CN212249971U - 一种无游梁式抽油机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于油田的原油开采领域的抽油机技术，具体为一种无游梁式抽油机，包括底座、塔架、上平台、配重箱和传动装置，其中，传动装置包括永磁同步电机、减速机、驱动轮、换向轮、驱动带及配重带，永磁同步电机与减速机传动连接，驱动轮固定连接在减速机的输出轴上，换向轮通过换向组件与上平台连接，驱动带的一端固定设置在驱动轮上，驱动带的另一端绕过换向轮后与悬绳器连接，配重带的一端固定在驱动轮上，配重带的另一端与配重箱连接。本实用新型消除了抽油机传动链中存在易损件，显著缩短了传动链的长度，实现了抽油机的高效率和高可靠性。

Description

一种无游梁式抽油机

技术领域

本实用新型属于油田的原油开采领域的抽油机技术，具体为一种无游梁式抽油机。

背景技术

抽油机是工业领域应用最为广泛的动力装置，目前行业内使用的无游梁式抽油机存在如下问题：

1)抽油机传动链中存在易损件，对于每天24小时，每年365天连续运转，要实现无人值守的高可靠性设备，易损件的存在给抽油机的可靠性带来显著影响。

2)传动链中多处采用键连接，采用热装工艺，一旦出现故障，在野外使用环境下维修条件简陋，零部件拆卸维修困难，导致传动系统可维修性较差，维修成本高，周期长。

3)大风天气，风载作用于抽油机驱动带会产生抖动，影响到抽油机和采油井口的工作可靠性。

4)在修井作业过程中，很多厂商提供的无游梁抽油机的让位空间不能满足修井机对作业空间的要求，特别是不能满足对起下双根油管的空间要求。作业前需要整体拆除抽油机，作业后又需要安装抽油机，增加了额外的作业成本，延长了井下作业周期，影响了原油生产。

实用新型内容

为了解决上述背景技术中的问题，本实用新型提供一种无游梁式抽油机，消除了抽油机传动链中存在易损件，显著缩短了传动链的长度，实现了抽油机的高效率和高可靠性。

本实用新型采用以下技术方案：一种无游梁式抽油机，包括底座、塔架、上平台、配重箱和传动装置，其中：

塔架固定设置在底座上，上平台固定设置在塔架上，传动装置固定设置在上平台上，配重箱设置在塔架的一侧面，并沿塔架上下滑动；

传动装置包括永磁同步电机、减速机、驱动轮、换向轮、驱动带及配重带，永磁同步电机与减速机传动连接，驱动轮固定连接在减速机的输出轴上，换向轮通过换向组件与上平台连接，驱动带的一端固定设置在驱动轮上，驱动带的另一端绕过换向轮后与悬绳器连接，配重带的一端固定在驱动轮上，配重带的另一端与配重箱连接，驱动轮与换向轮分别位于上平台的两侧。

进一步的，永磁同步电机具有旋转轴，旋转轴上沿轴线方向开设有贯通中心孔，芯轴的一端伸入贯通中心孔内与旋转轴固定连接，芯轴的另一端与制动轮的轮毂孔通过胀紧套过盈连接，轮毂孔的另一端通过胀紧套与减速机输入轴过盈连接。

