專利名稱：抽油機(jī)用橢圓齒輪變速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械采油用的抽油機(jī)上的變速裝置，特別是帶橢圓齒輪的變速裝置。
目前用得最廣泛的抽油機(jī)是游梁式抽油機(jī)，它的減速箱是由二級(jí)互相嚙合的圓形齒輪構(gòu)成的減速齒輪組組成。減速箱將電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪傳來(lái)的高速旋轉(zhuǎn)變?yōu)闇p速齒輪組輸出軸的低勻速旋轉(zhuǎn)(具體輸出轉(zhuǎn)速隨抽油機(jī)型號(hào)及工作參數(shù)的不同而不同，一般在每分鐘6－－15轉(zhuǎn)之間)。
減速箱的低勻速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)曲柄、連桿、游梁及支架組成的四連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)后，轉(zhuǎn)化為懸繩器的上下往復(fù)移動(dòng)，懸繩器的移動(dòng)規(guī)律類似于簡(jiǎn)諧振動(dòng)，即在上下行程的中點(diǎn)附近(游梁處于水平位置)其移動(dòng)速度最快，而在行程的兩個(gè)端點(diǎn)附近其移動(dòng)速度很慢(


圖10中曲線1)，在一個(gè)行程周期中速度變化大。在上行程中點(diǎn)附近，懸繩器上移速度最大，造成了抽油機(jī)的第一個(gè)負(fù)荷高峰；在下行程中點(diǎn)附近，平衡塊的上升速度最快，造成了抽油機(jī)的第二個(gè)負(fù)荷高峰。這就使抽油機(jī)負(fù)荷不均衡，在上下行程中點(diǎn)電動(dòng)機(jī)的輸出功率很大，曲柄扭矩也很大，而在行程端點(diǎn)附近電動(dòng)機(jī)的輸出功率很小，曲柄扭矩也很小，甚至出現(xiàn)負(fù)值。為了滿足峰值負(fù)荷的需要，就不得不配備較大功率的電動(dòng)機(jī)和供電網(wǎng)，增加了工程投資，并帶來(lái)抽油機(jī)電耗大、噪音大、啟動(dòng)困難、電機(jī)易于損壞、對(duì)電網(wǎng)沖擊大及不利于井下抽油泵工作等諸多問(wèn)題。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種帶橢圓齒輪的變速裝置，通過(guò)它產(chǎn)生的變速輸出來(lái)降低懸繩器移動(dòng)速度的峰值，使懸繩器移動(dòng)速度更加均勻，從而減小抽油機(jī)的峰值負(fù)荷。
本實(shí)用新型包括減速齒輪組，其核心是減速齒輪組與能夠產(chǎn)生變速輸出的橢圓齒輪變速機(jī)構(gòu)相配合，減速齒輪組勻速旋轉(zhuǎn)的輸出帶動(dòng)橢圓齒輪變速機(jī)構(gòu)，橢圓齒輪變速機(jī)構(gòu)的輸出帶動(dòng)抽油機(jī)的曲柄。橢圓齒輪變速機(jī)構(gòu)是利用橢圓齒輪半徑(此半徑指橢圓中心到嚙合點(diǎn)或到切點(diǎn)的距離)的變化產(chǎn)生變速輸出，在懸繩器上下行程中點(diǎn)附近使曲柄的旋轉(zhuǎn)速度降低，在行程端點(diǎn)附近使曲柄的旋轉(zhuǎn)速度提高。
橢圓齒輪變速機(jī)構(gòu)是齒輪之間通過(guò)嚙合傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)或其它傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)的。為了使齒輪間嚙合得更好或傳動(dòng)更加平穩(wěn)，可采用變異的橢圓齒輪(這種橢圓齒輪的輪廓線不是標(biāo)準(zhǔn)的橢圓方程)。
采用橢圓齒輪變速裝置后有以下優(yōu)點(diǎn)(1)曲柄旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的角加速度力矩與負(fù)載產(chǎn)生的力矩異相，使作用于曲柄上的力矩最大值降低，相應(yīng)能夠增加抽油機(jī)的負(fù)載能力；而現(xiàn)有技術(shù)由于曲柄為勻速旋轉(zhuǎn)，不產(chǎn)生角加速度。
(2)降低了懸繩器移動(dòng)速度的峰值，使電動(dòng)機(jī)的峰值負(fù)載大幅度減小，相應(yīng)可以換用較小的電動(dòng)機(jī)，能降低耗電量、減小噪音、增加電動(dòng)機(jī)安全性，使抽油機(jī)更容易啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)的沖擊更小。
(3)懸繩器移動(dòng)速度比較均勻，可以減少液體流動(dòng)阻力，改善井下抽油桿柱的工作狀況，特別有利于稠油開(kāi)采。
(4)該變速裝置無(wú)換向機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明
