阅读说明：本技术 一种超大冲程和荷载的游梁式抽油机 (beam-pumping unit of super large stroke and load ) 是由 张聪 刘发 刘士华 刘雷芳 智德信 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种超大冲程和荷载的游梁式抽油机,包括底座和支架,在所述底座的另一端由支架向外依次设有曲柄轴、减速器和电动机,所述电动机通过皮带与减速器连接,所述减速器通过曲柄轴连接有连杆,所述支架顶部通过固定安装的支架轴安装有游梁,所述游梁两端分别安装有驴头和平衡配重块,且在位于所述平衡配重块一端的游梁上安装有横梁,以扭矩因数为目标函数,优化计算抽油机几何参数；本发明通过以扭矩因数为目标函数进行针对性的优化,从而获得抽油机确切的优化结果,并且通过设置对准器和角度测量仪,便于根据优化后的结果确定定位点的位置,并依据该定位点的位置进行几何参数的调整,从而可以准确的按照优化结果对整体结构进行调整。(The embodiment of the invention discloses a walking beam type pumping unit with super-large stroke and load, which comprises a base and a bracket, wherein a crank shaft, a speed reducer and a motor are sequentially arranged at the other end of the base from the bracket to the outside, the motor is connected with the speed reducer through a belt, the speed reducer is connected with a connecting rod through the crank shaft, the top of the bracket is provided with a walking beam through a fixedly arranged bracket shaft, two ends of the walking beam are respectively provided with a horse head and a balancing weight block, a cross beam is arranged on the walking beam at one end of the balancing weight block, and the geometrical parameters of the pumping unit are optimally calculated by taking a torque factor as a target function; the invention carries out targeted optimization by taking the torque factor as a target function so as to obtain the exact optimization result of the oil pumping unit, and the aligner and the angle measuring instrument are arranged so as to be convenient for determining the position of the positioning point according to the optimized result and carrying out the adjustment of geometric parameters according to the position of the positioning point, thereby accurately adjusting the whole structure according to the optimization result.)

一种超大冲程和荷载的游梁式抽油机

技术领域

本发明实施例涉及抽油机技术领域，具体涉及一种超大冲程和荷载的游梁式抽油机。

背景技术

作为油田采油主要机具的常规游梁式抽油机，由于其可靠耐用的特点，一直在各大油田广泛使用。游梁式抽油机的基本工作原理为电动机旋转通过皮带为减速机输入轴提供动力，减速机输出轴输出的旋转动力通过曲柄、连杆、游梁和驴头等部件将旋转运动转化为反复的直线运动，从而驱动油井中抽油泵工作实现抽油功能。悬点载荷、冲程长度、冲次及减速器扭矩是体现抽油机抽汲取性能的最基本参数，目前市场上的游梁抽油机最大冲程为240in.(6.1m)。

虽然现有技术中的游梁式抽油机的基本结构和基本原理均是相似的，但是在实际应用中由于抽油机的几何参数变化，其决定了抽油机动力性能的优劣，也影响着抽油机能耗的多少。其中最大扭矩因数及悬点最大加速度是衡量抽油机动力性能的两个指标，扭矩因数的大小直接影响着曲柄轴最大扭矩的大小，同时也决定了扭矩因数曲线及曲柄轴扭矩曲线的形状，并影响着悬点加速度。

在现有技术条件下，抽油机的几何参数往往取决于实际的试验或者加工的数据积累，而无法根据实际情况进行针对性的优化计算，也无法通过优化计算得出最佳的几何参数优化结果，并且不能依据优化后的结果快速确定定点的位置。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种超大冲程和荷载的游梁式抽油机，通过设定目标函数的方式对游梁式抽油机进行优化计算，从而确定具体的参数，以提高抽油机的作业效果，以解决现有技术中无法根据实际情况进行针对性优化计算的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种超大冲程和荷载的游梁式抽油机，包括底座和固定安装在底座端部的支架，在所述底座的另一端由支架向外依次设有曲柄轴、减速器和电动机，所述电动机通过皮带与减速器连接，所述减速器通过曲柄轴连接有连杆，所述支架顶部通过固定安装的支架轴安装有游梁，所述游梁两端分别安装有驴头和平衡配重块，且在位于所述平衡配重块一端的游梁上安装有横梁，所述横梁和连杆连接；

