RU2075673C1

RU2075673C1 - Rocker-pump reducer

Info

Publication number: RU2075673C1
Application number: RU93008465A
Authority: RU
Inventors: Г.Н. Астафьев; В.Н. Бобров; С.В. Бабинов; И.С. Стихин; А.П. Коломейцев; В.Н. Грамолин; В.И. Разуваев; Н.П. Кузьмин
Original assignee: Акционерное общество "Уральский завод тяжелого машиностроения"
Priority date: 1993-02-15
Filing date: 1993-02-15
Publication date: 1997-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: speed reducer has housing and two reduction stages and one of them is epicyclic. Epicyclic stage accommodates stationary central wheels with inner engagement, central wheel with outer engagement and carrier with pinions. Central wheel with outer engagement is in mesh with gear wheel of other reduction stage, and carrier is connected with output shaft. Engagement of central wheels and carrier respectively with housing, gear wheel and output shaft is effected through toothed couplings. Output shaft is mounted in antifriction bearings installed in sleeves. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, а именно к технологическому оборудованию штанговой глубиннонасосной установки. The invention relates to the oil industry, and in particular to technological equipment of a sucker rod pump installation.

Известен пятиступенчатый конически-цилиндрический редуктор привода качания штангового насоса станка-качалки [1]
Для изменения частоты качания балансира кривошипно-шатунного механизма станка-качалки в корпус редуктора встроена коробка скоростей, блок шестерен которой установлен на промежуточных валах быстроходной ступени. Собственно редукторная часть состоит из двух ступеней с косозубыми шевронными колесами. Передача от коробки скоростей и редукторной части осуществляется посредством пары шестерен, одна из которых сидит на ведомом валу коробки скоростей, а другая на ведущем валу редуктора.Known five-speed bevel-cylindrical gear drive swing pump of the rod pump of the pumping unit [1]
To change the swing frequency of the balancer of the crank mechanism of the pumping unit, a gearbox is built into the gear housing, the gear unit of which is mounted on the intermediate shafts of the high-speed stage. The gear unit itself consists of two stages with helical chevron wheels. The transmission from the gearbox and gearbox is carried out by a pair of gears, one of which sits on the driven shaft of the gearbox, and the other on the drive shaft of the gearbox.

Однако, сокращение числа качаний связанное с убывающим со временем напором скважины на практике требуется достаточно редко, как правило, не более одного раза в год. С этой точки зрения конструкция является необоснованно сложной и поэтому практического применения не получила. However, the reduction in the number of swings associated with decreasing well pressure over time is rarely required in practice, usually no more than once a year. From this point of view, the design is unreasonably complex and therefore has not received practical application.

Известен также двухступенчатый редуктор привода кривошипно-шатунного штангового насоса станка-качалки конструкции фирмы Лафкин (США) [2] (Устройство принято за прототип). Also known is a two-stage gear drive of the crank rod pump of the rocking machine design company Lafkin (USA) [2] (the device is taken as a prototype).

Являясь основным узлом привода гарантирующим надежность и долговечность станка-качалки редуктор оснащен шевронными эвольвентными зубчатыми колесами и в зависимости от типоразмера рассчитан на 2, 4, 6, 8 тм с передаточным отношением в пределах 30-40. Для увеличения передаточного числа и изменения частоты качания балансира привод снабжен двумя последовательно установленными с редуктором шкиво-ременными передачами. Being the main drive unit guaranteeing the reliability and durability of the rocking machine, the gearbox is equipped with chevron involute gears and, depending on the size, is designed for 2, 4, 6, 8 tm with a gear ratio of 30-40. To increase the gear ratio and change the swing frequency of the balancer, the drive is equipped with two pulley-belt gears installed in series with the gearbox.

