專利名稱：叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種石油采汲設備，尤其是涉及一種叢式井載荷互平衡節(jié)能 抽油系統(tǒng)。
二背景技術：
隨著石油勘探和鉆井技術的日臻成熟，叢式井在近年來得到了快速的發(fā)展， 人們對與之相配套的采油設備的技術研究雖然一直不曾間斷，并且在諸如降低 設備制造成本、提高節(jié)能效率等局部技術上取得了一定的進展，但在如何提高 設備整體運行的可靠性、確保產(chǎn)液量不受影響等一些關鍵性技術方面卻始終難 以有所突破，結(jié)果導致目前油田在叢式井上依然安裝和沿用著以往單井的抽油 設備，從而使叢式井的原油抽汲成本一直無法得到有效的控制。
三
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述背景技術中的不足之處，提供一種叢式井載 荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，其能有效提高系統(tǒng)運行的可靠性、加強單井與整個系 統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和密切系統(tǒng)的機電一體化程度，并可顯著降低系統(tǒng)的運行能耗和維 護成本。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案為
一種叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，包括叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)、 單井采油設備、動力與控制單元，其特征在于叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)由
7至少兩臺叢式井傳動箱與至少一根叢式井串聯(lián)軸組成，系統(tǒng)中的各單井釆油設 備按相同或近同的首尾朝向并排設置在相應的井位上，每臺單井采油設備分別 配備一臺叢式井傳動箱，叢式井傳動箱安裝在箱座上，各叢式井傳動箱當中的 叢式井傳動箱聯(lián)動軸之間通過叢式井串聯(lián)軸串聯(lián)連接，叢式井傳動箱聯(lián)動軸與 叢式井串聯(lián)軸之間采用聯(lián)軸器連接，系統(tǒng)中的各單井采油設備通過叢式井載荷 互平衡傳動機構(gòu)以相差一定相位角的方式相連，動力與控制單元包含有電機與 控制箱，動力驅(qū)動通過采用至少一臺電機對叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)中的至 少一臺叢式井傳動箱的傳動軸進行驅(qū)動。
所述的單井采油設備包括有減速裝置，所述的叢式井傳動箱與減速裝置為 一體結(jié)構(gòu)或相互獨立結(jié)構(gòu)，所述的叢式井傳動箱的傳動軸與電機相連的傳動部 件包括傳動帶、傳動輪或聯(lián)軸裝置。
所述的與減速裝置為一體結(jié)構(gòu)的叢式井傳動箱的傳動軸由包括叢式井傳動 箱主動軸、叢式井傳動箱聯(lián)動軸、單機運行主動軸、單機運行輸出軸在內(nèi)的至 少四根傳動軸組成，叢式井傳動箱聯(lián)動軸與單機運行輸出軸分別置于叢式井傳 動箱中諸傳動軸的兩個側(cè)端，叢式井傳動箱主動軸與單機運行主動軸居于叢式
井傳動箱聯(lián)動軸與單機運行輸出軸之間；叢式井傳動箱主動軸與單機運行主動 軸上各自都安裝有至少兩副傳動齒輪，叢式井傳動箱聯(lián)動軸與單機運行輸出軸 上分別安裝有至少一副傳動齒輪，安裝在叢式井傳動箱主動軸上的至少一副傳 動齒輪直接或間接與安裝在叢式井傳動箱聯(lián)動軸上的傳動齒輪相嚙，安裝在單 機運行主動軸上的至少一副傳動齒輪直接或間接與安裝在單機運行輸出軸上的 傳動齒輪相嚙，安裝在叢式井傳動箱主動軸上的至少一副傳動齒輪直接或間接 與安裝在單機運行主動軸上的至少一套傳動齒輪相嚙，在叢式井傳動箱主動軸與單機運行主動軸之間或叢式井傳動箱主動軸與單機運行主動軸當中的任意一 根傳動軸上設置有離合裝置，該離合裝置為滑移齒輪式離合器或嚙合式離合器
或摩擦式離合器；在叢式井傳動箱主動軸的一端安裝有叢式井傳動箱主動輪或 聯(lián)軸器，在單機運行主動軸的兩端分別安裝單機運行主動輪與單機剎車裝置，
曲柄置于單機運行輸出軸的端頭；整個叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)的系統(tǒng)剎車
裝置設在系統(tǒng)內(nèi)至少一臺叢式井傳動箱當中其軸徑不大于單機運行主動軸的任 意一根傳動軸上或與設在各單并采油設備上的單機剎車裝置進行共用。
所述的與減速裝置為相互獨立結(jié)構(gòu)的叢式井傳動箱的傳動軸由包含叢式井 傳動箱主動軸與叢式井傳動箱聯(lián)動軸在內(nèi)的至少兩根傳動軸組成，各傳動軸之 間通過安裝在其上的傳動齒輪相嚙，叢式井傳動箱主動軸的一端安裝有叢式井 傳動箱主動輪或聯(lián)軸器，叢式井傳動箱主動軸的另一端安裝叢式井傳動箱輸出