其中，以扭矩因数为目标函数，优化计算抽油机几何参数为：

游梁上支架轴中心线至井口中心线的距离为A＝7151～7300mm；

游梁上支架轴承中心线至横梁中心线的距离为C＝3447～3576mm；

游梁上支架轴中心线和曲柄轴中心线间的水平距离为I＝3409～3569mm；

连杆的长度为P＝7125～7222mm；

游梁上支架轴中心线至底座表面的距离为H＝10351～10489mm；

曲柄轴中心至底座表面的距离为G＝3163～3343mm；

曲柄轴半径为R＝1811～1912mm。

作为本发明的一种优选方案，所述游梁上支架轴中心线处和曲柄轴上均安装有对准器，且在所述曲柄轴上还安装有角度测量仪。

作为本发明的一种优选方案，所述底座上设置有抬升板，且所述抬升板和所述底座之间设有滑块，所述滑块两侧套设在底座上，且在所述滑块和抬升板之间通过液压柱连接。

作为本发明的一种优选方案，所述驴头的顶部固定安装有悬绳器的端部，在所述驴头呈半弧面，且在所述驴头的中心设有容纳槽，所述悬绳器设在所述容纳槽内滑动。

作为本发明的一种优选方案，所述游梁的底部设有滑轨，且在所述滑轨内套设有两组滑移座，所述滑移座上设有与所述滑轨卡合的卡爪，两组所述滑移座上分别与所述支架轴和横梁连接。

作为本发明的一种优选方案，所述游梁两端均设有中空腔，所述中空腔内表面固定安装有沿着轴向设置的定螺纹，且在所述中空腔内设有与所述定螺纹咬合的动螺杆。

作为本发明的一种优选方案，位于两端的所述动螺杆两端分别与所述驴头和所述平衡配重块固定连接，且所述驴头和所述平衡配重块套设在所述游梁上。

作为本发明的一种优选方案，所述支架由若干个所述标准节依次堆叠连接形成整体结构，且在位于最顶部的所述标准节上安装有平台板，所述支架轴安装在所述平台板上。

本发明的实施方式具有如下优点：

(1)本发明通过以扭矩因数为目标函数进行针对性的优化，从而获得抽油机确切的优化结果，并且将优化的结果应用到抽油机的几何参数中，通过在该几何参数的优化结果范围内进行调整，以提高抽油机的实际工作效果；

(2)本发明通过设置对准器和角度测量仪，便于根据优化后的结果确定定位点的位置，并依据该定位点的位置进行几何参数的调整，从而可以准确的按照优化结果对整体结构进行调整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中的框架结构示意图；

图2为本发明实施方式中几何参数的示意图；

图3为本发明实施方式中的整体结构示意图。

图中：1-底座；2-支架；3-曲柄轴；4-减速器；5-电动机；6-连杆；7-支架轴；8-游梁；9-驴头；10-平衡配重块；11-横梁；12-悬绳器；13-抬升板；14-对准器；15-角度测量仪；

101-标准节；102-平台板；

801-滑轨；802-滑移座；803-卡爪；804-中空腔；805-定齿条；806-动齿条；

901-容纳槽。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种超大冲程和荷载的游梁式抽油机，包括底座1和固定安装在底座1端部的支架2，在所述底座1的另一端由支架2向外依次设有曲柄轴3、减速器4和电动机5，所述电动机5通过皮带与减速器4连接，所述减速器4通过曲柄轴3连接有连杆6，所述支架2顶部通过固定安装的支架轴7安装有游梁8，所述游梁8两端分别安装有驴头9和平衡配重块10，且在位于所述平衡配重块10一端的游梁8上安装有横梁11，所述横梁11和连杆6连接。

抽油机的基本工作原理为电动机旋转通过皮带为减速机输入轴提供动力，减速机输出轴输出的旋转动力通过曲柄、连杆、游梁和驴头等部件将旋转运动转化为反复的直线运动，从而驱动油井中抽油泵工作实现抽油功能。

在本发明中，悬点载荷、冲程长度、冲次及减速器扭矩是体现抽油机抽汲取性能的最基本参数，目前市场上的游梁抽油机最大冲程为240in.(6.1m)。

本发明首次实现了游梁抽油机的载荷可达到50000LBS(222.26KN),冲程可达到320in(8.13m)，减速器扭矩可达2560000in-lbs(289KN.m),最大冲次可达8SPM。

