專利名稱：一種有桿泵齒輪式變換抽油裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有桿泵抽油裝置，尤其是一種有桿泵齒輪式變換抽油裝置。
目前，廣泛使用的有桿泵抽油裝置，是石油工業(yè)傳統(tǒng)的采油方式之一，也是采油工程中一直占主導(dǎo)地位的人工舉升方式。有桿泵采油包括常規(guī)的有桿泵采油和螺桿泵采油，兩者都是由抽油機將地面動力傳遞給井下泵；前者是將抽油機懸點的往復(fù)運動通過抽油桿傳遞給井下柱塞泵，后者是將井口驅(qū)動頭的旋轉(zhuǎn)運動通過抽油桿傳遞給井下螺桿泵。常規(guī)的有桿泵抽油裝置包括抽油機、抽油桿和抽油泵所組成的抽油系統(tǒng)，它利用抽油機的曲柄連桿機構(gòu)，把動力機(電動機或天燃?xì)獍l(fā)動機)的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣鈼U的往復(fù)運動，用抽油桿帶動深井的柱塞進(jìn)行抽油。
抽油機是有桿泵采油的主要設(shè)備，抽油機按其基本結(jié)構(gòu)又分為游梁式抽油機和無游梁式抽油機；游梁式抽油機主要由游梁、連桿、曲柄機構(gòu)、皮帶輪、減速箱、動力設(shè)備和輔助設(shè)備構(gòu)成，工作時，動力機的高速旋轉(zhuǎn)運動，通過皮帶和減速箱傳給曲柄軸，帶動曲柄作低速旋轉(zhuǎn)運動，曲柄通過連桿經(jīng)橫梁帶動游梁作上下擺動；掛在驢頭上的懸繩器便帶動光桿和抽油桿作上下的往復(fù)運動。這種抽油機的主要缺點是第一、由于需要比較長的曲柄半徑，曲柄半徑與懸繩器的往復(fù)行程成正比，而游梁的驢頭一端一般小于橫梁軸一端，加上曲柄平衡塊和游梁平衡塊，消耗于自身運動的慣性力，慣性力矩、連桿運動分力，杠桿作用力和自身傳動過程中消耗的功率，占動力機功率的50％以上；第二，占的空間大，從動力機、減速箱到驢頭、懸繩器，從底座到游梁，占的空間達(dá)300-500M3；第三，重量大，消耗的原材料多；第四，功率排量低，增加采油成本。
本發(fā)明是為了克服上述技術(shù)的缺點而提供的一種有桿泵齒輪式變換抽油裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，應(yīng)用本人發(fā)明專利往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)，專利號ZL96117438.2，使動力機的功率通過減速齒輪副，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)運動變往復(fù)運動機構(gòu)，該機構(gòu)由兩個全周齒輪、復(fù)合兩個半周圓弧滾柱輪，兩個半周圓弧滾柱輪與一個介圓弧齒輪交替嚙合，通過與介圓孤齒輪同軸的變矩齒輪與齒條嚙合，從齒條輸出往復(fù)運動的功率，齒條的下端通過連接器與光桿連接，通過盤根盒、三通閥與抽油桿連接，抽油桿帶動柱塞泵的柱塞作上下往復(fù)采油的作業(yè)，或者將變矩齒輪改作U形槽絞輪，用鋼絲繩一端與U形槽的槽底連接，繞過天車輪另一端與光桿連接，再通過抽油桿帶動柱塞泵的柱塞作上下往復(fù)采油作業(yè)。
本發(fā)明一種有桿泵齒輪式變換抽油裝置，與現(xiàn)有技術(shù)比較具有如下的優(yōu)點1、節(jié)省能源消耗，從動力機輸入旋轉(zhuǎn)運動的功率，到齒條輸出往復(fù)運動的功率，其間只有4對齒輪副傳動，加工精度比較高的齒輪副傳動，一對齒輪副自身消耗功率只有0.5％-1.5％，自身消耗的功率很低，可節(jié)省能耗40％。
2、體積縮小，整機安裝的空間，只需100m3-150m3，可縮小2-3倍。
3、重量降低50％左右，節(jié)省原材料消耗，降低制造成本。
4、易損件減少，使用壽命延長。
