機械換向減速器和立式抽油機的製作方法

2023-07-18 03:20:01 1

專利名稱：機械換向減速器和立式抽油機的製作方法
技術領域：
本發明涉及立式抽油機的換向機構，屬於石油開採領域，同時適用於各種礦山、港口等有需要換向傳動的領域。
背景技術：
立式抽油機相對於傳統的遊梁式抽油機，擁有很多的優點，如可提高採油效率，增加石油產量；減少磨損，提高抽油杆和抽油泵壽命；排量穩定，動載荷小，事故少；運轉平穩，疲勞應力低，應力循環次數少等。採用長衝程抽油方式，抽油泵柱塞實際衝程損失的較小，可提高抽油泵的排量係數和充滿係數，提高採油效率，增加石油產量，降低採油成本。但是立式抽油機也存在一些短板，其中換向的問題就是一個突出問題，也是推廣過程中遇到的主要障礙之一，現在的解決方法主要有幾種，但在實際使用後的情況並不理
本巨
ο1.鏈條式
鏈條式立式抽油機是現在應用最多的立式抽油機，換向方式如圖1所示，曲拐1-6的頭部實際上充當著軌跡鏈條1-2的一個特殊鏈節，其圓軸部插入滑車架1-5，可以在滑車架1-5內轉動。滑車架1-5可以在往返架1-4內沿導軌橫向移動。曲拐1-6隨軌跡鏈條1-2作循環運動，當曲拐1-6運動到軌跡鏈條1-2的圓弧部分即上鏈輪1-1部分時，它繼續帶動往返架1-4向上運動，同時帶動滑車架1-5沿導軌橫向移動，到達最高點後曲拐1-6帶動往返架1-4改變方向向下運動，同時帶動滑車架1-5沿導軌繼續橫向移動，直到曲拐1-6運轉到鏈條1-2的垂直部分後往返架1-4 與滑車架1-5又相對靜止實現抽油機的下衝程。在下鏈輪1-7處以相同的方式實現抽油機的上衝程。2.變頻換向電機
採用變頻器控制電動機的運行，換向時通過變頻器提供不同頻率的旋轉磁場，準確控制運動的方向和速度，實現抽油機的緩衝和換向。但是現有的鏈條式抽油機和採用變頻換向電機的抽油機仍然存在大量問題。針對鏈條式抽油機來說，它的換向機構體積龐大，部件多，結構複雜，成本高。換向機構的潤滑系統為半開放式，對外界環境的汙染侵蝕的抵抗能力弱，使用的地域受到很大限制，如大風沙地區、高寒冷地區等不能使用。這種換向機構的維修和更換困難，磨損後，會產生振動和噪音，使緩衝效果進一步降低，使整機的使用情況惡化，並且有很大的安全隱
串
■/Q1、O當在傳動上採用皮帶代替部分鋼絲繩後，雖然緩衝和噪音得到改善，但皮帶的造價高、壽命短，更換、維護困難，對風沙等惡劣環境更為敏感，使用上受到很大的限制。對於採用變頻換向電機的抽油機，理論上，變頻換向電機可以實現最佳的換向緩衝動作，但是這種方式的問題更加麻煩，採用電氣方式進行強行減速、和頻繁啟動，電氣控制系統複雜，難以適應惡劣環境、維護修理技術要求高，緩衝能量是通過電氣元件的發熱進行消耗，散熱困難，壽命很短，經常導致停機事故，而且大功率變頻器的使用，對電網產生很大的高頻汙染，影響其他設備的運轉，這些缺點使這種抽油機的市場佔有率逐年下降。變頻電機由於短時(約5-10秒)不間斷地重複變向，導致電機不斷發熱，大大減少使用壽命。除此之外，在立式抽油機中，在上、下止點的換向操作時，需要抽油杆、配重完全向相反的方向運動，由於抽油杆、配重的重量大，慣性很大，換向的停止和啟動都要消耗大量能量，會導致對傳動機構造成很大的衝擊，使各種零件壽命減少，電動機一直在不斷重複發電、啟動狀態，使電網不斷的受到衝擊，設備的效率低下、磨損嚴重、耗能大。

發明內容
本發明通過提供一種機械換向減速器來解決上述問題。本發明採用的方案是:
