CN201122869Y - 游梁抽油机拖动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种能隔离脉动负载转矩的抽油机拖动装置。它是在铸铁机壳中，定子铁心、三相交流绕组、铸铝笼型转子、转子轴及前后端盖进行组装；在笼型转子两端的铸铝端环圆周上，有多个径向通风冷却的孔，使转子的转矩特性适当变软而转子不过热。在转子轴前轴伸有，用自行楔紧的斜楔键固定在轴端的铸铁惯性飞轮。游梁抽油机周期性的剧烈脉动负载，在通过转动惯量较大的飞轮时，飞轮能将周期性的脉动转矩“削峰填谷”，起到隔离脉动使其平滑的作用，同时又能防止抽油机倒拉电动机的耗能现象，可大幅度提高拖动装置的运行效率。

Description

游梁抽油机拖动装置

技术领域

本实用新型涉及油田用游梁抽油机，特别涉及一种能隔离脉动负载转矩的抽油机拖动装置。

背景技术

目前各国的油田基本上都是采用传统构造的游梁式抽油机，从地下抽取石油。由于这种抽油机的结构简单，具有价格低廉、使用寿命长和维修费用低等优点，加上在几十年的长期使用过程中，也积累了丰富的使用经验，所以，尽管它也存在着传动效率低的缺点，但始终没有被后来研制出的各种新型抽油机所取代。

抽油机是重载起动并长期轻载运行的设备，可是游梁抽油机配套的电动机，基本都是从Y系列改型的6极或8极笼型异步电动机，为使抽油机起动，只能按起动负载转矩匹配电动机的功率大小，而起动后的平均负载率只有25％左右，形成了一种“大马拉小车”的低效率传动运行工况。

抽油机的机械传动系统是通过皮带轮、齿轮减速箱、曲柄轴和四连杆等机构，将电动机的高速旋转运动，转换成“悬点”(悬绳器)按正弦规律变化的低速上下直线往复运动，再通过装在曲柄轴上的平衡重的重力平衡作用，形成了曲柄轴上的静扭矩每转一周有两个按正弦规律变化的最大值和两个零值的脉动负载扭矩，致使拖动抽油机的电动机运行在周期性剧烈脉动负载转矩下，再加上四连杆传动机构形成的不断变化的传动角，又使脉动负载的峰值从90度前移到70度角和产生负转矩形成倒拉电动机等不良现象。致使抽油机的负载特性进一步恶化，还有地下的抽油泵柱塞及上千米的长拉杆产生的惯性负载和弹性负载也交织在一起，只靠调节平衡配重已无法实现抽油机的完全平衡运行，从而使电动机的力能指标大幅度下降，几十千瓦的Y系列电动机在拖动正常额定负载时有92％以上的效率，但用于拖动抽油机时其平均效率下降到60％左右，使功率因数下降到0.4左右。长期以来，各国的采油企业及科研部门一直在努力解决抽油机传动效率低这个问题。原石油部在1982年给大庆油田管理局和石油大学下达了解决这一问题的任务，20多年来国家投入了大量经费，先后有几十批攻关人员，在专家和教授的领导下一直在攻关。在2005年全国有30多个开发单位在大庆油田第九采油厂的标准井的检测情况来看，还没一家过关的。2006年10月份有全国各地的电机厂、有关的大学、新技术开发公司等，共50多个单位到大庆的标准井去检测新开发出来的各种抽油机专用节能拖动装置和节能控制配电箱。上述的事实足以说明，克服游梁抽油机传动效率过低，使电费在原油成本中占的比例过大这个老大难问题，是多么的不容易。

