CN205089291U - 一种节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置，由电动机、主动轴、传动齿轮、拨叉、飞轮、控制系统、抽油机、空档连接齿轮、从动轴、啮合齿套组成。本实用新型不仅能提高电动机效率还能减少抽油机的脉动幅度和扭矩，减少了额外电流经导体的有功损失，减少了抽油机机体尺寸，震动减小，寿命延长。还将电动机选用功率从原来很大的功率降到实际需用的功率，能耗也得到极大的节约。

Description

一种节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置

技术领域

本实用新型属于机械行业，尤其涉及抽油机变速箱的机电一体化设计领域，具体来说涉及一种节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置。

背景技术

现行的减速机装置有五种。第一种，目前最多应用也是市面上出售最多的一种抽油机的型号是JHL型油田抽油机专用减速机。它采用了双圆弧齿形圆柱齿轮。第二种，油田用硬齿轮减速机。第三种，抽油机专用摆线针轮减速机。第四种，三环减速机由三片相同的内齿环板带动一个外齿齿轮输出，故称为三环减速器，属平行轴一动轴齿轮传动减速器，齿轮啮合运动属于动轴轮系，具有少齿差行星传动特征，输出与输入轴间平行配置，又有平行轴圆柱齿轮减速器的特征。第五种，组合减速机。即为满足不同的作业需求，根据一定的原理将两个或多个部件组合在一起使用的减速机。

这些减速机装置传动速比固定，无法根据实际情况自动化和智能化控制减速机传动速比和转矩。而且通常选用的电动机功率都很大，造成能源浪费。因为抽油机扭矩的脉动幅值很大。脉动大的结果是载荷峰值大而平均载荷低。但为了满足最大负荷的要求，不得不配用大功率电机。在这样的负荷率下，效率再高的电动机的实际效率也只有80％左右。扭矩脉动大同时使电流脉动大，额外增加了电流流经导体的有功损失。也使电动机效率降低，造成能源浪费。脉动大的另一后果是使抽油抽油杆容易折断，机机体尺寸加大，振动加大，寿命降低。值得注意的是抽油机存在负扭矩，一个周期中一般出现两次。负扭矩的出现使电动机进入发电状态运行，向电网充电。研究结果表明，这种向电网反充电的工况不但使电能利用率降低，而且由于充电相位不可能与电网相位完全同步。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种降低能耗、提高电动机的工作效率且具有安全保护功能的抽油机减速装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置，由电动机、主动轴、从动轴、飞轮、控制系统、抽油机、传动齿轮、拨叉、啮合齿套、空档连接齿轮组成；

所述电动机与主动轴连接，电动机带主动轴转动；主动轴与飞轮固定连接，传递电动机的速度与扭矩，带动飞轮旋转；从动轴用于传递速度和力矩，与抽油机连接，给抽油机输入动力；飞轮为储能机构，利用飞轮的旋转惯性能量储能；控制系统连接拨叉，通过设定参数和反馈的参数对比来控制拨叉拨动啮合齿套；抽油机用于抽油；拨叉与啮合齿套固定连接，使其与传动齿轮连接，以实现换挡目的；啮合齿套与主动轴花键滑动连接，随着主动轴的转动而转动；传动齿轮与主动轴非固定连接，与空档连接齿轮啮合，切断传动动力，保护抽油机的抽油杆不会被拉断；空档连接齿轮与从动轴非固定连接。

进一步地，所述拨叉包括n根拨叉，分别从一级拨叉至n级拨叉，由控制系统发出信号控制某一级的拨叉以实现无极变速，使拨叉拨动对应的啮合齿套至啮合齿套来控制抽油机的输出转速和转矩。

进一步地，所述啮合齿套与拨叉呈对应关系。

进一步地，所述减速装置设置有多级齿轮传动，分别为：一级齿轮、二级齿轮、三级齿轮、四级齿轮至n级齿轮；

所述一级齿轮传动比最小，输出的速度最小，扭矩最大；

所述二级齿轮传递速度和扭矩，比一级齿轮的传动比大；

所述三级齿轮传递速度和扭矩，比二级的传动比大；

所述四级齿轮传递速度和扭矩，比三级的传动比大；

它们的传动比由低到高，随着级数的增多以趋近于无极变速。

所述多级齿轮传动对应多级固定齿轮链接，分别为：一级固定齿轮链接、二级固定齿轮链接、三级固定齿轮链接和四级固定齿轮链接至n级固定齿轮链接；

所述一级固定齿轮链接把主动轴速度和扭矩传递到从动轴，传动比最小；

所述二级固定齿轮链接把主动轴速度和扭矩传递到从动轴，传动比比一级大；

所述三级固定齿轮链接把主动轴速度和扭矩传递到从动轴，传动比比二级大；

所述四级固定齿轮链接把主动轴速度和扭矩传递到从动轴，传动比比三级大。

根据控制系统分析的实际工作状态来实时改变多级齿轮啮合的级数。

所述电动机的电流、功率或扭矩达极限值、或抽油杆的拉力或油井压力达极限值，抽油杆和电动机会反馈信号至控制系统，控制系统为了保护抽油杆不被拉断，会使啮合齿套与传动齿轮啮合，实现空挡状态，使得动力被切断、抽油杆拉力下降、油井压力下降，抽油杆不会被拉断。

