基本信息
- 项目名称：
- 新型节能全平衡多杆机构抽油机
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 由于目前使用的抽油机普遍存在能耗大、质量重、效率低等缺点，因此我们为了解决这些问题而设计出一种新型节能全平衡多杆机构抽油机。 本作品主要通过采用四连杆传动机构、配重平衡块、手轮移位机构和刚性连绳等结构的创新来解决以上问题。 这种结构创新既能满足抽油端的直线运动，而且由于其结构由原来的笨重游梁驴头换为四连杆传动机构，能够大大降低抽油能耗；配重平衡块与四杆机构的使用，根据杠杆原理可知它可以很容易达到长冲程要求；并且由于采用刚性连接与机身的可移动性，不仅操作方便、泵效高，还可实现垂直/倾斜抽油和一机多点作业（机座固定多井点抽油），其驱动机构也可使油泵出入油井的速度和时间互不相同，以适应我国贫油井较多的特点等优点。
- 详细介绍：
- 针对目前油田在役抽油机所存在的问题，借鉴国内外各种新型节能抽油机的设计与研制情况，对照我国抽油机的发展方向，本项目拟提出较常规抽油机有高效、节能、长寿命等突破的油田用新型节能抽油机，它是采用配重平衡块、四连杆传动机构、手轮移位机构和刚性连杆，来实现减轻抽油机质量和降低采油能耗的，同时便于移动，因此它对于提高采油效率、降低采油能耗均具有非常重要的工业价值。 本作品为实现上述优势所采用技术方案是：在可移动底座上分别搭建钢结构支架与立梁，立梁上安装配重平衡块、驱动机构、滑轮等；在支架平台上安装手轮移位结构和轴承座，轴承座支承起四连杆传动机构且轴承中心为四连杆传动机构的转动中心；四连杆传动机构的一端悬挂连接抽油机连杆的刚性连绳，另一端与立梁上的驱动机构直线运动执行单元相连。 通过采用四连杆传动结构和配重平衡块，可以大幅度降低抽油机的质量和抽油能耗，解决了目前所存在的“大马拉小车”的现象，同时达到长冲程要求，也很容易实现低周次抽油作业；手轮移位机构的使用可以方便的实现抽油机连杆对准井口；刚性连绳的使用从而实现垂直、倾斜和一机多点抽油作业。 并且由于其结构轻巧、简便的特点使得它的造价成本较低。 它所具有的性能优势和价格优势，将使这种新型节能抽油机的研制，具有重大的现实意义和较高的综合社会经济效益。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计：本作品是用四连杆机构代替游梁驴头，在可移动底座上分别同时搭建钢结构支架与立梁，立梁上安装配重平衡块、驱动机构、驱动机构的直线运动执行单元、滑轮、传动带等；在支架平台上安装有手轮移位机构和轴承座，轴承座支承起四连杆传动机构且轴承中心为四连杆传动机构的转动中心；四连杆传动机构的一端悬挂连接抽油机连杆的刚性连绳，另一端与立梁上驱动机构的直线运动执行单元上一点相连。 发明目的和基本思路：针对现行抽油机普遍存在质量重、能耗大的缺点，设计提出一种质量小、能耗低、便于移动的节能型抽油机，对于提高采油效率、降低采油成本均具有显著的工业价值。 创新点：1.通过采用四连杆传动比例结构和配重平衡块，可以大幅度降低抽油机的质量，解决“大牛拉小车”的问题，有效降低抽油能耗；2.手轮移位机构可以很容易实现抽油机连杆对准井口，操作方便；3.采用刚性抽油杆，从而实现多角度和一机多点抽油作业；4.可以很方便实现长冲程、低周次抽油作业。 主要技术指标： 电机功率：20KW 悬点额定载荷：100KN 最大冲程：6m 冲次：4,5,6r/min 整机重量:4.3kg
科学性、先进性
- 1、现有磕头机通过游梁式驴头带动活塞做垂直往返运动将油抽出，而游梁驴头体积大、质量重会造成电动机高功率输出，而耗费大量的电能。此作品巧妙运用四连杆机构替换现有抽油机的游梁驴头，大幅度减轻了传动构件的质量，节省了材料，同时配备小功率电机能有效降低采油过程中的能耗。 2、手轮移位机构的应用，便于抽油机移动，实现抽油机连杆与油井口准确对位，进而减少工作过程中原油浪费。 3、采用四连杆传动结构和配重平衡块装置，直线运动执行单元使四连杆一端垂直方向上运动S位移，由杠杆原理知抽油端将运动nS位移，正好满足抽油机长冲程的运动要求，且提取石油的重量W主要通过配重平衡块来解决，使驱动机构电机功耗大大降低，提高作业效率同时降低能耗。 