В этом редукторе благодаря оптимальному подбору передаточного числа увеличены диаметры промежуточного и выходного вала, при этом последний является одновременно шейкой кривошипа. В опорах ведомого вала применяются подшипники скольжения, а в опорах ведущего и промежуточного цилиндрические роликовые, что обеспечивает их плавающую в осевом направлении установку. Однако, практика эксплуатации все более глубоких нефтеносных пластов ставит задачу создания редукторов с вращающим моментом на выходном валу до 20.000 кгм. С учетом этих требований в известной типовой конструкции следует отметить следующие недостатки:
1. Прогиб валов от знакопеременных нагрузок кривошипно-шатунного механизма передается непосредственно на зубья шевронных колес, вызывая нарушение постоянства контактных линий в зацеплении и связанный с этим повышенный износ зубьев.In this gearbox, due to the optimal selection of the gear ratio, the diameters of the intermediate and output shaft are increased, while the latter is simultaneously the neck of the crank. Slide bearings are used in the bearings of the driven shaft, and cylindrical roller bearings are used in the bearings of the driving and intermediate bearings, which ensures their axially floating installation. However, the practice of operating ever deeper oil reservoirs sets the task of creating gearboxes with a torque on the output shaft of up to 20,000 kgm. Given these requirements, in the known standard design, the following disadvantages should be noted:
1. The deflection of the shafts from alternating loads of the crank mechanism is transmitted directly to the teeth of the chevron wheels, causing a violation of the constancy of the contact lines in engagement and the associated increased wear of the teeth.

2. Несмотря на большой коэффициент перекрытия, недостатком шевронного зацепления являются осевые циклические смещения плавающих валов, что приводит к возникновению контактной коррозии в опорах между подшипником и его корпусом. 2. Despite the large overlap coefficient, the disadvantage of chevron engagement is the axial cyclic displacement of the floating shafts, which leads to contact corrosion in the bearings between the bearing and its housing.

3. Установка выходного вала в подшипниках скольжения требует дополнительных специальных средств, обеспечивающих поступление жидкой смазки в ненагруженную зону подшипника. 3. Installing the output shaft in the plain bearings requires additional special means to ensure that liquid lubricant enters the unloaded bearing area.

4. Знакопеременные нагрузки от кривошипов и шатунов приводят к релаксации напряжений в крепежных болтах соединяющих корпус редуктора с крышкой и приводит со временем к раскрытию их стыка, недопустимого в условиях эксплуатации. 4. Alternating loads from cranks and connecting rods lead to relaxation of stresses in the fixing bolts connecting the gear housing to the cover and eventually leads to the disclosure of their joint, which is unacceptable in operating conditions.

5. Кроме того, требуемое увеличение нагрузочной способности редуктора связано с ростом материалоемкости, габаритов, использовании в конструкции более тяжелых подшипниковых узлов. При этом усложняются условия монтажа и обслуживания. 5. In addition, the required increase in the load capacity of the gearbox is associated with an increase in material consumption, dimensions, and the use of heavier bearing assemblies in the design. At the same time, installation and maintenance conditions are complicated.

Указанные недостатки стимулировали поиск новых технических решений. These shortcomings stimulated the search for new technical solutions.

Предложенное техническое решение направлено на решение задачи по увеличению нагрузочной способности редуктора без изменения его установочных размеров. The proposed technical solution is aimed at solving the problem of increasing the load capacity of the gearbox without changing its installation dimensions.

Эта задача решается посредством разделения кинематики исполнительного и передаточного механизма, что исключило неблагоприятное влияние деформации кривошипного механизма на зубчатые зацепления, а именно:
согласно изобретению в редукторе станка-качалки, содержащем корпус, валы с зубчатыми колесами и подшипниковые опоры, в осевой расточке ступицы зубчатого колеса соосного с выходным валом выполнен зубчатый венец, который связан с зубчатым венцом одетого на вал плавающего двухвенцового центрального колеса внешнего зацепления, второй венец которого связан с сателлитами планетарной передачи, подвижное водило которой связано с выходным валом посредством промежуточной зубчатой полумуфты, при этом опорные подшипники ступиц зубчатого колеса и водила размещены в расточках корпуса.This problem is solved by separating the kinematics of the actuator and the transmission mechanism, which eliminated the adverse effect of the deformation of the crank mechanism on gears, namely:
according to the invention, in the gearbox of the rocking machine, comprising a housing, shafts with gears and bearings, in the axial bore of the hub of the gear wheel coaxial with the output shaft, a gear ring is made, which is connected to the gear ring of a floating double-center central gear wheel external gearing, the second ring which is connected to the planetary gear satellites, the mobile carrier of which is connected to the output shaft via an intermediate gear coupling half, while the bearings of the gear hubs and drove placed in the bores of the body.

