CN113898325A - 一种通过曲柄非整周运动不停机实现间抽的抽油机 - Google Patents

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Abstract

一种通过曲柄非整周运动不停机实现间抽的抽油机，涉及油田采油设备技术领域，包括电机、减速机、曲柄总成、连杆、游梁和支架，电机通过带传动机构与减速机的输入轴连接，曲柄总成的端部安装在减速机的输出轴上并在减速机的驱动下旋转，游梁的中部铰接在支架的顶端，连杆的上下两端分别铰接在游梁的尾部和曲柄总成上；曲柄总成，包括齿轮架、常规轮系、间抽轮系、曲柄主体和切换机构，齿轮架、常规轮系和间抽轮系均安装在曲柄主体的中央的圆孔内。本发明可通过特殊机构使曲柄做小幅度摆动，该小幅度摆动相当于大幅缩小了抽油机的冲程，从而大幅降低抽油速度，使抽油速度大幅小于井下液体渗出速度，从而避免了抽油泵干抽。

Description

一种通过曲柄非整周运动不停机实现间抽的抽油机
技术领域
本发明属于油田采油设备技术领域，尤其涉及一种通过曲柄非整周运动不停机实现间抽的抽油机。
背景技术
所谓间抽是指：在油田生产中，随着油井的持续开采，井下液体的渗出速度会不断降低，当井下液体渗出速度小于抽油机的抽油速度时，便需要使井下抽油泵停止工作，待井下液体积累后再启动抽油泵，如此反复，使井下液量与抽油机的抽油速度相匹配，防止出现“干抽”现象损坏抽油泵。
现有技术中，由于抽油机的冲程无法大范围调节，故只能采用关停抽油机的方式使井下抽油泵停止工作，但抽油机完全停机会使井口附近油管内液体处于完全静止状态，缺乏流动或搅动，因此在北方高寒地区很容易造成冬季井口冻堵现象。因此，有必要研发一个全新的技术方案来解决问题。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种通过曲柄非整周运动不停机实现间抽的抽油机。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种通过曲柄非整周运动不停机实现间抽的抽油机，包括电机、减速机、曲柄总成、连杆、游梁和支架，电机通过带传动机构与减速机的输入轴连接，曲柄总成的端部安装在减速机的输出轴上并在减速机的驱动下旋转，游梁的中部铰接在支架的顶端，连杆的上下两端分别铰接在游梁的尾部和曲柄总成上；
曲柄总成，包括齿轮架、常规轮系、间抽轮系、曲柄主体和切换机构，齿轮架、常规轮系和间抽轮系均安装在曲柄主体的中央的圆孔内；
齿轮架，包括内轮架、外轮架和轮轴，内轮架和外轮架平行设置，轮轴的两端分别固定连接在内轮架和外轮架上，内轮架与所述减速机固定连接；
常规轮系，包括第一中心齿轮和第一换向齿轮，第一换向齿轮通过轴承安装在所述轮轴上，第一中心齿轮安装在第一换向齿轮内侧，第一换向齿轮的内外两侧分别与第一中心齿轮和所述曲柄主体啮合；
间抽轮系，包括第二中心齿轮、第二换向齿轮、第一单侧齿轮和第二单侧齿轮，第二中心齿轮的外侧设置有加工有直径不同的两种轮齿区段，其中，直径较小的轮齿区段称为内轮齿区段，直径较大的轮齿区段称为外轮齿区段，内轮齿区段和外轮齿区段沿周向错位衔接并覆盖360度圆周；
所述第二换向齿轮、第一单侧齿轮和第二单侧齿轮均通过轴承安装在所述轮轴上，第二换向齿轮的内外两侧分别与所述外轮齿和曲柄主体啮合，第一单侧齿轮的内侧与所述内轮齿啮合，第二单侧齿轮的外侧与曲柄主体啮合，同时，第一单侧齿轮和第二单侧齿轮相互啮合；
