CN202181881U - 抽油机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种抽油机，包括主框架(9)，抽油杆(1)，配重体(11)，设在主框架顶部的平台(8)，安装在平台(8)上的电机(27)、导向轮(4)和轮筒式复绕轮(5)，电机(27)通过变速机构(6)联接到复绕轮，复绕轮可绕固定的复绕轮轴(19)转动并在其筒体内部的至少一端设有内齿圈(7)，从复绕轮筒体引出的配重体牵引绳(10)与配重体上的紧固器相连接构成配重运行牵引系统；从复绕轮筒体引出的抽油杆悬绳(2)经导向轮(4)并通过牵引器(3)与抽油杆相连接构成抽油杆运行牵引系统，电机为永磁同步曳引机，变速机构(6)包括太阳轮(6a)，至少两个行星齿轮(6b)和固定安装在复绕轮轴上的行星架(6c)，电机的输出端连接到太阳轮，而太阳轮(6a)与至少两个行星齿轮(6b)相啮合，行星齿轮(6b)与内齿圈(7)相啮合。这种抽油机具有传动效率高、结构紧凑的特点。

Description

抽油机

技术领域

本发明涉及抽油机领域，尤其涉及一种传动效率高的轮筒式抽油机。

背景技术

非自喷井采油广泛使用游梁式曲柄平衡抽油机。这种类型的抽油机抽油方式已有百年历史，其用电能耗高，工况效率低，机械冲击力强，水泥和钢材用量大。为了降低采油成本，节能降耗减排已成为世界采油业当前如何增效的重大课题。

中国专利申请200310100186.X号公开了一种新颖的抽油修井机，它包括天轮轴、减速器、大齿轮、小齿轮、电动机、天轮卷扬绳、配重体、配重架、导向钢丝绳、抽油光杆、主框架、支架平台、和天轮(牵引轮)，其中大齿轮和天轮相互固定，并通过天轮轴承安装在天轮轴上，天轮轴用天轮轴紧固器紧固在支架平台上，或者大齿轮和天轮与天轮轴相互固定，天轮轴的两端通过轴承紧固在支架平台上，减速器、电动机、制动器和过载保护器都安装在支架平台上，支架平台与主框架的顶部相连接，悬绳器一段连接抽油光杆，另一端通过悬绳器牵引绳连接在天轮的轮轴上，配重体通过配重架和挂绳器及配重体牵引绳紧固在天轮的轮周上，电动机经过制动器、联轴器与减速器连接，减速器输出轴与小齿轮连接，小齿轮与大齿轮啮合。与游梁式曲柄平衡抽油机相比，这种新颖的抽油修井机总效率有了显著的提高，同时它具有一些修井机的功能。但如果需要复杂的修井作业，可能需要专业修井机。在这种情况下，占据抽油杆上方空间的天轮和主体构件需要整机移位，造成诸多不便。此外，由于要作修井机之用，对电动机、传动装置等要作适应性的变化。因而所选择的参数对抽油作业来说不是最佳的。

在中国发明专利申请03102663.X中公开了一种双拖动抽油机，其中支架顶部设有一个或多个上导向轮，并且在支架的底部还设有下导向轮。上导向轮固定安装在支架上，位于支架侧的上导向轮占据了抽油杆上方的空间，因此在进行修井作业时，需要将上导向轮拆走才有可能让出抽油杆上方的空间，这种导向轮的拆卸费时费力。在有些情况下，即使将上导向轮拆走，也很难让出修井所需的空间。因此，在修井时需要将抽油机整机移走。

