链条换向抽油机的制作方法

1.本发明涉及石油设备技术领域，特别是涉及一种链条换向抽油机。


背景技术：

2.碳纤维连续抽油杆具有密度低、抗拉强度高、耐腐蚀等优点，碳纤维连续抽油杆的优异性能在小泵深抽、防腐延寿、替代小电泵应用上得到了很好的验证，提高了经济效益。碳纤维连续抽油杆在井中升降作业，碳纤维连续抽油杆在到达上行程和下行程极限位置时需要换向，而目前抽油机上、下行程换向一般是通过改变动力装置的运动方向来实现，动力装置频繁启停换向，能耗高，抽油机故障率高，影响使用寿命，并且抽油机一般采用双链条传动，容易出现受力不均的问题。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种链条换向抽油机，用于解决现有技术中抽油机上、下行程能耗高，故障率高、使用寿命短，受力不均的问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种链条换向抽油机，包括机架和吊绳组件，所述机架的顶部设有天轮总成，所述吊绳组件的第一端用于与抽油杆连接，所述吊绳组件的第二端绕过所述天轮总成后和能够与所述抽油杆保持平衡的换向平衡箱组件连接；所述链条换向抽油机还包括：单链条传动机构，所述单链条传动机构包括上链轮、下链轮和一根链条，所述上链轮通过能够升降调节的提杆组件安装在所述机架内的上部，所述下链轮安装在所述机架内的下部，所述上链轮与所述下链轮通过所述链条啮合传动，且所述链条上设有与所述换向平衡箱组件连接的换向曲轴总成；动力装置，所述动力装置设置在所述机架外，所述动力装置的输出端伸入所述机架内与所述下链轮传动连接，所述动力装置驱动所述下链轮旋转以使所述链条运行带动所述换向平衡箱组件升降。
5.可选地，所述换向曲轴总成包括换向曲轴和两个换向轮，所述换向轮安装在所述换向平衡箱组件上，所述换向曲轴与所述链条连接，且所述换向曲轴的两端分别与两个所述换向轮转动配合。
6.可选地，所述换向曲轴的一侧开设有u型结构的开槽，所述链条穿过所述开槽，并与所述换向曲轴连接。
7.可选地，所述换向平衡箱组件包括用于置放平衡块的平衡箱，所述平衡箱的顶部挂耳与所述吊绳组件的第二端连接，所述平衡箱的底部设有换向座，所述换向座上安装有两个对称分布的换向架，所述换向架上设有用于支撑两个所述换向轮的安装槽；当所述平衡箱升降换向时，所述链条通过所述换向曲轴带动所述换向轮在两个所述换向架的安装槽之间切换位置。
8.可选地，所述平衡箱和所述换向座位于所述机架内，且所述平衡箱和所述换向座
上设有扶正轮，所述扶正轮与所述机架滑动配合，用于所述平衡箱的升降导向。
9.可选地，所述换向架包括两个支撑部，两个所述支撑部之间留设有用于避让所述换向曲轴的避让间隙，所述支撑部上设置有所述安装槽，所述安装槽呈u型结构，且所述安装槽的开口方向朝向另一个所述换向架。
10.可选地，所述平衡箱和所述换向座上设有用于避让所述单链条传动机构的避让口。
11.可选地，所述提杆组件包括两根提杆，两根所述提杆对称分布在所述上链轮的两侧，所述提杆的下端与所述上链轮的链轮轴连接，所述提杆的上端通过调节螺母与所述机架相连，所述调节螺母用于调节所述提杆的高度以使所述链条张紧。
12.可选地，所述天轮总成包括两个天轮，所述天轮通过天轮支座安装在所述机架的顶部，所述天轮支座与机架之间安装有称重传感器；所述吊绳组件包括两根与所述天轮对应设置的吊绳，所述吊绳的第一端通过悬绳器与所述抽油杆连接，所述吊绳的第二端绕过与该吊绳对应的所述天轮后与所述换向平衡箱组件连接。
13.可选地，所述链条换向抽油机还包括控制柜，所述控制柜用于控制动力装置的启停、采集数据以及设定所述抽油杆的保护载荷。
14.如上所述，本发明的链条换向抽油机，至少具有以下有益效果：采用单链条对称结构避免出现受力不均，而且结构简单，便于根据需求调节链条长度，通过换向曲轴总成使得链条无需变换运行方向便能带动换向平衡箱组件升降，使得抽油机上、下行程换向更加简单方便，无需频繁启停换向，降低能耗，降低抽油机故障率，延长使用寿命；并且位于天轮支座下方的称重传感器用于设定最小悬点载荷，避免碳纤维连续抽油杆升降过程中受压损坏。
15.附图说明
16.图1显示为本发明链条换向抽油机一实施例的侧视图；图2显示为本发明链条换向抽油机一实施例机架的侧视图；图3显示为本发明链条换向抽油机一实施例单链条传动机构和换向平衡箱组件的侧视图；图4显示为本发明链条换向抽油机一实施例单链条传动机构和换向平衡箱组件的主视图；图5显示为本发明链条换向抽油机一实施例换向曲轴围绕下链轮、上链轮移动的过程示意图；图6显示为本发明链条换向抽油机一实施例换向曲轴总成的结构示意图；图7显示为图6中a
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a的剖视图；图8显示为图6中b
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b的剖视图；图9显示为本发明链条换向抽油机一实施例换向平衡箱组件的主视图；图10显示为本发明链条换向抽油机一实施例换向平衡箱组件的侧视图；图11显示为本发明链条换向抽油机一实施例换向平衡箱组件的俯视图；图12显示为本发明链条换向抽油机一实施例换向架和换向座的俯视图；