切换机构，包括切换套和电磁驱动器，电磁驱动器固定连接在减速机上，切换套套装在减速机的输出轴上并通过花键与该输出轴配合，切换套在电磁驱动器的作用下沿减速机的输出轴做轴向往复运动，切换套位于所述第一中心齿轮和减速机的输出轴之间；
所述切换套上位于第一中心齿轮和第二中心齿轮之间的区段加工有两个齿圈，切换套轴向移动前后，该两个齿圈与第一中心齿轮或第二中心齿轮啮合，从而实现动力的切换。
作为优选方案，所述内轮齿区段和外轮齿区段均只有一个，内轮齿区段和外轮齿区段的覆盖角度均为180度，并且内轮齿区段和外轮齿区段在垂直于第二中心齿轮轴线的平面上的投影错位围成360圆周。
作为优选方案，所述内轮齿区段和外轮齿区段均有两个，内轮齿区段和外轮齿区段在第二中心齿轮的圆周上交替错位排列，每个内轮齿区段和每个外轮齿区段的覆盖角度均为90度，并且内轮齿区段和外轮齿区段在垂直于第二中心齿轮轴线的平面上的投影错位围成360圆周。
本发明的有益效果为：
1、传统抽油机中，曲柄只能在减速机的带动下做完整的、单方向的圆周运动，而本发明可通过特殊机构使曲柄做小幅度摆动，该小幅度摆动相当于大幅缩小了抽油机的冲程，从而大幅降低抽油速度，使抽油速度大幅小于井下液体渗出速度，从而避免了抽油泵干抽。另外，通过增加第二中心齿轮上的内轮齿区段和外轮齿区段的数量，可进一步减小曲柄的摆动幅度，由于抽油杆伸长率的存在，当曲柄的摆动幅度足够小时，井下抽油泵可完全停止工作，从而在抽油机不停机的情况下实现抽油泵彻底停抽。
2、本发明中，曲柄可在常规工作状态(即整周旋转)和小幅摆动状态这两种工作状态之间进行快速切换，通过自动控制电磁驱动器的通断电，可实现无人控制。
3、本发明可用来对传统抽油机进行改造，而无需重新生产和安装新的抽油机，从而达到了节约设备成本和安装成本的目的。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是曲柄总成的结构示意图；
图3是齿轮架、常规轮系、间抽轮系和切换机构在减速机的输出轴上的安装结构示意图；
图4是图3中A处的局部放大图；
图5是第二中心齿轮的剖面结构示意图；
图6是内轮齿区段和外轮齿区段的数量均为一时图5中B处和C处的截面图；
图7是内轮齿区段和外轮齿区段的数量均为一时图5中内轮齿区段和外轮齿区段在垂直于第二中心齿轮轴线的平面上的投影；
图8是内轮齿区段和外轮齿区段的数量均为二时图5中B处和C处的截面图；
图9是内轮齿区段和外轮齿区段的数量均为二时图5中内轮齿区段和外轮齿区段在垂直于第二中心齿轮轴线的平面上的投影；
图10是内轮齿区段和外轮齿区段的数量均为三时图5中B处和C处的截面图；
图11是内轮齿区段和外轮齿区段的数量均为三时图5中内轮齿区段和外轮齿区段在垂直于第二中心齿轮轴线的平面上的投影；
图12是实施例四中曲柄的结构示意图。
图中：1、电机，2、减速机，3、曲柄总成，4、连杆，5、游梁，6、支架，7、曲柄主体，8、轮轴，9、内轮齿区段,10、外轮架，11、第二中心齿轮，12、外轮齿区段，13、第二换向齿轮，14、第一单侧齿轮，15、第二单侧齿轮，16、输出轴，17、第一换向齿轮，18、第一中心齿轮，19、内轮架，20、切换套，21、电磁驱动器，22、齿圈，23、配重块，24、弹簧，25、牵引绳，26、导轮，27、缠绕轮。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