进一步的，驱动轮、换向轮、驱动带、配重带均为两个。

进一步的，减速机为垂直轴三级传动减速机，减速机输出轴为双出轴，包括第一输出轴和第二输出轴，第一输出轴和第二输出轴分别与两个驱动轮连接。

进一步的，第一输出轴和第二输出轴通过胀紧套与两个驱动轮过盈连接。

进一步的，驱动轮的外圆周面的中部设有环形分隔板，环形分隔板将驱动轮的外圆周面分成第一圆周面和第二圆周面，驱动带安装在第一圆周面上，配重带安装在第二圆周面上。

进一步的，换向轮中心离底座的垂直距离大于驱动轮中心离底座的垂直距离。

进一步的，塔架的一侧面固定有配重箱导轨，配重箱导轨与竖直方向呈1.5°-2°倾角，配重箱沿配重箱导轨上下滑动。

进一步的，换向组件包括前轮轴、三角形摇臂、摇臂轴及前轮液压缸，其中：

两个换向轮转动套接在前轮轴的两端，两个三角形摇臂的一端与前轮轴的两端部铰接，另一端与摇臂轴铰接，摇臂轴通过轴承座固定在上平台上；

前轮液压缸的缸杆与前轮轴的中部铰接，前轮液压缸的尾部与上平台铰接。

进一步的，抽油机还包括防风装置，防风装置包括防风罩、摇臂和柱塞缸，驱动带和悬绳器封闭在防风罩内，摇臂的一端与防风罩铰接，另一端与塔架铰接，柱塞缸的缸杆与摇臂的中部铰接，柱塞缸的尾部与塔架铰接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型的无游梁式抽油机的传动装置包括永磁同步电机、减速机、驱动轮、换向轮、驱动带及配重带，永磁同步电机与减速机传动连接，驱动轮固定连接在减速机的输出轴上，使驱动轮与减速机合为一体等同于一个传动环节，缩短了传动链的长度，而且采用永磁同步电机作为动力源，利用永磁同步电机在宽广的负载范围内，使抽油机保持高效率的特性，实现高效节能驱动，并且体积小、噪音低。

(2)本实用新型的无游梁式抽油机的芯轴的轴出部分与制动轮的轮毂孔通过胀紧套过盈连接，轮毂孔的另一端通过胀紧套与减速机的输入轴过盈连接，通过上述轴孔的过盈配合方式，产生足够的连接力，由此实现永磁同步电机对减速机的驱动，芯轴的两端均不采用键连接，芯轴的直径较小，具有较大的长径比，具有良好的柔性，能产生较大径向变形，可以适应永磁同步电机与减速机之间的安装误差。

(3)本实用新型的无游梁式抽油机减速机的输出轴为双出轴，包括第一输出轴和第二输出轴，第一输出轴和第二输出轴通过胀紧套与两个驱动轮过盈连接，采用双驱动轮可以显著降低输出轴承受的弯矩载荷、扭矩载荷，并显著降低了输出轴支撑轴承的载荷，实现驱动轮与输出轴直连，且采用胀紧套过盈连接，保证减速机输出扭矩能够可靠地传递给驱动轮。

(4)本实用新型的无游梁式抽油机的换向轮中心离底座的垂直距离大于驱动轮中心离底座的垂直距离，实现驱动带与配重带呈钝角布置，有效降低了驱动带和配重带两者作用在减速机输出轴上的径向合力，降低输出轴受到的弯矩，保证输出轴的弯曲应力满足疲劳强度要求，并使输出轴的轴承能够获得长寿命的目标。

(5)本实用新型的无游梁式抽油机采用小倾角导轨技术，配重箱导轨与竖直方向呈1.5°-2°倾角，使配重箱在水平方向产生配重箱重量的2.5％—3.5％的水平分力，通过该分力将配重箱贴紧在导轨上运行，不脱离配重箱导轨，同时利用该水平分力克服风载将配重箱推离配重箱导轨的作用力。

(6)本实用新型的无游梁式抽油机换向轮通过换向组件实现让位设计，前轮液压缸杠杆伸出，将换向轮从工作位置收回，让出井下作业所需空间，前轮液压缸缩回，使换向轮回到工作位置。

(7)本实用新型的无游梁式抽油机设置防风装置，用于保证驱动带在强风天气不会发生显著的摇摆抖动，避免带动光杆晃动，造成对采油井口顶部密封装置的损伤。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本实用新型无游梁式抽油机的整体结构示意图；

图2为本实用新型无游梁式抽油机的传动装置结构示意图1；

图3为本实用新型无游梁式抽油机的传动装置结构示意图2；

图4为本实用新型无游梁式抽油机的驱动轮结构示意图；

图5为本实用新型无游梁式抽油机的换向轮结构示意图；

图6为本实用新型无游梁式抽油机换向组件结构示意图；

其中，1-底座，2-塔架，3-上平台，4-配重箱，41-配重箱导轨，51-永磁同步电机，510-旋转轴，511-贯通中心孔，512-芯轴，52-减速机，520-第一输出轴，521-第二输出轴，522-减速机输入轴，53-驱动轮，530-环形分隔板，531-第一圆周面，532-第二圆周面，54-换向轮，55-驱动带，56-配重带，57-制动轮，58-胀紧套，6-换向组件，61-前轮轴，62-三角形摇臂，63-摇臂轴，64-前轮液压缸，71-防风罩，72-摇臂，73-柱塞缸，8-控制系统。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实施例提供一种无游梁式抽油机，包括底座1、塔架2、上平台3、配重箱4和传动装置，其中：