輪；與叢式井傳動箱為相互獨立結(jié)構(gòu)的減速裝置包括有減速器，減速器的傳動 軸由包含減速器主動軸與減速器輸出軸在內(nèi)的至少兩根皆安裝有齒傳動裝置的 傳動軸組成，減速器主動軸的兩端分別安裝減速器主動輪與單機剎車裝置，曲 柄安裝在減速器輸出軸的側(cè)端；叢式井傳動箱輸出輪與減速器主動輪采用傳動 帶或傳動鏈連接，叢式井傳動箱主動軸與減速器主動軸之間設置有離合裝置或 采用傳動帶或采用傳動鏈進行離合，在叢式井傳動箱輸出輪與減速器主動輪之 間設置有張緊輪；整個叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)的系統(tǒng)剎車裝置設在系統(tǒng)內(nèi) 至少一臺叢式井傳動箱當中的任意一根傳動軸上或與設在各單井采油設備上的 單機剎車裝置進行共用。
所述的叢式井串聯(lián)軸選用具有較強抗扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的管材或型材，聯(lián)軸器選用 常規(guī)十字萬向節(jié)或具有軸向伸縮功能的萬向軸，叢式井傳動箱聯(lián)動軸與叢式井串聯(lián)軸通過通過緊固件及配套部件或焊接方式和聯(lián)軸器連接。
所述的單井采油設備包括游梁式結(jié)構(gòu)抽油機與無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽油機，所 述的游梁式結(jié)構(gòu)抽油機或無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽油機的平衡重裝置由負載平衡重裝 置與曲柄平衡重裝置當中的至少一種裝置構(gòu)成；負載平衡重裝置由負載平衡重 承載機構(gòu)與負載平衡重體組成，負載平衡重承載機構(gòu)為腔體或支架體結(jié)構(gòu)，負 載平衡重體由固定負載平衡重體與活動負載平衡重體當中的至少一種負載平衡 體構(gòu)成，負載平衡重承載機構(gòu)與固定負載平衡重體為相互獨立的部件或一體結(jié) 構(gòu)；曲柄平衡重裝置由曲柄平衡重承載機構(gòu)與曲柄平衡重體組成，曲柄平衡重 體由固定曲柄平衡重體構(gòu)成或由活動曲柄平衡重體構(gòu)成或由固定曲柄平衡重體 與活動曲柄平衡重體組合構(gòu)成，曲柄平衡重體安裝在曲柄平衡重承載機構(gòu)上或 與曲柄平衡重承載機構(gòu)合二為一，曲柄平衡重承載機構(gòu)與曲柄通過緊固件連接 或通過齒嚙合與緊固件相結(jié)合的方式連接或為一體結(jié)構(gòu)。
所述的游梁式結(jié)構(gòu)抽油機的游梁前端安裝前驢頭，游梁的后端設置尾梁或 后驢頭；尾梁上偏于游梁或下偏于游梁或與游梁處于同一水平或與游梁合二為 一，尾梁為裸梁或安裝有負載平衡重裝置；后驢頭為已公知的常規(guī)驢頭或異形 弧狀驢頭，后驢頭上安裝有柔性件，柔性件包括繩或帶或鏈或繩、帶、鏈間的 相互組合，與柔性件相觸的后驢頭應力弧上設有鏈齒或為平滑弧面，與后驢頭 相觸的柔性件的末端懸掛有負載平衡重裝置或連接在橫向承力支架上。
所述的無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽油機的機架主體為桁架結(jié)構(gòu)或立柱體結(jié)構(gòu)或立棱 體結(jié)構(gòu)或立管體結(jié)構(gòu)，安裝天輪的天輪軸置于天輪支座之上，天輪支座安裝在 機架輔體上或與機架輔體合二為一，機架輔體與機架主體之間釆用緊固件連接 或采用活套結(jié)構(gòu)和緊固件相結(jié)合的方式連接或焊接為一體；天輪為單輪或雙輪或多輪組合，天輪的形狀為圓形輪或扇形輪或偏心異形弧輪或圓形輪、扇形輪、 偏心異形弧輪的任意組合；抽油桿卡緊裝置與負載平衡重裝置通過兩組反方向 安裝在天輪上的柔性件分別懸掛于天輪的前后兩端，柔性件包括繩或帶或鏈或 繩、帶、鏈間的相互組合，在天輪軸的下端設置有至少一套負載平衡重防擺裝 置。
所述的單井采油設備中的曲柄為單柄或雙柄，曲柄通過包括剛性拖動組件或 柔性拖動組件在內(nèi)的拖動組件直接或間接與游梁式結(jié)構(gòu)抽油機中的游梁或無梁 式天輪結(jié)構(gòu)抽油機中的天輪連接，剛性拖動組件由連桿與橫向承力支架組合構(gòu) 成或由連桿單獨組成，柔性拖動組件由柔性件、橫向承力支架、連桿共同構(gòu)成 或由柔性件與連桿組合構(gòu)成或由柔性件與橫向承力支架組合構(gòu)成或由柔性件單 獨組成，曲柄與連桿或柔性件之間的傳動鉸接點設在曲柄平衡重體重心和曲柄 對稱中心線的交匯線上或設在曲柄平衡重體重心偏離曲柄對稱中心線一定角度 的位置處。
所述的在天輪的側(cè)旁或當間設有與天輪同軸不同徑的拖動輪，拖動輪為單 輪或雙輪，拖動輪為圓形或扇形或異弧形的平滑弧面輪或弧形固齒輪或弧形活 齒輪，拖動輪與天輪為相互獨立的輪體或一體結(jié)構(gòu)，在每個拖動輪上設置有一 個或一個以上用于纏繞柔性件的柔性件懸掛固定裝置。