实施例一：
如图1所示，本实施例包括电机1、减速机2、曲柄总成3、连杆4、游梁5和支架6，电机1通过带传动机构与减速机2的输入轴连接，曲柄总成3的端部安装在减速机2的输出轴16上并在减速机2的驱动下旋转，游梁5的中部铰接在支架6的顶端，连杆4的上下两端分别铰接在游梁5的尾部和曲柄总成3上。工作时，电机1提供的动力传导至减速机2，继而转化为曲柄总成3的旋转运动，曲柄总成3的旋转运动通过连杆4转化为游梁5的往复摆动。以上结构为现有技术中的常规结构，在此不再赘述。
本发明的创新之处在于对曲柄总成3的创新。传统抽油机中，曲柄只能在减速机2的带动下做完整的、单方向的圆周运动，而本发明可通过特殊机构使曲柄做小幅度摆动，该小幅度摆动相当于大幅缩小了抽油机的冲程，从而大幅降低抽油速度，使抽油速度大幅小于井下液体渗出速度，从而避免了抽油泵干抽。另外，通过增加第二中心齿轮11上的内轮齿区段9和外轮齿区段12的数量，可进一步减小曲柄的摆动幅度，由于抽油杆伸长率的存在，当曲柄的摆动幅度足够小时，井下抽油泵可完全停止工作，从而在抽油机不停机的情况下实现抽油泵彻底停抽。
如图2、3所示，曲柄总成3，包括齿轮架、常规轮系、间抽轮系、曲柄主体7和切换机构，齿轮架、常规轮系和间抽轮系均安装在曲柄主体7的中央的圆孔内。上述结构中，齿轮架的作用是用来安装齿轮，常规轮系的作用是使曲柄主体7进行常规的圆周运动(即整周运动)，以保证抽油机的正常运行，间抽轮系的作用是使曲柄主体7做小幅度摆动(即非整周运动)，切换机构的作用是实现曲柄主体7在圆周运动和摆动两种运动状态之间的切换。
如图2、3所示，齿轮架，包括内轮架19、外轮架10和轮轴8，内轮架19和外轮架10平行设置，轮轴8的两端分别固定连接在内轮架19和外轮架10上，内轮架19与所述减速机2固定连接。工作时，齿轮架承载和曲柄主体7的大部分重量，因此实施时需要注意保证其结构强度。
如图2、3所示，常规轮系，包括第一中心齿轮18和第一换向齿轮17，第一换向齿轮17通过轴承安装在所述轮轴8上，第一中心齿轮18安装在第一换向齿轮17内侧，第一换向齿轮17的内外两侧分别与第一中心齿轮18和所述曲柄主体7啮合。抽油机正常抽油时，减速机2的输出轴16带动第一中心齿轮18旋转，第一中心齿轮18的旋转运动通过第一换向齿轮17转换为曲柄主体7的旋转运动(即整周运动)，从而保证抽油机的正常工作。
如图2、3所示，间抽轮系，包括第二中心齿轮11、第二换向齿轮13、第一单侧齿轮14和第二单侧齿轮15，第二中心齿轮11的外侧设置有加工有直径不同的两种轮齿区段，其中，直径较小的轮齿区段称为内轮齿区段9，直径较大的轮齿区段称为外轮齿区段12，内轮齿区段9和外轮齿区段12沿周向错位衔接并覆盖360度圆周。所述第二换向齿轮13、第一单侧齿轮14和第二单侧齿轮15均通过轴承安装在所述轮轴8上，第二换向齿轮13的内外两侧分别与所述外轮齿和曲柄主体7啮合，第一单侧齿轮14的内侧与所述内轮齿啮合，第二单侧齿轮15的外侧与曲柄主体7啮合，同时，第一单侧齿轮14和第二单侧齿轮15相互啮合。