另外，现有的抽油机一般采用摩擦式传动和外齿啮合传动，摩擦式传动存在容易打滑、效率低的缺点，而外齿啮合传动存在磨损大、单位面积的应力集中并且所占空间大的缺点。

发明内容

本实用新型的一个目的是克服现有技术的不足，提供一种传动效率高、结构紧凑的抽油机。

因此，本实用新型提供一种抽油机，其包括主框架，抽油杆，配重体，设在该主框架顶部的平台，安装在该平台上的电机、导向轮和轮筒式复绕轮，该电机通过变速机构联接到该复绕轮以驱动该复绕轮转动，其中该复绕轮可绕固定的复绕轮轴转动并且在其筒体内部的至少一端设有内齿圈，从所述复绕轮筒体引出的配重体牵引绳与该配重体上的紧固器相连接构成配重运行牵引系统；从所述复绕轮筒体引出的抽油杆悬绳经过导向轮并通过牵引器与抽油杆相连接构成抽油杆运行牵引系统，其中，该电机为永磁同步曳引机，该变速机构包括太阳轮，至少两个行星齿轮和固定安装在该复绕轮轴上的行星架，该永磁同步曳引机的输出端连接到该太阳轮带动其转动，而该太阳轮与所述至少两个行星齿轮相啮合，而所述行星齿轮与所述内齿圈相啮合。

在本实用新型中，将永磁同步曳引机通过包括太阳轮、行星齿轮和行星架的变速机构直接联接到复绕轮，省去了传统变速箱和其传动轴，简化了传动机构，实现了有齿无传动轴式的传动，进一步提高了传动效率，可将能量输出损耗降至最低，并且太阳轮、行星齿轮和行星架均容纳在复绕轮筒体内侧，使传动系统的结构更紧凑。

按照本实用新型的一个优选方案，为了使行星齿轮与内齿圈的接触应力更均匀，行星齿轮的数目为四个，并且这四个行星齿轮围绕太阳轮的周向等距间隔布置。

有利的是，在该复绕轮的筒体内部的两端还分别装有一组平面涡卷弹簧，这两组平面涡卷弹簧的卷绕方向相反，并且冲程开始时其中仅一组平面涡卷弹簧处于储能状态，所述弹簧的可伸展长度大于抽油杆的冲程。本领域技术人员应当想到，在安装平面涡卷弹簧时，应保证涡卷弹簧与行星齿轮变速机构运行不相互干涉。

本实用新型中内齿圈和多个行星齿轮之间的啮合传动在刚性、强度、可靠性方面接近传统的游梁式抽油机，改善了传统的外齿传动以及圆柱齿轮传动的力学结构，可使传动系统的工作环境得到改善，并且维护简单。再者，通过将内齿圈在一端嵌入轮筒式天轮，不仅减小了设备的体积，还大大降低了造价，而且也不占用平面涡卷弹簧在复绕轮的筒体内的空间。另外，在本实用新型中采用轮筒式复绕轮，使得电机换向工作控制机械回转能量加强，同时使电机和控制器的综合性能提高，并且做到匹配运行。

有利的是，传统的外齿啮合齿数为1，圆柱齿轮内齿啮合齿数为2.5，而在本实用新型中，行星齿轮内齿齿数啮合为5以上。这样使得传动系统中机械应力接触面积增大，进而机械力矩增加，各点受力更趋合理，从而使传动机构的刚性增加。

在根据本实用新型的抽油机中，为了有效地利用自然界中的风能，抽油机配设有风力发电系统，该风力发电系统包括顺次连接的风力发电机、风机控制器和蓄电池组，而该蓄电池组经逆变器连接到抽油机控制管理系统。其中风力发电机布置在该主框架顶部的平台上，该蓄电池组安置在所述配重体中。

在本实用新型的另一个方案中，为了有利地利用自然界中的太阳能，抽油机还配设有光能发电系统，该光能发电系统包括顺次连接的光伏组件、光伏控制器和蓄电池组，而该蓄电池组经逆变器连接到抽油机控制管理系统。

在本实用新型的又一个方案中，抽油机可同时配设有风力发电系统和光能发电系统，其中该风力发电系统包括顺次连接的风力发电机、风机控制器和蓄电池组，而该蓄电池组经逆变器连接到抽油机控制管理系统，该光能发电系统包括连接到所述蓄电池组的光伏组件，该光伏组件和该蓄电池组之间设有光伏控制器。