塔架2固定设置在底座1上，上平台3固定设置在塔架2上，传动装置固定设置在上平台3上，配重箱4设置在塔架2的一侧面(即塔架2的后部)，并沿塔架2上下滑动；

如图2、图3所示，本实施例的传动装置包括永磁同步电机51、减速机52、驱动轮53、换向轮54、驱动带55及配重带56，永磁同步电机51与减速机52传动连接，驱动轮53固定连接在减速机52的输出轴上，换向轮54通过换向组件6与上平台3连接，驱动带55的一端固定设置在驱动轮53上，驱动带55的另一端绕过换向轮54后与悬绳器连接，配重带55的一端固定在驱动轮53上，配重带55的另一端与配重箱4连接，驱动轮53与换向轮54分别位于上平台3的两侧，配重箱4和悬绳器也位于上平台3的两侧。

本实施例的驱动轮53固定连接在减速机52的输出轴上，使驱动轮53与减速机52合为一体等同于一个传动环节，缩短了传动链的长度，而且采用永磁同步电机51作为动力源，由于抽油机工作条件复杂，工作负荷经常发生较大变化，利用永磁同步电机51在宽广的负载范围内，使抽油机保持高效率的特性，实现高效节能驱动，并且体积小、噪音低。

具体的，永磁同步电机51具有旋转轴510，旋转轴510上沿轴线方向开设有贯通中心孔511，芯轴512的一端伸入贯通中心孔511内与旋转轴510固定连接(即旋转轴510尾端与芯轴512固定为一体，使旋转轴510带动芯轴512旋转，将永磁同步电机51扭矩传递给芯轴512)，芯轴512的另一端(即芯轴512的轴出端)与制动轮57的轮毂孔同轴连接，且通过胀紧套58使轮毂孔与芯轴512实现过盈连接，轮毂孔的另一端通过胀紧套58与减速机输入轴522过盈连接。通过上述的轴孔过盈配合方式，产生足够的连接力，由此实现永磁同步电机51对减速机的驱动。芯轴512的两端均不采用键连接，由于芯轴512直径小，具有较大的长径比，因此具有良好柔性，能产生较大径向变形，可以适应永磁同步电机51与减速机52之间的安装误差。该传动方式实现了旋转轴510与减速机输入轴522安装误差的补偿，传动可靠、不需维护、无易损件，使用寿命显著大于联轴器。

具体的，驱动轮53、换向轮54、驱动带55、配重带56均为两个。

具体的，如图3所示，减速机52为垂直轴三级传动减速机，其中，第一级为圆锥齿轮传动，第二、三级为圆柱齿轮传动，减速机输入轴522与减速机输出轴的轴线相互垂直。本实施例中减速机52的输出轴为双出轴，包括第一输出轴520和第二输出轴521，第一输出轴520和第二输出轴521分别与两个驱动轮53连接。采用双驱动轮53可以显著降低减速机输出轴承受的弯矩载荷、扭矩载荷，并显著降低了减速机输出轴支撑轴承的载荷，这是实现驱动轮能够与输出轴直联，不需再使用联轴器和轴承座是简化传动链、降低传动系统造价的关键技术。

具体的，第一输出轴520和第二输出轴521通过胀紧套58与两个驱动轮53过盈连接，轴孔之间不设键连接，保证减速机52的输出扭矩能够可靠地传动给驱动轮53。

本实施例的传动装置全面采用胀紧套连接方式，实现了轴孔的小间隙装配，消除了键连接，不需要热装和较大的安装动力，简化了制造工艺，特别是为用户在使用中的产品检修提供了方便，显著提高了传动装置的可维修性。

具体的，如图4所示，本实施例的采用大直径的驱动轮53，驱动轮53的外圆周面的中部设有环形分隔板530，环形分隔板530将驱动轮的外圆周面分成第一圆周面531和第二圆周面532，第一圆周面531靠近减速机52，第二圆柱面532远离减速机，驱动带55安装在第一圆周面531上，配重带56安装在第二圆周面532上，驱动带55和配重带56均采用钢丝绳芯输送带制作，带中的钢丝绳芯用于承受抽油机的工作载荷，外部的橡胶覆盖层用于保护钢丝绳不发生腐蚀，不被驱动轮的金属面损伤。带的两端压制有金属接头，分别与驱动轮53、悬绳器、配重箱4连接。