需要进行间抽时，减速机2的输出轴16带动第二中心齿轮11旋转，由于第二中心齿轮11上的内轮齿区段9和外轮齿区段12是错位交替设置的，因此，内轮齿区段9和外轮齿区段12只能交替参与动力的传递。当外轮齿区段12参与动力传递时，第二中心齿轮11的旋转运动通过第二换向齿轮13传递至曲柄主体7上，从而使第二中心齿轮11的旋转运动转换为曲柄主体7的正向旋转运动；当内轮齿区段9参与动力传递时，第二中心齿轮11的旋转运动依次通过第一单侧齿轮14和第二单侧齿轮15传递至曲柄主体7上，从而使第二中心齿轮11的旋转运动转换为曲柄主体7的反向旋转运动。内轮齿区段9和外轮齿区段12沿周向错位衔接并覆盖360度圆周，使得曲柄主体7的正向旋转运动和反向旋转运动可无缝衔接和切换，从而实现曲柄主体7的往复摆动。
需要说明的是，为了保证各处齿轮正确啮合，同时保证内轮齿区段9和外轮齿区段12参与传动和退出传动瞬间可以顺畅衔接，各齿轮、内轮齿区段9和外轮齿区段12的模数务必相同。
如图3所示，切换机构，包括切换套20和电磁驱动器21，电磁驱动器21固定连接在减速机2上，切换套20套装在减速机2的输出轴16上并通过花键与该输出轴16配合，切换套20在电磁驱动器21的作用下沿减速机2的输出轴16做轴向往复运动，切换套20位于所述第一中心齿轮18和减速机2的输出轴16之间。所述切换套20上位于第一中心齿轮18和第二中心齿轮11之间的区段加工有两个齿圈22，切换套20在电磁驱动器21(可简化为电磁铁)的磁力作用下轴向移动前后，该两个齿圈22与第一中心齿轮18或第二中心齿轮11啮合，从而实现动力的切换。
如图5、6、7所示，所述内轮齿区段9和外轮齿区段12均只有一个，内轮齿区段9和外轮齿区段12的覆盖角度均为180度，并且内轮齿区段9和外轮齿区段12在垂直于第二中心齿轮11轴8线的平面上的投影错位围成360圆周。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别在于所述内轮齿区段9和外轮齿区段12的数量不同。
如图5、8、9所示，所述内轮齿区段9和外轮齿区段12均有两个，内轮齿区段9和外轮齿区段12在第二中心齿轮11的圆周上交替错位排列，每个内轮齿区段9和每个外轮齿区段12的覆盖角度均为90度，并且内轮齿区段9和外轮齿区段12在垂直于第二中心齿轮11轴8线的平面上的投影错位围成360圆周。
与实施例一相比，本实施例的好处在于，曲柄主体7摆动的幅度更小，对抽油泵柱塞的无谓磨损更小。
实施例三：
实施例与实施例一的区别在于所述内轮齿区段9和外轮齿区段12的数量不同。
如图5、10、11所示，所述内轮齿区段9和外轮齿区段12均有两个，内轮齿区段9和外轮齿区段12在第二中心齿轮11的圆周上交替错位排列，每个内轮齿区段9和每个外轮齿区段12的覆盖角度均为90度，并且内轮齿区段9和外轮齿区段12在垂直于第二中心齿轮11轴8线的平面上的投影错位围成360圆周。
实施例四：
如图12所示，本实施例与实施例一的区别在于，在曲柄主体7内增设了位置可移动的配重块23，配重块23滑动安装在曲柄主体7上的弧形轨道内，配重块23不止一个，相邻两个配重块23之间通过弹簧24支撑，同时配重块通过牵引绳25连接，牵引绳25绕过导轮26后连接在缠绕轮27上，缠绕轮27安装在外轮架10上，并可通过电磁离合器获取输出轴16的动力，从而将牵引绳25缠绕在缠绕轮27上，随着牵引绳25的缠绕，各配重块23向中间聚拢，使得曲柄主体7整体的重心向图12的下方移动，牵引绳25释放后，各配重块23又会在弹簧24的作用下复位，使得曲柄主体7整体的重心向图12的上方移动。通过控制缠绕轮27可对曲柄主体7的重心进行调节，从而适应曲柄总成不同转动状态下对配重载荷的不同要求。