发明内容

为了克服游梁抽油机周期脉动负载给电动机造成拖动效率过低问题，本实用新型提供一种抽油机的新型拖动装置，该拖动装置能有效地隔离周期脉动转矩和提高运行效率。

本实用新型解决游梁抽油机传动效率过低问题所采用的技术方案是：交流电动机外壳、定子铁心、三相绕组、鼠笼转子、转子轴、前后轴承和前后端盖装成整机。其特征在于：鼠笼转子绕组的两个铸铝端环的圆周上，有多个径向通风冷却的孔，能使转子的转矩特性适当变软的同时而转子不过热。在转子轴前轴伸安装槽带轮的位置，有用能自行楔紧的斜楔健，固定在转子轴前轴伸上的铸铁飞轮，把飞轮设置在电动机前轴伸上能有效隔离周期脉动负载转矩及防止倒拉现象。

电动机轴的转速比抽油机曲柄轴的转速高百倍，把惯性飞轮直接设置在电动机前轴伸上，是一种构造简单，而且飞轮的运动线速度大，能充分发挥飞轮平滑周期脉动转矩的作用。一般抽油机运行在每分钟9个冲次时，其脉动平均周期是3.3秒钟，当地下抽油泵的柱塞达到下冲程的最低极限时，由于一千多米长的传动拉杆的回弹现象，此时仍使电动机处于被倒拉状态，这时曲柄轴接近或处于抽油机的最高点位置，曲柄轴从最高点向下转70度角度，只有1.3秒钟其静扭矩已达到峰值，这样剧烈变化的周期脉动负载，采用高速惯性飞轮隔离其脉动转矩，实践证明有较好的效果。

在铸铝端环上打孔，不但能有效增大转子的转差率S，使其S处于6％至8％时，转子连续运行不过热，这时，由于多个径向通风孔形成了鼓风轮效应，加上孔的周围正是产热点，可使冷却空气直接冷却发热面，比在转子中心发热再经过传热材料的热阻后同冷却空气交换效果显著。

其从属特征是：

1.铸铁飞轮的直径是机座高度(H)的2.1倍到2.3倍。飞轮的外径宽度为每千瓦标称输出功率6至8毫米。

2.铸铁飞轮的安装孔与转子轴前轴伸之间，有能用螺丝自行楔紧的斜楔键(15)。传统的固定重载传动机构的轴与孔都是用锥形轴、孔专用平键，以及旋紧的大螺帽和防退件等结构，不仅使结合零件的形状复杂、工序多、加工精度要求也高，而且在装拆这种机构时，要用笨重的工具进行。用能自行楔紧的斜楔键时，可以大幅度降低制造成本，用形状简单和低加工精度的直轴、孔就能达到使用要求，而且连接得更加牢固，其可靠性也更高。

3.铸铁飞轮的外侧面有安装槽带轮的法兰盘和止口。

本实用新型的有益效果是：

1.用飞轮隔离周期性剧烈脉动转矩的效果是众所周知的。但是，现有技术中用飞轮隔离各种冲击转矩或脉动转矩时，都是在电动机的外部传动系统中，设置支承飞轮和加速飞轮的各种机械机构来实现的，其零部件较多，造价及维修费用也高，在现使用的抽油机上，也不允许再增设上述附加机构。通常人们对电动机转子转动惯量的要求是越小越好的固定理念，也影响着去在电动机轴上直接装飞轮。抽油机上的电动机，前轴承主要承受连组三角带向上而且较大的拉力，飞轮的重量是向下压，能有效平衡(减轻)三角带向上拉轴承的力，不但能减轻轴承的摩擦力，也延长轴承的使用寿命。把飞轮直接固定在电动机转子轴上，仅仅在电动机上增加了一个零件，其造价最低，可靠性最高，且没有各种支承飞轮的轴承和其它传动机构的摩擦阻力所造成的能耗。

2.自行楔紧的专用斜楔键是靠两个高强度螺丝旋进轴端面顶尖孔旁边的螺孔中，使斜楔键被压紧在孔和轴的键槽中，同时牢固地使孔、键和轴楔在一起，在轴向，键是被螺丝紧压在轴端面上的。比现有技术中用锥形轴、孔、平键、垫片、大螺帽和防止螺帽转动的零件固定飞轮或皮带轮要简捷可靠得多，其制造零件的费用显著降低，而又不必用笨重的专用拆卸工具。

