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基本信息
- 項目名稱：
- 新型節(jié)能全平衡多桿機構(gòu)抽油機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 由于目前使用的抽油機普遍存在能耗大、質(zhì)量重、效率低等缺點，因此我們?yōu)榱私鉀Q這些問題而設(shè)計出一種新型節(jié)能全平衡多桿機構(gòu)抽油機。 本作品主要通過采用四連桿傳動機構(gòu)、配重平衡塊、手輪移位機構(gòu)和剛性連繩等結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新來解決以上問題。 這種結(jié)構(gòu)創(chuàng)新既能滿足抽油端的直線運動，而且由于其結(jié)構(gòu)由原來的笨重游梁驢頭換為四連桿傳動機構(gòu)，能夠大大降低抽油能耗；配重平衡塊與四桿機構(gòu)的使用，根據(jù)杠桿原理可知它可以很容易達到長沖程要求；并且由于采用剛性連接與機身的可移動性，不僅操作方便、泵效高，還可實現(xiàn)垂直/傾斜抽油和一機多點作業(yè)（機座固定多井點抽油），其驅(qū)動機構(gòu)也可使油泵出入油井的速度和時間互不相同，以適應(yīng)我國貧油井較多的特點等優(yōu)點。
- 詳細(xì)介紹：
- 針對目前油田在役抽油機所存在的問題，借鑒國內(nèi)外各種新型節(jié)能抽油機的設(shè)計與研制情況，對照我國抽油機的發(fā)展方向，本項目擬提出較常規(guī)抽油機有高效、節(jié)能、長壽命等突破的油田用新型節(jié)能抽油機，它是采用配重平衡塊、四連桿傳動機構(gòu)、手輪移位機構(gòu)和剛性連桿，來實現(xiàn)減輕抽油機質(zhì)量和降低采油能耗的，同時便于移動，因此它對于提高采油效率、降低采油能耗均具有非常重要的工業(yè)價值。 本作品為實現(xiàn)上述優(yōu)勢所采用技術(shù)方案是：在可移動底座上分別搭建鋼結(jié)構(gòu)支架與立梁，立梁上安裝配重平衡塊、驅(qū)動機構(gòu)、滑輪等；在支架平臺上安裝手輪移位結(jié)構(gòu)和軸承座，軸承座支承起四連桿傳動機構(gòu)且軸承中心為四連桿傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動中心；四連桿傳動機構(gòu)的一端懸掛連接抽油機連桿的剛性連繩，另一端與立梁上的驅(qū)動機構(gòu)直線運動執(zhí)行單元相連。 通過采用四連桿傳動結(jié)構(gòu)和配重平衡塊，可以大幅度降低抽油機的質(zhì)量和抽油能耗，解決了目前所存在的“大馬拉小車”的現(xiàn)象，同時達到長沖程要求，也很容易實現(xiàn)低周次抽油作業(yè)；手輪移位機構(gòu)的使用可以方便的實現(xiàn)抽油機連桿對準(zhǔn)井口；剛性連繩的使用從而實現(xiàn)垂直、傾斜和一機多點抽油作業(yè)。 并且由于其結(jié)構(gòu)輕巧、簡便的特點使得它的造價成本較低。 它所具有的性能優(yōu)勢和價格優(yōu)勢，將使這種新型節(jié)能抽油機的研制，具有重大的現(xiàn)實意義和較高的綜合社會經(jīng)濟效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計：本作品是用四連桿機構(gòu)代替游梁驢頭，在可移動底座上分別同時搭建鋼結(jié)構(gòu)支架與立梁，立梁上安裝配重平衡塊、驅(qū)動機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)的直線運動執(zhí)行單元、滑輪、傳動帶等；在支架平臺上安裝有手輪移位機構(gòu)和軸承座，軸承座支承起四連桿傳動機構(gòu)且軸承中心為四連桿傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動中心；四連桿傳動機構(gòu)的一端懸掛連接抽油機連桿的剛性連繩，另一端與立梁上驅(qū)動機構(gòu)的直線運動執(zhí)行單元上一點相連。 發(fā)明目的和基本思路：針對現(xiàn)行抽油機普遍存在質(zhì)量重、能耗大的缺點，設(shè)計提出一種質(zhì)量小、能耗低、便于移動的節(jié)能型抽油機，對于提高采油效率、降低采油成本均具有顯著的工業(yè)價值。 創(chuàng)新點：1.通過采用四連桿傳動比例結(jié)構(gòu)和配重平衡塊，可以大幅度降低抽油機的質(zhì)量，解決“大牛拉小車”的問題，有效降低抽油能耗；2.手輪移位機構(gòu)可以很容易實現(xiàn)抽油機連桿對準(zhǔn)井口，操作方便；3.采用剛性抽油桿，從而實現(xiàn)多角度和一機多點抽油作業(yè)；4.可以很方便實現(xiàn)長沖程、低周次抽油作業(yè)。 主要技術(shù)指標(biāo)： 電機功率：20KW 懸點額定載荷：100KN 最大沖程：6m 沖次：4,5,6r/min 整機重量:4.3kg
科學(xué)性、先進性