需要说明的是，缠绕轮27转动后需要自锁，自锁结构可参考电葫芦的自锁结构，在此不再赘述。

Claims (3)

1.一种通过曲柄非整周运动不停机实现间抽的抽油机，包括电机(1)、减速机(2)、曲柄总成(3)、连杆(4)、游梁(5)和支架(6)，其特征在于：
曲柄总成(3)，包括齿轮架、常规轮系、间抽轮系、曲柄主体(7)和切换机构，齿轮架、常规轮系和间抽轮系均安装在曲柄主体(7)的中央的圆孔内；
齿轮架，包括内轮架(19)、外轮架(10)和轮轴(8)，内轮架(19)和外轮架(10)平行设置，轮轴(8)的两端分别固定连接在内轮架(19)和外轮架(10)上，内轮架(19)与所述减速机(2)固定连接；
常规轮系，包括第一中心齿轮(18)和第一换向齿轮(17)，第一换向齿轮(17)通过轴承安装在所述轮轴(8)上，第一中心齿轮(18)安装在第一换向齿轮(17)内侧，第一换向齿轮(17)的内外两侧分别与第一中心齿轮(18)和所述曲柄主体(7)啮合；
间抽轮系，包括第二中心齿轮(11)、第二换向齿轮(13)、第一单侧齿轮(14)和第二单侧齿轮(15)，第二中心齿轮(11)的外侧设置有加工有直径不同的两种轮齿区段，分别称为内轮齿区段(9)和外轮齿区段(12)，内轮齿区段(9)和外轮齿区段(12)沿周向错位衔接并覆盖360度圆周；
所述第二换向齿轮(13)、第一单侧齿轮(14)和第二单侧齿轮(15)均通过轴承安装在所述轮轴(8)上，第二换向齿轮(13)的内外两侧分别与所述外轮齿和曲柄主体(7)啮合，第一单侧齿轮(14)的内侧与所述内轮齿啮合，第二单侧齿轮(15)的外侧与曲柄主体(7)啮合，同时，第一单侧齿轮(14)和第二单侧齿轮(15)相互啮合；
切换机构，包括切换套(20)和电磁驱动器(21)，电磁驱动器(21)固定连接在减速机(2)上，切换套(20)套装在减速机(2)的输出轴(16)上并通过花键与该输出轴(16)配合，切换套(20)在电磁驱动器(21)的作用下沿减速机(2)的输出轴(16)做轴向往复运动，切换套(20)位于所述第一中心齿轮(18)和减速机(2)的输出轴(16)之间；
所述切换套(20)上位于第一中心齿轮(18)和第二中心齿轮(11)之间的区段加工有两个齿圈(22)，切换套(20)轴向移动前后，该两个齿圈(22)与第一中心齿轮(18)或第二中心齿轮(11)啮合，从而实现动力的切换。
2.根据权利要求1所述的一种通过曲柄非整周运动不停机实现间抽的抽油机，其特征在于：所述内轮齿区段(9)和外轮齿区段(12)均只有一个，内轮齿区段(9)和外轮齿区段(12)的覆盖角度均为180度，并且内轮齿区段(9)和外轮齿区段(12)在垂直于第二中心齿轮(11)轴(8)线的平面上的投影错位围成360圆周。
3.根据权利要求1所述的一种通过曲柄非整周运动不停机实现间抽的抽油机，其特征在于：所述内轮齿区段(9)和外轮齿区段(12)均有两个，内轮齿区段(9)和外轮齿区段(12)在第二中心齿轮(11)的圆周上交替错位排列，每个内轮齿区段(9)和每个外轮齿区段(12)的覆盖角度均为90度，并且内轮齿区段(9)和外轮齿区段(12)在垂直于第二中心齿轮(11)轴(8)线的平面上的投影错位围成360圆周。
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