CN108119325A - 抽油机直线驱动装置 - Google Patents
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Abstract
一种抽油机直线驱动装置。装置包括电机和滚珠丝杆及润滑系统、支撑及连接系统。电机上端盖安装有上推力轴承，上推力轴承上端连接有推力轴承调节螺母，电机下端盖安装有下推力轴承，电机下端面连接电机摆臂支架，电机摆臂支架的末端连接有电机摆臂支架轴承,所述的电机为空心转子，空心的电机转子内部嵌装的滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠螺母与电机转子刚性连接，滚珠丝杠螺母驱滚珠丝杠作直线运动，滚珠丝杠螺母的下端面设有锁紧块，并且与润滑系统的活塞式油泵连接。本申请以滚珠丝杠组件的滚动摩擦传动，替代传统的齿轮传动和皮带传动，传动效率高达95％，同时消除了传统驱动装置组合的各个可能的故障点，大大提高了驱动装置的运行安全性。
Description
技术领域：
本发明涉及油田采油技术领域，属于一种抽油机直线驱动装置。
背景技术：
在原油开采过程中，抽油机驱动装置为电动机与减速箱的皮带传动、减速箱的齿轮传动、摆臂梁的旋转传动，传动效率低，传统驱动装置组合的各个故障点多，驱动装置运行安全性低。
发明内容：
为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供一种抽油机直线驱动装置，抽油机螺旋直线驱动装置以滚珠丝杠组件的滚动摩擦传动，替代传统的齿轮传动和皮带传动，传动效率高达95％，同时消除了传统驱动装置组合的各个可能的故障点，大大提高了驱动装置的运行安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抽油机直线驱动装置包括电机，电机上端盖安装有上推力轴承，上推力轴承上端连接有推力轴承调节螺母，电机下端盖安装有下推力轴承，电机下端面连接有驱动装置摆臂支撑组件,电机内设有电机转子，所述的电机转子为空心的，空心的电机转子下部内嵌装的滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠螺母与电机转子刚性连接，滚珠丝杠螺母连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母的下端面设有锁紧块，滚珠丝杠的上端连接游梁摆臂连接组件，滚珠丝杠4的下端连接润滑系统的活塞式油泵。
井口螺旋直线驱动装置包括电机，电机上端盖安装有上推力轴承，上推力轴承上端连接有推力轴承调节螺母，电机下端盖安装有下推力轴承，电机下端面连接有驱动复合支架，驱动复合支架固定在驱动结构支架上,驱动结构支架的上部内设有蓄能组件，驱动复合支架下端连接有球形关节连接组件，球形关节连接组件实现与抽油杆连接，电机内设有电机转子，所述的电机转子为空心的，空心的电机转子下部内嵌装的滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠螺母与电机转子刚性连接，滚珠丝杠螺母连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母的下端面设有锁紧块，滚珠丝杠的上端连接蓄能连接支架。
上述方案中的滚珠丝杠由行星滚柱丝杠替代。
本发明的具有的有益效果是：抽油机直线驱动装置将大承载能力滚珠丝杠与复合空心永磁电机相结合，形成的一种全新的直线驱动装置，在不变更原有游梁式抽油机主体结构的前提下，完全替代游梁式抽油机传统的电动机+皮带+减速箱+摆臂梁+旋转配重块的驱动装置组合，通过丝杠的往复直线运动，驱动抽油机游梁的上下摆动，完成采油工作。抽油机螺旋直线驱动装置，以滚珠丝杠组件的滚动摩擦传动，替代了电动机与减速箱的皮带传动、减速箱的齿轮传动、摆臂梁的旋转传动，大大提高了驱动装置的传动效率，传动效率高达95％，同时消除了传统驱动装置组合的各个可能的故障点，大大提高了驱动装置的运行安全性。
本申请的滚珠丝杠的另一端与游梁摆臂连接组件刚性连接，随着滚珠丝杠的往复直线运动，驱动抽油机游梁，上下摆动，挠性连接只存在于游梁摆臂组件与丝杠、丝杠与丝杠轴承座、电机与驱动装置摆臂组件之间，共计3个，相比传统驱动装置，大为减少，大大提高了传动精度和传动效率。