3.用法兰盘形式把槽带轮固定在飞轮的外侧面，使更换槽带轮方便、快捷，也不容易损坏零件。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是抽油机拖动装置实施例纵剖面构造图。

图2是自行楔紧的斜楔键外型图。

图3是图2的A向视图。

图中1.转子轴，2.冷却风扇，3.后端盖，4.风罩，5.轴承油盖，6.铸铝端环上的通风孔，7.定子铁心，8.电机外壳，9.鼠笼转子，10.接线盒，11.三相绕组，12.前端盖，13.铸铁飞轮，14.槽带轮，15.斜楔键，16.压紧斜楔键的螺丝，17.底座横梁，18.压紧螺丝过孔，19.拆卸斜楔键的螺纹孔。

具体实施方式

在图1所示实施例中，三相绕组(11)嵌在定子铁心(7)的槽内，经绝缘处理后把定子组合件压入电机外壳(8)内孔图1中的轴向位置，把压铸有铸铝端环的鼠笼转子(9)，压装到转子轴(1)轴向定位的轴肩位置后，进行精加工转子外圆和在两个铸铝端环的圆周，按尺寸要求径向打通风孔(6)，使电动机的转差率S调整到6％到8％，使其与铸铁飞轮的转动惯量相匹配，飞轮的转动惯量较大时，其转差率S可选得小些。转子精加工、并带飞轮进行动平衡好以后，装入定子内侧。轴承油盖(5)、后端盖(3)、前端盖(12)以及前、后滚珠轴承、前后外油盖、油盖螺钉、冷却风扇(2)、风罩(4)与接线盒(10)顺序总体装配后，再把铸铁飞轮(13)用能自行楔紧的斜楔键(15)和两个压紧螺丝(16)，固定在转子轴(1)的前轴伸上。

槽带轮(14)是按照抽油机的具体运行工况和电动机的极数配套的，在需要调井改变抽油机的冲次时，就得更换槽带轮，需要更换轴承时也得从轴上拆下槽带轮。抽油机是常年连续在露天并且无人值守运行的一种重型机械设备，现有设备和技术中，安装或拆下槽带轮都很费事(尤其是拆下槽带轮)，常有把带轮拆坏的情况，甚至出现过锯断电机轴再拆除轴头的情况。改用几个小螺丝把带轮上的法兰盘装紧就很容易，更不会把带轮敲坏，而且安装的精度高。在更换轴承时，只需松开两个压紧斜楔键的螺丝(16)，再把其中一个螺丝旋进拆卸斜楔键的螺孔(19)中，使螺丝端头顶在轴(1)的端面上就可使斜楔键退出，不需要笨重的拆卸工具。

Claims (4)

1、一种抽油机拖动装置，由交流电机外壳、定子铁心、三相绕组、鼠笼转子、转子轴、前后轴承和前后端盖组成，其特征在于：鼠笼转子绕组的两个铸铝端环圆周上有多个经向通风冷却的孔，在转子轴前轴伸安装槽带轮的位置，固定有能隔离周期脉动转矩负载及防止倒位现象的铸铁飞轮。

2、根据权利要求1所述的抽油机拖动装置，其特征在于：铸铁飞轮的直径是机座高度H的2.1到2.3倍；飞轮的外径宽度，每KW标称输出功率为6至8毫米。

3、根据权利要求1所示的抽油机拖动装置，其特征在于：铸铁飞轮的安装孔与转子轴前轴伸之间，有能自行楔紧的专用斜楔键。

4、根据权利要求1所述的抽油机拖动装置，其特征在于：铸铁飞轮的外侧面，有安装槽带轮的法兰盘和止口。

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