抽油機的系統(tǒng)效率低與能耗指標高的現(xiàn)狀只所以難于得到改觀，其根本原因 在于設備在運行期間的載荷是時刻變化的，而平衡配重又不可能和載荷做到完 全一致的變化，可以說抽油機的系統(tǒng)效率與能耗的高低取決于其平衡調(diào)整的好 壞。
與已公知的現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和積極效果本實用新型將叢式井中的多臺單井抽油設備通過叢式井載荷互平衡傳動機 構(gòu)按相差一定的相位角依次串聯(lián)連接，巧妙的運用系統(tǒng)內(nèi)各單臺設備在上下沖 程時所產(chǎn)生的懸點載荷差值作為平衡手段，以此實現(xiàn)動能與勢能在設備運行過 程中的動態(tài)互補，使系統(tǒng)效率得到了極大的改善，動力驅(qū)動的輸出功率得以降 低。而系統(tǒng)所采用的單井抽油設備除過對個別存在設計缺陷的部件做了相應的 改進外，其它大部分部件則全部繼承了目前廣泛應用的常規(guī)抽油機及節(jié)能抽油 機可靠耐用的特點，且安全防護功能完備，從而為有效降低設備故障的發(fā)生率 提供了先決的技術條件。同時，本實用新型還有效的解決了目前已公知諸多叢 式井抽油節(jié)能技術無法實現(xiàn)的系統(tǒng)與個別脫離系統(tǒng)的單井采油設備各自調(diào)參方 便及相互運行不受影響的行業(yè)難題，使設備的安裝與日常維護更加便捷。
四

附圖1是本實用新型的系統(tǒng)運行狀態(tài)立體效果示意附圖2是本實用新型與減速器為一體結(jié)構(gòu)的叢式井傳動箱結(jié)構(gòu)主視示意圖； 附圖3是附圖2的剖面示意附圖4是本實用新型叢式井傳動箱與減速器相互獨立結(jié)構(gòu)的俯視連接示意
附圖5是本實用新型采用剛性組件進行動力傳動的單井游梁式結(jié)構(gòu)抽油機 的結(jié)構(gòu)示意附圖6是本實用新型采用柔性組件進行動力傳動的單井游梁式結(jié)構(gòu)抽油機 的結(jié)構(gòu)示意附圖7是本實用新型采用剛性組件進行動力傳動的單井無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽 油機的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖8是本實用新型采用柔性組件進行動力傳動的單井無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽 油機的結(jié)構(gòu)示意附圖9是本實用新型曲柄及曲柄平衡重體的結(jié)構(gòu)示意附圖10是本實用新型安裝在拖動輪上的柔性件懸掛固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中的數(shù)字編碼分別表示l為叢式井傳動箱、2為叢式井傳動箱主動軸、 3為叢式井傳動箱聯(lián)動軸、4為聯(lián)軸器、5為單機運行主動軸、6為叢式井串聯(lián) 軸、7為減速器、8為單機運行輸出軸、9為電機、10為控制箱、11為離合裝置、 12為叢式井傳動箱主動輪、13為單機運行主動輪、14為單機剎車裝置、15為 曲柄、16為叢式井傳動箱輸出輪、17為減速器主動軸、18為減速器輸出軸、19 為減速器主動輪、20為張緊輪、21為游梁、22為前驢頭、23為尾梁、24為系 統(tǒng)剎車裝置、25為后驢頭、26為柔性件、27為后驢頭應力弧、28為連桿、29 為橫向承力支架、30為傳動齒輪、31為天輪支座、32為機架輔體、33為負載 平衡重承載機構(gòu)、34為機架主體、35為負載平衡重防擺裝置、36為天輪、37 為固定負載平衡重體、38為活動負載平衡重體、39為拖動輪、40為柔性件懸掛 固定裝置、41為固定曲柄平衡重體、42為活動曲柄平衡重體、43為曲柄平衡重 承載機構(gòu)、44為箱座、45為曲柄對稱中心線、46為抽油桿卡緊裝置、47為天 輪軸、48為傳動鉸接點。
五具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步的描述 如附圖1所示，為最大限度的減小系統(tǒng)在運行過程中的傳動損耗，在安裝相 應井位上的各單井采油設備時，應盡可能將各單井采油設備的首尾朝向調(diào)整至相同或相近，系統(tǒng)中的每臺單井采油設備配置一臺叢式井傳動箱l，叢式井傳動
箱1的傳動軸由包含叢式井傳動箱主動軸2與叢式井傳動箱聯(lián)動軸3在內(nèi)的至 少兩根傳動軸組成，各叢式井傳動箱1之間通過叢式井串聯(lián)軸6與叢式井傳動 箱聯(lián)動軸3串聯(lián)連接，所述的叢式井串聯(lián)軸6選用具有較強抗扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的諸如 鋼管、工字鋼等之類的管材或型材，系統(tǒng)中的各單井采油設備通過叢式井載荷 互平衡傳動機構(gòu)以相差一定相位角的方式連成一個整體，電機9通過對系統(tǒng)的 至少一臺叢式井傳動箱1當中的叢式井傳動箱主動軸2進行驅(qū)動，進而帶動與 叢式井傳動箱聯(lián)動軸3串聯(lián)的叢式井串聯(lián)軸6旋轉(zhuǎn)，并由此帶動整個系統(tǒng)中的 各單井采油設備正常工作。
