专利名称：六杆变相节能游梁式抽油机的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械工程领域的石油采油设备——抽油机。
背景技术：
目前，我国及世界上的产油国采取石油，均采用抽油机在油孔中采油。其中应用最广泛的是游梁式抽油机，它的工作原理如下常规游梁式抽油机结构是一个典型的四杆机构(参见图1)，它由曲柄AB、连杆BC、摇杆CD及机架AD组成。摇杆CD及其为了采集摇杆运动的延伸段DE构成游梁，游梁的前端是驴头，驴头悬点E处连接有杆泵抽油装置。曲柄AB回转一周，抽油杆上下往复一次，完成抽油动作。悬点处承受的是交变载荷。这个载荷通过上述四杆机构作用在减速器输出轴(即A轴)上的扭矩称为外载扭矩，它随曲柄转角的变化曲线如图2中的曲线1所示。平衡重作用在输出轴上的平衡力矩是按正弦曲线规律变化的。见图2中的曲线2，外载扭矩与平衡力矩相抵后得到的净扭矩见图2中的曲线3，它是选择抽油机电机功率的主要依据，也是影响抽油机能耗的主要因素。由图2可见，由于外载扭矩1在相位上及数值上与正弦曲线2都有差异，因此抽油机的净扭矩3有较大的峰值和较深的谷值(负值)。波动较大，从而带来一系列的缺点1.峰值扭矩大，为了保证抽油机的正常运转，要求配置大功率电机。
2.电机长期在低功率因数状态，会使电网的供电质量变差；3.曲柄轴上的等值扭矩(均方根扭矩)大，能耗大；4.负扭矩大，使抽油机工作在频繁的正反工作状态，冲击载荷大，传动性能差，同时造成电动机向电网回馈送电。
为了克服上述缺点，达到使抽油机节能的目的，先后出现了不少节能的游梁式抽油机结构。目前已有的抽油机结构形式有双驴头游梁式、异相型游梁式、下偏杠铃游梁式、调径变矩游梁式、带副连杆双四杆游梁式、外翘下杆铃游梁式、吊重滑轮组平衡式等形式。上述各种抽油机还需进一步改进，从而达到更好的节能效果。
因此，对抽油机旋转平衡重与负载力矩的平衡关系进行深入的理论研究，寻找最科学的研究方法，找出最先进、最经济、最简单、最易行的改造抽油机的设计方案，生产出成本低且节能效果最好的抽油机，已成为抽油机生产厂家和石油行业技术人员多年来不懈追求的重大课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种六杆变相节能游梁式抽油机。
本发明的六杆变相节能游梁式抽游机，主要包括作为固定连杆的机架、曲柄AB、连杆C′Q、附加连杆CB、摇杆C′D、附加摇杆CD、摇杆C′D的延伸段即游梁DE、驴头、与驴头上的点E连接的有杆泵、电机以及减速器，其中，减速器输出轴与曲柄AB的一端A枢接，曲柄平衡重安装在该曲柄AB的另一端上；所述附加连杆CB与曲柄AB在其共同的端点B枢接，所述附加摇杆CD与所述附加连杆CB在其共同的端点C枢接，附加摇杆CD、摇杆C′D及机架在端点D处枢接，连杆C′Q在其一个端点C′处与摇杆C′D枢接，连杆C′Q的另一个端点Q点枢接在附加连杆CB的适当位置上。
本发明的另一特征是在曲柄AB上设置了一个与曲柄AB的中心线偏置的或正或负的偏置角，称为异相角。异相角位于曲柄AB中心线上方时为正，位于下方时为负。具体的角度位置的确定，依据抽油机的不同规格、使用环境、油井状况具体分析经过计算机仿真及优化设计后确定。该异相角用于确定曲柄AB与连杆CB枢接时铰链销柱的安装位置。
基于上述2点，使本发明如图3所示的连线QA与曲柄AB中心线的相位角Ω在抽油机工作中总是变化的，这一不断变化的相位角度大大减少了悬点E处的负荷作用在减速器输出轴上的外载扭矩值。从而使抽油机的能耗大大下降。