在电动机转轴处增加了扭力感应装置和在抽油杆下端增加了压力感应装置，工作时将信号反馈到控制系统，再由控制系统控制拨叉拨动齿轮，改变齿轮啮合，从而实现自动化和智能化控制减速机传动速比和转矩。

本实用新型的节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置完全不同于以往的减速机装置：

(1)在齿轮轴上加一个飞轮，目的是利用飞轮的旋转惯性能量储能，这样就将电动机选用功率从原来很大的功率降到实际需用的功率，能耗也得到极大的节约。

(2)本装置设置了很多根拨叉，分别为从一级到N级，工作状态时控制系统会发出信号控制某一级的拨叉，使它拨动对应的啮合齿套来控制减速机的传动比。

(3)本装置设置了多级齿轮传动，它们的传动比由低到高，因为级数很多，趋近于无极变速。可以通过控制系统分析的实际工作状态来实时改变齿轮啮合的级数。

(4)在电动机转轴处增加了扭力感应装置和在抽油杆下端增加了压力感应装置，工作时将信号反馈到控制系统，再由控制系统控制拨叉拨动齿轮，改变齿轮啮合，从而实现自动化和智能化控制减速机传动速比和转矩。不仅能提高电动机效率还能减少抽油机的脉动幅度和扭矩，还减少了额外电流经导体的有功损失，减少了抽油机机体尺寸，震动减小，寿命延长。

(5)当电动机的电流、功率或扭矩达极限值时，或抽油杆的拉力或油井压力达极限值时，抽油杆和电动机将会反馈的信号达到控制系统，系系统为了保护抽油杆不被拉断，将会使啮合齿套3与传动齿轮2啮合，实现空挡状态。此时动力被切断，抽油杆拉力下降，油井压力下降，抽油杆便不会被拉断。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型将原有的减速机进行升级改造，通过加装飞轮作为储能机构，改变减速机内部结构加拨叉拨动齿轮实现无极变速，再通过感应装置反馈的参数与控制系统的设定参数对比来控制拨叉的运动从而改变减速箱的输出转速和转矩。不仅能提高电动机效率还能减少抽油机的脉动幅度和扭矩，减少了额外电流经导体的有功损失，减少了抽油机机体尺寸，震动减小，寿命延长。还将电动机选用功率从原来很大的功率降到实际需用的功率，能耗也得到极大的节约。

附图说明

图1为本实用新型的节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置的结构简图。

其中，1：电动机；2：主动轴；3：从动轴；4：飞轮；5：控制系统；6：抽油机；7：传动齿轮；8-1：一级拨叉；8-2：二级拨叉；8-3：三级拨叉；8-n：n级拨叉；9-1：一级齿轮；9-2：二级齿轮；9-3：三级齿轮；9-4：四级齿轮；10-1：啮合齿套；11-1：一级固定连接齿轮；11-2：二级固定连接齿轮；11-3：三级固定连接齿轮；11-4：四级固定连接齿轮；12：空档连接齿轮。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，在启动电动机1前，首先将减速装置保持在空挡状态。当抽油机6准备就绪后再启动减速装置的控制系统5。

所述减速装置的工作原理：

(1)：启动电动机1，电动机1带动主动轴2旋转，由于啮合齿套10-1与传动齿轮7啮合，所以带动空挡连接齿轮12空转，此时飞轮4也跟着旋转储能。

(2)：控制系统5发送命令使一级拨叉8-1将啮合齿套10-1与一级齿轮9-1啮合，再通过分析外界反馈回来的信息命令拨叉一级一级的拨动啮合齿套与多级齿轮啮合，同时一级一级使前一个啮合齿套与多级齿轮分开，使速度逐渐增加，从动轴17再将力矩和速度传递到抽油机。

当运转稳定时突然检测到需要某一级传动，控制系统5会直接控制某一级的拨叉拨动对应的啮合齿套与多级齿轮啮合，以达到目的。

(3)：抽油机和电动机1工作时将信号反馈到控制系统5，然后控制系统5继续通过控制相应的拨叉来改变传动比从而配合抽油机工作。

当电动机1的扭矩或功率最大时或抽油杆压力最大时，控制系统5通过电动机1和抽油杆反馈回来的信息控制一级拨叉8-1拨动啮合齿套10-1来啮合一级传动齿轮9-1，再由一级传动齿轮9-1通过带动一级固定连接齿轮11-1来带动从动轴17转动，从动轴17再将力矩和速度传递到抽油机。

当电动机1的扭矩或功率最小时或抽油杆压力最小时，控制系统5通过电动机1和抽油杆反馈回来的信息控制n级拨叉8-n拨动啮合齿套10-n来啮合n级传动齿轮9-n，再由n级传动齿轮9-n通过带动n级固定连接齿轮11-n来带动主动轴转动，主动轴再将力矩和速度传递到抽油机。