附图说明：
图1是本发明的结构示图。
图2是本发明工作状态示意图。
图3是图1中滚珠丝杠摆动示意图。
图4是本发明井口驱动的结构示图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的说明：
抽油机直线驱动装置包括电机1，电机1为复合空心永磁电机,电机1上端盖安装有上推力轴承6，上推力轴承6上端连接有推力轴承调节螺母10，电机1下端盖安装有下推力轴承7，电机1下端面连接有驱动装置摆臂支撑组件9,电机1内设有电机转子2，所述的电机转子2为空心的，空心的电机转子2下部内嵌装的滚珠丝杠螺母3，滚珠丝杠螺母3与电机转子2刚性连接，滚珠丝杠螺母3随着电机转子2而转动，滚珠丝杠螺母3连接有滚珠丝杠4，随着滚珠丝杠螺母3的转动滚珠丝杠4做上下往复运动。滚珠丝杠螺母3的下端面设有锁紧块5，滚珠丝杠4的上端连接游梁摆臂连接组件11，滚珠丝杠4的下端连接润滑系统的活塞式油泵。电机底面连接油底壳12,油底壳12内充满润滑油13，润滑油13具有润滑和冷却的作用，保证滚珠与摩擦滚道有良好的润滑，为滚珠丝杠运行提供了条件，本装置滚珠丝杠采用液体润滑或脂润滑，滚珠丝杠在运行过程中密封装置避免滚珠丝杠粘结泥沙、灰尘等，提高滚珠丝杠组件的使用寿命。
抽油机直线驱动装置，在抽油机全冲程运行过程中，电机和丝杠，随着游梁运动，进行一定角度的轻微摆动，摆动角度在6度以内。如图3所示，根据力学的方向分解原理可知，驱动游梁绕旋转中心旋转的力距为沿丝杠中心线的拉力(或推力)的与游梁垂直方向的分解力形成的力矩，即拉力(或推力)*COS(摆臂角度)*力作用点到旋转中心距离，摆臂角度越小，有效分解力矩越大。抽油机螺旋直线驱动装置的摆臂角度在6度以内，远小于传统驱动装置的摆臂角度，大大提高驱动功率的利用率，降低驱动装置的装机功率。
抽油机螺旋直线驱动装置的滚珠丝杠轴承座即滚珠丝杠螺母镶嵌在复合空心永磁电机空心转子内部，与电机转子刚性连接，随电机转子同步转动，滚珠丝杠与滚珠丝杠螺母相连接，并贯穿于电机的空心轴内，随着滚珠丝杠螺母的转动，滚珠丝杠做直线往复运动，随着滚珠丝杠的往复直线运动，从而形成抽油机采油泵的工作运动，实现采油工作。
本装置的电机为复合空心永磁电机，因要设计滚珠丝杠的运行通道，故采用永磁电机结构，电机转子设计成轴内部中空的结构，同时电机的机壳根据需要，采用大一个等级的基座号。
滚珠丝杠：其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
复合空心永磁电机在工作过程中采用双向旋转的工作方式，根据设定的冲程和冲次，在丝杠达到上下换向止点前约500毫米，电机开始减速运行，在上下换向止点，电机减速到零速，经3秒左右的死点延时，电机变换运行方向，滚珠丝杠改变运动方向。电机转速与旋转磁场完全同步，通过配置的绝对值编码器，计算电机旋转次数，从而控制抽油机的冲程和冲次，以及滚珠丝杠的初始位置，如需调节抽油机的冲程只需调整电机的单向运转圈数，如需调整冲次，只需调整电机旋转磁场的频率。
驱动装置摆臂支撑组件9由电机摆臂支架8、摆臂轴承座14和摆臂轴锁紧座15、摆臂轴16组成，电机摆臂支架8、摆臂轴承座14和摆臂轴16均安装在电机下部端盖上；摆臂轴锁紧座分固定和可移动两部分，固定部分安装在抽油机基础组件上，可移动部分为螺栓固定方式，当摆臂轴安装进锁紧座后，扣合锁紧座可移动部分，用固定螺栓锁紧摆臂轴。运行过程中，电机带动摆臂支撑轴承左右摆动，摆臂轴固定不动。
游梁摆臂连接组件11由游梁摆臂轴28、异型连接件20、上连接件17、下连接件18及横梁19组成，上连接件17负责与游梁摆臂轴28连接，下连接件负责与滚珠丝杠4连接，横梁19将上、下连接件组成刚性连接体。运行过程中，滚珠丝杠4与下连接件18连接，绕游梁摆臂轴，做一定角度的摆动运动，完成游梁从上止点到下止点的圆弧运动及滚珠丝杠4的上下往复运动。
本申请的抽油机螺旋直线驱动装置，也可完全取消抽油机+电机+减速箱的常规采油装置，直接安装在井口，由螺旋直线驱动装置驱动抽油杆，通过丝杠的往复直线运动，完成采油工作。结构如图4所示。