5、由于井上機構(gòu)提高了穩(wěn)定性和可靠性，可以提高泵的容積效率和排量。
6、提高功率比排量，降低有桿泵采油的成本，是一代新型的有桿泵抽油裝置。
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明附

圖1有桿泵齒輪式變換抽油裝置圖。
附圖2齒輪式變換機構(gòu)圖。
附圖3絞輪與天車輪傳動機構(gòu)圖。
附圖4桿式抽油泵功能示意圖。
圖1所示為有桿泵齒輪式變換抽油裝置，該裝置由控制臺(1)、電動機(2)、旋轉(zhuǎn)運動變往復(fù)運動機構(gòu)(3)、變矩齒輪(4)、齒條(5)、墩臺(6)、連接器(7)、光桿(8)、盤根盒(9)、三通閥(10)、套管(11)、油管(12)、抽油桿(13)、抽油泵(14)、柱塞(15)、油層(16)構(gòu)成，電動機(2)通過減速齒輪副，將旋轉(zhuǎn)運動的功率輸入旋轉(zhuǎn)運動變往復(fù)運動機構(gòu)(3)、旋轉(zhuǎn)運動變往復(fù)運動機構(gòu)(3)通過變短齒輪(4)與齒條(5)嚙合，齒條(5)輸出往復(fù)運動的功率，整套井上裝置安裝在墩臺(6)上，由控制臺(1)控制作業(yè)；齒條(5)與光桿(8)通過連接器(7)連接，齒條(5)的往復(fù)運動，帶動光桿(8)通過盤根盒(9)和三通閥(10)連接抽油桿(13)，抽油桿(13)帶動抽油泵(14)的柱塞(15)作上下往復(fù)作業(yè)，油從油層(16)被抽油泵(14)吸進(jìn)，經(jīng)油管(12)和三通閥(10)排出。
圖2所示為齒輪式變換機構(gòu)，電動機(2)從減速齒輪副(17)輸入高速旋轉(zhuǎn)運動的功率，通過全周齒輪(18)變?yōu)榈退傩D(zhuǎn)運動，全周齒輪(18)與幾何尺寸相同的全周齒輪(19)嚙合，全周齒輪(18)、(19)與兩個幾何尺寸相同的半周圓弧滾柱輪(20)、(21)復(fù)合，兩個半周圓孤滾柱輪(20)、(21)與一個介圓弧齒輪(22)交替嚙合，即介圓弧齒輪(22)嚙上半周圓弧滾柱輪(20)時，即脫開半周圓弧滾柱輪(21)，反之，當(dāng)介圓弧齒輪(22)嚙上半周圓弧滾柱輪(21)時，即脫開半周圓弧滾柱輪(20)，如此循環(huán)往復(fù)；介圓弧齒輪(22)與半周圓弧滾柱輪(20)、(21)，嚙上時，滾柱能夠自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生分力，以降低反轉(zhuǎn)時的慣性力和沖擊力，介圓弧齒輪(22)與同軸的變矩齒輪(4)復(fù)合，變矩齒輪(4)與齒條(5)嚙合，齒條(5)輸出往復(fù)運動的功率；齒輪(17)、(18)、(19)、(20)、(21)、(22)、(4)通過軸A、B、C、D(24)和軸承A、B、C、D(23)安裝在箱體(25)上，箱體(25)安裝在基座(26)上；基座(26)安裝在墩臺(6)上，齒條(5)兩側(cè)翼有燕尾邊導(dǎo)軌(28)，燕尾邊導(dǎo)軌(28)固定在基座(26)上，使其往復(fù)平順，齒條(5)的下端內(nèi)設(shè)有螺桿(30)一端與齒條連接，一端通過連接器(7)與光桿(8)連接，螺桿(30)與齒條(5)結(jié)合的頭上有個反緊螺帽(27)，可微調(diào)往復(fù)行程，按照泵的往復(fù)行程的需要設(shè)計變矩齒輪(4)和齒條(5)的往復(fù)行程。變矩齒輪(4)上有平衡重塊(29)以平衡上下沖程中懸點載荷不同，造成電動機在上下沖程中所做的功不同即上沖程齒條(5)向上運動，懸點承受最大負(fù)荷，(懸點載荷的計算與一般相同)，此時，平衡重塊(29)向下運動，齒條(5)運動至上止點，平衡重塊(29)運動至下止點，反之下沖程齒條(5)向下運動，平衡重塊(29)向上運動，齒條(5)運動至下止點，平衡重塊(29)運動至上止點；下沖程抽油桿(13)在其自重作用下克服浮力下行，此時，電動機(2)不但不需要對外作功，反而接受外來的能量做負(fù)功，會造成功率的浪費，效率和壽命的下降，抽油機的振動等后果。