一種機械換向減速器包括動力分配齒輪組、兩組並行的行星輪系齒輪組、動力合併齒輪組和末端行星減速器四部分，其中動力的輸入端與動力分配齒輪組相連，動力分配齒輪組將動力分成兩路分別送入兩組並行的行星輪系齒輪組，兩組行星輪系齒輪組的輸出動力通過動力合併齒輪組進行合併，合併後的動力輸出至末端行星減速器，轉換後輸出，所述兩組並行的行星輪系齒輪組交替工作輸出動力，所述動力合併齒輪組的動力輸出的方向對應於兩組行星輪系齒輪組各自的輸出相反。本發明的機械換向減速器的動力輸出換向通過動力合併齒輪組來完成，所述動力合併齒輪組包括依次嚙合的四個齒輪，兩端的兩個齒輪分別連接兩組行星輪系齒輪組的輸出端，中間的兩個齒輪中一個為過渡齒輪，另一個齒輪與末端行星減速器輸入端相連。所述過渡齒輪用於實現輸出動力的換向，從而實現抽油機天輪的正反轉。在本發明的機械換向減速器的動力合併齒輪組中，中間的兩個齒輪的齒數組合可調整，以改變其中一條傳動路線的轉動速度。根據油井的情況設置，可以使抽油機的抽油行程和回程的速度不相同，例如在高壓稀油的情況下，提高回程速度，實現上慢下快組合，提高產量，在稠油井情況下，降低下落速度，改善油泵的充盈狀態，實現上快下慢，提高泵效、產能。本發明的機械換向減速器中所用的兩組並行的行星輪系齒輪組的結構和參數完全相同，並且每個行星輪系齒輪組的輪系採用的是NGW型行星輪系，每個輪系包括一個太陽輪、四個行星輪、一個齒圈、一個行星架和一個制動器，制動器對齒圈實施制動，因此根據其工作狀態，可以使輪系處於兩種狀態，即制動器工作時將齒圈鎖死，輪系進入傳力狀態，制動器不工作時，輪系的齒輪處於自由狀態，不輸出動力。這兩種狀態的切換是對應於減速器輸出方向的變換，即所述兩組行星輪系齒輪組的制動器對應於機械換向減速器的輸出方向變化而交替工作。在一種實施方案中，本發明的機械換向減速器包括一個電氣控制電路控制制動器，即當減速器動力輸出方向要求變化時，電氣控制電路使原來工作的制動器停止工作，同時啟動另一個制動器，因而行星輪系的工作狀態發生轉變。在用於立式抽油機的情況下，當抽油機換向時，通過控制電路即可控制制動器實現行星輪系工作狀態的交換，從而產生抽油機天輪的正反轉運動。這樣的兩組並行的行星輪系齒輪組不僅可以實現動力輸出方向的轉換，而且可以實現設計狀態下的減速和增矩。兩組行星輪系齒輪組的輸入受動力分配齒輪組控制，所述動力分配齒輪組包括主動齒輪和兩個從動齒輪， 電機驅動主動齒輪轉動，兩個從動齒輪分別位於主動齒輪兩側並與主動齒輪嚙合，將動力分成兩路分別送入兩組並行的行星輪系齒輪組。在本發明的機械換向減速器的輸出端具有末端行星減速器，其也採用NGW型行星輪系，具有一個太陽輪、四個行星輪、一個齒圈和一個行星架，並且其齒圈被固定不動，因此其只有一個傳力工作狀態。本發明的機械換向減速器由於採用上述結構，可以被封裝起來，從而實現密封，進行油浸式潤滑，因而獲得更好的潤滑、冷卻效果，不受外界環境幹擾。因此，本發明的機械換向減速器還具有外殼作為箱體，將動力分配齒輪組、兩組並行的行星輪系齒輪組、動力合併齒輪組和末端行星減速器四部分包括在內，僅露出輸入端和輸出端。本發明的傳動線路上主要採用圓柱齒輪傳動，機械效率高。本發明的另一標的是採用了上述機械換向減速器的立式抽油機，它包括機架、抽油杆、天輪和電機，機械換向減速器位於天輪和電機之間，所述機械換向減速器的輸出端與天輪相連，輸入端與電機的輸出端相連。在所述機械換向減速器與天輪之間採用蛇形彈簧聯軸器連接，以起到一定的緩衝降噪作用。有益效果:
同主流的鏈條、變頻立式抽油機的換向緩衝機構進行比較，本機構有如下優點:
1.全部傳動零件採用封閉式油浸潤滑，潤滑效果有保障，並且稀油潤滑可以降低摩擦副的溫度，使零件壽命長，故障率低。2.相對於鏈條機，本發明的傳動系統不受風沙、高寒等惡劣環境的影響。3.利用行星輪系運動狀態轉換實現換向，機構簡單、成熟、可靠、耐用，，電動機一直在一個方向運行，換向平穩，調整方便優於現在所有抽油機的換向方式。

4.減速器採用兩級的行星齒輪輪系，利用了行星輪系齒輪傳動的優點，相對於同樣功率的其他抽油機傳動系統，減速器的結構緊湊、重量輕、體積小、傳動比較大、運動平穩、抗衝擊、振動小、傳動效率高。5.在合併傳動級，中間的兩個有不同的齒數組合，可以根據油田的不同井深、油況等具體工況，實現抽油機峰值上慢下快或上快下慢的速度匹配，使油井採油到達最佳經濟效益。


圖1是現有技術鏈條式立式抽油機的換向機構的示意圖。圖2是本發明的換向機構的示意圖。圖3是本發明的換向機構中所用的行星輪系的示意圖。在圖中:1-1上鏈輪；1-2鏈條；1-3平衡箱；1-4往返架；1-5滑車架；1-6曲拐；
1-7下鏈輪；2-1主動齒輪'2-2從動齒輪一 ；2-3從動齒輪二 ；2_4行星輪系一 ；2_5行星輪系二 ；2-6制動器一 ；2-7制動器二 ；2-8合併齒輪一 ；2-9合併齒輪二 ；2_10過渡齒輪；2_11合併齒輪三；2-12末端行星輪系；2-13聯軸器；2-14輸入端；2_15天輪；3_1太陽輪；3_2行星輪；3-3行星架；3_4齒圈。
具體實施例方式下面結合附圖來進一步說明本發明。
應了解，附圖僅僅描繪了本發明的一個優選的實施方案，因而附圖不應理解為對本發明的範圍構成限制，本發明的保護範圍僅僅根據權利要求書來限定。參見圖2，是本發明的機械換向減速器的一個實施方案的示意圖。輸入端2-14連接在動力分配齒輪組的主動齒輪2-1上，從動齒輪一 2-2和從動齒輪二 2-3在兩側與主動齒輪2-1嚙合，動力分別通過從動齒輪一 2-2和從動齒輪二 2-3傳導至行星輪系一 2-4和行星輪系二 2-5。行星輪系一 2-4和行星輪系二 2-5的齒圈外圍分別設置制動器一 2-6和制動器二 2-7，這兩個制動器交替工作，控制行星輪系一 2-4和行星輪系二 2-5的交替工作。行星輪系一 2-4和行星輪系二 2-5的動力分別輸出至動力合併齒輪組的合併齒輪一 2-8和合併齒輪二 2-9，在傳輸至合併齒輪三2-11。在合併齒輪二 2-9和合併齒輪三2-11之間具有一個過渡齒輪2-10，利用它的存在來實現兩組行星輪系齒輪組分別輸出動力時本發明的機械換向減速器輸出的換向。合併齒輪三2-11將動力輸出至末端行星輪系2-12，再進行變矩減速後輸出至天輪2-15。在合併齒輪三2-11與天輪2-15之間採用蛇形彈簧聯軸器
2-13連接，以起到一定的緩衝降噪作用。如圖3所示:本發明中行星輪系採用NGW型行星輪系，其每個輪系包括一個太陽輪
3-1、四個行星輪3-2、一個齒圈3-4、一個行星架3-3和一個制動器2_6。如圖2所示:本發明涉及的立式抽油機，採用了上述機械換向減速器，所述立式抽油機還包括機架、抽油杆、天輪2-15和電機，機械換向減速器位於天輪2-15和電機之間，所述機械換向減速器的輸出端與天輪相連，輸入端2-14與電機的輸出端相連。在所述機械換向減速器與天輪2-15之間採用蛇形彈簧聯軸器2-13。上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細的說明，但是本發明不限於上述實施方式，在所屬技術領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。·
權利要求