井口螺旋直线驱动装置包括电机1，电机1上端盖安装有上推力轴承6，上推力轴承6上端连接有推力轴承调节螺母10，电机1下端盖安装有下推力轴承7，电机1下端面连接有驱动复合支架24，驱动复合支架24固定在驱动结构支架23上,驱动结构支架23的上部内设有蓄能组件22，驱动复合支架24下端连接有球形关节连接组件25，球形关节连接组件25实现与抽油杆26连接，电机1内设有电机转子2，所述的电机转子2为空心的，空心的电机转子2下部内嵌装的滚珠丝杠螺母3，滚珠丝杠螺母3与电机转子2刚性连接，滚珠丝杠螺母3连接有滚珠丝杠4，滚珠丝杠螺母3的下端面设有锁紧块5，滚珠丝杠4的上端连接蓄能连接支架21。滚珠丝杠由行星滚柱丝杠替代。上述方案中的组件详细描述如下：
(1)、球形关节连接组件25将滚珠丝杠4与抽油杆26相连接，球形关节连接组件25分成两部分，一部分为与抽油杆26相连接，二者刚性连接，采用紧固螺栓紧固，接口部位设计有防脱齿扣；球形部分与丝杠刚性连接，通过球形关节，使滚珠丝杠4与抽油杆26形成挠性连接，既保证连接的强度，同时又有一定的活动自由度，避免对驱动装置形成弯曲应力。抽油机螺旋直线驱动装置井口直接驱动形式，随着滚珠丝杠的往复直线运动，直接驱动采油泵，大大简化了传动结构。
(2)、驱动复合支架24固定在驱动结构支架23上，使驱动装置的摆臂轴，有效固定，承载抽油杆、油液、摩擦等负载，并留有一定的转动自由度，降低对支架系统的刚性冲击。
(3)、驱动结构支架23是螺旋直线驱动装置井口直驱的基础安装支架，使螺旋直线驱动装置，垂直安装与井口之上，同时连接蓄能装置等。
(4)、蓄能连接支架21将滚珠丝杠与蓄能装置连接起来，使螺旋直线驱动装置，在抽油杆下行工作时，将抽油杆的位能变化，转移到蓄能装置中，充分利用能量。
(5)、蓄能组件22：螺旋直线驱动装置在工作中，滚珠丝杠往复直线运动，滚珠丝杠上行时，提起抽油杆及油液，下行时放下抽油杆，蓄能装置将抽油杆重量的势能变化，部分存储在蓄能装置中，待丝杠换方向运行时，与电机共同驱动丝杠。蓄能组件采用气动弹簧结构，既可以储存一部分势能变化，又可以起到丝杠止点缓冲的作用和降低丝杠下行的电机驱动功率。
Claims (5)
1.一种抽油机直线驱动装置，包括电机(1)，其特征在于：电机(1)上端盖安装有上推力轴承(6)，上推力轴承(6)上端连接有推力轴承调节螺母(10)，电机(1)下端盖安装有下推力轴承(7)，电机(1)下端面连接有驱动装置摆臂支撑组件(9),电机(1)内设有电机转子(2)，所述的电机转子(2)为空心的，空心的电机转子(2)下部内嵌装的滚珠丝杠螺母(3)，滚珠丝杠螺母(3)与电机转子(2)刚性连接，滚珠丝杠螺母(3)连接有滚珠丝杠(4)，滚珠丝杠螺母(3)的下端面设有锁紧块(5)，滚珠丝杠(4)的上端连接游梁摆臂连接组件(11)，滚珠丝杠4的下端连接润滑系统的活塞式油泵。
2.根据权利要求1所述的抽油机直线驱动装置，其特征在于：电机(1)为复合空心永磁电机，电机底面连接油底壳(12),油底壳(12)内充满润滑油(13)。
3.根据权利要求1所述的抽油机直线驱动装置，其特征在于：在抽油机全冲程运行过程中，电机和丝杠随着游梁运动进行一定角度的轻微摆动，摆动角度在6度以内。
4.一种井口直线驱动装置，包括电机(1)，其特征在于：电机(1)上端盖安装有上推力轴承(6)，上推力轴承(6)上端连接有推力轴承调节螺母(10)，电机(1)下端盖安装有下推力轴承(7)，电机(1)下端面连接有驱动复合支架(24)，驱动复合支架(24)固定在驱动结构支架(23)上,驱动结构支架(23)的上部内设有蓄能组件(22)，驱动复合支架(24)下端连接有球形关节连接组件25，球形关节连接组件(25)实现与抽油杆(26)连接，电机(1)内设有电机转子(2)，所述的电机转子(2)为空心的，空心的电机转子(2)下部内嵌装的滚珠丝杠螺母(3)，滚珠丝杠螺母(3)与电机转子(2)刚性连接，滚珠丝杠螺母(3)连接有滚珠丝杠(4)，滚珠丝杠螺母(3)的下端面设有锁紧块(5)，滚珠丝杠(4)的上端连接蓄能连接支架(21)。
5.根据上述任意一项权利要求所述的抽油机直线驱动装置，其特征在于：滚珠丝杠由行星滚柱丝杠替代。
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