為使系統(tǒng)內(nèi)各單井采油設備間的動勢能轉(zhuǎn)換利用率達到最大化，操作人員在 對系統(tǒng)的平衡狀態(tài)做調(diào)節(jié)時，應遵循對各單井采油設備上的包括曲柄平衡重體、 負載平衡重體在內(nèi)的諸平衡重體以盡可能小的重量進行配置的原則，以使系統(tǒng) 內(nèi)的一部分單井采油設備在將其下行程的懸點勢能最大限度的傳遞給叢式井串 聯(lián)軸6的同時，另一部分單井采油設備則能從叢式井串聯(lián)軸6上吸收足夠其上 行程的懸點動能，以此大幅度降低設備在油液抽汲過程中的能耗浪費。
為最大限度降低由于鉆井、安裝、地基下陷等原因造成尺寸偏差而導致傳動 故障的發(fā)生率，附圖1所示的凡采用柔性傳動組件的單井采油設備將有兩項預 防性措施 一是連接叢式井串聯(lián)軸6與叢式井傳動箱聯(lián)動軸3所用的聯(lián)軸器4 可以選擇具有一定軸向伸縮和轉(zhuǎn)角偏移功能的十字萬向節(jié)聯(lián)軸器及其類似部 件，二是在固定叢式井傳動箱1的箱座44上預留便于叢式井傳動箱1前后位移 的長條形安裝孔。
為確保生產(chǎn)的絕對安全，如附圖1所示，本實用新型所涉及的運行系統(tǒng)將采取設置包括系統(tǒng)剎車裝置24與單機剎車裝置14在內(nèi)的保護措施，以防止產(chǎn)生 機毀人傷等惡劣事故的產(chǎn)生。
如附圖2、附圖3所示，與減速器7為一體結(jié)構(gòu)的叢式井傳動箱1的傳動軸 由包括叢式井傳動箱主動軸2、叢式井傳動箱聯(lián)動軸3、單機運行主動軸5、單 機運行輸出軸8在內(nèi)的至少四根傳動軸組成，叢式井傳動箱聯(lián)動軸3與單機運 行輸出軸8處于叢式井傳動箱1中諸傳動軸的兩側(cè)，叢式井傳動箱主動軸2與 單機運行主動軸5居于叢式井傳動箱聯(lián)動軸3與單機運行輸出軸8之間，叢式 井傳動箱主動軸2與單機運行主動軸5上各自都安裝有至少兩副傳動齒輪30， 叢式井傳動箱聯(lián)動軸3與單機運行輸出軸8上分別安裝有至少一副傳動齒輪30， 這樣的結(jié)構(gòu)設計既可確保各傳動軸在相互嚙合過程中實現(xiàn)力矩的剛性傳動，又 能根據(jù)實際需要方便選取各軸之間的傳動比。
并不是所有安裝在叢式井傳動箱主動軸2端頭的叢式井傳動箱主動輪12或 聯(lián)軸器4都需要與電機相連，實際上在系統(tǒng)正常運行時，真正能為整個系統(tǒng)提 供驅(qū)動動力的電機9的數(shù)量常常只有一臺或少數(shù)幾臺，其它相當一部分安裝在 叢式井傳動箱主動軸2端頭的叢式井傳動箱主動輪12或聯(lián)軸器4都是處于備用 狀態(tài)。
為避免系統(tǒng)中的一口井或少數(shù)幾口井因故發(fā)生停機，導致整個系統(tǒng)長時間都 處于停機狀態(tài)而直接影響正常生產(chǎn)情況的發(fā)生，本實用新型可采取如附圖3所 示的解決方案通過設在叢式井傳動箱主動軸2與單機運行主動軸5之間的離 合裝置11，及時切斷需要暫時退出系統(tǒng)的單井采油設備的傳動軸與叢式井載荷 互平衡傳動機構(gòu)的連接，并運用調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)部其它單井采油設備的諸平衡重體 相應的重量、位置以及調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)部分單井采油設備的相位角等方式來迅速恢復業(yè)己被打破的系統(tǒng)平衡，該設在叢式井傳動箱主動軸2與單機運行主動軸5之間 的離合裝置11不限結(jié)構(gòu)形式，既可為滑移齒輪式離合器，也可為嚙合式離合器， 抑或為摩擦式離合器。
對確已不適宜在系統(tǒng)內(nèi)聯(lián)動運行的叢式井中的個別單井采油設備，通過離合 裝置11在切斷其相應的傳動軸與叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)間的連接后，可按 常規(guī)單井抽油機的配置在單機運行主動軸5上連接用于驅(qū)動單井采油設備正常 運行的電機9，采用該種技術措施既能確保系統(tǒng)中的個別單井采油設備在脫離系 統(tǒng)后不會對整個系統(tǒng)的運行產(chǎn)生影響，又可保證從系統(tǒng)分離出來的單井采油設 備依然能夠正常工作，這正是本實施例刻意在叢式井傳動箱主動軸2兩側(cè)分別 安裝叢式井傳動箱主動輪12與系統(tǒng)剎車裝置24,而在單機運行主動軸5的兩端 又分別安裝有單機運行主動輪13與單機剎車裝置14的意圖所在。
