CN1081295C - 一种程控往复式抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种油田采油用的程控往复式抽油机，其特点是由调速换向电控箱将电力供给与之相连的电动机和刹车装置，电动机经V型联组带与减速箱输入皮带轮相连，使电动机的转动传给减速箱，再通过齿轮与齿条轨道上下往复啮合传动，从而带动换向架以及与之相连的跨过天车导向轮的悬挂油井载荷带和井下抽油机上下往复抽油。本发明抽油机采用机电一体化结构，提高整机使用寿命和运行速度，设备体积小，重量轻，可节约钢材1/3-1/2，节电30-50%，是一种理想的机型。

Description

一种程控往复式抽油机

本发明属于驱动机构位于地面且专用油矿采油用的抽油机，更具体地说是一种程控往复式抽油机。

抽油机是开采石油中的主要设备，目前国内外各油田使用的抽油机普遍是游梁式抽油机或者是一些改进型的游梁式抽油机。游梁式抽油机是采用曲柄连杆机构作为动力转换环节，其转换传递曲线近似正弦曲线，在一个做功周期内有效功

即曲柄连杆的机电转换效率仅为63.7％，游梁式抽油机采用曲柄加重块的旋转平稳方式，而负载是上下往复运动，因此从理论上讲负载平衡度不会高于64％，加上二次平衡也不会高于75％，而作为动力和功率主要传递环节的减速箱承受着较大的脉动扭矩的作用，现场使用经常发生较严重的事故；由于游梁式抽油机采用曲柄连杆机构，因此增大冲程到7米以上几乎是不可能的，在整个上、下冲程中存在交变载荷，对抽油杆乃至整个抽油机都造成疲劳损伤，而且游梁抽油机也无法实现大冲程、小冲次操作，因此对提高采油率是不利的；此外这种抽油机设备大，能耗高，制造成本也比较高。

为了改进游梁式抽油机结构存在的问题，国内外研制出较多的无游梁抽油机。例如专利号为90208605.7、92219276.6、93218032.9、93230853.8公开的链条式抽油机，采用链条作为动力传递元件，链条的失效和多边形效应限制传递速度的提高，而且链条的寿命据有关资料报导，仅为15000小时。

本发明的目的是克服已有技术的一些缺点，发展了一种具有节能高效，运行可靠且应用电子技术的程控往复式抽油机。

实现本发明的目的主要技术方案：采用由齿轮传动和调速换向电力控制组成的机电一体化的结构形式。具体结构和技术原理：通过可以设定冲程和冲次基准值的调速换向电控箱输出一定频率的电压和控制信号供给与之相连接的电动机和刹车装置，电动机的转动经V型联组带传给减速箱输入端，在减速箱的两个输出轴上安装的四个齿轮与齿条轨道实现共轭啮合。在调速换向电控箱控制下，安装在换向架上的电动机正转、反转及平稳换向就带动减速箱的驱动齿轮与齿条轨道上下往复的啮合传动，从而带动换向架上下往复直线运动，上下往复运动的行程可在1-12米内任意调整，换向架通过与之连接的且跨过天车导向轮的悬挂油井载荷带与井下抽油装置相连，因此也随之带动井下抽油泵上下往复抽油运动。

所述的调速换向控制箱是采用电梯上使用的包括牌号为PWP/VVVQ18-37P的调速换向控制板的线路结构，它是以改变供电频率、电压大小及相位来调整电动机转速，改变电动机转向、无冲击起动和无惯性刹车。

所述的齿条轨道采用多段齿条相接结构形式，这种形式易安装，易维护，易实现12米以上的冲程，冲次线速度最大可达10米/秒以上。

本发明的主要优点：

1、由于采用齿轮传动技术，充分利用齿轮传动精密高、速度范围广、经久耐用且制造成本低的特点，使整机寿命长，运行平稳，上下往复运动大部分行程都是匀速直线运动，动态载荷为0。

2、由于采用调速换向电控箱控制电动机的无冲击起动与无惯性刹车，使得换向架上下往复运动就像乘坐电梯一样的平稳，消除抽油杆、抽油泵交变疲劳损伤，也延长了整个设备的使用寿命。

3、采用精确砝码平衡方式，设置配重块，抽油机中的电动机、减速箱等动力部件也都作为负载的平衡重，使平衡度达97％以上。

4、本发明的整机外型尺寸主要由减速箱的轮廓尺寸决定，整机外框架可以做到占地面积1.5平方米，由于整机体积小，重量轻，因此可节约钢材1/3-1/2。

5、本发明的减速箱输出驱动齿轮半径仅为游梁式抽油机曲柄长度的1/10-1/7，而且负载平衡度提高30％，因此使减速箱峰值扭矩减小10倍以上，脉动极小。

6、本发明由于采用机电一体化结构形式，起动、刹车都很平稳，传动元件摩擦副少，减速箱扭矩小，平衡度高，使得电动机的装机容量和铜、铁损失都减少，系统节电达30-50％。

7、本发明由于采用电子技术，可以在最大范围内任意调节冲程和冲次的基准值，对于提高油田采油率非常有利，采用本发明的抽油机采油率可提高30-50％。

下面结合附图进一步说明本发明的特点。

图1为本发明主视结构示意图。

图2为本发明俯视结构示意图。

图3为本发明侧视结构示意图。

由图1-图3所示，本发明是由油杆悬挂器1、悬挂油井载荷带2、天车导向轮3、天车导向轮支座4、操作台及护栏5、整机外框架6、齿条轨道7、限位轨道8、电动机9、电动机皮带轮10、减速箱输入皮带轮11、刹车装置及刹车轮12、减速箱输出轴13、齿轮14、限位滚轮15、轨道基座16、换向架17、减速箱18、传动机构配重块19、调速换向电控箱20、外框架斜拉梁21、整机底座22、轨道润滑油池23、V型联组带24所构成。