平衡重塊(29)在下沖程中吸收外來的全部位能，幫助電動機(2)在上下沖程中均做正功，在下沖程中把能量儲存起來，在上沖程中利用儲存的能量，來幫助電動機作功；為使電動機平衡運轉(zhuǎn)，在下沖程中需要儲存的能量，就是懸點在上下沖程中所做功之和的一半。因此，1、計算出懸點的載荷，2.計算出平衡塊重量，和變矩齒輪或U形槽絞輪的扭矩，3、自身運動損失率按最大8％計算，就可以計算出電動機(2)所需功率。
圖3所示為絞輪與天車輪傳動機構(gòu)，該機構(gòu)由U形槽絞輪(31)、U形槽天車輪(32)、支架(33)、鋼絲繩(34)構(gòu)成，將C軸(24)上與介圓弧齒輪(22)復(fù)合的變矩齒輪(4)和齒條(5)取消，改為U形槽絞輪(31)，鋼絲繩(34)一端與U形槽絞輪(31)的槽底連結(jié)，繞過U形槽天車輪(32)，另一端通過連接器(7)與光桿(8)連接，U形槽天車輪(32)安裝在支架(33)上，支架(33)安裝在基座(26)上，U形槽絞輪(31)的往復(fù)運動通過鋼絲繩(34)繞過U形槽天車輪(32)，通過連接器(7)帶動光桿(8)從上止點(35)至下止點(36)作上下往復(fù)運動，在U形槽絞輪(31)的上面有平衡重塊(37)，其作用原理與平衡重塊(29)相同；其往復(fù)行程按照泵的往復(fù)行程的需要設(shè)計。按照我國已經(jīng)制定的游梁式抽油機系列標(biāo)準(zhǔn)，光桿最大沖程3.3M，本機構(gòu)能夠滿足重型長沖程抽油機的需要。
圖4所示為桿式抽油泵功能，抽油泵(14)(包括管式泵和桿式泵)由工作筒(40)、柱塞(15)、游動閥(排出閥)(38)固定閥(吸入閥)(39)構(gòu)成；a為上沖程抽油桿(13)向上運動，活塞(15)上的游動閥(排出閥)(38)受管內(nèi)液杜的壓力關(guān)閉，此時泵內(nèi)壓力降低，固定閥(吸入閥)(39)在環(huán)形空間液柱壓力(沉沒壓力)與泵內(nèi)壓力之差的作用下被打開，如果油管內(nèi)已充滿液體，則在井口排出相當(dāng)于柱塞沖程長度(42)的一段液體；上沖程是泵內(nèi)吸入液體，井口排出液體的過程。b為下沖程抽油桿(13)向下運動，固定閥(吸入閥)(39)一開始就關(guān)閉，泵內(nèi)壓力增高到大于柱塞以上液柱壓力時，游動閥(排出閥)(38)被頂開，柱塞下部的液體通過游動閥(排出閥)(38)進(jìn)入柱塞上部，從泵內(nèi)排出液體，由于有相當(dāng)于沖程長度的光桿(8)從井外進(jìn)入油管，泵排出相當(dāng)于這段光桿長度的體積的液體，下沖程是泵向油管內(nèi)排液的過程。本裝置由于降低能耗，提高效率，提高了盤根盒(9)以上上部裝置的穩(wěn)定性和可靠性，齒條(5)和鋼絲繩(34)均作上下直線往復(fù)運動，沒有驢頭的擺動，也沒有曲軸連桿機構(gòu)的脈動，因此，可將活塞(15)的長度(41)縮短，以增加缸體容積(42)，同時加大缸體長度(43)增加往復(fù)行程，以增加泵的排量20％-30％。
權(quán)利要求
1.一種有桿泵齒輪式變換抽油裝置，其特征在于該裝置由控制臺(1)、電動機(2)、旋轉(zhuǎn)運動變往復(fù)運動機構(gòu)(3)、變矩齒輪(4)、齒條(5)、墩臺(6)、連接器(7)、光桿(8)、盤根盒(9)、三通閥(10)、套管(11)、油管(12)、抽油桿(13)、抽油泵(14)、柱塞(15)、油層(16)構(gòu)成；電動機(2)通過減速齒輪副將旋轉(zhuǎn)運動的功率輸入旋轉(zhuǎn)運動變往復(fù)運動機構(gòu)(3)。旋轉(zhuǎn)運動變往復(fù)運動機構(gòu)(3)通過變矩齒輪(4)與齒條(5)嚙合，齒條(5)輸出往復(fù)運動的功率，整套井上裝置安裝在墩臺(6)上，由控制臺(1)控制；齒條(5)通過連接器(7)與光桿(8)連接，光桿(8)通過盤根盒(9)和三通閥(10)與抽油桿(13)連接，抽油桿(13)帶動抽油泵(14)的柱塞(15)作上下往復(fù)作業(yè)，油從油層(16)經(jīng)油泵(14)油管(12)和三通閥(10)排出。