如附圖4所示，與減速器7為相互獨立結(jié)構(gòu)的叢式井傳動箱1的傳動軸由包 含叢式井傳動箱主動軸2與叢式井傳動箱聯(lián)動軸3在內(nèi)的至少兩根傳動軸組成， 各傳動軸之間通過安裝在其上的傳動齒輪30相嚙，諸叢式井傳動箱1有序安裝 在諸減速器的后端，其中的一臺或少數(shù)幾臺叢式井傳動箱1的叢式井傳動箱主 動軸2的一端通過安裝在其上的叢式井傳動箱主動輪12與電機9相連，叢式井 傳動箱主動軸2的另一端安裝與減速器主動輪19相連的叢式井傳動箱輸出輪 16，為防止叢式井傳動箱輸出輪16與減速器主動輪19若采用皮帶連接有可能 出現(xiàn)皮帶打滑從而造成叢式井傳動箱主動軸2與減速器主動軸17之間發(fā)生相位 偏移，進而對系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生負面影響，本實施例在具體實施時原則上建 議在叢式井傳動箱輸出輪16與減速器主動輪19之間采用鏈傳動為佳。
與叢式井傳動箱1互為獨立的減速器7的結(jié)構(gòu)與安裝在其上的各部件的作用與功能大多已為公知，在此不多贅述。
需要特別指出的是與上述實施例同樣是基于不因個別單井采油設備的退出 而會對整個系統(tǒng)的正常運行以及對已退出系統(tǒng)的單井采油設備的獨立運行雙雙 產(chǎn)生不利影響方面的考慮，如附圖4所示的實施例依然采取在叢式井傳動箱主 動軸2與減速器主動軸17之間設置安裝離合裝置11或通過使用傳動帶、傳動 鏈來實現(xiàn)離合功效的技術方案。在叢式井傳動箱輸出輪16與減速器主動輪19 之間設置張緊輪20，猶如附圖l所示的實施例中的陳述，與在箱座44上預留便
于叢式井傳動箱1前后位移的長條形安裝孔具有異曲同工之處，都是便于前后 調(diào)節(jié)叢式井傳動箱1的固定位置，最大限度的減少叢式井串聯(lián)軸6在連接各叢 式井傳動箱1中的叢式井傳動箱聯(lián)動軸3時會不可避免出現(xiàn)的斜轉(zhuǎn)角，盡最大 可能的提高叢式井串聯(lián)軸6在系統(tǒng)運行過程中的傳動效率。
如附圖5、附圖6、附圖7、附圖8所示，系統(tǒng)所采用的單井采油設備基本 不受過多機械結(jié)構(gòu)類型的限制，尤以游梁式結(jié)構(gòu)抽油機與無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽油 機為最常見，該兩種常見機械結(jié)構(gòu)類型的抽油機的動力拖動組件都分別存在剛 性組件與柔性組件之分。
如附圖5所示，采用剛性組件接受動力拖動的游梁式結(jié)構(gòu)抽油機的游梁21 通過連桿28及橫向承力支架29等部件與曲柄15鉸接，置于游梁21后端的尾 梁23下偏于游梁21，在尾梁23的末端安裝有負載平衡重裝置，該結(jié)構(gòu)設計則 利用調(diào)徑變矩原理，可有效降低單機在運行過程中的無謂功耗峰(谷)值。
如附圖6所示，采用柔性組件接受動力拖動的游梁式結(jié)構(gòu)抽油機的游梁21 通過設置在其后端的后驢頭25、柔性件26及橫向承力支架29等部件連接曲柄 15，本實施例只所以將與柔性件26相觸的后驢頭應力弧27設計為異形平滑弧面，并在此基礎上又提出了另外一種在后驢頭應力弧27上設置鏈齒的技術替代 方案，則是為了確保纏繞在后驢頭25上的柔性件26在曲柄15的作用下拖動后 驢頭25做上下變矩運行時，能更有效的使作用在柔性件26與后驢頭應力弧27 張合位置處的平衡負荷力矩發(fā)揮到極致。
如附圖7所示，采用剛性組件接受動力拖動的無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽油機的天輪 36通過連桿28等部件與曲柄15鉸接，除了天輪36的形狀為常規(guī)的圓形輪、數(shù) 量為常見的單輪外，本實施例中的天輪36形狀由圓形輪與偏心異形弧輪組合而 成，抽油桿卡緊裝置46通過柔性件26懸掛在圓形輪的前端，而負載平衡重裝 置則通過柔性件26懸掛在具有調(diào)徑變矩功能的偏心異形弧輪的后端，為防止負 載平衡重裝置在上下運行過程中出現(xiàn)不必要的左右前后搖擺，保證負載平衡重 裝置上下運行平穩(wěn)，本實施例為此設計了一套由防擺輪與防擺桿共同組成的負 載平衡重防擺裝置35。
如附圖8所示，采用柔性組件接受動力拖動的無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽油機的天輪 36通過與天輪36同軸不同徑的拖動輪39、柔性件26及橫向承力支架29等部 件連接曲柄15，本實施例中的拖動輪39為與異形弧面輪可相互替代的異弧形齒 輪，使用該輪的目的是為了使纏繞在拖動輪39上的柔性件26在曲柄15的作用 下拖動拖動輪39做往復旋轉(zhuǎn)時，作用在柔性件26與拖動輪39動態(tài)張合位置間 的力矩效果比異弧形面輪會更高。
如附圖7、附圖8所示，實施例中的無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽油機采用立管機架主 體佐以斜拉筋的設計結(jié)構(gòu)，在機架輔體32與機架主體34之間采用活套結(jié)構(gòu)和 緊固件相結(jié)合的方式連接，為確保機架輔體32承載天輪36牢靠，在機架輔體 32的下方鉸接了一副安裝在抽油機底座上的支撐桿，該種連接方式既有節(jié)省設備制造材料方面的因素考慮，同時也是為了井位維修便利，不致使天輪36屆時 避讓井口困難。當油井需要維修時，只需將連接機架輔體32與機架主體34之 間以及支撐桿與抽油機底座之間的緊固螺絲松開，將機架輔體32以機架主體34 為軸心，旋轉(zhuǎn)一定角度即可實現(xiàn)天輪避讓井口的目的，這也使得以往安裝在井 位上的無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽油機在面對修井時，所采取的措施并不僅僅局限于單 靠位移天輪在機架輔體的相對位置這一種方案可供選擇。