图13显示为本发明链条换向抽油机一实施例换向架的主视图；图14显示为本发明链条换向抽油机一实施例换向架的俯视图；图15显示为本发明链条换向抽油机一实施例天轮总成在机架顶部的安装示意图。
17.零件标号说明100
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机架；101
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机座；102
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侧门；103
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前门；104
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爬梯；105
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中间平台；106
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观察门；107
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顶平台；108
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护罩；109
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导向槽；200
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天轮总成；201
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天轮；202
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天轮支座；300
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吊绳组件；301
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吊绳；302
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悬绳器；400
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换向平衡箱组件；401
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平衡箱；402
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平衡块；403
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换向座；404
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换向架；4041
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支撑部；4042
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安装槽；4043
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避让间隙；405
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扶正轮；406
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避让口；500
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单链条传动机构；501
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链条；502
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下链轮；503
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上链轮；504
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提杆；505
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调节螺母；506
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链轮轴；600
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换向曲轴总成；601
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换向轮；602
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换向曲轴；6021
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开槽；603
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轴承组件；700
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动力装置；701
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电动机；702
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带轮；703
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刹车机构；704
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减速机；800
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控制柜。
18.具体实施方式
19.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员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与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
20.在对本发明实施例进行详细叙述之前，先对本发明的应用环境进行描述。本发明的技术主要是应用于石油设备领域，特别是应用于链条换向抽油机。本发明是解决抽油机上、下行程换向不便，需要通过动力装置频繁改变运动方向才能实现换向、抽油机故障率高、使用寿命短的问题。
21.请参见图1至图3，本发明提供一种链条换向抽油机，包括机架100、吊绳组件300、单链条传动机构500以及动力装置700。其中，机架100的顶部设有天轮总成200；吊绳组件300的第一端用于与抽油杆（图中未示出）连接，吊绳组件300的第二端绕过天轮总成200后和换向平衡箱组件400连接，换向平衡箱组件400能够与抽油杆保持平衡；单链条传动机构500包括上链轮503、下链轮502和一根链条501，上链轮503通过能够升降调节的提杆组件安装在机架100内的上部，下链轮502安装在机架100内的下部，上链轮503与下链轮502通过链条501啮合传动，且链条501上设有与换向平衡箱组件400连接的换向曲轴总成600；动力装置700设置在机架100外，动力装置700的输出端伸入机架100内与下链轮502传动连接，动力装置700驱动下链轮502旋转以使链条501运行带动换向平衡箱组件400升降，换向平衡箱组件400上升，抽油杆便下降，换向平衡箱组件400下降，抽油杆便上升。
22.参见图1和图2，在一实施例中，机架100的底部设有机座101，机架100与机座101可以通过焊接方式连成一体。机架100和机座101可以由型钢和钢板焊接而成，用于整体支撑和部件安装。机架100上还设有侧门102、前门103、爬梯104、中间平台105、观察门106、顶平台107以及护罩108。其中，装配时，换向平衡箱组件400从侧门102和前门103进入机架100内；通过爬梯104可以到达中间平台105和顶平台107，在中间平台105时，可以通过观察门106观察和检修上链轮组件的运行情况，顶平台107用于检修天轮总成200和顶部作业。机架100内还设置有润滑油槽，用于链条501、上链轮组件、下链轮502等运动部位的润滑。
23.参见图1和图2，在一实施例中，动力装置700安装在机座101上，动力装置700用于提供动力。动力装置700包括电动机701、带轮702、刹车机构703以及减速机704，减速机704的输出端伸入机架内与下链轮502连接，以便驱动下链轮502转动，动力装置700设置在机架100外，避免干扰平衡箱组件换向。其中，动力装置700可以采用变频控制或普通控制，当采用变频控制时，分别实现上行程速度、下行程速度无级调节，冲次（冲次是指单位时间内完成一个完整行程的次数，一个上行程和一个下行程为一个完整行程）无级调节；当采用普通控制时，通过更换带轮，实现冲次有级调节，刹车机构703采用手自一体鼓式刹车，可在任意位置电刹停机或手刹停机，减速机704采用整体式箱体，无分箱面，密封性好，输出轴端设有轴承支撑。
24.参见图1、图3至图8所示，在一实施例中，换向曲轴总成600包括换向曲轴602和两个换向轮601，换向轮601安装在换向平衡箱组件400上，换向曲轴602与链条501连接，且换向曲轴602的两端分别与两个换向轮601转动配合。