圖1為游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)示意圖。電動(dòng)機(jī)1通過(guò)三角皮帶2，經(jīng)減速箱3中互相嚙合的兩級(jí)圓形齒輪減速后，帶動(dòng)安裝于輸出軸上的曲柄4作勻速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連桿5、游梁6、支架7組成的四連桿機(jī)構(gòu)及驢頭8轉(zhuǎn)化為懸繩器9的上下往復(fù)移動(dòng)，懸繩器9帶動(dòng)抽油桿柱將原油從井下抽出。
圖2為一種雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)變速裝置示意圖。該變速裝置是由減速齒輪組及相互嚙合的橢圓齒輪10與橢圓齒輪11組成，橢圓齒輪10安裝于減速齒輪組的輸出軸上并帶動(dòng)橢圓齒輪11產(chǎn)生變速旋轉(zhuǎn)輸出(橢圓齒輪10和橢圓齒輪11形狀相同)，曲柄4安裝于橢圓齒輪11的軸上。當(dāng)游梁6處于水平位置(懸繩器9處于上下行程的中點(diǎn)位置)時(shí)，使橢圓齒輪11的長(zhǎng)軸正對(duì)著橢圓齒輪10的短軸，這樣，當(dāng)懸繩器9處于上下行程中點(diǎn)附近時(shí)曲柄4為低速旋轉(zhuǎn)，使懸繩器9移動(dòng)速度的峰值降低；當(dāng)懸繩器9處于上下死點(diǎn)附近時(shí)曲柄4高速旋轉(zhuǎn)，使懸繩器9能夠較快地通過(guò)上下死點(diǎn)。
圖3為一種單橢圓齒輪鏈條傳動(dòng)變速裝置示意圖。它在一級(jí)減速齒輪組的從動(dòng)軸上安裝圓齒輪14，通過(guò)鏈條15帶動(dòng)橢圓齒輪12，為了防止鏈條15松動(dòng)，可安裝張緊輪13，抽油機(jī)的曲柄4安裝于橢圓齒輪12的軸上。橢圓齒輪12與原抽油機(jī)減速箱的二級(jí)減速齒輪組的從動(dòng)輪齒數(shù)相同，以保證抽油機(jī)沖數(shù)(曲柄每分鐘旋轉(zhuǎn)的次數(shù))不變并產(chǎn)生變速輸出。
圖4至圖7表示驢頭8在一個(gè)上下行程周期內(nèi)，雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)變速裝置的傳動(dòng)情況，箭頭指示橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)方向(圖中略去懸繩器)。圖4表示驢頭8在下死點(diǎn)附近，橢圓齒輪10的長(zhǎng)軸對(duì)橢圓齒輪11的短軸，使橢圓齒輪11獲得較快的旋轉(zhuǎn)速度，提高了驢頭8的移動(dòng)速度，使驢頭8較快通過(guò)下死點(diǎn)；圖5表示驢頭8在上行程中點(diǎn)附近，橢圓齒輪10的短軸正對(duì)著橢圓齒輪11的長(zhǎng)軸，使橢圓齒輪11的轉(zhuǎn)速降低，此時(shí)抽油機(jī)負(fù)荷正處在第一個(gè)高峰值附近，降低曲柄旋轉(zhuǎn)速度就減小了電機(jī)的峰值功率；圖6表示驢頭8在上死點(diǎn)附近，橢圓齒輪10的長(zhǎng)軸對(duì)橢圓齒輪11的短軸，使橢圓齒輪11獲得較快的旋轉(zhuǎn)速度，提高了驢頭8的移動(dòng)速度，使驢頭8較快通過(guò)上死點(diǎn)；圖7表示懸繩器在下行程中點(diǎn)附近，橢圓齒輪10的短軸正對(duì)著橢圓齒輪11的長(zhǎng)軸，使橢圓齒輪11的轉(zhuǎn)速降低，此時(shí)正處在抽油機(jī)負(fù)荷的第二個(gè)高峰值附近，所以也降低了電機(jī)的峰值功率。
圖8為CYJ10－3－53HB型抽油機(jī)(第二石油機(jī)械廠生產(chǎn)，廠址在河南南陽(yáng))當(dāng)沖程2.4米、沖數(shù)每分鐘6次時(shí)一個(gè)周期的懸繩器位移曲線，它的形狀類似于正弦波；圖9為采用長(zhǎng)短軸比值為1.5雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)變速裝置后(沖程和沖數(shù)不變)，該抽油機(jī)的懸繩器位移曲線，與圖8相比它的直線段明顯較長(zhǎng)且比較平緩，整個(gè)曲線的形狀類似于三角波；
圖10中，曲線1為CYJ10－3－53HB型抽油機(jī)的驢頭8移動(dòng)速度曲線(條件同圖8)，曲線2為采用雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)變速裝置后(沖程和沖數(shù)不變)驢頭8移動(dòng)速度曲線，它的峰值比曲線1明顯減少，且避開(kāi)了抽油機(jī)的負(fù)荷高峰期。
圖11實(shí)線為采用雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)變速裝置后，一個(gè)周期內(nèi)的曲柄旋轉(zhuǎn)速度(單位是°／S)曲線(條件同圖8)，它為一個(gè)變值，變化范圍為24°／S到54°／S，