如附圖5、附圖7、附圖8所示，為調(diào)參方便，圖中所顯示的實施例皆采用 了負載平衡重承載機構(gòu)33在其腔體中同時承載有固定負載平衡重體37與活動 負載平衡重體38的技術方案，該實施方案有利于提高生產(chǎn)效率，減小井場養(yǎng)護 人員的勞動強度。
如附圖9所示，曲柄平衡重承載機構(gòu)43上設有用于方便固定和裝卸活動曲 柄平衡重體42的槽檔，曲柄平衡重承載機構(gòu)43與固定曲柄平衡重體41合二為 一，曲柄平衡重承載機構(gòu)43通過齒嚙合與緊固件相結(jié)合的方式與曲柄15連接， 曲柄15與動力傳動組件之間的傳動鉸接點48設在曲柄平衡重體重心偏離曲柄 對稱中心線45—定角度的位置處，以形成異相曲柄，能有效降低輸出軸的凈扭 矩峰值，提高電動機功率利用率和運行效率，具有顯著的節(jié)能效果。
如附圖10所示，在拖動輪36上只所以設置多個用于纏繞柔性件26的柔性 件懸掛固定裝置40，則是為了應對設備在需要改變沖程時所采取的一種確保拖 動輪36與柔性件26在動態(tài)張合過程中能夠使平衡負荷的力矩達到最大化的技 術方案，該方案可顯著降低設備配備電機9的功率。
本實用新型凡涉及明顯特征功能和作用的裝置、機構(gòu)、部件、技術以及不 對其它尚在有效保護期內(nèi)的專利構(gòu)成侵權(quán)的措施，既可根據(jù)現(xiàn)場的實際井況互為替用和相互組合，也可根據(jù)現(xiàn)場的實際井況做相應的增減調(diào)整，將不受上述 實施例缺述、附圖缺畫或所示附圖具體形狀與結(jié)構(gòu)的限制。如動力驅(qū)動系統(tǒng) 一旦出現(xiàn)故障，將會導致整個叢式井場的設備全部停機，通常情況下的做法是 先將有故障的電機拆除，待安裝上新的電機之后，才能恢復系統(tǒng)運行，本實用 新型可采用一用一備或N用n備的電機配置方案，當一臺電機出力不足或發(fā)生 故障時，可即可啟動備用電機，以提高生產(chǎn)效率。另外再如當面對需要大功 率電機拖動的抽油系統(tǒng)以及面臨產(chǎn)液量不飽和的井況時，為使系統(tǒng)啟動平穩(wěn)、 提高泵效，可在系統(tǒng)中添置軟啟動裝置及其變頻裝置或?qū)⒊Ｒ?guī)電機替換成可調(diào) 速的永磁電機。又如為防止人或畜在系統(tǒng)運行時進入?yún)彩骄?lián)軸的旋轉(zhuǎn)區(qū) 域發(fā)生意外，可在叢式井串聯(lián)軸周圍設置標識有明顯安全警示標志的全封閉防 護欄。還如為防止負載平衡重裝置有可能出現(xiàn)失重導致其自由下滑發(fā)生不測， 可考慮在負載平衡重裝置的下方設置一套安全防撞緩沖機構(gòu)。
權(quán)利要求1、一種叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，包括叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)、單井采油設備、動力與控制單元，其特征在于叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)由至少兩臺叢式井傳動箱(1)與至少一根叢式井串聯(lián)軸(6)組成，各單井采油設備首尾同向并排設置在相應的井位上，關聯(lián)的每臺單井采油設備分別配備一臺叢式井傳動箱(1)，叢式井傳動箱(1)安裝在箱座(44)上，各叢式井傳動箱(1)通過叢式井串聯(lián)軸(6)和叢式井傳動箱聯(lián)動軸(3)串聯(lián)為一體，叢式井傳動箱聯(lián)動軸(3)與叢式井串聯(lián)軸(6)之間采用聯(lián)軸器(4)連接，各單井采油設備通過叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)以相差相位角的方式相連形成叢式井抽油系統(tǒng)，動力與控制單元包括電機(9)與控制箱(10)，系統(tǒng)中至少有一臺叢式井傳動箱(1)的傳動軸通過傳動部件與至少一臺電機(9)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，其特征在于 單井采油設備包括減速裝置，所述的叢式井傳動箱(1)與減速裝置為一體結(jié)構(gòu) 或相互獨立結(jié)構(gòu)，所述的叢式井傳動箱(1)的傳動軸與電機(9)相連的傳動 部件包括傳動帶、傳動輪或聯(lián)軸裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，其特征在于-與減速裝置為一體結(jié)構(gòu)的叢式井傳動箱(1)的傳動軸由包括叢式井傳動箱主動 