无齿传动抽油机.pdf

本实用新型公开了一种无齿传动抽油机，包括支架、电机、制动器、控制装置、抽油杆、悬绳器、配重、驱动轴、驱动绳、驱动轮、第一皮带轮、第二皮带轮和皮带，所述电机安装在支架上，所述制动器安装在电机上，所述控制装置与电机及制动器连接，并向电机输出设定频率的电压，所述驱动轴安装在支架上，所述驱动轮上安装在所述驱动轴上，所述抽油杆和悬绳器通过绕过驱动轮的驱动绳与配重连接，所述电机的输出轴上安装有第一皮带轮，所述驱动轴安装有第二皮带轮，所述皮带连接所述第一皮带轮和第二皮带轮，大大简化了加工难度、减小了传动噪音并解决了漏油问题，并且使制造成本大大降低。

1.  一种无齿传动抽油机，其特征在于，包括支架、电机、制动器、控制装置、抽油杆、悬绳器、配重、驱动轴、驱动绳、驱动轮、第一皮带轮、第二皮带轮和皮带；其中，所述电机安装在支架上，所述制动器安装在电机上；所述控制装置与电机及制动器连接，并向电机输出设定频率的电压；所述驱动轴安装在支架上，所述驱动轮安装在所述驱动轴上，所述抽油杆和悬绳器通过绕过驱动轮的驱动绳与配重连接，所述电机的输出轴上安装有第一皮带轮，所述驱动轴上安装有第二皮带轮，所述皮带连接所述第一皮带轮和第二皮带轮，所述电机的额定输出转矩大于或等于G，G通过下式定义：
G＝P×D/(2×K)，其中，P为电机输出的牵引力，D为驱动轮直径，K为第二皮带轮直径与第一皮带轮直径之比。

2.  根据权利要求1所述的无齿传动抽油机，其特征在于，所述电机的额定转速大于或等于n，n通过下式定义：
n＝2×L×S×K/(π×D)，其中，L为抽油杆冲程，S为抽油杆冲次，K为0-10，而驱动轮直径D为0.3m-1.2m。

3.  根据权利要求1所述的无齿传动抽油机，其特征在于，电机输出的牵引力P为5880N至29400N。

4.  根据权利要求3所述的无齿传动抽油机，其特征在于，所述电机为永磁同步电机。

5.  根据权利要求4所述的无齿传动抽油机，其特征在于，该无齿传动抽油机还包括位置测量装置，所述位置测量装置包括计数盘和接近开关，所述计数盘安装在驱动轴或电机的输出轴上，接收计数盘位置信号的所述接近开关与所述控制装置连接。

6.  根据权利要求4所述的无齿传动抽油机，其特征在于，该无齿传动抽油机还包括位置测量装置，所述位置测量装置是光电编码器，所述光电编码器安装在驱动轴或电机的输出轴上，并与控制装置连接。

7.  根据权利要求5或6所述的无齿传动抽油机，其特征在于，还包括卷扬绳，所述卷扬绳的一端与配重紧固连接、另一端与驱动轮紧固连接。

8.  根据权利要求1所述的无齿传动抽油机，其特征在于，该抽油机框架底部设有调整顶丝和滚轮。

9.  根据权利要求1所述的无齿传动抽油机，其特征在于，该抽油机还包括用于保持配重竖直运动的导向机构，且所述导向机构安装在配重上，所述配重沿着导向机构移动。

10.  一种无齿传动抽油机，其特征在于，包括支架、电机、制动器、控制装置、抽油杆、悬绳器、配重、驱动轴、驱动绳、驱动轮、第一链轮、第二链轮和链条；所述电机安装在支架上，所述制动器安装在电机上；所述控制装置与电机连接，并向电机输出设定频率的电压；所述驱动轴安装在支架上，所述驱动轮安装在所述驱动轴上，所述抽油杆和悬绳器通过绕过驱动轮的驱动绳与配重连接；所述电机的输出轴上安装有第一链轮，所述驱动轴上安装有第二链轮，所述链条连接所述第一链轮和第二链轮；所述电机的额定输出转矩大于或等于G，G通过下式定义：
G＝P×D/(2×K)，其中，P为电机输出的牵引力，D为驱动轮直径，K为第二链轮直径与第一链轮直径之比。

