立式行星内齿环无游梁抽油机.pdf

本发明公开了一种立式行星内齿环无游梁抽油机，由机架系统、内齿环滑块和行星轮及系杆系统、电机及传动系统、刹车系统等组成。内齿环滑块由齿条和内齿轮组装形成并设有滑槽，行星轮轴由电机及传动系统驱动沿滑槽滑动，带动行星齿轮沿内齿环运动，驱动内齿环滑块在机架垂直导轨内上下往复运动，进而带动抽油杆运动并实现油田抽油。该发明具有高效、节能、高可靠性、长冲程、大排量、重负载、换向平稳可靠等优点，适用于常规井抽油、深井抽油、超深井抽油及海洋抽油等场合。

1.  一种立式行星内齿环无游梁抽油机，包括机架系统、内齿环滑块和行星轮及系杆系统、电机及传动系统、刹车系统，其特征在于：电机、变速箱及刹车系统位于机架系统外部，并通过链传动将运动和动力传递给机架系统内部的内齿环滑块和行星轮及系杆系统，驱动系杆在内齿环滑块的滑槽内运动并实现系杆的摆动，进而使行星轮与内齿环的啮合并完成内齿环滑块在机架垂直导轨内上下往复运动，通过滑轮及皮带带动抽油杆运动并实现油田抽油。

2.  根据权利要求1所述的一种立式行星内齿环抽油机其特征在于：抽油机利用系杆、行星轮和内齿环之间的相对啮合运动关系实现其换向功能。

3.  根据权利要求1所述的一种立式行星内齿环抽油机其特征在于：通过改变行星轮半径与系杆长度之间的比值，改变啮合过程中的速度及加速度变化曲线，进而减小换向冲击、增大平稳性、提高可靠性和寿命。