在本实用新型中，还包括导向轮支架，该导向轮支架一端可枢转地安装在该平台上，另一端悬臂伸出该平台外并装有该导向轮，通过所述复绕轮的转动来驱动该导向轮支架和该导向轮在与该平台所在平面垂直的平面内相对该平台向上枢转。如此配置，使得在修井时，将抽油杆顶端换上修井机的作业牵引器后，通过电机驱动复绕轮，而复绕轮又带动导向轮相对平台向上枢转，抽油机的牵引器和抽油杆悬绳在导向轮内槽中一起被后拉上扬垂立，从而便捷地让出修井空间，而不需人工手动操作。

有利的是，本实用新型中的抽油机还包括靠近抽油杆布置在平台上的导向轮调整定位凸部，其构造成能与设置在导向轮支架上的凹部相配合来固定该导向轮并调整该导向轮相对该平台的仰角。由此一来，在修井完毕后，可以实现导向轮复位下放位置准确。在这里，调整定位凸部可以是螺纹安装在平台两侧的两个圆顶螺栓，所述凹部为设置在导向轮支架两侧的凹槽，通过旋拧螺栓可以调整导向轮的仰角，从而有利于导向轮向上枢转。按照本实用新型的一个优选方案，所述仰角为6度～12度，通过调整仰角还能起到对导向轮相对井口前、后位置的微调。另外，导向轮调整定位凸部和设置在其下方的凹部的相互配合还能防止导向轮左右偏移，从而提高了结构稳定性。

和现有的抽油机相比，本实用新型的抽油机具有传动效率高、结构紧凑、并且方便修井以及维护的特点。

附图说明

本实用新型完整而能实现的内容，包括对本领域技术人员来说是最佳的实施方式，以下结合附图作了更详细的阐述，其中：

图1为根据本发明抽油机的一个实施例的侧视图，示出了处于工作位置和修井位置的导向轮；

图2为图1所示的抽油机在工作位置时的侧视图；

图3a为图1所示抽油机的工作平台的俯视图；

图3b为太阳轮、行星齿轮和行星架与内齿圈的位置关系示意图；

图4为图1中的抽油机配设有风力发电系统和光能发电系统的示意图；

图5为根据本实用新型的抽油机所配设的风力发电系统和光能发电系统之间的配置示意图；

图6为布置在复绕轮中的平面涡卷弹簧的示意图。

附图标记一览表

1-抽油杆，2-抽油杆悬绳，3-牵引器，4-导向轮，5-轮筒式复绕轮(复绕轮)，6-行星齿轮变速机构，6a-太阳轮，6b-行星齿轮，6c-行星架，6e-电磁制动器，7-内齿圈，8-顶部支架平台，9-立筒式主框架，10-配重体牵引绳，11-配重体，12-控制柜，13-平面涡卷弹簧，14-控制面板，15-导缆，16-蓄电池组，17-光伏组件，18-风机水平旋转限位机构，19-复绕轮轴，20-导向轮支架，21-导向轮轴承，22-导向轮调整定位凸部，23-风力发电机，24-风轮，25-风机控制器，26-逆变器，27-电机，28-风机机舱，29-光伏控制器，30-顶部平台密封罩，31-抽油机控制管理及驱动系统。

具体实施方式

图1至图3示出了本实用新型抽油机的一个优选实施例。参见图1，本实用新型中的抽油机为轮筒式抽油机，其主要包括立筒式主框架9，抽油杆1，配重体11，设在该主框架顶部的平台8，布置在该平台8上的电机27、悬臂伸出平台的导向轮4和的复绕轮5，复绕轮轴19固定安装在平台8上，复绕轮5可绕复绕轮轴19转动。有利的是，还设有顶部平台密封罩30，用于保护布置在平台8上多个装置。在该实施例中，主框架配置成具有立筒腔室和门的立筒式主框架9，用于控制电机的控制柜12布置在该立筒腔室内，并且配重体11以及配重体牵引绳10延伸入该立筒腔室内。在这里，立筒式主框架9的高度取决于抽油时冲程的长度，抽油机的冲程增大，主框架的高度也相应增加。立筒式主框架9选用的钢材材质厚度应该适度考虑增强井架刚性强度，控制柜12置于主框架9的背面，属室内工况，这改善了现有控制柜的野外工况环境，加强了防盗与安全。更有利的是，控制柜的控制面板外挂布置在门外操作人员平视位置，从而不需要进入立筒腔室内就能进行操作控制。

