CN102943649A - 一种无游梁机械换向长冲程抽油机 - Google Patents

Abstract

一种用于油田采油的无游梁式‘机械换向长冲程抽油机’。它的换向机构由汽车差速器、制动器等组成。它是将两组差速器组合在一起，换向过程中差速器的锥齿轮公转、自转、改变速度、改变方向转，有机巧妙地完成换向过程。此种抽油机的冲程可达8米，甚至更长。它调整冲程时非常方便，只需要移动接近开关的位置就可以了。它避免了链条式抽油机的链条易磨损和电机换向抽油机的频繁启动问题。这种抽油机工作可靠、维修方便、造价低廉、节能效果好。这种抽油机不仅用于陆上油田采油，也适用于海上油田采油。还适用低渗透率的油井。

Description

一种无游梁机械换向长冲程抽油机

技术领域：本发明涉及油田机械采油设备，尤其是采用机械换向并配以动滑轮组的无游梁滚筒式长冲程抽油机。

背景技术：现有的无游梁滚筒式抽油机比较好的有两种：(1)链条式抽油机，它的最大冲程可达8米，它的运动曲线比较合理，节能效果好。缺点是：链条垂直布置，传动链长，润滑条件差，链条磨损后发生蠕变，产生换向冲击，维修困难，维修费用高，冲程不可调整。(2)电机换向的滚筒式抽油机，它采用‘变频器’或‘开关磁组’控制电机换向，每天一万次左右。电机最好的运动状态是一个速度一个方向匀速运转，频繁启动电机，启动电流大不节能，还要增加复杂的电子控制系统。这些复杂的控制系统在工作中产生很多负面作用，如交变电流污染电网、谐波干扰编码程序、电器元件发热影响变频器寿命。另外，变频器等控制系统受工况条件和环境因素影响，工作的适应性、可靠性比较差。

发明目的：本发明的目的是提供一种结构合理、运行可靠、好维修、造价低、节能明显、调节冲程方便的机械换向长冲程抽油机。它彻底摆脱用链条和电机变频器换向的设计思想，从根本上解决电机频繁启动和链条磨损蠕变等问题。

发明内容：为实现上述目的，本发明的机械换向抽油机包括塔架、换向减速机、控制系统、配重箱、滑轮组、滚筒和链条组成。

‘换向减速机’是本发明的核心技术。换向减速机具有换向和减速两大功能。换向减速机有两组汽车差速器、两组换向制动机构、锥齿轮、圆柱齿轮、输出滚筒、换向控制系统和箱体组成，它的箱体呈凹形。

换向减速机中使用的差速器是由两个太阳齿轮、四个行星齿轮、一个十字轴和壳体组成。差速器有很多种类，如圆柱齿轮差速器、圆锥齿轮差速器、防滑差速器等等。由于圆锥齿轮差速器结构简单紧凑、工作平稳，应用最为广泛，应优先采用圆锥齿轮差速器。差速器由法国雷诺汽车公司创始人路易斯·雷诺发明，至今已有一百多年历史，是一项成熟的技术。

本发明是在两组差速器的外壳上安装圆柱齿轮，这两个圆柱齿轮相互啮合。根据设计需要，可以在这两个齿轮中间增设介轮1-3个，介轮的数量不会影响机构的减速换向功能。工作中，两组差速器交替工作，即互为主动。当其中一个差速器为主动轮时，另一个差速器为空转。交替工作中两组差速器的锥齿轮发生自转、公转、改变速度、改变方向转，有机巧妙地完成换向过程，实现了抽油机的直线往复运动。

在两组差速器的太阳轮(插半轴的齿轮)中分别插入四根半轴，输出一侧的两根半轴前端做成小锥齿轮，这两个小锥齿轮分别与配对的大锥齿轮啮合，大锥齿轮固接在输出轴上，并与输出滚筒同轴；(为了减小换向冲击，还可以把前端是小锥齿轮的半轴分解为两部分，再用扭转弹簧把这两部分联接起来，通过扭转弹簧传递扭矩，起到了缓冲减震的作用，大幅度降低了换向冲击)。另外一侧的两根半轴伸出箱体外，在半轴上装有换向制动机构，只要交替刹住这两根半轴，差速器就交替工作，输出滚筒就正、反转动。制动机构有鼓式制动器和盘式制动器，本发明优先采用盘式制动器。所述盘式制动器由刹车盘、柱塞式液压泵、杠杆、电磁铁组成。柱塞式液压泵安装在箱体上，杠杆的支点处与箱体伸出的销轴铰接，杠杆的上端点顶在液压泵的柱塞上，杠杆的下端连接一块电磁铁。电磁铁得电后吸在旋转的刹车盘上，并带动杠杆随制动盘转动一个角度，杠杆的上端点就推动柱塞移动，通过杠杆和柱塞式液压泵两次放大把正压力加到制动钳上的刹车片上刹住刹车盘及半轴。这里提到的柱塞式液压泵是模拟脚踩制动形式，刹车过程不需要外力，它是靠刹车盘自身的旋转带动电磁铁通过杠杆推动柱塞驱动液压制动钳自己刹住自己。所以这种柱塞式液压泵不需要设置电动油泵和冷却系统，免去了油泵的维修和更换液压油。如果两组制动器都失灵了，两组差速器可以同时空转，输出一侧的半轴和小锥齿轮、大锥齿轮、滚筒静止不动，不会造成任何事故。所以说它的安全性和可靠性好，寿命长。

