劉梓鑫關(guān) 鑫馬洪鑫牛 犇 高 輝宋明皓

(1、哈爾濱石油學(xué)院,黑龍江 哈爾濱150000 2、哈爾濱新能源勘測(cè)技術(shù)有限公司,黑龍江 哈爾濱150000)

1 概述

游梁式抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、運(yùn)行流暢、便于操作、較比其他設(shè)備生產(chǎn)噪音低的的優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)油田生產(chǎn)中十分普遍，中國在開采石油方面依舊廣泛采用游梁式抽油機(jī)，主要由動(dòng)力機(jī)、減速箱、曲柄-連桿-游梁機(jī)構(gòu)以及輔助部件等四大部分組成，生產(chǎn)過程中如果動(dòng)力機(jī)皮帶輪和減速箱皮帶輪以過大的角度負(fù)荷運(yùn)行，部分受力不均勻?qū)е缕p斷裂，造成產(chǎn)量下降。

游梁式抽油機(jī)的日常維護(hù)和故障檢修必須要考慮到不同季節(jié)的不同影響，針對(duì)不同季節(jié)季節(jié)分別進(jìn)行考慮。尤其是在雨季階段，機(jī)械設(shè)備表面潮濕，工人們需要攀登設(shè)備和身體的大面積接觸，如果設(shè)備本身出現(xiàn)漏電的情況極容易出現(xiàn)工人觸電的危險(xiǎn)，在設(shè)計(jì)矯正工具時(shí)要考慮到裝置的絕緣性[1]。由于設(shè)備老化嚴(yán)重，經(jīng)統(tǒng)計(jì)80%的抽油機(jī)使用年限在10年以上，致使有些抽油機(jī)減速箱皮帶輪串軸，由于成本控制的約束或其它原因，減速箱不能及時(shí)更換，皮帶輪不對(duì)中，就會(huì)產(chǎn)生垂直于皮帶運(yùn)動(dòng)方向的作用力，我們稱之為剪應(yīng)力。這種力對(duì)皮帶的破壞力極強(qiáng)，皮帶斷裂頻繁[2],在檢驗(yàn)動(dòng)力機(jī)皮帶輪和減速箱皮帶輪時(shí)，通常使用一條線繩左右拉開來對(duì)輪組進(jìn)行校準(zhǔn)工做，僅憑工人的工作經(jīng)驗(yàn)和目測(cè)來判斷皮帶的松緊度和校正皮帶，不僅難度大還費(fèi)時(shí)費(fèi)力，更會(huì)因?yàn)榕袛嗍д`延誤皮帶的問題處理而影響生產(chǎn)時(shí)率，存在安全隱患消耗機(jī)器使用壽命。

2 應(yīng)用TRIZ理論進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì):

抽油機(jī)減速箱軸與電動(dòng)機(jī)間采用皮帶傳動(dòng)，此種傳動(dòng)的采用皮帶作為鬧性拉拽元件的一種摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)皮帶斷裂導(dǎo)致停機(jī)維修進(jìn)行了四級(jí)的因果分析，保證齒輪與齒輪之間高度相對(duì)，才能在運(yùn)行時(shí)保證受力均衡，故著手于輪間的影響進(jìn)行分析，如圖1。

圖1

2.1 功能分析

假設(shè)當(dāng)前矯正抽油機(jī)輪組之間的工具只是線繩和工人，因此我們針對(duì)作用對(duì)象抽油機(jī)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行功能分析。通過“組件分析”、“功能結(jié)構(gòu)分析”和“系統(tǒng)功能定義”明確了各部件的相互作用[3]。動(dòng)力機(jī)是主要的動(dòng)力來源，將產(chǎn)生的扭力力由減速箱傳遞給曲柄軸部分，曲柄桿可以通過連桿帶動(dòng)游梁做擺動(dòng)，從而達(dá)到抽油的目。通過功能清單了解各個(gè)組件間的相互作用，發(fā)現(xiàn)問題的所在，表1。

表1 功能分析

2.2 技術(shù)矛盾分析

采用經(jīng)典39個(gè)通用工程參數(shù)并對(duì)照經(jīng)典阿奇舒勒矛盾矩陣表進(jìn)行分析：?jiǎn)栴}模型——對(duì)應(yīng)的39個(gè)通用工程參數(shù)；改善的參數(shù)：可操作性（33）；惡化的參數(shù)：裝置復(fù)雜性（36），如圖2。

圖2

2.3 當(dāng)前矯正工具進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)