无齿传动抽油机
技术领域
本实用新型涉及采油装置，尤其涉及一种无齿传动抽油机。
背景技术
抽油机属于石油开采机械，目前，抽油机通常由电动机定向运转，通过传动装置，即齿轮减速器，带动抽油杆上下往复运动，从而进行抽油作业。
申请号为200410011020.5的专利申请“抽油修井机”公开了一种抽油机械，该抽油修井机包括主框架、电控柜、配重、悬绳器、抽油光杆、电机、小齿轮、大齿轮、天轮和减速箱等部件。抽油光杆与悬绳器相连，电机经过联轴器和减速箱连接，大齿轮和天轮及卷扬轮相互固定，并通过轴承安装在天轮轴上，天轮轴用天轮轴紧固器紧固。在抽油工作时，电机通过联轴器带动减速箱运转，与减速箱输出轴相连的小齿轮和大齿轮啮合，从而使与大齿轮紧固在一起的天轮有规律地正、反向旋转，带动抽油杆上下往复运动。
在上述抽油修井机中，电机通过减速箱将转矩传递到天轮，带动天轮旋转，进而完成抽油杆的上下往复运动，但是由于减速器中传动齿轮机构制造难度较大、制造成本也较高，而且在运行中齿轮间啮合的运转会产生很大的噪音，从减速箱中漏油的现象也经常出现。因此，有必要开发一种新型抽油机，克服以上不足之处。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、运行噪音小无漏油问题且成本低廉的抽油机。
本实用新型公开的无齿传动抽油机包括支架、电机、制动器、控制装置、抽油杆、悬绳器、配重、驱动轴、驱动绳、驱动轮、第一皮带轮、第二皮带轮和皮带；其中，所述电机安装在支架上，所述制动器安装在电机上；所述控制装置与电机及制动器连接，并向电机输出设定频率的电压；所述驱动轴安装在支架上，所述驱动轮安装在所述驱动轴上，所述抽油杆和悬绳器通过绕过驱动轮的驱动绳与配重连接，所述电机的输出轴上安装有第一皮带轮，所述驱动轴上安装有第二皮带轮，所述皮带连接所述第一皮带轮和第二皮带轮，所述电机的额定输出转矩大于或等于G，G通过下式定义：
G＝P×D/(2×K)，其中，P为电机输出的牵引力，D为驱动轮直径，K为第二皮带轮直径与第一皮带轮直径之比。优选地，其特征在于，P为5880N至29400N。优选地，所述电机为永磁同步电机。
优选地，所述电机的转速大于或等于n，n通过下式定义：
n＝2×L×S×K/(π×D)，其中，L为抽油杆冲程，S为抽油杆冲次，K为0-10，而驱动轮直径D为0.3m-1.2m。
优选地，所述无齿传动抽油机还包括位置测量装置，所述位置测量装置包括计数盘和接近开关，所述计数盘安装在驱动轴或电机的输出轴上，接收计数盘位置信号的所述接近开关与所述控制装置连接。
优选地，所述无齿传动抽油机还包括位置测量装置，所述位置测量装置是光电编码器，所述光电编码器安装在驱动轴或电机的输出轴上，并与控制装置连接。
优选地，所述无齿传动抽油机还包括卷扬绳，所述卷扬绳的一端与配重紧固连接、另一端与驱动轮紧固连接。
优选地，该抽油机框架底部设有调整顶丝和滚轮。
优选地，所述无齿传动抽油机还包括用于保持配重竖直运动的导向机构，且所述导向机构安装在配重上，所述配重沿着导向机构移动。
本实用新型还提供了一种无齿传动抽油机，包括支架、电机、制动器、控制装置、抽油杆、悬绳器、配重、驱动轴、驱动绳、驱动轮、第一链轮、第二链轮和链条；所述电机安装在支架上，所述制动器安装在电机上；所述控制装置与电机连接，并向电机输出设定频率的电压；所述驱动轴安装在支架上，所述驱动轮安装在所述驱动轴上，所述抽油杆和悬绳器通过绕过驱动轮的驱动绳与配重连接；所述电机的输出轴上安装有第一链轮，所述驱动轴上安装有第二链轮，所述链条连接所述第一链轮和第二链轮；所述电机的额定输出转矩大于或等于G，G通过下式定义：
G＝P×D/(2×K)，其中，P为电机输出的牵引力，D为驱动轮直径，K为第二链轮直径与第一链轮直径之比。
与现有技术相比，由于本实用新型所述的抽油机采取了无齿轮变速箱的设计，大大降低了加工难度和制造成本。由于采用皮带传动，从而使传动噪音明显减小，通常工作噪音小于55db。由于无齿轮箱结构而解决了漏油问题。其简单的结构，也使制造成本大大降低。
附图说明
图1是本实用新型实施例的一种无齿传动抽油机的结构示意图；
图2是图1所示无齿传动抽油机的左视图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型所提供的无齿传动抽油机，但本实用新型并不因此而受到任何限制。
