一种蜗轮蜗杆传动抽油机及方法与流程

本发明涉及一种石油开采地面装备，具体涉及一种蜗轮蜗杆传动抽油机及方法。

背景技术：

在目前油田开采中，游梁式抽油机在油田生产中占有主要的位置。它是通过减速箱、曲柄连杆机构等，将动力机的旋转运动变为抽油杆和抽油泵的往复运动，实现抽油泵的吸油和排油过程。游梁式抽油机大多采用二级齿轮减速器，这些减速器传动环节多，结构体积大，减速器的传动效率也会随之下降；曲柄连杆机构实现抽油机换向，在换向时刻悬点会产生比较大的加速度，从而导致了驴头运动的不均匀性；游梁式抽油机采用机械平衡方式，即游梁尾部接平衡重的方式，这种平衡方式会增加抽油机的能耗，降低抽油机的使用寿命。传统的游梁式抽油机由于其结构特征，决定了它平衡效果差，悬点加速度大，启动扭矩大，效率低和能耗大等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种蜗轮蜗杆传动抽油机及方法，以解决现有技术的问题，本发明可以简化机械传动过程，减少传动环节，提高能源利用率，提高抽油机效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种蜗轮蜗杆传动抽油机，包括机架，机架上设置有传动机构，传动机构的输出端连接有用于控制抽油杆运动进行抽油的环形换向机构；

所述机架包括底座，底座上通过平台支撑架设置有高平台和低平台，高平台上设置有用于安装环形换向机构的通孔；

所述传动机构包括设置在低平台上的变频调速电动机和蜗轮蜗杆减速箱，变频调速电动机输出端连接有第一带轮，蜗轮蜗杆减速箱的蜗杆轴连接有第二带轮，且第一带轮与第二带轮通过同步带连接，蜗轮蜗杆减速箱的输出端通过联轴器连接至环形换向机构；

所述环形换向机构包括连接在高平台和底座之间的两根导轨，两根导轨之间通过滑块设置有光杆连接架，光杆连接架的下端对称安装有两个光杆夹持器，所述光杆夹持器用于固定连接抽油杆的光杆，光杆连接架中嵌装有能够在光杆连接架中水平运动的环形齿轮固定架，环形齿轮固定架中固定有环形齿轮，环形齿轮中设置有与其啮合的齿轮，所述齿轮通过与联轴器连接的齿轮轴驱动。

进一步地，变频调速电动机上连接有用于存储和释放电能的超级电容器。

进一步地，变频调速电动机、蜗轮蜗杆减速箱和超级电容器均通过传动支撑架连接在低平台上。

进一步地，高平台上对称安装有两个用于固定齿轮轴的轴承座。

进一步地，齿轮轴上安装有套筒。

进一步地，所述低平台与底座之间设置有扶梯。

一种采用上述的一种蜗轮蜗杆传动抽油机的抽油方法，启动变频调速电动机，变频调速电动机的输出轴旋转，通过带传动将动力传递给蜗轮蜗杆减速箱，从而带动齿轮轴和齿轮旋转，齿轮旋转时带动环形齿轮运动，环形齿轮在运动过程中带动环形齿轮固定架运动，则环形齿轮固定架在光杆连接架中水平运动，环形齿轮固定架带动光杆连接架在导轨中上下运动，进而通过光杆夹持器带动光杆进行往复运动，光杆带动抽油杆往复运动进行抽油工作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用变频调速电机，通过改变变频器输出频率从而改变电动机的转速和扭矩，进而改变蜗轮蜗杆传动抽油机的冲次，蜗轮蜗杆传动抽油机采用蜗轮蜗杆减速器，可以实现一级传动减速，得到大传动比；蜗轮蜗杆啮合面间为线接触，其承载能力远大于齿轮减速；蜗轮蜗杆啮合为多齿啮合，传动平稳且噪声低，本发明的蜗轮蜗杆减速器输出轴直接与齿轮轴连接，齿轮与环形齿轮啮合，代替游梁式抽油机的曲柄连杆机构。减少了传动环节，结构更加紧凑，提高了传动效率。

进一步地，通过设置超级电容器，利用超级电容器充放电电流大，充放电效率高，循环寿命长，绿色无污染等特点，将下冲程中环形换向机构的重力势能存储于超级电容器中，用于蜗轮蜗杆传动抽油机上冲程工作。提高了蜗轮蜗杆传动抽油机能源利用率。

进一步地，通过在齿轮轴上安装套筒，可以轴向固定齿轮，以保证齿轮只做旋转运动。

进一步地，通过设置扶梯，方便对高平台和低平台上各个部件进行维护。

本发明方法通过齿轮的旋转带动环形齿轮运动，环形齿轮在运动过程中带动环形齿轮固定架运动，则环形齿轮固定架在光杆连接架中水平运动，环形齿轮固定架带动光杆连接架在导轨中上下运动，进而通过光杆夹持器带动光杆进行往复运动，光杆带动抽油杆往复运动进行抽油，环形换向机构通过齿轮与环形齿轮啮合将变频调速电机的旋转运动转化为光杆连接架的上下直线运动，实现抽油杆的上下往复运动，大大简化了机械传动过程，减少传动环节，提高能源利用率及抽油效率。