調(diào)查目前油田工人仍然需要反復(fù)多次的拉線測(cè)量、調(diào)整電動(dòng)機(jī)底座或滑軌，操作步驟較繁瑣，常因工人測(cè)量方法不準(zhǔn)確，調(diào)整操作用時(shí)長或達(dá)不到操作標(biāo)準(zhǔn)要求（“四點(diǎn)一線”誤差：三型機(jī)≤1mm，五型機(jī)≤1.5 mm，八型以上機(jī)≤2mm），而造成皮帶四點(diǎn)不在一條直線上，皮帶別勁運(yùn)行，使皮帶的使用壽命縮短，增加了材料費(fèi)用，影響了油井的正常生產(chǎn)時(shí)，而皮帶傳動(dòng)效率對(duì)游梁式抽油機(jī)井系統(tǒng)效率有顯著影響，皮帶平均傳動(dòng)效率只有75%～90%[4]。通過以下的發(fā)明原理[5]獲得方案如下：

2.3.1 分割原理

考慮到輪組的數(shù)量為2，新的矯正設(shè)備必須強(qiáng)調(diào)便攜性使用分割原理將其分為兩個(gè)獨(dú)立的整體，易于組裝和拆卸的兩個(gè)部分。

2.3.2 提取原理

提取出工人矯正中存在的危險(xiǎn)性和較大的誤差，將原有的工具變得一個(gè)穩(wěn)定安全,且容易實(shí)現(xiàn)。

2.3.3 局部質(zhì)量改善原理

在物體的特定區(qū)域改變其特性，一部分作為信號(hào)的發(fā)出部分，另一部分作為信號(hào)的感應(yīng)接受部分，使其每一個(gè)模塊具有著不同的功能，都處于最佳的工作位置。

2.3.4 預(yù)先作用原理

在使皮帶發(fā)生斷裂前的輪組錯(cuò)位能提前精確感知，設(shè)計(jì)能吸附在輪組間的設(shè)備，能立即完成矯正工作。

2.3.5 動(dòng)態(tài)原理/多維原理

使用發(fā)射器部分能夠高速旋轉(zhuǎn)，而接收器部分固定不動(dòng)，來克服復(fù)雜的外界環(huán)境，提高矯正各個(gè)階段的最佳特性。

2.3.6 中介原理

考慮到油田的環(huán)境條件較為惡劣，引入新介質(zhì)減少環(huán)境造成的影響，激光是采用最為廣泛的介質(zhì)，受環(huán)境影響小，全天候都能進(jìn)行精確校準(zhǔn)。

2.3.7 反饋原理

建立某種關(guān)鍵的反饋(聲音-蜂鳴器)，假設(shè)已有反饋視為矯正未完成或者輪組存在差距，停止反饋視為完成矯正。

2.4 產(chǎn)品初設(shè)計(jì)

游梁式抽油機(jī)自身優(yōu)點(diǎn)大，在油田生產(chǎn)中使用頻率較高、但機(jī)器設(shè)備損耗又大，在油田的環(huán)境中設(shè)備易磨損與老化，對(duì)于石油開采來說，開采的成本也會(huì)大幅提高。抽油機(jī)皮帶輪矯工作正是油田生產(chǎn)中重要的安全保障工作，但在戶外矯正作業(yè)時(shí)卻會(huì)受到環(huán)境等諸多因素影響。

設(shè)計(jì)矯正器由2個(gè)模塊組成，都由可調(diào)節(jié)的磁性開關(guān)固定，可以輕松的吸附于輪組之間，恰如其分的將光、電、聲、機(jī)械等物場(chǎng)進(jìn)行結(jié)合。矯正圓盤嵌入多組激光發(fā)射器，當(dāng)圓盤發(fā)射激光并旋轉(zhuǎn)時(shí)，將會(huì)形成以圓盤為圓心的一扇豎直激光面，只要有激光圓面上的激光切割到放在矯正輪外側(cè)指定位置的接收器上時(shí)，蜂鳴器就將發(fā)出聲信號(hào)，確定皮帶輪矯正已經(jīng)到位，校準(zhǔn)完成，圖3。

圖3

3 結(jié)論

在油田生產(chǎn)時(shí)抽油機(jī)皮帶斷裂是很常見的問題，皮帶斷裂的原因有很多，這次我們只對(duì)輪組間錯(cuò)位進(jìn)行研究。這次文章提出了部分的防治措施，來達(dá)到減少皮帶更換次數(shù)的目的，減少了工人的出勤次數(shù)和工作量，大大降低了生產(chǎn)成本而提高了經(jīng)濟(jì)收益。