CN103527153B - 非圆齿轮上下冲程自动换向抽油机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非圆齿轮自动换向抽油机；属于石油开采用抽油机。包括电机、变速器，滚筒、变速器和电机安装在底座上；电机通过传动机构与减速器连接，减速器通过上下冲程自动换向机构与滚筒连接，所述的上下冲程自动换向机构为非圆齿轮箱，非圆齿轮箱一端通过联轴器与减速器连接，另一端通过另一联轴器与滚筒连接。抽油机工作时，电机单方向连续转动，经过皮带以及变速器，将运动传递给非圆齿轮箱；非圆齿轮箱输出周期性的正反转运动，带动滚筒正反转；滚筒正反转，带动钢丝绳和钢丝绳上下运动，实现抽油。延长了相关设备的使用寿命，同时也减轻了电网和变压器的负担和线损，大量减少了无功损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油开采用抽油机，具体地说是一种非圆齿轮自动换向抽油机。属于石油机械技术领域。
背景技术
抽油机是开采石油的一种机器设备，从采油方式上可以分为有杆类采油设备和无杆类采油设备，它们都是通过加压的办法使石油出井。这其中又以抽油杆往复运动的抽油机为主。
抽油杆往复运动的抽油机大致可以分为两类，一是游梁式抽油机，一是无游梁式抽油机，如塔架式抽油机。
游梁式抽油机，也就是俗称的“磕头机”，一般由普通交流异步电动机通过圆柱齿轮减速器直接拖动，其曲柄带以配重平衡块带动抽油杆，驱动井下抽油泵做固定周期的上下往复运动，把井下的油送到地面。
这种抽油机的优点是结构简单、耐用；但不足之处主要表现在这种抽油机的上、下行程的速度、频次是固定不变的，比较适用于浅层油田。但我国目前的油田，经过几十年的开采，我国早期投入产油的老油井已经进入高含水期，而近几年新开发的新油田又普遍具有油层埋藏深、低渗透、油井供液能力差和产油低的特点。显然，采用简单的圆柱齿轮减速器的游梁式抽油机是难以应对上述不同的复杂情况的，导致抽油效率低下，能源浪费。
针对上述情况，业内开发了无游梁式抽油机，如塔架式抽油机。与游梁式抽油机相比，无游梁式抽油机的优点是十分明显的，比如无游梁式抽油机的冲程大、频次低，适合深油井作业；其上、下行程的速度和频次可以根据油井的情况调整，效率高，能耗低。
无游梁式抽油机是通过电气元件如变频器、数控系统、变频电机、伺服电机等来改变电机运转方向从而实现抽油杆的上下运动的。这种看似合理而又简单的上下冲程换向方式却成了困扰石油界的一个大难题。原因在于电气执行元件难以适应抽油机野外恶劣的工况，不能长时间工作。因此，使用这种电器元件来实现冲程换向的无游梁式抽油机的缺点是：造价高、故障多、维修难。这也就决定了这种极具生命力的无游梁式抽油机难以普及推广。
鉴于上述情况，开发一种机械式结构、适合野外恶劣工况、使用寿命长的抽油机，就显得非常重要。
发明内容
考虑到游梁式抽油机具有效率低、耗能高及无游梁式抽油机具有造价高、核心元器件难以适应野外恶劣的自然环境、寿命短的弊端，结合非圆齿轮的特点，本发明提供一种非圆齿轮上下冲程自动换向抽油机。采用非圆齿轮箱来实现上下冲程的自动换向，简单、可靠、耐用；还可以根据油井或油层的状态，通过调整非圆齿轮的节曲线形状，来设定抽油机上、下行程的速度曲线，以提高泵的充满系数，减少泵的漏失，获得较大的出油量。具有非常显著的节能效果。