- 1、現(xiàn)有磕頭機通過游梁式驢頭帶動活塞做垂直往返運動將油抽出，而游梁驢頭體積大、質(zhì)量重會造成電動機高功率輸出，而耗費大量的電能。此作品巧妙運用四連桿機構(gòu)替換現(xiàn)有抽油機的游梁驢頭，大幅度減輕了傳動構(gòu)件的質(zhì)量，節(jié)省了材料，同時配備小功率電機能有效降低采油過程中的能耗。 2、手輪移位機構(gòu)的應(yīng)用，便于抽油機移動，實現(xiàn)抽油機連桿與油井口準(zhǔn)確對位，進而減少工作過程中原油浪費。 3、采用四連桿傳動結(jié)構(gòu)和配重平衡塊裝置，直線運動執(zhí)行單元使四連桿一端垂直方向上運動S位移，由杠桿原理知抽油端將運動nS位移，正好滿足抽油機長沖程的運動要求，且提取石油的重量W主要通過配重平衡塊來解決，使驅(qū)動機構(gòu)電機功耗大大降低，提高作業(yè)效率同時降低能耗。 4、剛性抽油桿結(jié)構(gòu)和機身的可移動性，實現(xiàn)多角度（垂直、傾斜）和一機多點采油作業(yè)，提高了應(yīng)用范圍。 5、全國原抽油機一年總耗電90多億元，而本作品會因其輕巧的結(jié)構(gòu)及耗能少、體積小、操作簡單方便等優(yōu)點，大大降低采油成本。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年6月6日參加湖北省第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽，進行了作品評審和展示活動，本作品獲榮獲省一等獎。
作品所處階段
- 該作品目前處于實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)許可
作品可展示的形式
- 作品最終將以圖片、圖形、錄像、模型和現(xiàn)場演示等形式展示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 由圖1知，當(dāng)驅(qū)動機構(gòu)工作時可驅(qū)動E點作垂直方向直線運動，進而由四連桿傳動結(jié)構(gòu)帶動A點做垂直方向運動，實現(xiàn)采油作業(yè)。 1．通過采用四連桿傳動結(jié)構(gòu)和配重平衡塊，可以大幅度減小抽油機質(zhì)量和降低抽油能耗；易于改變沖程和周次，實現(xiàn)長沖程、低周次抽油。 2．手輪移位機構(gòu)可以很方便實現(xiàn)抽油機連桿對準(zhǔn)井口。 3．使用剛性連繩可以實現(xiàn)多角度抽油，且泵效高。 該作品適用于全國各類油田抽油。用四連桿機構(gòu)滿足抽油端的垂直運動，手輪移位機構(gòu)使抽油機方便移動且穩(wěn)定性能好，制造成本低和耗能小等大大拓寬了其推廣前景。 目前，全世界約有90萬口油井，我國有9萬余口，而現(xiàn)有抽油機是應(yīng)用最普遍的石油開采機械之一，也是油田耗電大戶，其用電量約占油田總用電量的40％，且總體效率很低。據(jù)統(tǒng)計，我國抽油機耗電90億元/年。如使用本作品，保守而言，我國抽油機耗電至少可以降低三分之一。且其結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，維護方便，必會得到急切盼望降低采油成本的油田采油部門青睞。
同類課題研究水平概述
- 眾所周知，曲柄平衡游梁式抽油機（俗稱磕頭機）是世界也是我國通用的主流機型，能夠在如此長的時間里被廣泛應(yīng)用，是有其科學(xué)合理因素的。但在資源緊張的當(dāng)今，尤其針對中國大部分低滲油田的狀況，曲柄平衡游梁式抽油機已不適合油井的開采工作，這是因為：按液體滲出理論分析,對低滲貧油田采用小沖程、小泵徑、合理沖次才能夠達到節(jié)能效果，而曲柄平衡游梁式抽油機大沖程、高沖次，對于我國低滲油田而言，由于油液滲透速度趕不上抽汲速度，因此會造成嚴(yán)重空抽能耗，這樣就不符合我國環(huán)境友好型和資源節(jié)約型的友好社會。 針對上述問題，近幾年來不少科技工作者，針對抽油效率低的問題，做了大量的開發(fā)研究工作，試圖改變這種低效率高能耗的抽油狀態(tài)。總結(jié)起來主要有以下幾種： 1．原機構(gòu)不變，在控制上做文章，努力提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗。 2．改變原結(jié)構(gòu)，將直線電機技術(shù)應(yīng)用于抽油機，通過直線電機動子驅(qū)動抽油桿往復(fù)運動，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置，結(jié)構(gòu)簡單，克服了磕頭機機械效率低的弱點。 3．在原磕頭機機構(gòu)上做局部平衡改進，降低電機功率損耗。 4．運用電梯原理，研制塔架式數(shù)控抽油機。 通過我們調(diào)研了解，以上幾種改進方式存在以下的問題： 1．提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，事實證明，效果不明顯。采用進口的高功率因數(shù)電機可以降低總能耗15%，但購買成本太高，不適合節(jié)約型社會的建設(shè)。 2．直線電機抽油機將電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運動，可以提高效率，而且能實現(xiàn)抽汲參數(shù)無級調(diào)整，進而能根據(jù)采油的需要調(diào)整懸點運動規(guī)律，為智能化創(chuàng)造了很好的條件；有效降低啟動載荷，降低機型重量，克服了“大馬拉小車”現(xiàn)象。但由于制造工藝局限，直線電機的效率及其功率因數(shù)低，定子和動子間的間隙大,故使其磁化電流損耗大，加上起動推力受電壓影響大等，相對磕頭機而言，能耗只能有限的降低。純直線電機抽油機造價也高，其最大沖程也只到8m，沖程長度離美國的24.4m還有較大的距離。另外目前的直線電機抽油機仍然是柔性連接形式，所以存在抽油桿泵效低的問題。 3．在原磕頭機機構(gòu)上做局部平衡改進，降低電機功率損耗。此法不是根本解決降低能耗的方法。 4．運用電梯原理的抽油機，即便不談成本和現(xiàn)場布置等問題，其抽油桿和機器的連接仍然是柔性連接，同樣存在泵效低的問題。