25.进一步的，参见图1、图3至图8所示，换向曲轴602的一侧开设有u型结构的开槽6021，链条501穿过开槽6021，并与换向曲轴602连接，使得换向曲轴602能够随着链条501一起运动，从而带动换向平衡箱组件400上升或下降。或者，拆掉链条501上的其中一个链节，用换向曲轴602来替代拆掉的链节，换向曲轴602能够与上链轮503、下链轮502配合；装配时，拆掉一个链节后，链条501断开，换向曲轴602的开槽6021的侧壁上设有两组安装孔组，每组安装孔组包括两个安装孔，两个安装孔分别设置在开槽6021的两个侧壁上，两组安装孔组分别通过销轴与断开的链条501的两端连接，使得链条501闭合。
26.进一步的，参见图1、图3至图8所示，提杆组件包括两根提杆504，两根提杆504对称分布在上链轮503的两侧，提杆504的下端与上链轮503的链轮轴506连接，提杆504的上端通过调节螺母505与机架100相连，调节螺母505用于调节提杆504的高度以使链条501张紧。其中，提杆504的上端设有螺纹，使得提杆504的上端与调节螺母505螺纹连接，上链轮503通过链轮轴506与两根对称分布的提杆504的下端连接，两个提杆504的上端可以穿过机架100顶部后与调节螺母505螺纹连接，旋转调节螺母505调整上链轮503与下链轮502之间的间距，从而张紧链条501，以便适应不同长度的链条501，实现抽油机行程大小的调节。机架100上安装有导向槽109，提杆504的上端穿过导向槽109后再与调节螺母505连接，提杆504与导向槽109配合有利于减小提杆504以及上链轮503的摆动，提高运行的稳定性。
27.进一步的，参见图1、图3至图8所示，两个换向轮601对称分布，结构稳定性更好，换向曲轴602的两端可以通过轴承组件603与换向轮601转动配合，使得换向曲轴602能够与换向轮601产生相对转动。当链条501通过换向曲轴总成600带动换向平衡箱组件400下降至下链轮502极限位置时，换向平衡箱组件400与吊绳组件300第一端连接的井口载荷平衡，换向平衡箱组件400暂时处于停止状态，链条501带着换向曲轴602绕着下链轮502逆时针移动，换向曲轴602由下链轮502的左侧逐渐移动到下链轮502的右侧，由于换向曲轴602能够与换向轮组相对转动，换向曲轴602在与下链轮502配合过程中，换向曲轴602带动换向轮601脱离左侧的换向架404，同时开槽6021的开口朝向也从开始的朝向右侧逐渐偏转直至朝向左侧，开槽6021的开口朝向左侧时，此时，在换向曲轴602的作用下，换向轮601进入到右侧的换向架404，换向曲轴602完成换向，下链轮502继续逆时针转动，换向曲轴总成600带着换向平衡箱组件400上升；当链条501通过换向曲轴总成600带动换向平衡箱组件400上升至上链
轮503极限位置时，换向平衡箱组件400与吊绳组件300第二端连接的井口载荷平衡，换向平衡箱组件400暂时处于停止状态，链条501带着换向曲轴602绕着上链轮503逆时针移动，换向曲轴602由上链轮503的右侧逐渐移动到上链轮503的左侧，换向曲轴602在与上链轮503配合过程中，换向曲轴602带动换向轮601脱离右侧的换向架404，同时开槽6021的开口朝向也从开始的朝向左侧逐渐偏转直至朝向右侧，开槽6021的开口朝向右侧时，此时，在换向曲轴602的作用下，换向轮601进入到左侧的换向架404，换向曲轴602完成换向，下链轮502继续逆时针转动，换向曲轴总成600带着换向平衡箱组件400下降，如此往复实现换向平衡箱组件400上升和下降，从而实现抽油机的上行程运动和下行程运动。采用该结构设计，使得电动机701始终朝一个方向运转也能完成换向。本实施例中的井口载荷包括抽油杆。
28.参见图1、图3至图14所示，在一实施例中，换向平衡箱组件400包括用于置放平衡块402的平衡箱401，平衡箱401的顶部挂耳与吊绳组件300的第二端连接，平衡箱401的底部设有换向座403，换向座403上安装有两个对称分布的换向架404，使得链条501相对于平衡箱401对称分布，换向架404上设有用于支撑两个换向轮601的安装槽4042；当平衡箱401升降换向时，链条501通过换向曲轴602带动换向轮601在两个换向架404的安装槽4042之间切换位置，即换向轮601活动安装在安装槽4042内，在链条501和换向曲轴602的作用下能够在两个换向架404的安装槽4042之间来回换位。
29.进一步的，参见图1、图3至图14所示，平衡箱401和换向座403位于机架100内，且平衡箱401和换向座403上均设有扶正轮405，扶正轮405与机架100滑动配合，用于平衡箱401的升降导向。其中，机架100上设有与扶正轮405配合的槽体，扶正轮405与槽体配合，用于扶正平衡箱401，使得平衡箱401上下运动稳定、不易偏摆。安装时，平衡箱401可以由前门103放入机架100内。