本发明是以如下技术方案实现的：一种非圆齿轮上下冲程自动换向抽油机，包括塔架、安装在塔架上的2个天车轮、配重箱、皮带、电机、底座、抽油杆、滚筒、变速器；塔架、滚筒、变速器和电机安装在底座上；反方向复绕在滚筒上的钢丝绳通过天车轮分别与抽油杆及配重箱连接；电机通过传动机构与减速器连接，减速器通过上下冲程自动换向机构与滚筒连接，所述的上下冲程自动换向机构为非圆齿轮箱，非圆齿轮箱一端通过联轴器与减速器连接，另一端通过另一联轴器与滚筒连接。
所述的非圆齿轮箱包括输入轴、第一双联非圆齿轮、天车轮、第一非圆行星齿轮、第二非圆行星齿轮、第三非圆行星齿轮、第四非圆行星齿轮、行星架、第一双联非圆齿轮、第二双联非圆齿轮和支座；所述的第一非圆行星齿轮、第二非圆行星齿轮、第三非圆行星齿轮和第四非圆行星齿轮安装在行星架上；所述的第一非圆行星齿轮和第四非圆行星齿轮与第一双联非圆齿轮啮合，所述的第二非圆行星齿轮和第三非圆行星齿轮与第二双联非圆齿轮啮合；所述的第一双联非圆齿轮固定在支座上；所述的第二双联非圆齿轮与天车轮连接；机构工作时，输入动力通过输入轴传入，并经过机构内的非圆齿轮啮合运动，通过天车轮输出；当输入是单方向运动时，输出为相同周期的正反转运动，即当输入轴每转动一周时，输出轴完成一次正转和反转。。
通过改变非圆齿轮节曲线的形状分别调整抽油机上下冲程的速度和加速度，以适应不同油田或油层的需要。
抽油机工作时，电机单方向连续转动，经过皮带以及变速器，将运动传递给非圆齿轮箱；非圆齿轮箱输出周期性的正反转运动，带动滚筒正反转；滚筒正反转，带动钢丝绳和钢丝绳上下运动，实现抽油。
由于采用了上述技术方案，本抽油机具有如下优点：
1、由于本发明采用了具有自动换向功能的非圆齿轮箱，当输入是单方向运动时，输出为相同周期的正反转运动，即当输入轴每转动一周时，输出轴完成一次正转和反转。
2、抽油机工作时，电机始终处于单方向连续运行状态，而不需要电机的频繁启动换向，避免了启动时的相当于3～7倍的额定电流和电能损耗，减少了对电动机、变速箱、抽油机等的冲击，延长了相关设备的使用寿命，同时也减轻了电网和变压器的负担和线损，大量减少了无功损耗。
3、通过改变非圆齿轮节曲线的形状可以分别调整抽油机上下冲程的速度和加速度，以适应不同油田或油层的需要。
4、非圆齿轮箱是一种全机械式机构，适合在野外恶劣的环境下长时间工作，而且结构简单，造价低，便于维护。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是非圆齿轮箱结构示意图。
图中：1、自动换向机构，2、塔架，3、钢丝绳，4、天车轮，6、配重箱，7、皮带，8、电机，9、底座，10、抽油杆，11、滚筒，12、变速器；1.1、输入轴，1.2、第一双联非圆齿轮，1.3、天车轮，1.4、第一非圆行星齿轮，1.5、第二非圆行星齿轮，1.6、第三非圆行星齿轮，1.7、第四非圆行星齿轮，1.8、行星架，1.9、第二双联非圆齿轮，1.10支座。
具体实施方式
如图1和图2所示，非圆齿轮上下冲程自动换向抽油机包括塔架2、安装在塔架上的2个天车轮4、配重箱6、皮带7、电机8、底座9、抽油杆10、滚筒11、变速器12；塔架2、滚筒11、变速器12和电机8安装在底座9上；反方向复绕在滚筒11上的钢丝绳通过天车轮4分别与抽油杆10及配重箱6连接；电机8通过皮带7与减速器12连接，减速器12通过上下冲程自动换向机构1与滚筒11连接，所述的上下冲程自动换向机构1为非圆齿轮箱，非圆齿轮箱的输入轴1.1一端通过联轴器与减速器12连接，另一端通过另一联轴器与滚筒11连接。
