CN100357598C - 一种有杆泵齿轮式变换抽油装置 - Google Patents
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Abstract
一种有杆泵齿轮式变换抽油装置，该装置的特征在于应用本人发明往复运动与旋转运动齿轮式互换机构，使动力机高速旋转运动的功率，通过齿轮式变换机构变为输出往复运动的功率，然后通过变矩齿轮、齿条或绞轮、钢丝绳与光杆和抽油杆连结，再通过抽油杆带动泵的柱塞作上下往复抽油作业，该装置较现有技术节能30%以上，节省材料40%以土，体积缩小1-2倍，效率提高，结构简单、紧凑，使用寿命延长，抽油成本降低，是一代新型的有杆泵抽油装置。
Description
本发明涉及一种有杆泵抽油装置，尤其是一种有杆泵齿轮式变换抽油装置。
目前，广泛使用的有杆泵抽油装置，是石油工业传统的采油方式之一，也是采油工程中一直占主导地位的人工举升方式。有杆泵采油包括常规的有杆泵采油和螺杆泵采油，两者都是由抽油机将地面动力传递给井下泵；前者是将抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵，后者是将井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。常规的有杆泵抽油装置包括抽油机、抽油泵所组成的抽油系统，它利用抽油机的曲柄连杆机构，把动力机(电动机或天燃气发动机)的旋转运动变为光杆的往复运动，用抽油杆带动深井的柱塞进行抽油。
抽油机是有杆泵采油的主要设备，抽油机按其基本结构又分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机；游梁式抽油机主要由游梁、连杆、曲柄机构、皮带轮、减速箱、动力设备和辅助设备构成，工作时，动力机的高速旋转运动，通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动光杆和抽油杆作上下的往复运动。这种抽油机的主要缺点是：第一、由于需要比较长的曲柄半径，曲柄半径与悬绳器的往复行程成正比，而游梁的驴头一端一般小于横梁轴一端，加上曲柄平衡块和游梁平衡块，消耗于自身运动的惯性力，惯性力矩、连杆运动分力，杠杆作用力和自身传动过程中消耗的功率，占动力机功率的50％以上；第二，占的空间大，从动力机、减速箱到驴头、悬绳器，从底座到游梁，占的空间达300-500m2；第三，重量大，消耗的原材料多；第四，功率排量低，增加采油成本。
本发明是为了克服上述技术的缺点而提供的一种有杆泵齿轮式变换抽油装置。
本发明的目的是这样实现的，应用本人发明专利往复运动与旋转运动齿轮式互换机构，专利号：ZL96117438.2，使动力机的功率通过减速齿轮副，进入旋转运动变往复运动机构，该机构由两个全周齿轮、复合两个半周圆弧滚柱轮，两个半周圆弧滚柱轮与一个介圆弧齿轮交替啮合，通过与介圆弧齿轮同轴的变矩齿轮与齿条啮合，从齿条输出往复运动的功率，齿条的下端通过连接器与光杆连接，通过盘根盒、三通阀与抽油杆连接，抽油杆带动柱塞泵的柱塞作上下往复采油的作业，或者将变矩齿轮改作U形槽绞轮，用钢丝绳一端与U形槽的槽底连接，绕过天车轮另一端与光杆连接，再通过抽油杆带动柱塞泵的柱塞作上下往复采油作业。
本发明一种有杆泵齿轮式变换抽油装置，与现有技术比较具有如下的优点：
1、节省能源消耗，从动力机输出旋转运动的功率，到齿条输出往复运动的功率，其间只有4对齿轮副传动，加工精度比较高的齿轮副传动，一对齿轮副自身消耗功率只有0.5％-1.5％，自身消耗的功率很低，可节省能耗40％。
2、体积缩小，整机安装的空间，只需100m3-150m3，可缩小2-3倍。
3、重量降低50％左右，节省原材料消耗，降低制造成本。
4、易损件减少，使用寿命延长。
5、由于井上机构提高了稳定性和可靠性，可以提高泵的容积效率和排量。
6、提高功率比排量，降低有杆泵采油的成本，是一代新型的有杆泵抽油装置。
下面结合附图和实施例，对本发明进一步说明：
附图1：有杆泵齿轮变换抽油装置图。
附图2：齿轮式变换机构图。
附图3：绞轮与天车轮传动机构图。
附图4：杆式抽油泵功能示意图。
