CN102400666A - 多级减速多级平衡抽油机 - Google Patents

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徐金超
李举辉
韩修廷
孙盛祥
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韩梅
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DAQING DAHUA HONGYE PETROLEUM ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
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    • E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • E21B43/121—Lifting well fluids
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B47/028—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps the driving mechanisms being situated at ground level details of the walking beam

Abstract

本发明涉及一种多级减速多级平衡抽油机。主要解决游梁式抽油机能耗大、功率扭矩波动大的问题。其特征在于：所述的一级减速器（3）输出轴通过锥齿轮副带动二级减速器轴（15）转动，二级减速器轴（15）通过直齿轮副带动三级减速器轴（16）转动，其中一级减速器（3）输出轴上连接有三级平衡重（4），二级减速器轴（15）上连接有二级平衡重（6），三级减速器轴（16）上通过曲柄（14）连接有一级平衡重（13）。该多级减速多级平衡抽油机通过多级减速与多谐波倍数叠加平衡相结合，配套柔性滑轮体系，减小交变载荷波动幅度，克服电机周期性瞬时做负功及减速器周期性短时存在负扭矩问题，使抽油机能耗低、扭矩波动小。

Description

多级减速多级平衡抽油机
技术领域
 本发明涉及油田领域，具体的说是一种多级减速多级平衡抽油机。
背景技术
目前世界范围内开采石油、天然气及煤层气等能源的技术主要为人工举升方法，其中机械举升是一种常用的人工举升手段。有杆泵抽油系统是应用最早应用最广泛的机械举升系统，据不完全统计，中国70%以上的油井采用有杆泵抽油系统，而有杆泵抽油系统的地面拖动设备是抽油机。抽油机经过百余年的发展，无论是结构还是性能都发生了很大变化，在结构上从简易游梁抽油机发展为游梁抽油机、无游梁抽油机、塔架式抽油机等多种类型。其中游梁抽油机包括常规游梁型抽油机、调径变矩游梁抽油机、摆杆式游梁抽油机等；无游梁抽油机包括链条抽油机、天轮式抽油机、渐开线异形抽油机等；塔架式抽油机包括换向抽油机、直线往复式抽油机等。在性能上发展了适应稠油、深井、低产井等不同工况要求的多种特殊抽油机。但是游梁式抽油机由于结构稳固可靠、维修方便的优点，仍然是石油天然气煤层气开采的主要设备，也是主要的耗能设备。有资料表明，我国油田生产成本的三分之一为电能消耗，游梁式抽油机消耗的电能约为总电能消耗的80%，即游梁式抽油机每年耗电100多亿千瓦时。造成游梁式抽油机耗电量大的主要原因是：抽油机体积和重量较大，能量传递环节多，能耗大；有效负载率低，电机瞬时做负功，减速器周期性短时存在负扭矩，功率扭矩波动较大等。
发明内容
为了克服现有技术中上述的不足，本发明提供一种多级减速多级平衡抽油机，该多级减速多级平衡抽油机通过多级减速与多谐波倍数叠加平衡相结合，配套柔性滑轮体系，减小交变载荷波动幅度，克服电机周期性瞬时做负功及减速器周期性短时存在负扭矩问题，使抽油机能耗低、扭矩波动小。
本发明的技术方案是：一种多级减速多级平衡抽油机，包括电动机及与电动机输出轴相连的一级减速器，所述的一级减速器输出轴通过锥齿轮副带动二级减速器轴转动，二级减速器轴通过直齿轮副带动三级减速器轴转动，其中一级减速器上连接有三级平衡重，二级减速器轴上固定有二级平衡重，三级减速器轴上通过曲柄连接有一级平衡重。
所述的一级减速器输出轴上设有小锥齿轮，所述的二级减速器轴上固定有大锥齿轮及小齿轮，所述的三级减速器轴上固定有大齿轮，所述的小锥齿轮与大锥齿轮相啮合，所述的小齿轮与大齿轮相啮合。 
本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，该抽油机采用多级减速，其中一级减速器为针形摆线减速器，三级减速器为直齿轮减速器，利用了摆线减速机的高传动比与直齿轮减速机的高扭矩特点，并且各级减速器轴上均设有平衡重，利用谐波叠加原理实现多级平衡，实现了功率扭矩波动平稳，从而降低了与功率扭矩波动成正比例函数关系的热损失量，进而提高了有效机械功和系统效率，减少了能量消耗。 
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
图２至图４是各级减速平衡的扭矩曲线图。