4.  根据权利要求1所述的一种立式行星内齿环抽油机其特征在于：行星轮轴通过导向轮沿环槽滑动，确保内齿环与行星轮的正确内啮合关系。

5.  根据权利要求1所述的一种立式行星内齿环抽油机其特征在于：内齿环滑块呈左右对称半包围式，系杆支撑轴固定于机架中央并伸入内齿环滑块内部。

6.  根据权利要求1所述的一种立式行星内齿环抽油机其特征在于：内齿环有半圆内齿轮和齿条组装形成，齿条长度可改变。

7.  根据权利要求1所述的一种立式行星内齿环抽油机其特征在于：传动系统中设有变速箱。

8.  根据权利要求1所述的一种立式行星内齿环抽油机其特征在于：内齿环滑块上方设置配重箱。

立式行星内齿环无游梁抽油机
技术领域
本发明涉及一种油田机械抽油设备，具体地说是一种立式行星内齿环无游梁抽油机。
背景技术
目前国内外广泛使用的抽油机依然是游梁式抽油机，传统的游梁式抽油机耗能大、效率低，且冲程越来越难以满足市场对长冲程的需求。无游梁抽油机中以链条抽油机最为成熟，但其可靠性差、寿命短。专利号为95241603.4的实用新型“行星内齿环式无游梁抽油机”能实现低耗能、长冲程、高可靠性的要求，但其换向不平稳，尤其在右侧半圆弧进行换向时，振动大、瞬间冲击大。专利号为200920019023的实用新型“长环形齿条抽油机”换向装置在换向时，齿轮在经过半圆环形齿轮啮合时，靠的是换向架的水平移动进行换向，该换向装置存在稳定性较差、承载能力小等不足，另外换向架的水平移动也会使电机皮带中心距发生改变导致其运行不稳定、磨损加剧及可靠性降低。专利号为201020647581.5的实用新型专利“行星齿环抽油机”在利用导向环及齿轮箱的左右摆动进行换向，其承载能力较弱、不适用于大排量重载荷抽油机。
发明内容
为克服上述技术的不足，满足高效、节能、长冲程、换向平稳可靠的新要求，本发明所提出的立式行星内齿环无游梁抽油机具有结构简单、维护方便、生产成本低、换向平稳可靠，能实现长冲程、大排量、重负载，能通过变速器的换挡来改变冲次等优点。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种立式行星内齿环无游梁抽油机，由机架系统、内齿环滑块和行星轮及系杆系统、电机及传动系统、刹车系统等组成。电机、变速箱及刹车系统位于机架系统外部，并通过链传动将运动和动力传递给机架系统内部的内齿环滑块和行星轮及系杆系统，驱动系杆在内齿环滑块的滑槽内运动并实现系杆的摆动，进而使行星轮与内齿环的啮合并完成内齿环滑块在机架垂直导轨内上下往复运动，通过滑轮及皮带带动抽油杆运动并实现油田抽油。
所述机架系统由底座、机架、电机座、导轨、系杆支架、滑轮及滑轮支架组成。机架与电机座安装在底座之上，机架顶部左侧通过滑轮支架安装滑轮；机架内部竖直方向安装有四根导轨，并在每根导轨的上下末端安装有极位挡块；机架内部右侧壁面上通过螺钉安装有两根系杆支架；机架右侧与电机座相邻的壁面上开有孔，以便通过电机及变速箱将运动和动力传递至内齿环滑块和行星轮及系杆系统。
所述内齿环由两个半圆内齿轮和两根齿条组装形成，通过改变齿条的长度可以改变抽油机的冲程，实现不同场合的抽油需求。
进一步，所述内齿环滑块由内齿环、挡板、配重箱、卡槽及连杆组成。半圆内齿轮和齿条通过铰制孔螺栓精确固定于挡板上，同时挡板上开有与半圆内齿轮的分度圆及齿条的分度线等间距的滑槽；挡块的左右两边安装有卡槽以保证内齿环滑块机构在机架的轨道上上下往复运动；前后部分挡板及内齿环通过配重箱和连杆连接形成一个整体，以增大抽油机的承载能力并使其载荷更为平稳。
进一步，所述系杆、行星齿轮及内齿环在啮合过程中，内齿环滑块的速度关系和加速度关系可以通过改变内齿环半径与系杆长度的比值进行调整，进而减小换向冲击、增大平稳性、提高可靠性和寿命。
所示传统系统包括V带传动、变速箱、多排链传动和、系杆、行星轮和内齿环组成。电机输出轴上安装V带轮，运动和动力经V带和安装在变速箱输入轴上的大带轮传递至变速箱；变速器输出轴上安装多排链轮，并通过多排链及系杆支撑轴上的链轮，实现变速箱与系杆支撑轴之间的运动和动力的传递；系杆支撑轴安装于系杆支架上，并安装有两根系杆和两个链轮；两根系杆的另一端安装行星轮轴，星轮轴上同时还安装有两个链轮、两个行星轮和两个导向轮，其中星轮轴与行星轮及链轮之间属于固定连接，星轮轴与系杆及导向轮之间属于铰链连接；行星轴与系杆支撑轴之间通过链传动进行运动和动力的传动；导向轮在滑槽中的滑动保证了行星轮与内齿环之间的正确啮合。
所述刹车系统由变速箱输入轴、制动轮、瓦块、摩擦片、销轴、操纵杆、月牙连杆、固定卡齿和活动卡齿组成。制动轮通过平键固定安装于变速箱输入轴上，摩擦片安装于瓦块内侧，并环绕在制动轮外侧；销轴安装于两半瓦块上，并通过月牙连杆与操纵杆连接，月牙连杆通过铰链连接于电机座上；向右搬动操纵杆，带动月牙连杆与销轴运动，进而挤压两半瓦块将变速箱输入轴上的制动轮抱死，并通过固定卡齿和活动卡齿将操纵杆位置固定，实现刹车操作。
本发明的有益效果是：内齿环滑块和行星轮采用内啮合的方式，提高了其承载能力和稳定性；内齿环、系杆、滑槽系统可实现平稳可靠的换向，并避免产生大的震动和瞬间冲击；通过调节齿条长度，可实现不同的冲程需要；通过变速器的换挡，可实现不同的冲次需要；通过内齿环滑块及配重可平衡大部分悬点载荷，实现高效、节能；具有高效、节能、长冲程、大排量、重负载、换向平稳可靠等优点，适用于常规井抽油、深井抽油、超深井抽油及海洋抽油等场合。
附图说明
图1为立式行星内齿环无游梁抽油机示意图；
图2为立式行星内齿环无游梁抽油机机架系统示意图；
图3为立式行星内齿环无游梁抽油机机架系统A-A向剖视图；
图4为立式行星内齿环无游梁抽油机内齿环滑块主视图；
图5为立式行星内齿环无游梁抽油机内齿环滑块右视图；
图6为立式行星内齿环无游梁抽油机内齿环滑块B-B向剖视图；
图7为立式行星内齿环无游梁抽油机传动系统示意图；
图8为立式行星内齿环无游梁抽油机刹车系统示意图；
图9为立式行星内齿环无游梁抽油机上半齿环啮合时速度示意图；
图10为立式行星内齿环无游梁抽油机下半齿环啮合时速度示意图。
具体实施方式
如图1至图8所示，一种立式行星内齿环无游梁抽油机，由机架系统、内齿环滑块和行星轮及系杆系统、电机及传动系统、刹车系统等组成。电机32、变速箱44及刹车系统位于机架系统外部，并通过链传动26将运动和动力传递给机架系统内部的内齿环滑块和行星轮及系杆系统，驱动系杆在内齿环滑块的滑槽内运动并实现系杆的摆动，进而使行星轮与内齿环的啮合并完成内齿环滑块在机架垂直导轨内上下往复运动，通过滑轮6及皮带4带动抽油杆2运动并实现油田抽油。
本实施例中，所述机架系统由底座37、机架1、电机座33、导轨9、系杆支架24、滑轮7及滑轮支架6组成。机架1与电机座33安装在底座37之上，机架1顶部左侧通过滑轮支架6安装滑轮7；机架1内部竖直方向安装有四根导轨9，并在每根导轨的上下末端安装有极位挡块35；机架1内部右侧壁面上通过螺钉25安装有两根系杆支架24；机架1右侧与电机座33相邻的壁面上开有孔38，以便通过电机及变速箱将运动和动力传递至内齿环滑块和行星轮及系杆系统。
本实施例中，所述内齿环由两个半圆内齿环13和两根齿条40组装形成，通过改变齿条40的长度可以改变抽油机的冲程，实现不同场合的抽油需求。
本实施例中，所述内齿环滑块由内齿环、挡板12、配重箱10、卡槽34及连杆36组成。半圆内齿环13和齿条40通过铰制孔螺栓41精确固定于挡板12上，同时挡板12上开有与半圆内齿环13的分度圆及齿条40的分度线等间距的滑槽18；挡块12的左右两边安装有卡槽34以保证内齿环滑块机构在机架的轨道9上上下往复运动；前后部分挡板12及内齿环通过配重箱10和连杆36连接形成一个整体，以增大抽油机的承载能力并使其载荷更为平稳。
本实施例中，如图9和图10所示，图中ω为行星轮14的转动角速度，r为行星轮14的分度圆半径，R为半圆内齿环13的分度圆半径，L为系杆20的长度，θ为行星轮14中心相对于内齿环的转动角度，o₁为半圆内齿环13的中心，o₂为系杆15的选中心，o₃为行星轮14的旋转中心，v₁为行星轮14与内齿环相啮合的牵引速度，v₂为行星轮14与内齿环相啮合的相对速度，v为滑块的绝对移动速度。所述系杆20及行星轮14与内齿环上半部分的啮合过程中，内齿环滑块的速度及加速度可以表示为：