所述的油杆悬挂器1与悬挂油井载荷带2相连，载荷带2跨过天车导向轮3与换向架17相连，换向架17通过螺栓杆与减速箱18连接；图3所示的调速换向电控箱20将电力供给与之连接的电动机9和图2所示的刹车装置12，电动机经V型联组带24与图3所示的输入皮带轮11联接，以使电动机9的转动传给减速箱18，经降速增矩后由图2所示的减速箱输出轴13上安装的齿轮14与固定在整机外框架6上的齿条轨道7的啮合传动，使电动机9的转动变成直线运动，在减速箱输出轴13同时安装的限位滚轮15在与固定在外框架6的限位轨道8(见图2)上滚动，以限制整个减速箱18与换向架17横向移动，同时保证齿轮14与齿条轨道7的正确啮合，图3所示的传动机构配重块19装在换向架17的底部，用于调整负载的平衡度，实现精确平衡；图3所示天车导向轮3利用导向轮支座4固定在外框架6的顶部；外框架6与整机底座22紧固并与抽油机基础相固定；外框架斜拉梁21用于保护外框架6的稳定性，轨道润滑油池23保证齿轮14与齿条轨道7啮合润滑以及限位滚轮15与限位轨道8的滚动润滑。图1和图3所示的26为光杆，25为井口。

所述的整机外部架6是由金属材料经铆焊形成的结构，用于整机载重支承和密封。

所述的天车导向轮3是滚桶式圆柱轮。

所述的限位轨道可以由包括轻轨、方口钢、工字钢、圆管钢形状制成

所述的减速箱18为四齿轮驱动型减速箱即一个输入轴、两个对称输出轴以及两个输出轴两端安装有四个齿轮或是双齿轮驱动型减速箱即单输入轴和单输出轴两端各安装一个齿轮。

所述的刹车装置12采用通常的电磁刹车。

所述的齿轮4和限位滚轮15安装在同轴上。

本发明抽油机的工作过程：

动力电源输入到调速换向电控箱20，根据所设定冲程和冲次的基准值，由调速换向电控箱20输出一定频率的电压和控制信号到安装在换向架17上的电动机9和驱动减速箱18，控制电动机9正转、反转及平稳换向，带动减速箱18的四个驱动齿轮14与齿条轨道7上下往复啮合传动，从而变成换向架9的上下往复运动，最后通过与跨过天车导向轮3的悬挂油井载荷带2相连的井下抽油装置实现抽油泵的往复运动。

实施例

本发明的程控往复式抽油机在油田使用时技术指标及其与游梁式抽油机(CYJ10-3-37)对比数据见下表：

项        目	本发明抽油机	游梁式抽油机
			整机重量，T减速箱扭矩，KN.m最长冲程，m平衡度，％电动机容量，kw	15589722	29373.36845

Claims (8)

1、一种程控往复式抽油机，包括油杆悬挂器、悬挂油井载荷带、天车导向轮、天车导向支架、操作台及护栏、整机外框架、电动机、减速箱、刹车装置、轨道润滑油池、整机底座，其特征在于油杆悬挂器与悬挂油井载荷带相连，载荷带跨过天车导向轮与换向架相连，换向架通过螺栓与减速箱连接；调速换向电控箱通过线路与电动机和刹车装置相连。并向其供给电力，电动机经V型联组带与减速箱输入皮带轮相连接，以使电动机的转动传给减速箱，再通过减速箱输出轴上安装的齿轮与固定在外框架上的齿条轨道啮合传动，使电动机传动变成直线运动，在减速箱输出轴上同时安装有限位滚轮，可在与固定在外框架上限位轨道上滚动，用于调整负载平衡度的传动机构配重块安装在换向架的底部，天车导向轮利用导向轮支座固定在外框架的顶部，外框架与整机底座紧固并与抽油机基础相固定。

2、按照权利要求1所述的抽油机，其特征在于所述齿条轨道采用多段齿条相接的结构形式或采用销轴沿直线等距插入整体轨道形成销齿轨道。

3、按照权利要求1所述的抽油机，其特征在于所述的天车导向轮是滚桶式圆柱轮。

4、按照权利要求1所述的抽油机，其特征在于所述的限位轨道由包括轻轨、方口钢、工字网、圆管钢形状制成。

5、按照权利要求1所述的抽油机，其特征在于所述的电动机皮带轮与减速箱皮带轮靠V型联组带的传动形成一定的减速比。

6、按照权利要求1所述的抽油机，其特征在于所述的减速箱具有一个输入轴、两个对称输出轴以及两个输出轴两端安装有四个齿轮，形成四齿轮驱动型减速箱或是单输入轴、单输出轴两端各安装一个齿轮，形成双齿轮驱动型减速箱。

7、按照权利要求1所述的抽油机，其特征在于所述的调速换向控制箱选用电梯上使用的包括牌号PWP/VVVG18-37P在内的调速换向控制板的线路结构。

8、按照权利要求1所述的抽油机，其特征在于所述的齿轮与限位滚轮安装在同轴上。

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