图中1-大锥齿轮，2-电动机，3-一级减速器，4-三级平衡重，5-减速机壳体，6-二级平衡重，7-支架，8-定滑轮，9-柔性绳，10-小齿轮，11-大齿轮，12-动滑轮，13-一级平衡重，14-曲柄,15-二级减速器轴，16-三级减速器轴，17-小锥齿轮， a-油井载荷扭矩，b-一级平衡扭矩 c-一级平衡后净扭矩，d-二级平衡扭矩，e-二级平衡后净扭矩，f-三级平衡扭矩，g-三级平衡后净扭矩。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
由图1所示，一种多级减速多级平衡抽油机，包括支架7、电动机2及与电动机2输出轴相连的一级减速器3，所述的一级减速器3为针形摆线减速器，具有高传动比的特点。减速器壳体5内设有二级减速器轴15及三级减速器轴16，所述的一级减速器3输出轴通过一对锥齿轮副带动二级减速器轴15转动，构成了二级减速器，二级减速器轴15通过另一对直齿轮副带动三级减速器轴16转动，构成了三级减速器，其中三级减速器的直齿轮传动具有高扭矩的特点。所述的一级减速器3输出轴与二级减速器轴15在一同水平面上且方向相互垂直，一级减速器3输出轴上设有小锥齿轮17，二级减速器轴15上固定有大锥齿轮1及小齿轮10，所述的三级减速器轴16与一级减速器3输出轴及二级减速器轴15在同一水平面内，且三级减速器轴16上固定有大齿轮11，所述的小锥齿轮17与大锥齿轮1相啮合，小齿轮10与大齿轮11相啮合。其中小锥齿轮17与大锥齿轮1之间的齿数比为整数倍，小齿轮10与大齿轮11的齿数比也为整数倍，其数值可以是1：2、1：3、1：4等。 
所述的一级减速器3上连接有三级平衡重4，二级减速器轴15上连接有二级平衡重6，三级减速器轴16上通过曲柄14连接有一级平衡重13，其中一级平衡重13的重量大于二级平衡重6，二级平衡重6的重量大于三级平衡重4。所述的一级平衡重13上固定有动滑轮12，其中动滑轮12到三级减速器轴16中心的距离可以根据油井载荷调整，曲柄14上有不同的连接位置，动滑轮12可以分别连接到这些位置，以改变曲柄半径。支架7上一端固定有定滑轮8、另一端固定有支座，柔性绳9的一端固定在支座上，另一端绕过动滑轮12、定滑轮8后连接井口。
该抽油机工作时，电机2带动一级减速器3转动，一级减速器3输出轴带动三级平衡重4运动，形成三级平衡扭矩，调整减速器3输出轴做功；一级减速器3输出轴通过锥齿轮副带动二级减速器轴15转动，从而带动二级平衡重6作旋转运动，形成二级平衡扭矩，平衡扭矩波动；二级减速器轴15通过直齿轮副带动三级减速器轴16运动，从而带动一级平衡重13做旋转运动，形成一级平衡扭矩，以平衡油井载荷；柔性绳9通过曲柄14上动滑轮12及井口定滑轮8与抽油杆柱、井下泵相连，把旋转运动转化为井下泵往复运动。
图2、图3与图4为油井载荷扭矩经一级平衡、二级平衡及三级平衡后的各种扭矩波动曲线，下面对其详细说明：图2中油井载荷扭矩a与一级平衡扭矩b叠加得到一级平衡后净扭矩c，可看出一级平衡后净扭矩c存在扭矩负值，且波动幅度较大；图3中一级平衡后净扭矩c与二级平衡扭矩d叠加后得到二级平衡后净扭矩e,看出二级平衡后净扭矩e已消除负值，且波动幅度也较小；图4中二级平衡后净扭矩e与三级平衡扭矩f叠加后得到三级平衡后净扭矩g，可看出三级平衡后净扭矩g的扭矩波动进一步减小，趋于平稳，且曲柄旋转周期内始终保持正值。其中，三级平衡扭矩f周期为二级平衡扭矩d周期的整数倍，其倍数即为大锥齿轮1及小锥齿轮17的齿数比，二级平衡扭矩d周期为一级平衡扭矩b周期的整数倍，其倍数为大齿轮11与小齿轮10的齿数比。且由于一级平衡重13的重量大于二级平衡重6，二级平衡重6的重量大于三级平衡重4，这使得曲线幅度变小。
终上所述，该抽油机采用多级减速，利用谐波叠加原理实现多级平衡，多级平衡轴平行交叉结合，调相位，实现了功率扭矩波动平稳，从而降低了与功率扭矩波动成正比例函数关系的热损失量，进而提高了有效机械功和系统效率，减少了能量消耗。并且该抽油机整体结构紧凑，体积和重量小，钢材消耗少，进一步减少了能量消耗。

Claims (3)

1.一种多级减速多级平衡抽油机，包括电动机（2）及与电动机（2）输出轴相连的一级减速器（3），其特征在于：所述的一级减速器（3）输出轴通过锥齿轮副带动二级减速器轴（15）转动，二级减速器轴（15）通过直齿轮副带动三级减速器轴（16）转动，其中一级减速器（3）输出轴上连接有三级平衡重（4），二级减速器轴（15）上连接有二级平衡重（6），三级减速器轴（16）上通过曲柄（14）连接有一级平衡重（13）。
2.根据权利要求1所述的多级减速多级平衡抽油机，其特征在于：所述的一级减速器（3）输出轴上设有小锥齿轮（17），所述的二级减速器轴（15）上固定有大锥齿轮（1）及小齿轮（10），所述的三级减速器轴（16）上固定有大齿轮（11），所述的小锥齿轮（17）与大锥齿轮（1）相啮合，所述的小齿轮（10）与大齿轮（11）相啮合。
3.根据权利要求2所述的多级减速多级平衡抽油机，其特征在于：所述的减速器（3）为针形摆线减速器。
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