如图1、图2所示，该抽油机包括抽油机构、配重4、安装在支架上的驱动轴18、安装在所述驱动轴上的驱动轮19，所述抽油机构和配重通过绕过驱动轮的驱动绳16连接。其中抽油机构包括抽油杆13、悬绳器14。所述抽油机还包括：与电机8连接并向电机输出设定频率及电压的控制装置。所述电机8的输出轴上具有第一皮带轮9，所述第一皮带轮9通过皮带11与安装在驱动轴上的第二皮带轮12连接，使电机输出轴的转矩传输到所述驱动轴。
在本实用新型中，所述控制装置可以采用电控柜1的形式，通常在电控柜1中设置有变频器、可编程控制器(PLC)、制动单元、显示单元等电器件。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作变频器。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，也可以改变频率。变频器的输出端与电机8连接，使电机8在一定的频率、电压下工作。PLC以及其他的工业计算机(如单片机等)可以实现对变频器的进一步控制。显示单元可以为用户提供可以进行人机交互的界面。
电机8可以选用所有能够满足抽油机工况的电机。对于电机参数的选择，具体地，电机的额定输出转矩应大于或等于G，G＝P×D/(2×K)，其中，P为电机输出的牵引力，D为驱动轮直径，K为第二皮带轮直径与第一皮带轮直径之比。其中，牵引力P等于抽油杆13与配重4平衡后的重力之差，还包括抽油作业中所产生的阻力。牵引力P根据油井深度和井况的不同而不同。在本实施例的抽油机设计时，电机输出的牵引力P为5880N至29400N。同时，所述电机的转速等于n，n＝2×L×S×K/(π×D)，其中，L为抽油杆冲程，S为抽油杆冲次。在无齿传动抽油机的设计中，K优选为0-10，而驱动轮直径D优选为0.3m-1.2m。设抽油杆冲程为5米，冲次为4次，取P＝10000N、D＝1m、K＝5，则根据上述公式，G＝1000Nm，n≈64rpm，即电机的额定输出转矩应该大于1000Nm，电机的额定输出转速应大于64rpm。因此，本实施例选用额定输出转矩1200Nm、额定转速85rpm的永磁同步电机。
在本实施例中，优选地，采用永磁同步电机，更优选地选用输出转矩300Nm以上、输出功率5-45Kw、转速在500rpm以下的永磁同步电机。在本实施例中，采用额定输出转矩800Nm、额定输出功率8kw，额定转速85rpm的永磁同步电机。在无齿传动抽油机的设计中，永磁同步电机能满足大转矩、低转速的工作要求，不仅有利于节约能源，更能避免高转速电机工作时产生的噪音，进一步降低了抽油机整体的工作噪音。
电机8安装在支架平台17上，电机8的输出轴上同轴安装有第一皮带轮9，如图1所示，第一皮带轮9的直径较小。抽油机的驱动轴18也通过轴承21安装在支架平台17上，在驱动轴18上同轴安装有第二皮带轮12，第二皮带轮12具有比第一皮带轮9更大的直径。第一皮带轮9和第二皮带轮12上通过皮带11相连。由于第二皮带轮12固定在驱动轴18上(例如通过过盈配合或键联接)，皮带11可以将电机8的输出转矩和转速传递到驱动轴18。例如，当第二皮带轮12的直径为第一皮带轮9直径的2倍时，则输出到第二皮带轮12上的转矩为电机8输出转矩的两倍，而输出到第二皮带轮12上的转速为电机8输出转速的二分之一。
在图1所示的实施例中，抽油机采用一级皮带传动的方式，可以理解，本实用新型可以采取多种皮带传动方式，例如采用多级皮带的传动方式，优选地可采用两级皮带的传动方式。并且，为了使输出转矩增大，主动皮带轮的直径要小于从动皮带轮的直径。而且，为了带动更大的载荷，皮带可以为并行安装的多根，例如可以在第一皮带轮9和第二皮带轮12之间安装6-8根皮带。皮带11可以采用各种适合的皮带，如三角带、齿形带等，优选地，为了延长皮带11传输的寿命，皮带11选用三角带。
驱动轴18获得转矩和转速后，会在电机8的带动下转动。驱动轴上还固定有驱动轮19，在驱动轮19的圆周上设有容纳驱动绳16的槽，由此，驱动绳16可以很方便地绕过驱动轮19。所述驱动绳16的一端连接悬绳器14，悬绳器14连接抽油杆13；驱动绳16的另一端与配重4连接。设置配重4是为了平衡抽油杆13产生的转矩。这样，随着驱动轮19的转动，抽油杆13可以在竖直方向上上下运动。
当抽油杆13到达油井的预定深度完成采油后，需要将抽油杆13提起，因此需要实现驱动轮19的反向转动，即实现电机8的反向转动。优选地，采用位置测量装置控制电机8的反向转动。在本实施例中，采用计数盘22和接近开关20作为位置测量装置。如图2所示，计数盘22同轴固定在驱动轴18上，在支架平台17上且与计数盘之间留有较小间隙的地方设有接近开关20。而接近开关20为磁力开关。在抽油杆13的工作行程中，接近开关20对驱动轴的转数进行计数，当达到预定转数时，接近开关20向控制装置发出信号，使PLC通过变频器让电机8反转。