附图说明

图1为蜗轮蜗杆传动抽油机结构示意图；

图2为蜗轮蜗杆传动抽油机主视图；

图3为蜗轮蜗杆传动抽油机右视图；

图4为蜗轮蜗杆传动抽油机俯视图；

图5为蜗轮蜗杆传动抽油机齿轮与环形齿轮啮合示意图。

其中：1、平台支撑架，2、导轨，3、轴承座，4、联轴器，5、第二带轮，6、同步带，7、传动支撑架，8、扶梯，9、变频调速电动机，10、蜗轮蜗杆减速箱，11、环形齿轮，12、环形齿轮固定架，13、光杆连接架，14、滑块，15、高平台，16低平台，17、齿轮轴，18、减速器输出轴，19、超级电容器，20、齿轮，21、底座，22、第一带轮，23、导轨凹槽，24、光杆，25、套筒，26、光杆夹持器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图1至图5，一种蜗轮蜗杆传动抽油机，包括机架、传动机构、环形换向机构和平衡机构，所述机架包括底座21、扶梯8、平台支撑架1、低平台16和高平台15，在低平台16上有三个传动支撑架7，分别用于安装变频调速电动机9、超级电容器19和蜗轮蜗杆减速箱10，在高平台15中部设有矩形孔，用于安装环形换向机构；所述环形换向机构包括环形齿轮11、环形齿轮固定架12、光杆连接架13、滑块14和导轨2，所述环形齿轮11由上半环形齿轮、下半环形齿轮、右直线齿条和左直线齿条四部分组成，所述环形齿轮11焊接于环形齿轮固定架12上，环形齿轮固定架12嵌装于光杆连接架13中，光杆连接架13下端对称安装有两个光杆夹持器26，环形齿轮固定架12可以在光杆连接架13中作水平运动，光杆连接架13的上部和下部内侧设有滑槽，环形齿轮固定架12的顶部和底部可以在滑槽中滑动，所述光杆连接架13两侧分别安装两个半圆形的滑块14，所述导轨2的导轨凹槽23为半圆形凹槽，导轨2焊接在底座21和高平台15上；所述传动机构是变频调速电动机9的输出轴与第一带轮22相连，通过同步带6传动，第二带轮5与蜗轮蜗杆减速箱10蜗杆轴连接，蜗轮蜗杆减速箱输出轴18通过联轴器4直接与齿轮轴17连接，齿轮轴上安装有齿轮20，所述齿轮20与环形齿轮11啮合；所述平衡机构包括超级电容器19，所述扶梯8安装于蜗轮蜗杆传动抽油机支撑架1的左侧，所述高平台15上左右对称安装两个轴承座3，用于固定安装齿轮轴17，齿轮轴17上安装有套筒25，用于轴向固定齿轮20，以保证齿轮20只做旋转运动，所述光杆24通过光杆夹持器26固定安装于环形换向机构光杆连接架13的下端，所述光杆夹持器26可以拆卸，以便于修井工作。所述的平衡机构，在抽油机下冲程过程中环形换向机构的重力势能经过设置在超级电容器19中的充放电控制器向超级电容器19充电，以电能的形式储存于超级电容器中，在上冲程过程中超级电容器中储存的电能和电源共同供给变频调速电动机9工作。

下面对本发明的操作过程做详细描述：

启动变频调速电动机9，变频调速电动机9输出轴旋转，通过带传动将动力传递给蜗轮蜗杆减速箱10，从而带动齿轮轴17和齿轮20旋转。以图5示位置为例，齿轮20的初始位置是与环形齿轮11的右端直线齿条部分啮合，环形齿轮11位于光杆连接架13的最左端位置。齿轮20顺时针旋转，直线齿条向下运动，与环形齿轮11固定的环形齿轮固定架12也向下运动，光杆连接架13两端的半圆形滑块14镶嵌于两边的导轨凹槽23中，所以光杆连接架13只能在竖直平面内沿着导轨2轨道上下运动，环形齿轮固定架12嵌装于光杆连接架13之中，所以光杆连接架13也向下运动；齿轮20继续转动与上半环形齿轮右端啮合，环形齿轮固定架12在光杆连接架13内向右运动，同时环形齿轮固定架12和光杆连接架13一起向下运动；到上半环形齿轮的顶点时，环形换向机构处于最低位置，即光杆24处于最低位置，抽油机完成下冲程工作；齿轮20与上半环形齿轮左半部分啮合，环形齿轮固定架12在光杆连接架13中向右运动，同时环形齿轮固定架12和光杆连接架13同时向上运动，抽油机开始上冲程工作；当齿轮20开始于左端直线齿条啮合时，环形齿轮固定架12运动到光杆连接架13的最右端，并且同时向上运动；齿轮20继续转动与下半环形齿轮啮合，环形齿轮固定架12在光杆连接架13中向左运动，并且同时向上运动；当齿轮20运动到下半环形齿轮的最低端时，环形换向机构处于最高位置，即光杆24处于最高位置，抽油机完成上冲程工作。

在抽油机下冲程过程中，变频调速电动机9处于发电状态，环形换向机构的重力势能经过充放电控制器向超级电容器充电19，以电能的形式储存于超级电容器19中；在上冲程过程中，变频调速电动机9处于用电状态，超级电容器19中储存的电能和电源共同供给变频调速电动机9工作。