Кроме того, опорные подшипники качения шеек выходного вала установлены в стаканах, размещенных в расточках корпуса, разъемные части которого зафиксированы от возможности раскрытия стыка прецизионными штифтами соединяющими эти части с фланцами вышеназванных стаканов; неподвижное центральное колесо внутреннего зацепления планетарной ступени установлено в зацеплении с зубчатым венцом на фланце одного из стаканов подшипника выходного вала, при этом один из подшипников водила установлен в расточке этого стакана; промежуточная зубчатая полумуфта, центральные колеса внутреннего и внешнего зацепления и сопрягаемые с их осевыми расточками детали выполнены с совмещенными кольцевыми канавками, в которых размещены закладные, фиксирующие от осевого смещения вышеназванных деталей гибкие элементы, выполненные, например, в виде прутков из катанки, размещенных в этих канавках, при этом концы прутков закреплены в начале и конце навивки. In addition, the thrust bearings of the necks of the output shaft are installed in cups located in the bores of the housing, the detachable parts of which are fixed from the possibility of the joint opening with precision pins connecting these parts with the flanges of the above glasses; the stationary central gearwheel of the planetary stage is engaged with the ring gear on the flange of one of the glasses of the output shaft bearing, while one of the carrier bearings is installed in the bore of this glass; the intermediate gear half-coupling, the central wheels of internal and external gearing and the parts mating with their axial bores are made with combined annular grooves, in which mortgages are placed that fix flexible elements from the axial displacement of the above parts, made, for example, in the form of rods from wire rods placed in these grooves, while the ends of the rods are fixed at the beginning and end of the winding.

Технический результат выражается в особенности передачи реактивного силового потока на зубчатые колеса выходного вала со стороны кривошипно-шатунного механизма. The technical result is expressed in particular the transmission of the reactive power flow to the gears of the output shaft from the side of the crank mechanism.

Установка зубчатого колеса и водила с сателлитами в корпусе независимо от выходного вала практически устраняет воздействие прогиба вала на зубчатые зацепления. А планетарная передача размещенная в тех же габаритах корпуса по существу является дополнительной ступенью и обуславливает увеличение передаточного числа в 6-4 раза. При этом отпадает необходимость установки одной ременной передачи, а также применения сложных в изготовлении шевронных колес, требующих химико-термического упрочнения и отделочных операций. Это позволяет сделать вывод о нетрадиционном решении разработки устройства, его новизне, изобретательском уровне и не вызывает проблем реализации в условиях серийного производства машиностроительного предприятия. The installation of a gear wheel and a carrier with satellites in the housing, regardless of the output shaft, virtually eliminates the effect of shaft deflection on gears. A planetary gear housed in the same dimensions of the housing is essentially an additional step and causes an increase in the gear ratio by 6-4 times. At the same time, there is no need to install one belt drive, as well as the use of chevron wheels that are difficult to manufacture, requiring chemical-thermal hardening and finishing operations. This allows us to conclude that there is an unconventional solution to the development of the device, its novelty, and inventive step and does not cause implementation problems in mass production of a machine-building enterprise.

Сведения подтверждающие возможность осуществления изобретения поясняется чертежом, на котором представлено сечение редуктора в плоскости разъема корпуса с крышкой. Information confirming the possibility of carrying out the invention is illustrated by the drawing, which shows a section of the gearbox in the plane of the housing connector with a cover.

Редуктор содержит разъемный корпус 1 с выходным валом 2 и промежуточным валом 3 с шестерней 4, установленных соответственно на подшипниках качения 5 и 6. Подшипники 5 смонтированы в стаканах 7, 8. The gearbox contains a detachable housing 1 with an output shaft 2 and an intermediate shaft 3 with gear 4 mounted respectively on the rolling bearings 5 and 6. Bearings 5 are mounted in cups 7, 8.

В расточке ступицы зубчатого колеса 9, соосного выходному валу 2, выполнен зубчатый венец 10. Зубчатое колесо 9 установлено в корпусе 1 на подшипниках 11. In the bore of the hub of the gear wheel 9, coaxial to the output shaft 2, a gear ring 10 is made. The gear wheel 9 is mounted in the housing 1 on bearings 11.

На шлицевой шейке 12 выходного вала 2, через промежуточную зубчатую полумуфту 13, коаксиально валу 2 установлено подвижное водило 14 с сателлитами 15, которые связаны с венцом ступицы зубчатого колеса 9 двухвенцовым плавающим колесом внешнего зацепления 16. Неподвижное центральное колесо внутреннего зацепления 17 планетарной передачи установлено в зацеплении с зубчатым венцом стакана 8. On the spline neck 12 of the output shaft 2, through the intermediate gear coupling half 13, coaxially to the shaft 2, a movable carrier 14 with satellites 15 is installed, which are connected to the crown of the hub of the gear wheel 9 with a two-crown floating external gear 16. The stationary central planetary gear internal gear 17 is installed in meshing with the gear ring of the glass 8.