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所述系杆20及行星轮14与内齿环下半部分的啮合过程中，内齿环滑块的速度及加速度可以表示为：


上述式中

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通过上述速度及加速度的表达式可以看出，内齿环滑块的速度及加速度是内齿环13分度圆半径R、行星轮14分度圆半径r以及系杆20长度L的函数，通过改变三个参数之间的比值可以改变内齿环滑块的速度曲线及加速度曲线的变化程度，进而减小换向冲击、增大平稳性、提高可靠性和寿命。
本实施例中，所述传统系统包括V带传动31、变速箱44、多排链传动19和26、系杆20、行星轮14和内齿环组成。电机输出轴上安装V带轮48，运动和动力经V带31和安装在变速箱44输入轴30上的大带轮47传递至变速箱；变速器输出轴上安装多排链轮28，并通过多排链26及系杆支撑轴22上的链轮23，实现变速箱44与系杆支撑轴22之间的运动和动力的传递；系杆支撑轴22安装于系杆支架24上，并安装有两根系杆20和两个链轮21；两根系杆20的另一端安装行星轴15，行星轴15上同时还安装有两个链轮17、两个行星轮14和两个导向轮16，其中行星轴15与行星轮14及链轮17之间属于固定连接，行星轴15与系杆20及导向轮16之间属于铰链连接；行星轴15与系杆支撑轴22之间通过链传动19进行运动和动力的传动；导向轮16在滑槽18中的滑动保证了行星轮14与内齿环之间的正确啮合。
本实施例中，所述刹车系统由变速箱输入轴30、制动轮46、瓦块45、摩擦片53、销轴49、操纵杆29、月牙连杆50、固定卡齿52和活动卡齿51组成。制动轮46通过平键固定安装于变速箱输入轴30上，摩擦片53安装于瓦块45内侧，并环绕在制动轮46外侧；销轴49安装于两半瓦块45上，并通过月牙连杆50与操纵杆29连接，月牙连杆50通过铰链连接于电机座33上；向右搬动操纵杆29，带动月牙连杆50与销轴49运动，进而挤压两半瓦块45将变速箱输入轴30上的制动轮46抱死，并通过固定卡齿52和活动卡齿51将操纵杆29位置固定，实现刹车操作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。