具体的，如图5所示，本实施例采用大直径的换向轮54，换向轮54用槽钢卷制，利用槽钢的截面形状和良好的截面力学性能，获得良好的抗弯承载能力和对驱动带的约束。采用多根T型钢作辐条，抗失稳能力强，能承受拉压交变工作载荷。该结构换向轮具有重量轻、强度高、风阻小、方便制造的优势。

可以理解，采用大直径驱动轮53、大直径换向轮54，目的是保证驱动带53、配重带在驱动轮53、换向轮54的外圆周上保持较大的弯曲半径，将钢丝绳受到的弯曲应力控制到较低值，并减轻钢丝之间的相互错动，减小钢丝磨损。再通过选择合理的安全系数，保证配重带56、驱动带55不发生钢丝绳疲劳失效，使用中不会发生钢丝绳的突然断裂，确保抽油机的运行安全性能。实现橡胶保护层老化是驱动带、配重带的失效报废的设计目标。

具体的，如图1所示，换向轮54中心离底座1的垂直距离大于驱动轮53中心离底座1的垂直距离，实现驱动带55与配重带56呈钝角布置，有效降低驱动带55和配重带56两者作用在第一输出轴520和第二输出轴521上的径向合力，降低第一输出轴520和第二输出轴521受到的弯矩，保证第一输出轴520和第二输出轴521的弯曲应力满足疲劳强度要求，并使第一输出轴520和第二输出轴521的轴承能够获得长寿命的目标。

进一步的，如图1所示，塔架2的一侧面(即塔架2的后部)固定有配重箱导轨41，配重箱导轨41与竖直方向呈1.5°-2°倾角，使配重箱4在水平方向产生配重箱重量的2.5％—3.5％的水平分力，通过该分力将配重箱4贴紧在配重箱导轨41上运行，不脱离配重箱导轨41，同时利用该水平分力克服风载将配重箱4推离配重箱导轨41的作用力，由于该水平力很小，因此配重箱4滚轮与配重箱导轨41之间的摩擦阻力很小，对传动系统效率的影响也很微小。

具体的，如图6所示，换向组件6包括前轮轴61、三角形摇臂62、摇臂轴63及前轮液压缸64，其中：两个换向轮54转动套接在前轮轴61的两端，两个三角形摇臂62的一端与前轮轴61的两端部铰接，两个三角形摇臂62另一端与摇臂轴63的两端铰接，摇臂轴63通过轴承座固定在上平台3上；前轮液压缸64的缸杆与前轮轴61的中部铰接，前轮液压缸64的尾部与上平台3铰接。需要让位时，前轮液压缸64的杠杆伸出，将换向轮54从工作位置收回，让出井下作业所需空间；工作时，前轮液压缸64的缸杆缩回，使换向轮54回到工作位置。根据井下作业需要，换向轮54的让位距离为700-1600mm之间。

进一步的，抽油机还包括防风装置，防风装置包括防风罩71、摇臂72和柱塞缸73，驱动带55和悬绳器封闭在防风罩71内，本实施例包括两组平行的摇臂72和两个柱塞缸73，摇臂72的一端与防风罩71铰接，另一端与塔架2铰接；两个柱塞缸73的缸杆分别与两个摇臂72的中部铰接，两个柱塞缸73的尾部分别与塔架2铰接。本实施例的防风装置用于保证驱动带在强风天气不会发生显著的摇摆抖动，避免带动光杆晃动，造成对采油井口顶部密封装置的损伤。工作时，柱塞缸73的缸杆伸出，将防风罩71送至工作位置，实现驱动带55的防风功能；不工作时，柱塞缸73的缸杆缩回，可将防风装置全部收回塔架内部，无外露，保证塔架的运输尺寸不超，方便运输；另外现场防风装置不需与塔架2分开安装，缩短了抽油机安装时间。

本实施例采用手动液压泵或小型电动液压泵作为动力，实现对前轮液压缸64和柱塞缸73的驱动，液压泵可以固定在抽油机上，也可以作为移动式工具使用。

另外，本实施例采用矩形冷弯空心型钢作为塔架的两只前立柱，且型钢的长边布置在塔架的横向，目的是利用长边较大的惯性矩，在保证立柱无失稳风险的前提下，获得足够的无约束距离，为上述防风装置留出足够的收进塔架内部的通道。