换向控制系统由接近开关、电磁铁、和简单的控制电路组成。控制电路采用12v-36v直流电，用来控制两块电磁铁交替工作。电磁铁的功率为30w-60w就能满足需要，电磁铁的体积如电脑鼠标大小。两只接近开关分别安装在抽油机塔架的上、下两端。工作初始换向减速机空转，所谓空转就是换向减速机的输出滚筒静止不动，而伸出减速机箱体外的两根半轴和两个刹车盘同时旋转，(注意：刹车盘始终一个方向旋转或停止)。当其中一个接近开关感应接通后，与之对应的电磁铁得电产生磁场吸在刹车盘上，刹住所在的半轴，悬点上行至另一个接近开关处，两块电磁铁交替工作。即释放已刹住的制动器，延时几秒钟，待悬点的运动惯性和变形消除后，刹住另一个半轴，完成一次换向过程。重复上面的工作就可获得抽油机的往复运动。两块电磁铁交替工作过程中的延时时间，可以根据油井的渗透率及油的稠度自行设定。

在本发明的配重箱内安装两组减震弹簧。配重箱下行落地时弹簧压缩，起到缓冲减震的作用。配重箱上行时减震弹簧储存的能量起到辅助换向的作用。

本发明的输出滚筒上采用一种板式链条，它是由链节、销轴、卡簧、丝堵组成。每个链节都是相同的，链节之间用销轴连接。为了润滑链条，在每个销轴的轴心钻有一进油孔，孔内充满黄油，销轴的中部有出油口，出油口与进油孔相通，进油口用丝堵封闭。板式链条置于输出滚筒上，由输出滚筒驱动。链条的一端绕过悬点上的滑轮组固接在小支架上，另一端绕过配重箱上的滑轮组与塔架的上端连接。为了增加摩擦力在滚筒上镶嵌有衬垫，衬垫材料为橡胶或工程塑料。

有益效果：本发明采用机械换向后，获得的最大好处是：

(1)，电动机始终向一个方向匀速转动，匀速运动是最好的运动状态。它不需要电动机频繁启动换向，解决了启动电流大不节能的问题，同时避免了变频器在变频、变压过程中产生的诸多负面影响。它与链条抽油机相比缩短了传动链，改善了润滑条件，解决了链条磨损蠕变等问题。

(2)，由两组差速器组成的换向减速机采用半轴传动，液压制动，并具有延时功能，这些都最大限度地降低换向冲击，使抽油机的工作平稳可靠。

(3)，调整冲程非常方便，只要移动接近开关的位置就可以调整冲程长短。

(4)，换向减速机中的差速器、制动器、螺旋锥齿轮、半轴等，可采用汽车标准件，质量好，价格低。

(5)，本发明整机重量轻，维修方便，少故障，便于安装和运输。

(6)，输出滚筒上采用的板式链条，风阻小、使用寿命长。

附图说明：下面结合幅图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

图1是本发明的整机示意图；

图2是换向减速机的结构示意图。

图3是其中一组换向制动机构的结构示意图。

图4是板式链条的主视图。

图5是板式链条的剖视图。

图6是配重箱的主视图。

图7是配重箱的侧视图。

图8是扭转弹簧和分体半轴的结构示意图。

实施方式：图1所示的抽油机整机示意图中，换向减速机1置于塔架5的顶部，链条3绕过滚筒2，左侧链条又绕过滑轮4与塔架5上的小支架联接，右侧的链条绕过配重箱7上的滑轮6与塔架5上端联接。接近开关8、9置于塔架5的上下两端。