軸(2)、叢式井傳動箱聯(lián)動軸(3)、單機運行主動軸(5)和單機運行輸出軸(8) 在內(nèi)的至少四根傳動軸組成，叢式井傳動箱聯(lián)動軸(3)與單機運行輸出軸(8) 分別置于叢式井傳動箱(1)中各按序排列著的傳動軸的首尾兩端，叢式井傳動 箱主動軸(2)與單機運行主動軸(5)設置于叢式井傳動箱聯(lián)動軸(3)與單機運行輸出軸(8)之間；叢式井傳動箱主動軸(2)與單機運行主動軸(5)上分 別安裝有至少兩副傳動齒輪(30)，叢式井傳動箱聯(lián)動軸(3)與單機運行輸出 軸(8)上分別安裝有至少一副傳動齒輪(30)，安裝在叢式井傳動箱主動軸(2) 上的至少一副傳動齒輪(30)直接或間接與安裝在叢式井傳動箱聯(lián)動軸(3)上 的傳動齒輪(30)相嚙，安裝在單機運行主動軸(5)上的至少一副傳動齒輪(30) 直接或間接與安裝在單機運行輸出軸(8)上的傳動齒輪(30)相嚙，安裝在叢 式井傳動箱主動軸(2)上的至少一副傳動齒輪(30)直接或間接與安裝在單機 運行主動軸(5)上的至少一副傳動齒輪(30)相嚙，在叢式井傳動箱主動軸(2) 與單機運行主動軸(5)之間或叢式井傳動箱主動軸(2)與單機運行主動軸(5) 當中的任意一根傳動軸上設置有離合裝置(11);在叢式井傳動箱主動軸(2) 的一端安裝有叢式井傳動箱主動輪(12)或聯(lián)軸器(4)，在單機運行主動軸(5) 的兩端分別安裝單機運行主動輪(13)與單機剎車裝置(14)，曲柄(15)置于 單機運行輸出軸(8)的軸端；叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)的系統(tǒng)剎車裝置(24) 設在系統(tǒng)內(nèi)至少一臺叢式井傳動箱(1)當中其軸徑不大于單機運行主動軸(5) 的任意一根傳動軸上，或與設在各單井采油設備上的單機剎車裝置(14)進行 共用。
4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，其特征在于 與減速裝置為相互獨立結(jié)構(gòu)的叢式井傳動箱(1)的傳動軸由包含叢式井傳動箱 主動軸(2)與叢式井傳動箱聯(lián)動軸(3)在內(nèi)的至少兩根傳動軸組成，傳動軸 之間通過安裝在其上的傳動齒輪(30)相嚙，叢式井傳動箱主動軸(2)的一端 安裝有叢式井傳動箱主動輪(12)或聯(lián)軸器(4),叢式井傳動箱主動軸(2)的 另一端安裝叢式井傳動箱輸出輪(16);與叢式井傳動箱(1)為相互獨立結(jié)構(gòu)的減速裝置包括有減速器(7)，減速器(7)的傳動軸由包含減速器主動軸(17) 與減速器輸出軸(18)在內(nèi)的至少兩根皆安裝有齒輪傳動裝置的傳動軸組成， 減速器主動軸(17)的兩端分別安裝減速器主動輪(19)與單機剎車裝置(14)， 曲柄(15)安裝在減速器輸出軸(18)的軸端；叢式井傳動箱輸出輪(16)與 減速器主動輪(19)之間采用傳動帶或傳動鏈條連接，叢式井傳動箱主動軸(2) 與減速器主動軸(17)之間設置有離合裝置(11)或采用傳動帶或采用傳動鏈 條進行離合，在叢式井傳動箱輸出輪(16)與減速器主動輪(19)之間設置有 張緊輪(20);叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)的系統(tǒng)剎車裝置(24)設在系統(tǒng)內(nèi)至 少一臺叢式井傳動箱(1)當中的任意一根傳動軸上，或與設在各單井采油設備 上的單機剎車裝置(14)進行共用。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，其特征在 于叢式井串聯(lián)軸(6)選用管材或型材，聯(lián)軸器(4)選用常規(guī)十字萬向節(jié)或 具有軸向伸縮功能的萬向軸，叢式井傳動箱聯(lián)動軸(3)與叢式井串聯(lián)軸(6) 通過緊固件及相應的配套部件或焊接方式和聯(lián)軸器(4)連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，其特征在 于單井采油設備包括游梁式結(jié)構(gòu)抽油機與無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽油機，所述的游 梁式結(jié)構(gòu)抽油機或無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽油機的平衡重裝置由負載平衡重裝置與曲 柄平衡重裝置當中的至少一種裝置構(gòu)成；負載平衡重裝置由負載平衡重承載機 構(gòu)(33)與負載平衡重體組成，負載平衡重承載機構(gòu)(33)為腔體或支架體結(jié) 構(gòu)，負載平衡重體由固定負載平衡重體(37)與活動負載平衡重體(38)當中 的至少一種負載平衡體構(gòu)成，負載平衡重承載機構(gòu)(33)與固定負載平衡重體(37)為相互獨立的部件或一體結(jié)構(gòu)；曲柄平衡重裝置由曲柄平衡重承載機構(gòu)(43)與曲柄平衡重體組成，曲柄平衡重體由固定曲柄平衡重體(41)構(gòu)成或 