4、刚性抽油杆结构和机身的可移动性，实现多角度（垂直、倾斜）和一机多点采油作业，提高了应用范围。 5、全国原抽油机一年总耗电90多亿元，而本作品会因其轻巧的结构及耗能少、体积小、操作简单方便等优点，大大降低采油成本。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年6月6日参加湖北省第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛，进行了作品评审和展示活动，本作品获荣获省一等奖。
作品所处阶段
- 该作品目前处于实验室阶段
技术转让方式
- 技术许可
作品可展示的形式
- 作品最终将以图片、图形、录像、模型和现场演示等形式展示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 由图1知，当驱动机构工作时可驱动E点作垂直方向直线运动，进而由四连杆传动结构带动A点做垂直方向运动，实现采油作业。 1．通过采用四连杆传动结构和配重平衡块，可以大幅度减小抽油机质量和降低抽油能耗；易于改变冲程和周次，实现长冲程、低周次抽油。 2．手轮移位机构可以很方便实现抽油机连杆对准井口。 3．使用刚性连绳可以实现多角度抽油，且泵效高。 该作品适用于全国各类油田抽油。用四连杆机构满足抽油端的垂直运动，手轮移位机构使抽油机方便移动且稳定性能好，制造成本低和耗能小等大大拓宽了其推广前景。 目前，全世界约有90万口油井，我国有9万余口，而现有抽油机是应用最普遍的石油开采机械之一，也是油田耗电大户，其用电量约占油田总用电量的40％，且总体效率很低。据统计，我国抽油机耗电90亿元/年。如使用本作品，保守而言，我国抽油机耗电至少可以降低三分之一。且其结构简单、制造成本低，维护方便，必会得到急切盼望降低采油成本的油田采油部门青睐。
同类课题研究水平概述
- 众所周知，曲柄平衡游梁式抽油机（俗称磕头机）是世界也是我国通用的主流机型，能够在如此长的时间里被广泛应用，是有其科学合理因素的。但在资源紧张的当今，尤其针对中国大部分低渗油田的状况，曲柄平衡游梁式抽油机已不适合油井的开采工作，这是因为：按液体渗出理论分析,对低渗贫油田采用小冲程、小泵径、合理冲次才能够达到节能效果，而曲柄平衡游梁式抽油机大冲程、高冲次，对于我国低渗油田而言，由于油液渗透速度赶不上抽汲速度，因此会造成严重空抽能耗，这样就不符合我国环境友好型和资源节约型的友好社会。 针对上述问题，近几年来不少科技工作者，针对抽油效率低的问题，做了大量的开发研究工作，试图改变这种低效率高能耗的抽油状态。总结起来主要有以下几种： 1．原机构不变，在控制上做文章，努力提高系统的功率因数，降低能耗。 2．改变原结构，将直线电机技术应用于抽油机，通过直线电机动子驱动抽油杆往复运动，而不需要任何中间转换机构的传动装置，结构简单，克服了磕头机机械效率低的弱点。 3．在原磕头机机构上做局部平衡改进，降低电机功率损耗。 4．运用电梯原理，研制塔架式数控抽油机。 通过我们调研了解，以上几种改进方式存在以下的问题： 1．提高系统的功率因数，事实证明，效果不明显。采用进口的高功率因数电机可以降低总能耗15%，但购买成本太高，不适合节约型社会的建设。 2．直线电机抽油机将电能直接转变为直线往复运动，可以提高效率，而且能实现抽汲参数无级调整，进而能根据采油的需要调整悬点运动规律，为智能化创造了很好的条件；有效降低启动载荷，降低机型重量，克服了“大马拉小车”现象。但由于制造工艺局限，直线电机的效率及其功率因数低，定子和动子间的间隙大,故使其磁化电流损耗大，加上起动推力受电压影响大等，相对磕头机而言，能耗只能有限的降低。纯直线电机抽油机造价也高，其最大冲程也只到8m，冲程长度离美国的24.4m还有较大的距离。另外目前的直线电机抽油机仍然是柔性连接形式，所以存在抽油杆泵效低的问题。 3．在原磕头机机构上做局部平衡改进，降低电机功率损耗。此法不是根本解决降低能耗的方法。 4．运用电梯原理的抽油机，即便不谈成本和现场布置等问题，其抽油杆和机器的连接仍然是柔性连接，同样存在泵效低的问题。