2.按照權(quán)利要求1所述的有桿泵齒輪式變換抽油裝置其特征在于電動機(2)從減速齒輪副(17)輸入高速旋轉(zhuǎn)運動的功率，通過全周齒輪(18)變?yōu)榈退龠\動，全周齒輪(18)與幾何尺寸相同的全周齒輪(19)嚙合，兩個全周齒輪(18)、(19)與兩個幾何尺寸相同的半周圓弧滾柱輪(20)、(21)復(fù)合，兩個圓弧滾柱輪(20)、(21)與一個介圓弧齒輪(22)交替嚙合，即介圓弧齒輪(22)嚙上半周圓弧滾柱輪(20)時，即脫于半周圓弧滾柱輪(21)，反之，當(dāng)介圓弧齒輪(22)嚙上半周圓弧滾柱輪(21)時，即脫開半周圓弧滾柱輪(20)；介圓弧齒輪(22)與同軸的變矩齒輪(4)復(fù)合，變矩齒輪(4)與齒條(5)嚙合，齒條(5)輸出往復(fù)運動的功率；齒輪(17)、(18)、(19)、(20)、(21)、(22)、(4)通過軸A、B、C、D(24)和軸承A、B、C、D(23)安裝在箱體(25)上，箱體(25)安裝在基座(26)上，基座(26)安裝在墩臺(6)上；齒條(5)的兩側(cè)有燕尾邊導(dǎo)軌(28)，燕尾邊導(dǎo)軌(28)固定在基座(26)上，齒條(5)的下端內(nèi)設(shè)有螺桿(30)，變矩齒輪(4)與齒條(5)的往復(fù)行程相等，變矩齒輪(4)有平衡重塊(29)。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種有桿泵齒輪式變換抽油裝置，其特征在于絞輪與天車輪傳動機構(gòu)由U形槽絞輪(31)、U形槽天車輪(32)、支架(33)、鋼絲繩(34)構(gòu)成，將C軸上與介圓弧齒輪(22)復(fù)合的變矩齒輪(4)改為U形槽絞輪(31)，鋼絲繩一端與U形槽絞輪的槽底連結(jié)，繞過U形槽天車輪(32)，另一端通過連接器(7)與光桿(8)連接，U形槽天車輪(32)安裝在支架(33)上，支架(33)安裝在基座(26)上，在U形槽絞輪(31)的上面有平衡重塊(37)。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種有桿泵齒輪式變換抽油裝置，其特征在于抽油泵(14)將活塞(15)的長度(41)縮短，以增加缸體容積(42)，并加長缸體(43)，以增加往復(fù)行程和排量。
全文摘要
一種有桿泵齒輪式變換抽油裝置，該裝置的特征在于應(yīng)用本發(fā)明往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)，使動力機高速旋轉(zhuǎn)運動的功率，通過齒輪式變換機構(gòu)變?yōu)檩敵鐾鶑?fù)運動的功率，然后通過變矩齒輪、齒條或絞輪、鋼絲繩與光桿和抽油桿連結(jié)，再通過抽油桿帶動泵的柱塞作上下往復(fù)抽油作業(yè)，該裝置較現(xiàn)有技術(shù)節(jié)能30％以上，節(jié)省材料40％以上，體積縮小1－2倍，效率提高，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，使用壽命延長，抽油成本降低，是一代新型的有桿泵抽油裝置。
文檔編號F04B47/00GK1580560SQ20041002255
公開日2005年2月16日 申請日期2004年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者余正 申請人:余正