可选择地，上述位置测量装置可以设置在支架平台17和驱动轴18上，也可以设置在传动机构的其他部分，例如，可设置在电机8的输出轴上。而位置测量装置也不限于上述的计数盘/接近开关，其他适合的位置测量装置都可以采用，例如光电编码器等等。
优选地，为了抽油机的运行安全，在本实施例中还设有卷扬绳15。所述卷扬绳15的一端固定在驱动轮19上，卷扬绳15的另一端绕过驱动轮18紧固在配重4上。当抽油杆13断开时，配重4下坠，配重4带动卷扬绳15使驱动轮19高速转动，从而电机8产生过载，此时在电控柜的作用下，电机8的制动器10刹车，卷扬绳15拉紧配重，从而使配重不能自由落下，可以避免产生撞击事故。
安装抽油机时，通过电机8带动卷扬绳15提升配重，同时悬绳器14下降从而可以将抽油杆13与悬绳器14连接。当抽油机不抽油时，卷扬绳15可以从配重上解下，作为空间小吊车的吊绳使用。
本实用新型优选地具有导向机构，在本实施例中，在配重4上设有导向轮5，导向绳6夹在其间，使得在配重4上下运动过程中，运动方向始终保持竖直。
此外，为了使抽油机框架底部与水平面平行，在框架7的底部设有可调的顶丝3，以调节整个框架水平。为了方便地移动抽油机，在框架7的底部还可设有滚轮2。
在本实用新型的另一个实施例中，提供了本实用新型的另一种实现形式。在该抽油机中，包括抽油机构、配重、安装在支架上的驱动轴、安装在所述驱动轴上的驱动轮，所述抽油机构和配重通过绕过驱动轮的驱动绳连接。其中，所述抽油机构包括：抽油杆、悬绳器。所述抽油机还包括：与电机连接并向电机输出设定频率的电压的控制装置。所述电机的输出轴上设有第一链轮，在驱动轴上安装有第二链轮。
在本实用新型中，所述控制装置仍可采用电控柜的形式，在电控柜中设置有变频器、可编程控制器(PLC)、制动单元、显示器等电器件。变频器的输出端与电机连接，使电机在一定的频率、电压下工作。PLC可以实现对变频器的进一步控制。
在本实施例中，电机采用大扭矩永磁同步电机，该大扭矩永磁同步电机仍由变频器调速。同样地，对于电机参数的选择，具体地，电机的额定输出转矩应大于或等于G，G＝P×D/(2×K)，其中，P为电机输出的牵引力，D为驱动轮直径，K为第二链轮直径与第一链轮直径之比。其中，牵引力P等于抽油杆与配重平衡后的重力之差，还包括抽油作业中的阻力。牵引力P根据油井深度和井况的不同而不同。在本实施例的抽油机设计时，电机输出的牵引力P为5880N至29400N。同时，电机的转速大于或等于n，n＝2×L×S×K/(π×D)，其中，L为抽油杆冲程，S为抽油杆冲次。在无齿传动抽油机设计中，K优选为0-10，而驱动轮直径D优选为0.3m-1.2m。更优选地，本实施例选用额定输出转矩1300Nm、额定输出功率20kw，额定转速200rpm的大扭矩永磁同步电机。
电机安装在支架平台上，电机输出轴上同轴安装有第一链轮，第一链轮的直径较小。抽油机的驱动轴也安装在支架平台上，在驱动轴上同轴安装有第二链轮，第二链轮具有比第一链轮更大的直径。第一链轮和第二链轮上通过链条相连。由于第二链轮固定在驱动轴上(例如通过过盈配合或键联接)，链条可以将电机的输出转矩和转速传递到驱动轴。通过链条传动，可以承受比皮带更大的载荷。当第二链轮的直径为第一链轮的两倍时，则输出到第二链轮上的转矩为电机输出转矩的两倍，而输出到第二链轮上的转速为电机输出转速的二分之一。
驱动轴在获得转矩和转速后，会在电机的带动下转动。驱动轴上固定有驱动轮，在驱动轮的圆周上具有容纳驱动绳的槽，由此，驱动绳绕过驱动轮，所述驱动绳的一端连接悬绳器，悬绳器连接抽油杆；驱动绳的另一端与配重连接。随着驱动轮的转动，抽油杆可以在竖直方向上上下运动。
当抽油杆到达油井的预定深度完成采油后，需要将抽油杆提起，因此电机需在预定时刻反向转动。在本实施例中采用光电编码器作为位置测量装置，所述光电编码器可以设置在电机输出轴上。光电编码器的工作原理为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。
尽管本实用新型是通过上述的优选实施例进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到在不脱离本实用新型主旨的情况下，本领域技术人员可以对本实用新型做出不同的变化和修改。