其中：如图2所示，设定游梁上支架轴中心线至井口中心线的距离为A，游梁上支架轴承中心线至横梁中心线的距离为C，游梁上支架轴中心线和曲柄轴中心线间的水平距离为I，连杆的长度为P，游梁上支架轴中心线至底座表面的距离为H，曲柄轴中心至底座表面的距离为G，曲柄轴半径为R。

抽油机的结构尺寸R、P、C、H、G、A、I值作为抽油机的设计变量，决定了抽油机动力性能的优劣，也影响着抽油机能耗的多少。其中最大扭矩因数及悬点最大加速度是衡量抽油机动力性能的两个指标，扭矩因数的大小直接影响着曲柄轴最大扭矩的大小，同时也决定了扭矩因数曲线及曲柄轴扭矩曲线的形状，并影响着悬点加速度。

扭矩因数是由抽油机结构尺寸R、P、C、H、G、A、I值计算推导出来的，本发明中以扭矩因数为目标函数，通过优化计算得出最优的抽油机几何尺寸。

本实施方式中抽油机的几何参数优化结果为：

A(mm)

C(mm)

I(mm)

P(mm)

H(mm)

G(mm)

R(mm)

7151～7300

3447～3576

3409～3569

7125～7222

10351～10489

3163～3343

1811～1912

根据上述，本发明中，主要是通过以扭矩函数作为目标函数进行的优化，从而在优化的过程中以最佳目标函数为优化条件，对抽油机的几何参数进行逐步优化，从而达到最佳的效果，即提高抽油机的载荷和减速器的扭矩，以及加速冲程和最大冲次。

本发明相对于现有技术而言，本发明是以目标函数为基础做优化计算的，而非单独考虑其中的某个或者某种组合而进行优化，该优化方式可以体现在各个几何参数上，并且本发明实施方式中的抽油机可以实现对各个参数优化后的直接调整，以满足最佳的效果。

在上述实施方式中，所述驴头9的顶部固定安装有悬绳器12的端部，在所述驴头9呈半弧面，且在所述驴头9的中心设有容纳槽901，所述悬绳器9设在所述容纳槽901内滑动，通过设置的半弧面，使得驴头9在上下运动时悬绳器12始终处于竖直状态，不会对悬绳器12产生额外的阻力。

为了配合上述几何参数的调整，所述游梁8的底部设有滑轨801，且在所述滑轨801内套设有两组滑移座802，所述滑移座802上设有与所述滑轨801卡合的卡爪803，两组所述滑移座802上分别与所述支架轴7和横梁11连接。

通过滑移座802的滑动作用来实现对上述几何参数的调整，同时通过卡爪803将调整后的滑移座802固定起来，以期达到最佳的调整效果。

进一步地，由于在本实施方式中各个结构之间的几何参数均是需要调整的，因此为了保证游梁8两端调整的可靠性，在对驴头9和平衡配重块10的调整采用齿条的方式进行调整。所述游梁8两端均设有中空腔804，所述中空腔804内表面固定安装有沿着轴向设置的定螺纹805，且在所述中空腔804内设有与所述定螺纹805咬合的动螺杆806，位于两端的所述动螺杆806两端分别与所述驴头9和所述平衡配重块10固定连接，且所述驴头9和所述平衡配重块10套设在所述游梁8上。

在上述中，动螺杆806通过转动从而实现递进或缩退，以达到调整其相对位置的目的。

其中，所述支架1由若干个所述标准节101依次堆叠连接形成整体结构，且在位于最顶部的所述标准节101上安装有平台板102，所述支架轴7安装在所述平台板102上，在本实施方式中，支架1的调整是通过标准节101的依次堆叠来实现高度调整的。

所述底座1上设置有抬升板13，且所述抬升板13和所述底座1之间设有滑块，所述滑块两侧套设在底座1上，且在所述滑块和抬升板13之间通过液压柱连接，通过滑块和液压柱的调整作用来进一步调整各个结构之间的参数关系。

如图3所示，所述游梁8上支架轴7中心线处和曲柄轴3上均安装有对准器14，且在所述曲柄轴3上还安装有角度测量仪15。在本发明中，为了便于确定定位点之间的相对位置关系，通过设置对准器和角度测量仪，首先确定支架轴7和游梁8的相对位置以及曲柄轴3的相对位置，在确定这两者的位置之后整体架构即可确定，然后再依据这两者定位点之间的关系来调整其他结构之间的几何参数关系，从而可以简化其调整过程。

本发明中主要是通过定位点的把控，并以定位点作为基础来调整整体的几何参数关系，从而完成整个抽油机的调整。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。