图1.常规游梁式抽油机示意图；图2.常规游梁式抽油机平衡扭矩曲线；图3.六杆变相节能游梁式抽油机示意图；图4.六杆变相节能游梁式抽油机的曲柄铰链销柱安装角度结构示意图；图5.六杆变相节能游梁式抽油机一个实施例的扭矩平衡曲线；图6.六杆变相节能游梁式抽油机又一个实施例的扭矩平衡曲线；图7.六杆变相节能游梁式抽油机一个实施例的异相角度趋势表；图8.六杆变相节能游梁式抽油机一个实施例的异相角度趋势图；具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面将参照附图对本发明进行详细的描述。
现在参照附图3，在图3中曲柄AB的端点A与抽油机减速器的输出轴枢接，平衡重安装在该曲柄AB的另一端上。附加连杆CB与曲柄AB在端点B枢接，附加摇杆CD与附加连杆CB在它们的共同端点C处枢接，附加摇杆CD、摇杆C′D以及机架在点D处枢接。摇杆C′D和连杆C′Q在其共同的端点C′处枢接，连杆C′Q的端点Q点枢接在附加连杆CB上的某一位置处，由此构成了本发明的六连杆运动机构。
该六连杆抽油机的工作过程是抽油机的电机(图中未示出)带动减速器(图中未示出)，减速器带动在端点A处与减速器输出轴枢接的曲柄AB，并使曲柄AB绕端点A旋转，从而使曲柄AB带动附加连杆CB绕端点A点运动，枢接在所述附加连杆CB之上的连杆C′Q围绕点A做摆动运动，在附加连杆CB以及连杆C′Q的驱动下，附加摇杆CD和摇杆C′D绕点D做上下摆动运动，由于C’DE是刚性的，从而使悬点E上下往复运动，使抽油机完成抽油动作。图3中所示的虚线为曲柄的一端点B的运动轨迹。
参照看图4，图4是本发明曲柄AB的结构示意图，它与常见的抽油机的曲柄基本相同，不同之处在于该曲柄AB的端点B并未位于曲柄AB的中心线上，而是位于其中心线的或上或下的位置处，形成了一个偏置角，称为异相角。该异相角中心线通过曲柄AB中心线上的点A，端点B则需依据抽油机的规格、现场工况、油井工况等参数，经过计算机仿真和优化设计后的计算参数确定。以曲柄AB的中心线作为零点，该角度参数或正或负。端点B与端点A之间的距离，也需采用与确定端点B角度的同样方法进行确定。
在抽油机工作时，端点Q是连杆C′Q的下端点，随着曲柄AB绕减速器输出轴中心，也就是围绕曲柄AB的端点A转动，其旋转角度以θ表示，端点Q与端点A的连线QA与曲柄AB中心线之间的夹角Ω(未在图中示出)即相位角也在不断变化(参见图7、图8)，从而改变了悬点E作用在减速器输出轴上的外载扭矩值。
如图5所示，本发明六杆变相游梁式抽油机的外载扭矩为曲线1′，曲柄AB的平衡扭矩为正弦曲线2，曲线3′是曲线1′与曲线2叠加后的净扭矩曲线。外载扭矩1′与平衡扭矩2，在同一转角处的数值大致相等，且方向相反，使副扭矩基本消除或完全消除，这就可以使净扭矩的幅值大幅度减少。
表1为本发明抽油机与某一相同规格的常规游梁式抽油机净扭矩的比较表。
表1
由表1可见本发明抽油机净扭矩幅值的最大值49.06KNm(见图5)，比常规游梁式抽油机净扭矩幅值的最大值75.87KNm(见图2)，减少了35.34％。
本发明抽油机净扭矩幅值的最小值-0.19KNm(见图5)，比常规游梁式抽油机净扭矩幅值的最小值-18.35KNm(见图2)，降低了98.96％。可以说消除了常规游梁式抽油机负扭矩大、频繁工作在正反工作状态、冲击载荷大、传动性能差、同时造成电动机向电网回馈送电的一系列缺点。
本发明抽油机净扭矩变化幅值仅为49.25KNm(见图5)，比常规游梁式抽油机净扭矩变化幅值94.22KNm(见图2)，降低了47.73％。在减少用电量、抑制电网波动方面，收到了显著的效果。
本发明抽油机的均方根扭矩24.08KNm(见图5)，比常规游梁式抽油机的均方根扭矩36.36KNm(见图2)，降低了33.78％。在减少用电量、降低能耗方面，收到了显著的效果。