还可以想到，为了降低立筒式主框架9的高度，在该立筒腔室内与配重体11相对的下方设有凹坑，使得配重体11在向下运行过程中，能延伸入凹坑内，从而在抽油杆冲程不变的情况下，可以在一定程度上降低立筒式主框架9的高度。

在本实用新型中，复绕轮5为轮筒式复绕轮，其配置成在一端的筒体内侧设有内齿圈7。有利的是，电机27为永磁同步曳引机27，其输出端通过变速机构6联接到复绕轮5以驱动该复绕轮转动，其中该变速机构6包括太阳轮6a、围绕太阳轮6a的周向等间距布置的四个行星齿轮6b和固定安装在复绕轮轴19上的行星架6c，其中永磁同步曳引机27输出端连接到太阳轮6a而带动该太阳轮转动，太阳轮6a与每个行星齿轮6b啮合进而带动各行星齿轮6b转动，而各行星齿轮与内齿圈7啮合以驱动复绕轮5转动，如图3a和图3b所示。本领域技术人员应当明白，永磁同步曳引机27自身带有电磁制动器6e，因此不需要配设额外的电磁制动机构。

将永磁同步曳引机通过包括太阳轮、行星齿轮和行星架变速机构直接联接到复绕轮，省去了传统的变速箱和其传动轴，简化了传动机构，实现了有齿无传动轴式的传动，并使抽油机的传动系统结构紧凑，且由于内齿圈的各部分受力均匀，因此传动平稳，磨损小。与现有的采用圆柱齿轮减速的减速器相比，大大提高了传动效率，并将能量输出损耗降至最低。在这里，永磁同步曳引机27固定在位于平台上的电机支架上，其输出端通过行星齿轮6b与复绕轮5的内齿圈对接啮合。这种传动系统尤其适用于长冲程低冲次的抽油机。本实用新型中的永磁同步曳引机例如可以是购自位于许昌市的博玛曳引机制造有限公司的WYJ2-3.00/800无齿轮三相交流曳引机。但本领域技术人员应当明白，根据具体需要，也可以选择其它合适的永磁同步曳引机。

本领域技术人员应当理解，虽然本实施例中行星齿轮6b的数目设置为四个，但是根据具体需要，设置两个、三个或更多数目的行星齿轮也落在本实用新型的范围内。

在本实用新型中，参见图1，示出了处于抽油机处于工作状态和修井状态时的导向轮的位置，其中处于修井状态的导向轮位置用虚线标示，导向轮4通过导向轮支架20可相对该平台8在垂直于平台的平面内向上枢转地安装在平台8上。具体来说，设有用于将导向轮支架20连接到复绕轮筒体的连接机构，从而使导向轮4通过转动复绕轮5驱动能相对平台8向上枢转。在连接机构的一个方案中，在导向轮支架20和复绕轮5的筒体上分别设有连接部，例如挂钩或挂环，以及连接到其中之一的挂绳，在修井时需要向上向后扬起导向轮4时，断开抽油杆悬绳2和抽油杆1之间的连接，将悬绳2连接到导向轮支架20或复绕轮5筒体上，从而将两者相连接。这种配置使得通过电机27驱动复绕轮5转动，并通过挂绳拉动导向轮支架20向上枢转，进而使导向轮4能被后拉上扬，从而便捷地让出修井空间，而无需人工拆去或推动导向轮或者移走整机，大大节省了修井的费用和时间。在向上枢转导向轮4的过程中，优选通过点动控制电机驱动复绕轮5转动。另外，还优选在平台上设有挡板(未示出)，用于限定导向轮4向上枢转的角度。在连接结构的另一个实施例中，其包括布置在导向轮支架20上的连接部，该连接部能将抽油杆悬绳2可拆地固定到导向轮支架，从而在复绕轮5转动时由抽油杆悬绳2拉动导向轮支架20向上枢转，进而拉动导向轮4向上枢转。