Подшипниковая опора 18 водила 14 размещена в расточке корпуса 1, а опора 19 в расточке стакана 8. На консольных шейках 20 вала 2 смонтированы кривошипы 21 шатуна балансира 22 станка качалки. Bearing support 18 of carrier 14 is located in the bore of housing 1, and bearing 19 in the bore of glass 8. On the cantilever necks 20 of shaft 2, cranks 21 of the connecting rod of the balancer 22 of the rocking machine are mounted.

Для фиксации в осевом направлении водила 14, неподвижного центрального колеса 17 и двухвенцового центрального колеса 16 в сопрягаемых зубчатых венцах выполнены кольцевые канавки, в которые заложен фиксирующий элемент 23, выполненный из катанки, при этом концы прутков закреплены в начале и конце навивки. For axial fixation of the carrier 14, the stationary central wheel 17 and the two-crown central wheel 16, annular grooves are made in the mating gears, into which the fixing element 23 is made of wire rod, while the ends of the rods are fixed at the beginning and end of the winding.

Для предотвращения раскрытия стыка, разъемные части корпуса 1, кроме крепежных болтов, дополнительно зафиксированы прецизионными штифтами 24 через фланцы стаканов 7 и 8. To prevent the joint from opening, the detachable parts of the housing 1, in addition to the fixing bolts, are additionally fixed with precision pins 24 through the flanges of the glasses 7 and 8.

Редуктор работает следующим образом. The gearbox operates as follows.

При вращении промежуточного вала 3 от шестерни 4 крутящий момент передается последовательно на зубчатое колесо 9 вала 2 и через двухвенцовое центральное колесо внешнего зацепления 16 на сателлиты 15. Сателлиты 15 обкатываются по венцу внутреннего зацепления колеса 17 и передают вращение водилу 14. When the intermediate shaft 3 is rotated from gear 4, the torque is transmitted sequentially to the gear wheel 9 of the shaft 2 and through the double-crowned central gear wheel of the external gear 16 to the satellites 15. The satellites 15 are rolled around the crown of the internal gear of the wheel 17 and transmit the rotation to the carrier 14.

И, наконец, водило 14 через промежуточную зубчатую полумуфту 13 передает крутящий момент выходному валу 2, при этом он выполняет функции шейки кривошипа кривошипно-шатунного механизма качания балансира. And finally, the carrier 14 through the intermediate gear coupling 13 transmits torque to the output shaft 2, while it performs the functions of the crank neck of the crank rocking mechanism of the rocker.

Таким образом осуществляется пониженная передача. Thus, a lower gear is carried out.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 301428, кл. E 21 B 43/00, 21.07.66 г.Sources of information
1. USSR author's certificate N 301428, cl. E 21 B 43/00, 07/21/66

2. Проспект фирмы "Лафкин" (Копия) на 6 листах. 2. Prospectus of the company "Lafkin" (Copy) on 6 sheets.

Claims

1. The gearbox of the rocking machine, comprising a housing, two stages having shafts with gears and bearing bearings, characterized in that one of the stages is planetary and includes a fixed central wheel with internal gearing connected to the housing, a central wheel with external gearing, mounted on the output shaft with the possibility of free rotation and connected with a gear wheel mounted on the same shaft, and a carrier connected to the output shaft for engaging with the central wheels of the satellite, and price links the swivel wheels and the carrier, respectively, with a housing, a gear wheel and an output shaft are made in the form of gear couplings.

2. The gearbox according to claim 1, characterized in that the thrust bearings of the necks of the output shaft are installed in cups located in the bores of the housing, the detachable parts of which are fixed from the possibility of opening the joint by precision pins connecting these parts to the flanges of the glasses.

3. The gearbox according to claim 1, characterized in that the gear coupling half coupling connecting the stationary central wheel to the housing is made on the flange of one of the output shaft bearing cups, and one of the carrier bearings is installed in the bore of the same cup.

4. The gearbox according to claim 1, characterized in that the mating half-couplings of each gear coupling are made with combined annular grooves, in which are embedded flexible elements fixing, for example, in the form of rods from a wire rod, placed in these grooves while the ends of the rods are fixed at the beginning and end of the winding.