进一步的，本实施例还包括控制系统8，用于控制无游梁式抽油的工作，且该控制系统以PLC控制器为核心。

本实用新型的无游梁式抽油机的工作原理如下：

该抽油机为全自动抽油机，在以PLC控制器为核心的控制系统8控制下自动运行，通过变频器实现主要工作参数的调节。变频器控制永磁同步电机51按照规定程序正反两个方向转动，驱动减速机52运行，减速机52带动驱动轮53实现正反方向的转动，缠绕在驱动轮53上的驱动带55、配重带56随着驱动轮53盘起或释放，两条驱动带55向前绕过两只换向轮54，向下与悬绳器连接，悬绳器与抽油杆连接。两条配重带56向下与位于塔架后部的配重箱4连接，配重箱4内部装有配重砝码。配重箱4用于平衡抽油机往复运行时，抽油杆上的载荷差值。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (10)

1.一种无游梁式抽油机，其特征在于，包括底座、塔架、上平台、配重箱和传动装置，其中：

所述塔架固定设置在所述底座上，所述上平台固定设置在所述塔架上，所述传动装置固定设置在所述上平台上，所述配重箱设置在所述塔架的一侧面，并沿所述塔架上下滑动；

所述传动装置包括永磁同步电机、减速机、驱动轮、换向轮、驱动带及配重带，所述永磁同步电机与所述减速机传动连接，所述驱动轮固定连接在所述减速机的输出轴上，所述换向轮通过换向组件与所述上平台连接，所述驱动带的一端固定设置在所述驱动轮上，所述驱动带的另一端绕过所述换向轮后与悬绳器连接，所述配重带的一端固定在所述驱动轮上，所述配重带的另一端与所述配重箱连接，所述驱动轮与换向轮分别位于所述上平台的两侧。

2.根据权利要求1所述的无游梁式抽油机，其特征在于，所述永磁同步电机具有旋转轴，所述旋转轴上沿轴线方向开设有贯通中心孔，芯轴的一端伸入所述贯通中心孔内与所述旋转轴固定连接，芯轴的另一端与制动轮的轮毂孔通过胀紧套过盈连接，所述轮毂孔的另一端通过胀紧套与所述减速机输入轴过盈连接。

3.根据权利要求1所述的无游梁式抽油机，其特征在于，所述驱动轮、换向轮、驱动带、配重带均为两个。

4.根据权利要求3所述的无游梁式抽油机，其特征在于，所述减速机为垂直轴三级传动减速机，所述减速机输出轴为双出轴，包括第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴和第二输出轴分别与两个所述驱动轮连接。

5.根据权利要求4所述的无游梁式抽油机，其特征在于，所述第一输出轴和第二输出轴通过胀紧套与两个所述驱动轮过盈连接。

6.根据权利要求1所述的无游梁式抽油机，其特征在于，所述驱动轮的外圆周面的中部设有环形分隔板，所述环形分隔板将所述驱动轮的外圆周面分成第一圆周面和第二圆周面，所述驱动带安装在所述第一圆周面上，所述配重带安装在所述第二圆周面上。

7.根据权利要求1所述的无游梁式抽油机，其特征在于，所述换向轮中心离所述底座的垂直距离大于所述驱动轮中心离所述底座的垂直距离。

8.根据权利要求1所述的无游梁式抽油机，其特征在于，所述塔架的一侧面固定有配重箱导轨，所述配重箱导轨与竖直方向呈1.5°-2°倾角，所述配重箱沿所述配重箱导轨上下滑动。

9.根据权利要求3所述的无游梁式抽油机，其特征在于，所述换向组件包括前轮轴、三角形摇臂、摇臂轴及前轮液压缸，其中：

两个所述换向轮转动套接在所述前轮轴的两端，两个所述三角形摇臂的一端与所述前轮轴的两端部铰接，另一端与所述摇臂轴铰接，所述摇臂轴通过轴承座固定在所述上平台上；

所述前轮液压缸的缸杆与所述前轮轴的中部铰接，所述前轮液压缸的尾部与所述上平台铰接。

10.根据权利要求1所述的无游梁式抽油机，其特征在于，所述抽油机还包括防风装置，所述防风装置包括防风罩、摇臂和柱塞缸，所述驱动带封闭在所述防风罩内，所述摇臂的一端与所述防风罩铰接，另一端与所述塔架铰接，所述柱塞缸的缸杆与所述摇臂的中部铰接，所述柱塞缸的尾部与所述塔架铰接。

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