另外，按照本实用新型的优选方案，参见图2，导向轮4通过导向轮轴承21安装在导向轮支架20上，在平台8的靠近抽油杆1的一端还设有导向轮调整定位螺栓22，在这里该定位螺栓22是分别安装在平台8两侧，其与导向轮支架20两侧上的凹口或凹槽相配合将导向轮4固定就位，并能防止导向轮支架20左右偏移，增强了结构稳定性。通过旋拧螺栓，可以调整螺栓的高度，从而调整导向轮4相对平台8的仰角。将导向轮4布置成相对平台8成一定的仰角，能使导向轮更容易地向上枢转。在本实用新型中，仰角例如为6度～12度，优选为8～10度，另外通过调整仰角的大小，还可以调整导向轮4与井口的相对位置。

在抽油机的运行过程中，配重体运行牵引系统(参见图1)与抽油杆运行牵引系统(参见图2)呈自身动平衡态势。为了使永磁同步曳引机的输出端、太阳轮6a和行星齿轮6b与轮筒式复绕轮5的内齿圈7之间的传动在运行与换向时，能够更加平稳，可以在轮筒复绕轮5筒体内的两端分别装有一组平面涡卷弹簧13(参见图6)，在完成安装时，其中仅一组平面涡卷弹簧13处于储能状态，所述弹簧的伸展长度大于抽油杆1的冲程，并且平面涡卷弹簧的13布置的位置不会干涉行星齿轮变速机构6的运行。在复绕轮5筒体内，两组平面涡卷弹簧13反向安装，在电机正向转动时，其中一组弹簧储能，而另一组弹簧释能，从而产生作用与反作用力的力矩，大大改善换向冲击。平面涡卷弹簧13的设置有助于辅助电机27平滑换向，机械与电控相配柔性跟随。这不仅减少电机27频繁换向所产生的电损和机损，具有节电效果，同时提高了永磁同步曳引机27、电控元件和机械部件耐用度等。

图4示出了根据本实用新型的抽油机的另一个实施例，和图1至图3中示出的抽油机的实施例不同的是，为了进一步加强立筒式主框架的强度，在立筒式主框架9的与抽油杆1相反的一侧设置加强结构，并形成控制柜用腔室，用于控制电机的控制柜12布置在该腔室内，同样属室内工况，并改善了现有控制柜的野外工况环境，加强了防盗与安全。同样地，控制柜的控制面板14外挂布置在门外操作人员平视位置，从而不需要进入立筒腔室内就能进行操作控制。

另外，考虑到目前海上风能单机发电功率最大已经达到5000KW，并且陆地风力发电机的输出功率也达到2000KW到3000KW之间，并且随着风力发电技术的日渐成熟，性能提高，价格下降。对于图1至图3中示出的抽油机来说，传动功率的常态工况是10KW左右，在井深1000m～1200m提配重、卸配重时的功率在20KW到25KW之间，属于瞬时功率，因此，一般的风力发电机和光能发电机可以满足这种抽油机的供电需要。在深井情况下，可以考虑加大功率和光、风能的储备功率。

为此，在该实施例中，如图4和图5所示，抽油机配设有风力发电系统，该风力发电系统包括顺次连接的风力发电机23、风机控制器25和蓄电池组16，而该蓄电池组16经逆变器26连接到抽油机控制管理系统。从图中可以看出，风力发电机23布置在该主框架顶部的平台8上，并且风力发电机23的风轮24的叶片直径不仅取决于期望的输出功率，并且还要考虑到风轮24的运转不会干涉抽油机的正常运行。另外，还设有风机水平旋转限位机构18，用于控制风力发电机23的转动范围，进一步防止风轮24的叶片干涉抽油机的运行。有利的是，蓄电池组16安置在配重体11中，这样不仅节约了空间，还能起到配重的作用。

另外，除了风力发电系统之外，抽油机还可配设有光能发电系统，该光能发电系统包括连接到所述蓄电池组16的光伏组件17，该光伏组件17和该蓄电池组16之间设有光伏控制器29。

在本实用新型中，考虑到风力发电机的功率曲线与风场风力的强弱有关，为了合理的分配风力发电功率，采取了以下手段，即强风条件下的多余功率用于充电，并且在风场风能大于光能的自然条件下，光能发电系统获得的能量可仅用于充电。在这里，蓄电池组16起到调峰的作用。在本实用新型中，还考虑到将区域的气象资料输入至抽油机控制管理系统中31，随机处理分配有利能量。