30.进一步的，参见图1、图3至图14所示，换向架404包括两个支撑部4041，两个支撑部4041之间留设有用于避让换向曲轴602的避让间隙4043，支撑部4041上设置有安装槽4042，安装槽4042呈u型结构，且安装槽4042的开口方向朝向另一个换向架404，即左侧换向架404的安装槽4042的开口与右侧换向架404的安装槽4042的开口正对设置，以便换向过程中，换向轮601从左侧换向架404的安装槽4042进入右侧换向架404的安装槽4042。
31.进一步的，参见图1、图3至图14所示，平衡箱401和换向座403上均设有用于避让单链条传动机构200的避让口406。其中，平衡箱401上的避让口406可以呈十字形，能够避让链条501、上链轮503、链轮轴506和下链轮502等，避免各个部件之间发生干涉。避让口406设置在换向平衡箱组件400的中心，使得平衡箱401分成四个对称区域，平衡块402放在四个对称区域内，有利于平衡箱401保持平衡，平衡块402的数量可以根据需求增减，与井口载荷匹配即可。
32.进一步的，参见图1、图3至图14所示，换向座403可以与平衡箱401的底部固定连接为一体，换向架404的数量为两个，两个换向架404可以从换向座403的两侧插入并固定，方便安装即检修。安装时，换向架404可以从机架100上的两个侧门102进入机架100内与换向座403固定连接，实现换向轮601的固定安装。
33.参见图1、图2和图15所示，在一实施例中，天轮总成200包括两个天轮201，天轮201通过天轮支座202安装在机架100的顶部，机架100顶部的护罩108用于保护天轮201，天轮支座202与机架100之间安装有称重传感器，通过称重传感器采集悬点拉力，即采集吊绳组件
300第一端受到的拉力。
34.进一步的，参见图1、图2和图15所示，吊绳组件300包括两根吊绳301，一根吊绳301对应一个天轮201，吊绳301的第一端通过悬绳器302与抽油杆连接，吊绳301的第二端绕过与该吊绳301对应的天轮201后与换向平衡箱组件400的平衡箱401的顶部挂耳连接。设置两根吊绳301有利于保证平衡箱401的平衡性。
35.进一步的，参见图1、图2和图15所示，两个天轮201倾斜并对称设置，两个天轮201靠近悬绳器302一端的间距小于两个天轮201远离悬绳器302一端的间距，有利于减小两根吊绳301第一端之间的间距，便于与抽油杆连接。
36.参见图1，在一实施例中，链条换向抽油机还包括控制柜800，控制柜800用于控制动力装置700的启停、采集数据以及设定抽油杆的保护载荷。其中，控制柜800根据需求及实际工况设定冲次及抽油杆的保护载荷，称重传感器采集的数据反馈到控制柜800，当反馈的数据不在预设的保护载荷范围时，控制柜800控制报警系统自动报警，并且控制动力装置700减速或停机，避免继续运行损坏抽油杆，延长抽油杆的使用寿命。
37.参见图1至图15所示，在一具体实施例中，其工作过程为：根据井况，确定行程大小、冲次次数，行程大小调节通过提杆504和增减链条501的链节实现，通过调节提杆504实现链条501张紧。通过控制柜800设定冲次及抽油杆保护载荷，根据井口实际载荷调节平衡箱401配重，使井口载荷和平衡箱401配重平衡，调节配重时将平衡箱401停在机架100的底部，通过机架100底部的前门103增减平衡块402以进行平衡调节。平衡调节完成之后，启动动力装置700，电动机701开始运转，链条501、下链轮502、上链轮503连续转动，平衡箱401上下运动。当抽油杆上行程结束开始下行程时，此时平衡箱401处于下链轮502极限位置，悬绳器302处于上行程的最高点，平衡箱401需要转换运动方向，链条501设置换向曲轴602部位的链节和换向曲轴602在下止点围绕下链轮502旋转，平衡箱401因与井口载荷平衡，暂时处于停止状态，换向曲轴总成完成换向，链条501持续转动，平衡箱401开始向上运动，悬绳器302开始向下运动，即抽油杆开始下行程；当达到下行程时，此时平衡箱401处于上链轮503的极限位置，悬绳器302处于下行程的最低点，平衡箱401需要换向向下运动，链条501设置换向曲轴602部位的链节和换向曲轴602在上止点围绕上链轮503旋转，同样的此时平衡箱401与悬绳器302连接的井口载荷平衡，暂时近乎停止上下运动，换向曲轴总成完成换向，平衡箱401开始往下运动，同样的悬绳器302跟随向上运动，即开始上行程，如此往复，实现抽油机的上下行程，此过程中电动机701始终朝一个方向转动，在上链轮503、下链轮502的截止点处实现换向。
38.本发明提供的链条换向抽油机，采用单根链条501相对于换向平衡箱组件400对称设置，即简化了结构，还避免了出现受力不均，减少故障，并且通过单链条传动机构500、换向平衡箱组件400、换向曲轴总成600相互配合，使得动力装置700无需改变运行方向便能实现抽油杆的升降换向，降低能耗；通过称重传感器采集悬点拉力，能够有效防止抽油杆受压，保护抽油杆，延长使用寿命。
39.在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适
的方式结合。
40.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。