方式不交叉地缠绕在各滑轮上：一端通过悬绳器固定在底座上，另一端从后向前绕过动滑轮组合中与下固定滑轮轴上偏置的小滑轮相对准的滑轮，然后向下绕过下固定滑轮轴上小滑轮，再向上绕过动滑轮组合中与刚绕过钢丝绳的滑轮最接近的滑轮，然后向下绕过下固定滑轮轴上的大滑轮，此后，钢丝绳头直接向上到达顶端的上固定滑轮组，从后向前绕过上固定滑轮轴上的大滑轮后回到动滑轮组绕过该滑轮轴上第三个滑轮，绕过此滑轮后向上绕过上固定滑轮轴上的小滑轮，然后向下绕过动滑轮组中最后一个滑轮，把钢丝绳头向上引，绕过上固定滑轮轴上的导向轮后，经过另一个紧绳器把钢丝绳头固定在塔架上。

5、如权利要求3或4所述的长冲程抽油机，其特征在于，该冲程放大机构中的每个滑轮的槽部都嵌入了弹性减磨材料。

6、如权利要求5所述的长冲程抽油机，其特征在于，该冲程放大机构中的滑轮槽中嵌入的弹性减磨材料为耐油橡胶。

7、如权利要求3或4所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中的冲程放大机构中的动滑轮组合构架上装有可沿塔架上前导轨滚动的滚轮。

8、如权利要求1所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中的塔架是由四根立柱和加强筋板焊接而成的中空的长立方形框架，塔架上靠近顶端处除后面外安装着一个三面环绕的维修调试用的带护栏兰的平台，平台的前半部是铰支的，可以向上翻起一定角度，塔架两侧有直达顶部的扶梯，该塔架两侧面上留有可容纳上述曲柄连杆机构的横臂上下运动的长方形窗孔，塔架的前立柱上可拆卸地安装着可引导上述滑轮组合运动的导向装置，塔架的后立柱上可拆卸地安装着引导平衡重装置上下运动的导向装置。

9、如权利要求8所述的长冲程抽油机，其特征在于，其塔架上的前导向装置是由两条细长的槽钢形零件组成，它们分别沿铅垂方向平行地安装在塔架的两根前立柱上，这两根槽形零件的槽口相对。

10、如权利要求8所述的长冲程抽油机，其特征在于，该塔架上的后导向装置由两根细长的槽钢形或工字钢形零件构成，它们分别沿铅垂方向平行地安装在塔架的后立柱上，其腹板互相平行，并且在沿腹板的纵向对称中心线上开有许多沿纵向排到的长园孔，两条导轨上的长园孔互相一一对准。

11、如权利要求1所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中产生往复直线运动的装置包括一对对称布置在塔架两侧外面的曲柄连杆机构和一个可在塔架内上下移动并且其两端伸出塔架侧面与连杆联接的横臂，两对曲柄连杆所在的平面平行于塔架的中心面，曲柄体上与减速器输出轴配合的安装孔靠近其一端，远离安装孔的一端有一排供与连杆联接的通孔，这些通孔的轴线与安装孔的轴线都在曲柄体的纵向对称平面内并且互相平行;连杆是具有园形截面的细长杆，两端都有放大的部分，每端各有一通孔、二通孔互相垂直，一端通过销轴与曲柄体联接，另一端与横臂的一端铰接;横臂是一个细长的具有矩形截面的薄壁结构，其中部有一向上凸起的支座通过球形支承与动滑轮组合构架相连，横臂的两端分别从上述塔架两侧的长方形窝孔伸出，其两端面上对称开有垂直的U形缺口，缺口壁上有横向通孔，连杆的一端伸入横臂某端缺口之中并可转动地安装在固定在缺口壁之间的销轴上。

12、如权利要求1所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中所述的紧绳器包括：空心套筒，小滑轮、空心拉杆、端面轴承、压缩弹簧、锁紧螺母、调节螺杆、支座和空心套筒盖;空心套筒是一个带镗孔的且一端封闭的园柱形套筒，其封闭端上有沿套筒轴线方向向外伸出的耳座，开口端有内螺纹，空心拉杆是一个中空的细长杆，其一端有园盘形法兰，另一端有内螺纹，法兰可在套筒的镗孔内滑动;小滑轮铰接在空心套筒的耳座上，空心拉杆带法兰的一端放于套筒内，杆的另一端从套筒盖上的园孔伸出并通过螺纹与铰接在拉杆支座上的调节螺杆连接并被锁紧螺母锁紧，端面轴承和压缩弹簧放在空心套筒内并套在空心拉杆上，轴承的一个端面靠在法兰上，另一面与压缩弹簧接触，该压缩弹簧的另一端顶在套筒盖上。

13、如权利要求1所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中平衡重装置中的平衡重小车的形状象一个无盖的矩形盒子，盒两侧边中部有垂直向上的立柱，两根立柱的顶部都有放大的部分，其上均开有互相对准的长方形的横向通孔，小车的两侧装有可沿塔架上后导轨滚动的小轮，小车上有安装卡绳器座用的支座。