1.一種機械換向減速器，其特徵在於:包括動力分配齒輪組、兩組並行的行星輪系齒輪組、動力合併齒輪組和末端行星減速器四部分，其中動力的輸入端與動力分配齒輪組相連，動力分配齒輪組將動力分成兩路分別送入兩組並行的行星輪系齒輪組，兩組行星輪系齒輪組的輸出動力通過動力合併齒輪組進行合併，合併後的動力輸出至末端行星減速器轉換後輸出，所述兩組並行的行星輪系齒輪組交替工作輸出動力，所述動力合併齒輪組的動力輸出的方向對應於兩組行星輪系齒輪組各自的輸出相反。
2.如權利要求1所述的機械換向減速器，其特徵在於:所述動力合併齒輪組包括依次嚙合的四個齒輪，兩端的兩個齒輪分別連接兩組行星輪系齒輪組的輸出端，中間的兩個齒輪中一個為用於兩路齒輪的旋轉方向變換的過渡齒輪，另一個齒輪與末端行星減速器輸入端相連。
3.如權利要求2所述的機械換向減速器，其特徵在於:中間的兩個齒輪的齒數組合可調整，以改變其中一條傳動路線的轉動速度。
4.如權利要求1所述的機械換向減速器，其特徵在於:其中所述兩組並行的行星輪系齒輪組的結構和參數完全相同，並且每個行星輪系齒輪組的輪系採用的是NGW型行星輪系，每個輪系包括一個太陽輪、四個行星輪、一個齒圈、一個行星架和一個制動器，制動器對齒圈實施制動，當其工作時將齒圈鎖死，輪系進入傳力狀態，當其不工作時，輪系的齒輪處於自由狀態，不輸出動力。
5.如權利要求4所述的機械換向減速器,其特徵在於:其中還包括一個電氣控制系統控制制動器的交替工作，使所述兩組行星輪系齒輪組的制動器對應於機械換向減速器的輸出方向變化交替工作。
6.如權利要求1所述的機械換向減速器，其特徵在於:其中所述動力分配齒輪組包括主動齒輪和兩個從動齒輪，電機驅動主動齒輪轉動，兩個從動齒輪分別位於主動齒輪兩側並與主動齒輪嚙合，將動力分成兩路分別送入兩組並行的行星輪系齒輪組。
7.如權利要求1所述·的機械換向減速器，其特徵在於:其中所述末端行星減速器採用NGff型行星輪系，一個太陽輪、四個行星輪、一個齒圈和一個行星架，並且其齒圈被固定不動。
8.如前述權利要求中任一項所述的機械換向減速器，其特徵在於:其中所述機械換向減速器還具有外殼作為箱體，將動力分配齒輪組、兩組並行的行星輪系齒輪組、動力合併齒輪組和末端行星減速器四部分包括在內，僅露出輸入端和輸出端。
9.一種立式抽油機，其特徵在於:包括機架、天輪和電機，其中在天輪和電機之間還包括上述權利要求中任一項所述的機械換向減速器，所述機械換向減速器的輸出端與天輪相連，輸入端與電機的輸出端相連。
10.如權利要求9所述的立式抽油機，其特徵在於:其中所述機械換向減速器與天輪之間採用彈性聯軸器連接。
全文摘要
本發明及機械換向減速器以及立式抽油機，機械換向減速器適用於各種石油、礦山、港口等有需要換向傳動的領域，所述換向機構的特徵在於，電動機將動力輸入減速箱，減速箱內設置兩組並聯的行星輪系，每組行星輪系用液力制動裝置轉換，使行星輪系在自由狀態和減速傳動狀態交替運行，在兩組行星輪系後設置合併齒輪組將動力合併，再驅動後一級減速行星輪系，最終將動力傳輸到天輪上，兩組並行的行星輪系由液力制動裝置交替轉換工作狀態，實現天輪的機械換向操作。本發明的換向機構使用壽命長，故障率低，運行穩定，高效節能，結構緊湊，並可根據具體工況調節不同行程速度，使油井採油達到最佳的經濟效益。
文檔編號E21B43/00GK103244620SQ20131018923
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月21日 優先權日2013年5月21日
發明者湯德良, 湯夢甜, 周衛軍 申請人:江蘇聖樂機械有限公司