圖11中點(diǎn)劃線為原抽油機(jī)的曲柄旋轉(zhuǎn)速度曲線，為恒定的36°／S；
圖12為采用雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)變速裝置后曲柄旋轉(zhuǎn)角加速度曲線(條件同圖8)，最大值可達(dá)到°／S2，角加速度產(chǎn)生的扭矩最大達(dá)213Kg.M，與負(fù)載產(chǎn)生的扭矩相位不同，可以使最大扭矩減少。
為了予測(cè)本實(shí)用新型的效果，對(duì)某油田趙87井的生產(chǎn)情況進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，計(jì)算精度為七位有效數(shù)字，每周期計(jì)算360點(diǎn)。
該井采用CYJ10－3－53HB型抽油機(jī)，沖程2.4M，沖數(shù)每分鐘6次，泵掛深度1498M，泵徑44mM，井下液面深度為1225M，日產(chǎn)液量20M3，實(shí)際最大懸掛重量為7000Kg，其示功圖(縱座標(biāo)為懸掛重量，橫座標(biāo)為懸繩器位置)如
圖13所示，其扭矩曲線如
圖14所示(系采用井下診斷技術(shù)測(cè)算所得的結(jié)果)，計(jì)算機(jī)模擬當(dāng)該井抽油機(jī)換用雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)變速裝置的結(jié)果(抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)尺寸未作改變，橢圓齒輪的長(zhǎng)短軸比值為1.5)。
結(jié)果表明，采用橢圓齒輪變速裝置后，曲柄軸角速度在24°／S到54°／S度之間變化，最大角加速度為23.8°／S2，最大角加速度扭矩為213Kg.M；與更換雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)變速裝置以前相比，懸繩器上移速度的最大值由0.7554M／S下降到0.6800M／S，減少了10.03％；下行速度由0.80M／S下降到0.77M／S，減少了3.58％；最大扭矩由3151Kg.M減為2948Kg.M，減少了6.44％；
圖15中曲線1為原抽油機(jī)折算到電機(jī)軸的扭矩，曲線2為采用雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)裝置后折算到電動(dòng)機(jī)輸出軸的扭矩，采用雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)裝置后折算到電機(jī)輸出軸的最大扭矩從19.3Kg.M下降到13.45Kg.M，減少了30.3％。
更換雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)變速裝置后，由于電動(dòng)機(jī)負(fù)荷降低，故可將原28KW的電動(dòng)機(jī)換成17KW，予計(jì)可節(jié)電15％，抽油機(jī)的噪音，啟動(dòng)性能及油井的出油情況都可以得到明顯的改善。如果不換電機(jī)，則可更換直徑56mM的抽油泵或?qū)F(xiàn)行抽油泵的下泵深度增加20％，均能提高產(chǎn)油量。
權(quán)利要求1.機(jī)械采油用抽油機(jī)上的橢圓齒輪變速裝置，包括減速齒輪組，其特征在于該裝置由減速齒輪組及與減速齒輪組相配合的能夠產(chǎn)生變速輸出的橢圓齒輪變速機(jī)構(gòu)組成，減速齒輪組的輸出帶動(dòng)橢圓齒輪變速機(jī)構(gòu)，橢圓齒輪變速機(jī)構(gòu)的輸出帶動(dòng)抽油機(jī)的曲柄。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種機(jī)械采油用抽油機(jī)上的橢圓齒輪變速裝置，用于代替普通游梁式抽油機(jī)的減速箱。它由減速齒輪組帶動(dòng)橢圓齒輪變速機(jī)構(gòu)，橢圓齒輪變速機(jī)構(gòu)采用雙橢圓齒輪嚙合傳動(dòng)或鏈條橢圓齒輪傳動(dòng)的方式，利用橢圓齒輪半徑的變化產(chǎn)生變速輸出，通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)，使懸繩器在行程中點(diǎn)附近的移動(dòng)速度降低，在行程端點(diǎn)附近的移動(dòng)速度提高。
文檔編號(hào)E21B43/00GK2058933SQ8921555
公開(kāi)日1990年7月4日 申請(qǐng)日期1989年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月14日
發(fā)明者雷長(zhǎng)森 申請(qǐng)人:雷長(zhǎng)森