如图3所示，所述的非圆齿轮箱包括输入轴1.1、第一双联非圆齿轮1.2、天车轮1.3、第一非圆行星齿轮1.4、第二非圆行星齿轮1.5、第三非圆行星齿轮1.6、第四非圆行星齿轮1.7、行星架1.8、第一双联非圆齿轮1.2、第二双联非圆齿轮1.9和支座1.10；所述的第一非圆行星齿轮1.4、第二非圆行星齿轮1.5、第三非圆行星齿轮1.6和第四非圆行星齿轮1.7安装在行星架1.8上；所述的第一非圆行星齿轮1.4和第四非圆行星齿轮1.7与第一双联非圆齿轮1.2啮合，所述的第二非圆行星齿轮1.5和第三非圆行星齿轮1.6与第二双联非圆齿轮1.9啮合；所述的第一双联非圆齿轮1.2固定在支座1.10上；所述的第二双联非圆齿轮1.9与天车轮1.3连接；机构工作时，输入动力通过输入轴1.1传入，并经过机构内的非圆齿轮啮合运动，通过天车轮1.3输出；当输入是单方向运动时，输出为相同周期的正反转运动，即当输入轴每转动一周时，输出轴完成一次正转和反转。
通过改变非圆齿轮节曲线的形状分别调整抽油机上下冲程的速度和加速度，以适应不同油田或油层的需要。
这种非圆齿轮箱，当输入是单方向运动时，输出为相同周期的正反转运动，即当输入轴每转动一周时，输出轴完成一次正转和反转。
抽油机工作时，电机始终处于单方向连续运行状态，而不需要周期性的改变速度及运行方向。
Claims (2)
1.一种非圆齿轮上下冲程自动换向抽油机，包括塔架(2)、安装在塔架上的2个天车轮(4、5)、配重箱(6)、皮带(7)、电机(8)、底座(9)、抽油杆(10)、滚筒(11)、变速器12；塔架2、滚筒(11)、变速器(12)和电机(8)安装在底座(9)上；反方向复绕在滚筒(11)上的钢丝绳3通过天车轮(4)分别与抽油杆(10)及配重箱(6)连接；电机(8)通过传动机构与减速器(12)连接，减速器(12)通过上下冲程自动换向机构(1)与滚筒(11)连接；其特征在于，所述的上下冲程自动换向机构(1)为非圆齿轮箱，非圆齿轮箱一端通过联轴器与减速器(12)连接，另一端通过另一联轴器与滚筒(11)连接；
所述的非圆齿轮箱包括输入轴(1.1)、第一双联非圆齿轮(1.2)、天车轮(1.3)、第一非圆行星齿轮(1.4)、第二非圆行星齿轮(1.5)、第三非圆行星齿轮(1.6)、第四非圆行星齿轮(1.7)、行星架(1.8)、第一双联非圆齿轮(1.2)、第二双联非圆齿轮(1.9)和支座(1.10)；所述的第一非圆行星齿轮(1.4)、第二非圆行星齿轮(1.5)、第三非圆行星齿轮(1.6)和第四非圆行星齿轮(1.7)安装在行星架(1.8)上；所述的第一非圆行星齿轮(1.4)和第四非圆行星齿轮(1.7)与第一双联非圆齿轮(1.2)啮合，所述的第二非圆行星齿轮(1.5)和第三非圆行星齿轮(1.6)与第二双联非圆齿轮(1.9)啮合；所述的第一双联非圆齿轮(1.2)固定在支座(1.10)上；所述的第二双联非圆齿轮(1.9)与天车轮(1.3)连接；机构工作时，输入动力通过输入轴(1.1)传入，并经过机构内的非圆齿轮啮合运动，通过天车轮(1.3)输出；当输入是单方向运动时，输出为相同周期的正反转运动，即当输入轴每转动一周时，输出轴完成一次正转和反转。
2.根据权利要求1所述的非圆齿轮上下冲程自动换向抽油机，其特征是：通过改变非圆齿轮节曲线的形状分别调整抽油机上下冲程的速度和加速度，以适应不同油田或油层的需要。
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