(4)：当出现故障时，控制系统5会命令拨叉拨动啮合齿套，逐渐减慢速度直到空载状态，然后再关闭机器进行检修。

(5)：若抽油机和电动机1反馈的信号达到极限值，减速装置为了保护抽油机将会使啮合齿套与传动齿轮7啮合，实现空挡状态，此时动力被切断，抽油机得到了保护。

使用此减速机装置所能达到的目的：

(1)自动化和智能化控制。与以往的减速机不同，本装置可以改变传动比，即改变发动机和驱动轮间的传动比，使机械的工作速度和扭矩适应各种工况的需要，而且使发动机尽量工作在有利的工况下。当井中的压力过大，抽油杆有断裂的危险，感应器便反馈给控制系统，控制系统会通过换挡拨叉将减速机调到空档，这样便切断传动系统的动力，实现在电动机运转情况下，机械能较长时间停止，便于电动机起动和动力输出的需要。

(2)提高电机的实际工作效率η1。这是最引起人们重视的关键节能技术环节。以往的减速机无法根据实际情况自动化和智能化控制减速机传动速比和转矩。因为抽油机扭矩的脉动幅值很大。在这样的负荷率下，电动机的实际效率很低。而且通常选用的电动机功率都很大，造成能源浪费。本装置通过自动化和智能化控制减速机传动速比和转矩，实时监测和改变减速机的传动比和输出扭矩，不仅能提高电动机效率还能减少抽油机的脉动幅度和扭矩。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置，其特征在于：由电动机(1)、主动轴(2)、从动轴(3)、飞轮(4)、控制系统(5)、抽油机(6)、传动齿轮(7)、拨叉、啮合齿套、空档连接齿轮(12)组成；

所述电动机(1)与主动轴(2)连接，电动机(1)带主动轴(2)转动；主动轴(2)与飞轮(4)固定连接，传递电动机(1)的速度与扭矩，带动飞轮(4)旋转；从动轴(3)与抽油机(6)连接，给抽油机(6)输入动力；飞轮(4)为储能机构，利用飞轮(4)的旋转惯性能量储能；控制系统(5)连接拨叉，通过设定参数和反馈的参数对比来控制拨叉拨动啮合齿套；拨叉与啮合齿套固定连接，使其与传动齿轮(7)连接；啮合齿套与主动轴(2)花键滑动连接，随着主动轴(2)的转动而转动；传动齿轮(7)与主动轴(2)非固定连接，与空档连接齿轮(12)啮合，切断传动动力，保护抽油机的抽油杆不会被拉断；空档连接齿轮(12)与从动轴(3)非固定连接。

2.根据权利要求1所述的节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置，其特征在于：

所述拨叉包括n根拨叉，分别从一级拨叉(8-1)至n级拨叉(8-n)，由控制系统(5)发出信号控制某一级的拨叉以实现无极变速，使拨叉拨动对应的啮合齿套(10-1)至啮合齿套(10-n)来控制抽油机的输出转速和转矩。

3.根据权利要求2所述的节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置，其特征在于：

所述啮合齿套与拨叉呈对应关系。

4.根据权利要求1所述的节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置，其特征在于：

所述减速装置设置有多级齿轮传动，分别为：一级齿轮(9-1)、二级齿轮(9-2)、三级齿轮(9-3)、四级齿轮(9-4)至n级齿轮(9-n)；

所述一级齿轮(9-1)传动比最小，输出的速度最小，扭矩最大；

所述二级齿轮(9-2)传递速度和扭矩，比一级齿轮的传动比大；

所述三级齿轮(9-3)传递速度和扭矩，比二级的传动比大；

所述四级齿轮(9-4)传递速度和扭矩，比三级的传动比大；

它们的传动比由低到高，随着级数的增多以趋近于无极变速。

5.根据权利要求4所述的节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置，其特征在于：

所述多级齿轮传动对应多级固定齿轮链接，分别为：一级固定齿轮链接(11-1)、二级固定齿轮链接(11-2)、三级固定齿轮链接(11-3)和四级固定齿轮链接(11-4)至n级固定齿轮链接(11-n)；

所述一级固定齿轮链接(11-1)把主动轴(2)速度和扭矩传递到从动轴(3)，传动比最小；

所述二级固定齿轮链接(11-2)把主动轴(2)速度和扭矩传递到从动轴(3)，传动比比一级大；

所述三级固定齿轮链接(11-3)把主动轴(2)速度和扭矩传递到从动轴(3)，传动比比二级大；

所述四级固定齿轮链接(11-4)把主动轴(2)速度和扭矩传递到从动轴(3)，传动比比三级大。

6.根据权利要求5所述的节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置，其特征在于：

根据控制系统(5)分析的实际工作状态来实时改变多级齿轮啮合的级数。

7.根据权利要求1所述的节能且具有安全保护功能的抽油机减速装置，其特征在于：

所述电动机(1)的电流、功率或扭矩达极限值、或抽油杆的拉力或油井压力达极限值，抽油杆和电动机(1)会反馈信号至控制系统(5)，控制系统(5)为了保护抽油杆不被拉断，会使啮合齿套与传动齿轮(7)啮合，实现空挡状态，使得动力被切断、抽油杆拉力下降、油井压力下降，抽油杆不会被拉断。