图1所示；为有杆泵齿轮式变换抽油装置，该装置由控制台(1)、电动机(2)、旋转运动变往复运动机构(3)、变矩齿轮(4)、齿条(5)、墩台(6)、连接器(7)、光杆(8)、盘根盒(9)、三通阀(10)、套管(11)、油管(12)、抽油杆(13)、抽油泵(14)、柱塞(15)、油层(16)构成，电动机(2)通过减速齿轮副，将旋转运动的功率输入旋转运动变往复运动机构(3)、旋转运动变往复运动机构(3)通过变矩齿轮(4)与齿条(5)啮合，齿条(5)输出往复运动的功率，整套井上装置安装在墩台(6)上，由控制台(1)控制作业；齿条(5)与光杆(8)通过连接器(7)连接，齿条(5)的往复运动，带动光杆(8)通过盘根盒(9)和三通阀(10)连接抽油杆(13)，抽油杆(13)带动抽油泵(14)的柱塞(15)作上下往复作业，油从油层(16)被抽油泵(14)吸进，经油管(12)和三通阀(10)排出。
图2所示：为旋转运动变往复运动的齿轮式变换机构，由电动机(2)从减速齿轮副(17)输出高速旋转运动的功率，通过第一全周齿轮(18)变为低速运动，第一全周齿轮(18)与几何尺寸相同的第二全周齿轮(19)啮合，第一全周齿轮(18)、第二全周齿轮(19)与两个几何尺寸相同的第一半周圆弧滚柱轮(20)、第二半周园弧滚柱轮(21)复合，第一半周圆弧滚柱轮(20)、第二半周圆弧滚柱轮(21)与一个介圆弧齿轮(22)交替啮合，即介圆弧齿轮(22)啮合上第一半周圆弧滚柱轮(20)时，即脱开第二半周圆弧滚柱轮(21)，反之，当介圆弧齿轮(22)啮合上第二半周圆弧滚柱轮(21)时，即脱开第一半周圆弧滚柱轮(20)；介圆弧齿轮(22)与同轴的变矩齿轮(4)复合，变矩齿轮(4)与齿条(5)啮合，齿条(5)输出往复运动的功率；减速齿轮副(17)、全周齿轮(18)、(19)、半周圆弧滚柱轮(20)、(21)、介圆弧齿轮(22)、变矩齿轮(4)通过轴A、B、C、D(24)和轴承A、B、C、D(23)安装在箱体(25)上，箱体(25)安装在基座(26)上，基座(26)安装在墩台(6)上；齿条(5)的下端内设有螺杆(30)一端与齿条连接，一端通过连接器(7)与光杆(8)连接，螺杆(30)与齿条(5)结合的头上有个反紧螺帽(27)，可微调往复行程，按照泵的往复行程的需要设计变矩齿轮(4)和齿条(5)的往复行程。变矩齿轮(4)有平衡重块(29)以平衡上下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上下冲程中所做的功不同；即上冲程齿条(5)向上运动，悬点承受最大负荷，(悬点载荷的计算与一般有杆泵相同)，此时，平衡重块(29)向下运动，齿条(5)运动至上止点，平衡重块(29)运动至下止点，反之下冲程齿条(5)向下运动，平衡重块(29)向上运动，齿条(5)运动至下止点，平衡重块(29)运动至上止点；下冲程抽油杆(13)在其自重作用下克服浮力下行，此时，电动机(2)不但不需要对外作功，反而接受外来的能量做负功，会造成功率的浪费，效率和寿命的下降，抽油机的振动等后果。平衡重块(29)在下冲程中吸收外来的全部位能，帮助电动车(2)在上下冲程中均做正功，在下冲程中把能量储存起来，在上冲程中利用储存的能量，来帮助电动机作功；为使电动机平衡运转，在下冲程中需要储存的能量，就是悬点在上下冲程中所做功之和的一半。因此，1、计算出悬点的栽荷。2、计算出平衡块重量，和变矩齿轮或U形槽绞轮的扭矩。3、自身运动损失率按最大8％计算，就可以计算出电动机(2)所需功率。
图3所示：为绞轮与天车轮传动机构，该机构由U形槽绞轮(31)、U形槽天车轮(32)、支架(33)、钢丝绳(34)构成，将C轴(24)上与介圆弧齿轮(22)复合的变矩齿轮(4)和齿条(5)取消，改为U形槽绞轮(31)，钢丝绳(34)一端与U形槽绞轮(31)的槽底连结，绕过U形槽天车轮(32)，另一端通过连接器(7)与光杆(8)连接，U形槽天车轮(32)安装在支架(33)上，支架(33)安装在基座(26)上，U形槽绞轮(31)的往复运动通过钢丝绳(34)绕过U形槽天车轮(32)，通过连接器(7)带动光杆(8)从上止点(35)至下止点(36)作上下往复运动，在U形槽绞轮(31)的上面有平衡重块(37)，其作用原理与平衡重块(29)相同；其往复行程按照泵的往复行程的需要设计。按照我国已经制定的游梁式抽油机系列标准，光杆最大冲程3.3m，本机构能够满足重型长冲程抽油机的需要。
