抽油机游梁下偏杠铃节能改造技术及应用_新闻_

下偏杠铃型游梁式抽油机

王鑫

[摘要]本文简述了常规游梁式抽油机下偏杠铃改造技术，论述了下偏杠铃游梁复合平衡节能技术结构组成、节电原理，通过改造改善了抽油机平衡状况，改善了受力状况，延长了设备使用寿命，降低了能耗，通过研究，制定了选井原则，通过在萨北开发区应用，取得了较好的效果。

[关键词]抽油机下偏杠铃节能技术

中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0265-01

1 下偏杠铃游梁复合平衡节能技术结构组成

萨北开发区在用生产设备主要是游梁式抽油机，约占机采设备的72.57%，游梁式抽油机用电量占机采井总耗电量的57%。

为了解决常规抽油机存在的问题，研制了下偏杠铃游梁复合平衡技术来改进常规抽油机，达到节能降耗和延长使用寿命的目的。

1.1 技术现状

下偏是指杠铃的质量中心G与过游梁的回转中心O的连线与游梁中心水平线下偏一个角度；杠铃是指偏置平衡配重装置状如“杠铃”。下偏杠铃游梁复合平衡抽油机结构有内插式和后翘式2种。内插式下偏杠铃装置运行在减速器之上、支架、两连杆之间、小横梁之下的有效空间。由于没有增加新的空间，因此，具有结构紧凑的特点；后翘式下偏杠铃装置，利用减速器和底座之间的有效空间，具有平衡力矩大的特点，其余结构与常规游梁抽油机相同。

1.2 内插式下偏杠铃节能装置结构

内插式下偏杠铃节能装置由连接法兰、杠铃平衡体以及22千瓦小功率电机三大部分组成（见图1）。

1.2.1 连接法兰

把杠铃配重体与抽油机尾部连接在一起，起连接作用。该法兰与抽油机尾部通过焊接连接成一个整体；与杠铃配重体通过法兰上的12个螺母连接。

1.2.2 杠铃体配重

杠铃体配重由支架和杠铃体组成。如果杠铃片六片完全加上，形成的平衡重可达1.5×103 kg 。由于充分利用了减速器之上、支架、两连杆之间、小横梁之下的有效空间，结构十分紧凑。另外，杠铃片还可以根据平衡情况进行添加或减少，使平衡达到最佳状况。

1.2.3小功率电机

小功率电机采用功率较小电机，达到节能降耗作用，但如果电机功率过小，与所需设备不匹配，起到小马拉大车的生产现象，达不到预期效果。

2 技术原理

2.1 常规抽油机平衡原理及其缺点分析

常规抽油机在一个冲程内承受的是交变载荷，因此加在电动机的负荷上下冲程是不均匀的。如果考虑动载荷（振动载荷、惯性载荷）的影响，这种不均匀性更加明显、加剧。为了减少这种载荷的不均匀性，在抽油机上普遍加装平衡装置。这种平衡方式中，一方面平衡重在曲柄轴上所产生的平衡扭矩，随曲柄的转动而按正弦规律变化；另一方面，受其实际结构制约，曲柄不可能无限短，连杆也不可能无限长，致使在这种抽油机中悬点载荷作用到曲柄轴上的载荷扭矩Mwn并不按正弦规律变化，加上动载荷的影响，使这种“偏离”越发加剧。因此，在常规抽油机中，这种曲柄平衡扭矩Mr，并不能与抽油机的载荷扭矩Mwn很好地平衡。悬点载荷作用到减速箱输出轴的扭矩峰值不可能与曲柄平衡块产生的扭矩正弦曲线峰值相吻合，悬点载荷的扭矩峰值偏离了90°，使抽油机在一个工作循环中曲柄轴输出净扭矩Mn仍有较大的波动。从能耗角度讲，净扭矩波动大势必加大功率而增大能耗；从动力角度讲，为了保证抽油机的正常运转，峰值扭矩高，势必要选用较大的电动机，这种大电机、大峰值电流的配套方案，必将导致电机自身损耗和电路损耗的增加。同时，由于电动机工作在大马拉小车的低功率因数状态，还会使电网的供电质量变差。

2.2 改造后平衡状况及节电原理分析

2.2.1 改善了平衡状况

从三个典型位置（上死点、下死点、水平点）来看：悬点在下死点时，因加载悬点载荷较大，其下偏杠铃的平衡力臂也较大，下偏杠铃产生的平衡扭矩也最大，与载荷扭矩方向相反，在游梁上进行第一次平衡，削去载荷峰值扭矩（二者均对游梁中座O取矩）使第一次平衡后载荷作用到曲柄输出轴的扭矩TWN不致于过大，并使其峰值接近90°；在上死点时，因卸载悬点载荷较小，其下偏杠铃产生的力矩因平衡力臂K值的变小而减少。从而使载荷扭矩随曲柄轴转角变化而变化的规律尽可能与正弦规律相接近，达到加强抽油机的平衡效果，降低其曲柄轴输出净扭矩的峰值，减小其谷值，消除负扭矩，以降低其能耗的目的。

2.2.2 改善了受力状况，延长了使用寿命

一是因游梁上加装了下偏杠铃，平衡条件得以改善，抽油机四连杆拉力将大幅度下降，也就是说，抽油机尾轴承座、连杆、曲柄销总成、曲柄上的力将大幅度下降；同时，减速器和电机的扭矩也将大幅度下降。二是因游梁上加装了下偏杠铃，抽油机动力臂（后臂）变长，游梁中央轴承座上所受的铅垂力将下降。

总之，常规抽油机上加装了下偏杠铃，抽油机上活动关节、中央轴承座、尾轴承座和曲柄销总成受力减小了，延长了四连杆机构、电机以及减速箱的使用寿命。

2.2.3 降低了能耗

从扭矩曲线上可以看出（见图2），由于增加了下偏杠玲装置，与常规扭矩曲线相比，多了一条复合平衡扭矩曲线MQ与原净扭矩Mn 相叠加形成新的净扭矩Mn，，该净扭矩曲线显然比常规机更平缓，更小，几乎没有负值出现。又由于均方根扭矩Me（，Me —均方根扭矩；Mn —净扭矩；θ—曲柄转角）跟净扭矩成正比，而电机消耗功率（，P—消耗功率；n —电机实际转速）跟均方根扭矩Me成正比，因此，下偏杠铃装置使抽油机净扭矩减小，从而达到了节能降耗的目的。

2.3 试验效果

通过对20口井抽油机下偏杠铃改造，经过现场测试，平均综合节电率为14.83%，日平均单井节电31kwh，平均单井提高系统效率5.05%。

3认识及结论

3.1用下偏杠铃游梁复合平衡技术改造常规抽油机后，改善了受力状况，具有节能效果，一种抽油机节能改造有效的技术手段之一。

3.2该技术在尾部加装复合平衡重，改善了平衡状况和受力状况，使抽油机运行更加平稳，可以有效的延长抽油机的使用寿命。

3.3从单井效果表可以看出，虽然该技术平均单井节电效果达14.83%，但是，由于井况的不同，各单井的节电效果差别较大，这主要由该井负载状况和节能潜力状况决定，已经没有潜力的井效果相对要差一些。因此，在现场运用过程中，要针对不同的井况来实施。

参考文献