14、如权利要求1所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中把冲程放大机构和平衡重小车联接在一起的卡绳器包括：卡绳器安装座，两个夹板，其中一个与该安装座固定成一体，另一个夹板用螺栓可拆卸地与固定夹板连接，夹在两夹板之间并嵌入夹板上横槽内的键，和嵌在夹板夹夹紧面上的夹块，这些夹块上带有与钢丝绳扭绕方向一致的牙纹，从两边成对地夹住冲程放大机构位于上、下固定滑轮组之间的那段钢丝绳，并用螺栓拧紧，卡绳器安装座经过螺栓与平衡重小车联接固定。

15、如权利要求1所述的长冲程抽油机其特征在于，其中的大天轮是一个带幅条的轮子，可转动地安装在一个支座上，支座安装在塔架顶部的平板上，通过丝杠机构，大天轮和其支座可在该平板上前后移动，通过一个微调机构，大天轮及其支座还可左右微动;该大天轮的外园周做成槽形，部分轮缘上还有若干排沿园周排列的通孔;压板在光杆位于冲程中点时在大天轮的外园周最高点处通过螺栓把钢丝绳压紧在大天轮上。

16、如权利要求1所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中的悬绳器包括：具有扁平形状的上体，其顶面中央开有垂直的通孔，该孔两侧又有两个对称的通孔;与该上体形状相似但厚度大大增加的下体，其上开有三个分别与上体的三个孔对准的通孔，在该下体面向上体的端面上有两个对称的螺孔，两个带锥形头的顶丝安装在这两个螺孔中，用顶丝头部可以把上体顶起;光杆从下体中央孔中穿过，固定在止体中央的孔中，钢丝绳分别从上体和下体上另两个孔穿过，再穿过一个止推轴承，然后穿过一个带有锥形通孔的园柱形套，孔的小直径端向上，在该端面上有径向分布的底面由内向外加深的通槽，钢丝绳头打散后后用锌浇铸成与该套园锥孔相配的园锥体;在上体和下体之间套在光杆上的垫套，其厚度小于上述顶丝完全旋出时的高度但大于顶丝的头部高度。

17、如权利要求1所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中用于平衡重-光杆***中的安全装置包括：位于平衡重小车上面插在两立柱上部长方形孔之间的横梁，该横梁中部有一垂直于顶部平面的通孔，该梁两端分别***平衡重小车立柱的长方形孔内;在横梁两端顶面和立柱顶部的长方形孔的上边之间有两块厚度适当的橡胶块，其上下面分别与长方形孔的上表面和横梁的上表面接触并使横梁两端顶面与立柱上长方形孔的顶面保持一定间隙;安全销弹出机构包括配置在其横梁两侧壁孔中的安全销和控制安全销的机构，该控制机构包括一端带有直径大于横梁中部通孔的法兰的推杆，该法兰外端面上有与轴线平行的凸起，推杆穿过横梁中部的孔，其法兰抵在横梁下表面上，上端从横梁中部孔的盖上穿出与套在钢丝绳端套结中的小滑轮联接;套在推杆上的压缩弹簧的上面顶在盖上、下面顶在推杆法兰上使推杆保持向下运动的趋势;杠杆中部铰接在横梁上，前端有一凸出的卡爪;另一个压缩弹簧作用在杠杆前半部使杠杆的前端卡爪伸入安全销上的横槽中，并使杠杆后端与推杆上的凸起保持接触，该压缩弹簧的弹性力远小于推杆上压缩弹簧的弹性力;安全销的前半部直径较大，这一部分后部有一横槽可使杠杆的卡爪进入，其前端可滑动地放在横梁侧臂的孔中，其轴心线与后导轨上长园孔的中心线垂直相交，安全销前端直径小于后导轨上长园孔的宽度;压缩弹簧套在安全销的直径较细的后半部上，前端顶在安全销台肩面上，后端顶在从横梁上一个伸出的部分的表面上，使安全销始终保持向外弹出的趋势，安全销一端从横梁上该凸起部分与孔中穿过，另一端有控制安全销弹出距离用的螺母。

18、如权利要求17所述的长冲程抽油机，其特征在于，所述的第一安全装置中还包括一条安装在塔架的后导轨上的金属线，该金属线的上端固定，下端直接或间接通过某种方式与抽油机的电动机控制电路中的控制开关联接，该金属线的位置在后导轨内侧正好与后导轨上长园孔的中心线重合，安全销的端面上还开有垂直方向的V形槽，槽的底部刚好与金属线对准。

19、如权利要求1所述的长冲程抽油机，其特征在于，其中的第二安全装置安装在冲程放大机构中，它包括一个碰块一开关***，其中一部分固定在紧绳器的空心套筒上并可随套筒移动，另一部分安装在抽油机的适当的位置上固定不动并与抽油机电动机控制电路连接。

20、如权利要求1所述的长冲程抽油机，其特征在于，所述的平衡***中的平衡重块的放置原则是，使该***中平衡重装置一侧的重量比塔架前面的悬绳器的重量及光杆在油中的重量之和大约二分之一油柱的重量。

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