图4所示：为杆式抽油泵功能，抽油泵(14)(包括管式泵和杆式泵)由工作筒(40)、柱塞(15)、游动阀(排出阀)(38)固定阀(吸入阀)(39)构成；a为上冲程：抽油杆(13)向上运动，活塞(15)上的游动阀(排出阀)(38)受管内液柱的压力关闭，此时泵内压力降低，固定阀(吸入阀)(39)在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开，如果油管内已充满液体，则在井口排出相当于柱塞冲程长度(42)的一段液体，上冲程是泵内吸入液体，井口排出液体的过程。B为下冲程：抽油杆(13)向下运动、固定阀(吸入阀)(39)一开始就关闭，泵内压力增高到大于柱塞以上液柱压力时，游动阀(排出阀)(38)被顶开，柱塞下部的液体通过游动阀(排出阀)(38)进入柱塞上部，从泵内排出液体，由于有相当于冲程长度的光杆(8)从井外进入油管，泵排出相当于这段光杆长度的体积的液体，下冲程是泵向油管内排液的过程。本装置由于降低能耗，提高效率，提高了盘根盒(9)以上上部装置的稳定性和可靠性，齿条(5)和钢丝绳(34)均作上下直线往复运动，没有驴头的摆动，也没有曲柄连杆机构的脉动，因此，可将活塞(15)的长度(41)缩短，以增加缸体容积(42)，同时加大缸体长度(43)增加往复行程，以增加泵的排量20％-30％。
Claims (3)
1、一种有杆泵齿轮式变换抽油装置，其特征在于该装置由控制台(1)、电动机(2)、旋转运动变往复运动机构(3)、变矩齿轮(4)、齿条(5)、墩台(6)、连接器(7)、光杆(8)、盘根盒(9)、三通阀(10)、套管(11)、油管(12)、抽油杆(13)、抽油泵(14)、柱塞(15)、油层(16)构成：电动机(2)通过减速齿轮副将旋转运动的功率输入旋转运动变往复运动机构(3)；旋转运动变往复运动机构(3)通过变矩齿轮(4)与齿条(5)啮合、齿条(5)输出往复运动的功率，整套井上装置安装在墩台(6)上，由控制台(1)控制；齿条(5)通过连接器(7)与光杆(8)连接，光杆(8)通过盘根盒(9)和三通阀(10)与抽油杆(13)连接，抽油杆(13)带动抽油泵(14)的柱塞(15)作上下往复作业，油从油层(16)经油泵(12)和三通阀(10)排出；或者将变矩齿轮(4)齿条(5)传动，替换成U形槽绞轮(31)、U形槽天车轮(32)、天车轮支架(33)、钢架绳(34)传动，U型槽天车轮(31)通过C轴与介圆弧齿轮(22)复合，钢丝绳(34)的一端与U形槽绞轮(31)的槽底连结，绕过U形槽天车轮(32)，另一端通过连接器(7)与光杆(8)连接，U形槽天车轮(32)安装在天车轮支架(33)上，天车轮支架(33)安装在基座(26)上，在U形槽绞轮(31)的上面安装平衡重块(37)。
2、按照权利要求1所述的有杆泵齿轮式变换抽油装置，其特征在于旋转运动变往复运动机构(3)由电动机(2)从减速齿轮副(17)输出高速旋转运动的功率，通过第一全周齿轮(18)变为低速运动，第一全周齿轮(18)与几何尺寸相同的第二全周齿轮(19)啮合，第一全周齿轮(18)、第二全周齿轮(19)与两个几何尺寸相同的第一半周圆弧滚柱轮(20)、第二半周圆弧滚柱轮(21)复合，第一半周圆弧滚柱轮(20)、第二半周圆弧滚柱轮(21)与一个介圆弧齿轮(22)交替啮合，即介圆弧齿轮(22)啮合上第一半周圆弧滚柱轮(20)时，即脱开第二半周圆弧滚柱轮(21)，反之，当介圆弧齿轮(22)啮合上第二半周圆弧滚柱轮(21)时，即脱开第一半周圆弧滚柱轮(20)；介圆弧齿轮(22)与同轴的变矩齿轮(4)复合，变矩齿轮(4)与齿条(5)啮合，齿条(5)输出往复运动的功率；减速齿轮副(17)、全周齿轮(18、19)、半周圆弧滚柱轮(20、21)、介圆弧齿轮(22)、变矩齿轮(4)通过轴A、B、C、D(24)和轴承A、B、C、D(23)安装在箱体(25)上，箱体(25)安装在基座(26)上，基座(26)安装在墩台(6)上；齿条(5)的两侧有燕尾边导轨(28)，燕尾边导轨(28)固定在基座(26)上，齿条(5)的下端内设有螺杆(30)，变矩齿轮(4)与齿条(5)的往复行程相等，变矩齿轮(4)安装平衡重块(29)。
3、按照权利要求1所述的一种有杆泵齿轮式变换抽油装置，其特征在于增加杆式抽油泵的排量，抽油泵(14)将活塞(15)的长度(41)缩短，以增加缸体容积(42)，并加长缸体(43)，以增加往复行程和排量。
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