由活動曲柄平衡重體(42)構(gòu)成或由固定曲柄平衡重體(41)與活動曲柄平衡 重體(42)組合構(gòu)成，曲柄平衡重體安裝在曲柄平衡重承載機構(gòu)(43)上或與 曲柄平衡重承載機構(gòu)(43)合二為一，曲柄平衡重承載機構(gòu)(43)與曲柄(15) 通過緊固件連接或通過齒嚙合與緊固件相結(jié)合連接或為一體結(jié)構(gòu)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，其特征在于 游梁式結(jié)構(gòu)抽油機的游梁(21)前端安裝前驢頭(22)，游梁(21)的后端設置 尾梁(23)或后驢頭(25);尾梁(23)上偏于游梁(21)或下偏于游梁(21) 或與游梁(21)處于同一水平或與游梁(21)合二為一，尾梁(23)為裸梁或 安裝有負載平衡重裝置；后驢頭(25)為與前驢頭(22)形狀相仿的常規(guī)驢頭 或異形弧狀驢頭，后驢頭(25)上安裝有柔性件(26),柔性件(26)包括繩 或帶或鏈或繩、帶、鏈間的相互組合，與柔性件(26)相接觸的后驢頭應力弧(27)上設有鏈齒或為平滑弧面，與后驢頭(25)相接觸的柔性件(26)的末 端懸掛有負載平衡重裝置或連接在橫向承力支架(29)上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，其特征在于 無梁式天輪結(jié)構(gòu)抽油機的機架主體(34)為桁架結(jié)構(gòu)或立柱體結(jié)構(gòu)或立棱體結(jié) 構(gòu)或立管體結(jié)構(gòu)，安裝天輪(36)的天輪軸(47)置于天輪支座(31)上，天 輪支座(31)安裝在機架輔體(32)上或與機架輔體(32)合二為一，機架輔 體(32)與機架主體(34)之間采用緊固件連接或釆用活套結(jié)構(gòu)和緊固件相結(jié) 合的方式連接或焊接為一體；天輪(36)為單輪或雙輪或多輪組合，天輪(36) 的形狀為圓形輪或扇形輪或偏心異形弧輪或圓形輪、扇形輪、偏心異形弧輪間 的任意組合；抽油桿卡緊裝置(46)與負載平衡重裝置通過兩組反方向安裝在天輪(36)上的柔性件(26)分別懸掛于天輪(36)的前后兩端，柔性件(26) 包括繩或帶或鏈或繩、帶、鏈間的相互組合，在天輪軸(47)的下端設置有至 少一套負載平衡重防擺裝置(35)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，其特征在于 單井采油設備中的曲柄(15)為單柄或雙柄，曲柄(15)通過剛性拖動組件或 柔性拖動組件直接或間接與游梁式結(jié)構(gòu)抽油機中的游梁(21)或無梁式天輪結(jié) 構(gòu)抽油機中的天輪(36)連接，剛性拖動組件由連桿(28)與橫向承力支架(29) 組合構(gòu)成或由連桿(28)單獨組成，柔性拖動組件由柔性件(26)、橫向承力支 架(29)和連桿(28)共同構(gòu)成或由柔性件(26)與連桿(28)組合構(gòu)成或由 柔性件(26)與橫向承力支架(29)組合構(gòu)成或由柔性件(26)單獨組成，曲 柄(15)與連桿(28)或柔性件(26)之間的傳動鉸接點(48)設在曲柄平衡 重體重心和曲柄對稱中心線(45)的交匯線上或設在曲柄平衡重體重心偏離曲 柄對稱中心線(45) —定角度的位置處。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，其特征在于 在天輪(36)的側(cè)旁或之間設有與天輪(36)同軸不同徑的拖動輪(39),拖動 輪(39)為單輪或雙輪，拖動輪(39)為圓形或扇形或異弧形的平滑弧面輪或 弧形固齒輪或弧形活齒輪，拖動輪(39)與天輪(36)為相互獨立的輪體或一 體結(jié)構(gòu)，在每個拖動輪(36)上 置有一個或一個以上用于纏繞柔性件(26) 的柔性件懸掛固定裝置(40)。
專利摘要本實用新型涉及一種叢式井載荷互平衡節(jié)能抽油系統(tǒng)，包括叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)、單井采油設備、動力與控制單元，其運用叢式井中多臺單井采油設備上下沖程懸點載荷的差值作為互相平衡手段，將各單井采油設備通過叢式井載荷互平衡傳動機構(gòu)以相差一定相位角的方式依次連接，既能確保系統(tǒng)中的個別單井采油設備在脫離系統(tǒng)后不會對整個系統(tǒng)的運行產(chǎn)生影響，又可保證從系統(tǒng)分離出來的單井采油設備依然能夠正常工作。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、系統(tǒng)效率高、運行維護成本低、安裝簡便、且節(jié)能效果十分顯著等諸多優(yōu)點。
文檔編號E21B43/00GK201377310SQ20092003216
公開日2010年1月6日 申請日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者龐超乾, 張保國, 楊武成 申請人:張保國