表2为本发明抽油机与现有的规格相同的节能抽油机如异相游梁式抽油机的净扭矩比较表。
表2
从表2以及图6中可以看出，本发明的抽油机与国内已采用的节能效果明显的异相游梁式抽油机相比，仍具有以下优势本发明抽油机比节能异相游梁式抽油机净扭矩最大幅值降低了24.65％。净扭矩最小幅值降低了94.66％，净扭矩变化幅值降低了31.74％，均方根扭矩降低了30.55％，对减少用电量、抑制电网波动、大幅度降低能耗方面，可以起到明显的作用。
从以上两个实施例及本发明的其它实施例可以看出，与常规游梁式抽油机或异相游梁式抽油机相比，本发明六杆变相节能抽油机具有以下显著特点1.负扭矩大为减小，降低了94.66％到98.96％，基本或完全消除了负扭矩，很好的改善了抽油机的工作状况，消除了电机的回馈送电，使电网供电相位及输电量得到了净化2.净扭矩峰值可以降低24.65％～35.34％，净扭矩变化幅值可以降低31.74％～53.16％，可以明显的抑制电网波动，改善供电电网供电质量。
3.均方根扭矩可以降低30.55％～41.23.％，可以明显的有效的减小用电能耗40％以上，可以配备小于原来电机功率40％的电机。
4.本发明的六杆变相节能游梁式抽游机与其它常规游梁式抽油机或异相节能抽油机的节约能耗技术相比，它具有结构简单，安全可靠，成本低，用于新设备生产或老设备改造简单易行的优点。
对本发明的上述描述是说明性的，在不脱离本发明精神和实质的范围内，本领域的普通技术人员可以根据需要对其进行修改或变形，这些修改或变形均包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种六杆变相节能游梁式抽油机，其主要包括作为固定连杆的机架、曲柄(AB)、连杆(C′Q)、附加连杆(CB)、摇杆(C′D)、附加摇杆(CD)摇杆(C′D)的延伸段即游梁(DE)、驴头、与驴头上的点E连接的有杆泵、电机以及减速器，其中，减速器输出轴与曲柄(AB)的一端(A)枢接，曲柄平衡重安装在该曲柄(AB)的另一端上；所述附加连杆(CB)与曲柄(AB)在其共同的端点(B)枢接，所述附加摇杆(CD)与所述附加连杆(CB)在其共同的端点(C)枢接，附加摇杆(CD)、摇杆(C′D)及机架在端点(D)处枢接，连杆(C′Q)在其一个端点(C′)处与摇杆(C′D)枢接，连杆(C′Q)的另一个端点(Q)点枢接在附加连杆(CB)的适当位置上。
2.根据权利要求1所述的抽油机，其特征在于，曲柄(AB)上端点(A)与端点(B)的连线与曲柄(AB)的中心线存在一个偏置角。
3.根据上述权利要求1或2所述的抽油机，其特征在于，所述枢接为铰链连接。
全文摘要
本发明涉及一种六杆变相节能游梁式抽油机。常规的游梁式抽油机用的是四连杆机构，本发明首次将六连杆机构应用在抽油机中。它是在已有的四杆游梁式抽油机的基础上，新增了两个主要零件附加连杆(CB)和附加摇杆(CD)。同时该抽油机的曲柄上有一偏置的枢接点，使得抽油机工作时，其附加连杆(CB)上的点(Q)与减速机输出轴中心(A)之间的连线(QA)和抽油机曲柄(AB)中心线之间的相位角是变化的。由此，使抽油机游梁悬点(E)处的负荷作用在减速机输出轴(A)点上的外载扭矩大大减少，从而达到了六杆变相节能游梁式抽油机优良的平衡效果，基本上消出了负扭矩，大大减少了净扭矩幅值，起到了明显的节能作用。
文档编号F04B47/02GK1570347SQ200410037640
公开日2005年1月26日 申请日期2004年4月28日 优先权日2004年4月28日
发明者吴序堂, 董剑, 贺敬良, 潘峰 申请人:北京锋源技术有限公司