虽然上文中已经在一定程度上详细地对本实用新型的多个实施例进行了描述，应当理解，以上描述是示范性而非限制性的。在不背离本发明的精神或范围的情况下，本技术领域内的普通技术人员可以对这些公开的实施例做出多种改变。

Claims (9)

1.一种抽油机，其包括主框架(9)，抽油杆(1)，配重体(11)，设在该主框架顶部的平台(8)，安装在该平台(8)上的电机(27)、导向轮(4)和轮筒式复绕轮(5)，该电机(27)通过变速机构(6)联接到该复绕轮(5)以驱动该复绕轮(5)转动，其中该复绕轮(5)可绕固定的复绕轮轴(19)转动并且在其筒体内部的至少一端设有内齿圈(7)，从所述复绕轮(5)筒体引出的配重体牵引绳(10)与该配重体(11)上的紧固器相连接构成配重运行牵引系统；从所述复绕轮(5)筒体引出的抽油杆悬绳(2)经过该导向轮(4)并通过牵引器(3)与该抽油杆(1)相连接构成抽油杆运行牵引系统，其特征是，该电机(27)为永磁同步曳引机，该变速机构(6)包括太阳轮(6a)，至少两个行星齿轮(6b)和固定安装在该复绕轮轴(19)上的行星架(6c)，该永磁同步曳引机的输出端连接到该太阳轮(6a)带动其转动，而该太阳轮(6a)与所述至少两个行星齿轮(6b)相啮合，而所述行星齿轮(6b)与所述内齿圈(7)相啮合。

2.根据权利要求1所述的抽油机，其特征是，所述至少两个行星齿轮(6b)为四个行星齿轮，其围绕该主动太阳轮(6a)的周向等距间隔布置。

3.根据权利要求1或2所述的抽油机，其特征是，在该复绕轮(5)的筒体内部的两端还分别装有一组平面涡卷弹簧(13)，这两组平面涡卷弹簧的卷绕方向相反，并且冲程开始时其中仅一组平面涡卷弹簧处于储能状态，所述弹簧的可伸展长度大于抽油杆的冲程。

4.根据权利要求1或2所述的抽油机，其特征是，该抽油机配设有风力发电系统，该风力发电系统包括顺次连接的风力发电机(23)、风机控制器(25)和蓄电池组(16)，而该蓄电池组(16)经逆变器(26)连接到抽油机控制管理及驱动系统(31)。

5.根据权利要求4所述的抽油机，其特征是，该风力发电机(23)布置在该主框架顶部的平台(8)上，该蓄电池组(16)安置在所述配重体(11)中。

6.根据权利要求1或2所述的抽油机，其特征是，该抽油机配设有光能发电系统，该光能发电系统包括顺次连接的光伏组件(17)、光伏控制器(29)和蓄电池组(16)，而该蓄电池组(16)经逆变器(26)连接到抽油机控制管理及驱动系统(31)。

7.根据权利要求4所述的抽油机，其特征是，该抽油机还配设有光能发电系统，该光能发电系统包括连接到所述蓄电池组(16)的光伏组件(17)，该光伏组件(17)和该蓄电池组(16)之间设有光伏控制器(29)。 

8.根据权利要求1所述的抽油机，其特征是，还包括导向轮支架(20)，该导向轮支架(20)一端可枢转地安装在该平台上，另一端悬臂伸出该平台(8)外并装有该导向轮，通过所述复绕轮(5)的转动来驱动该导向轮支架(20)和该导向轮(4)在与该平台(8)所在平面垂直的平面内相对该平台(8)向上枢转。

9.根据权利要求8所述的抽油机，其特征是，还包括靠近该抽油杆(1)布置在该平台(8)上的导向轮调整定位凸部(22)，其构造成能与设置在导向轮下方的凹部相配合来固定该导向轮(4)，并调整该导向轮(4)相对该平台（8）的仰角，该仰角为6度～12度。 

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