图2所示的换向减速机结构图，基本是一个对称结构，电动机通过皮带轮把扭矩传递给锥齿轮11，经齿轮12、齿轮13减速后把扭矩传递给差速器外齿轮14，齿轮14经介轮19驱动齿轮14’转动，差速器15、15’在齿轮14、14’带动下同时转动。差速器15、15’的右侧插入前端为小锥齿轮的半轴16、16’，小锥齿轮16、16’与配对的大锥齿轮17、17’啮合，锥齿轮17、17’与滚筒2同轴；差速器15、15’左侧的两根半轴18、18’伸出箱体外，并安装制动机构10、10’。

图3所示的换向制动机构10、10’，柱塞式液压泵21安装在换向减速机1的箱体上，杠杆24与销轴23铰接，杠杆24的上端点顶在液压泵的柱塞22上，杠杆24的下端是电磁铁25。制动钳26安装在刹车盘27左侧的中线位置。该中线与刹车盘27圆心上的水平线和箱体中线一致。

图4、图5给出链条3中的其中4节，每节链条28、销轴29都是相同的。每节链条28都用销轴29连接，销轴29的中心钻有进油孔，孔内充满润滑油，丝堵30封闭进油口。销轴29的中部是出油口，出油口与进油孔相通。链节与滚筒的接触面做成弧形

，弧度与输出滚筒的弧度相同。

图6、图7给出了配重箱的结构，配重箱7内部的两组弹簧33置于钢管34内，弹簧33的下面是柱脚32。柱脚32可以在钢管34和下端盖35中滑动。上端盖36为闷盖。

图8给出了半轴16(16’)的另一种结构形式。即装有扭转弹簧39的半轴16(16’)，半轴16(16’)被分解为37、40两部分，其中上半部37的孔和下半部40的轴为活动连接。扭转弹簧39套装在上半部37和下半部40的结合处。扭转弹簧39的端头用螺栓38固定。

本发明不局限于上述实施方式和实施领域，不论在结构上做任何变化，或在其他领域应用该技术。凡是把两组汽车差速器组合在一起，并交替刹住两个制动器来改变输出轴转向的机构，均落在本发明的保护范围之内。本发明不仅用于陆上油田采油，更适用于海上油田采油，还适用于低渗透率的油井。

Claims (5)

1.一种无游梁机械换向长冲程抽油机，由塔架、换向减速机、换向制动机构、滚筒和专用链条、动滑轮、配重箱组成，其特征在于：换向减速机(1)的凹形箱体里有两组差速器(15、15’)，在这两组差速器(15、15’)的外壳上安装齿轮(14、14’)，这两组齿轮互相啮合或通过介轮(19)互相啮合；半轴(16、16’)分别插入差速器(15、15’)右侧的太阳轮中，半轴(16、16’)前端的小锥齿轮与配对的大锥齿轮(17、17’)啮合，大锥齿轮(17、17’)与输出滚筒(2)同轴；另两根半轴(18、18’)插入差速器(15、15’)左侧的太阳轮中，并伸出箱体外，在伸出箱体部分安装换向制动机构(10、10’)；所述的换向制动机构由柱塞式液压泵(21)、制动钳(26)、杠杆(24)、和刹车盘(27)组成；所述的专用链条(3)由链节(28)、销轴(29)组成；所述的配重箱(7)内设置缓冲减震弹簧(33)。

2.根据权利要求1所述的机械换向长冲程抽油机，其特征在于：换向制动机构(10、10’)安装在半轴(18、18’)上，柱塞式液压泵(21)装在换向减速机的箱体上部，杠杆(24)的支点处与销轴(23)铰接，杠杆(23)的上端点顶在液压泵的柱塞(22)上，杠杆(24)下端安装电磁铁(25)，电磁铁(25)位于刹车盘下边缘部分，制动钳(26)安装在凹形箱体的中线位置，这条中线与刹车盘(27)圆心的水平线一致。

3.根据权利要求1所述的无游梁机械换向长冲程抽油机，其特征在于：链节(28)与滚筒(2)和动滑轮(4、6)的接触面为弧形，链节(28)用销轴(29)链接，销轴(29)的轴心是进油口，销轴(29)的中部有出油口，出油口与进油孔相通，销轴(29)的进油口用丝堵封闭。

4.根据权利要求1所述的无游梁机械换向长冲程抽油机，其特征在于：配重箱(7)内有钢管(34)，弹簧(33)置于钢管(34)内，弹簧(33)的下端是柱脚(32)，柱脚(32)通过下端盖(35)在钢管内滑动，弹簧(33)上端用闷盖(36)封闭。

5.根据权利要求1所述的无游梁机械换向长冲程抽油机，其特征在于：换向减速机(1)内的半轴(16、16’)分解为(37)、(40)两部分，上半部(37)和下半部(40)为活动连接，扭转弹簧(39)套装在(37)、(40)的结合处，扭转弹簧的上下两端有螺栓(38)固定。

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