本实用新型涉及发电领域，特别涉及一种鸡爪式抽油杆发电传动装置。
背景技术：
随着石油开采的不断进行，开采的深度也在不断增加。深井井底状况远比浅层直井更加复杂，因此需要对油井井底的数据(液位、压力等)进行长时间、全方位监测，监测装置是需要供电的。随着井深的增加，对井下设备供电的难度也逐渐增大。
在这个大前提下，目前普遍采用的在井下安装电池来供电的方法变的越来越不方便，尤其受井下高温高压影响较大，测量装置持续工作时间极其有限。在大深度下更换井下电池以及由于电池出现问题需要的紧急处理都难以快速高效地实现。因此井下发电技术应运而生。
现有的方案是利用抽油杆上下冲程能够不断搅动油液混合物的液动能为动力源，利用液动能发电。虽然液动能能够长期持续存在，但是其存在强度并不是恒定值，而是随着抽油杆上下运动变化，并且液动能本身动力有限，难以使用齿轮加速，发电效率差。请参考：一种用于井下抽油杆的发电装置，发明专利，申请公布号：CN 103437939A。
技术实现要素：
本实用新型的目的是：提供一种能够长期持续存在于井中，强度大并且稳定的能量源，利用机械结构将这种能量转化为电能，提高发电效率。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种鸡爪式抽油杆发电传动装置，该装置主要分为滚轮采集动能装置、扭矩转换装置、加速装置、方向转换装置四部分。需要在井下动力源稳定的情况下，将机械能采集出来送给后续发电装置产生电能。此外，由于此发电模型得到的电能为直流电，则在井下为得到更多的电能，可以连续加装多个此发电装置，进而将得到的直流电串联，得到更高的电压。
所述滚轮采集装置主要负责采集抽油杆与井壁的相对运动，使用滚动体200(球体或者饼状体)与井壁100接触，滚动体200在随抽油杆700做往复运动过程中，与井壁100摩擦转动，带动贯穿在滚动体200内的输入轴300转动，进而获得可以利用的绕轴心运动。而为保证滚动体200与井壁100的充分接触，考虑使用高强度弹簧800将鸡爪结构压迫在井壁之上，以便保证即可持续获取动力，又具有一定的缓冲保护性能。机械传动部分400、发电装置500均位于鸡爪结构内部，转动部分位于鸡爪最外端，与井壁100通过滚动体200接触，鸡爪尾部使用螺栓600固定在抽油杆上，使得鸡爪可以绕螺栓600栓点上下转动。
所述扭矩转换装置的第一直齿轮1与其输入轴300固定(只能同向转动)，第二直齿轮2与第六轴25固定(只能同向转动)，第三直齿轮3和第四直齿轮4与第一轴13不固定(可与轴成顺向、逆向任意转动)，第一转向片11和第二转向片12与第一轴13固定(只能同向转动)；第一直齿轮1与第二直齿轮2、第三直齿轮3直接接触，第二直齿轮2与第四直齿轮4直接接触。正常工作时，第一直齿轮1带动第二直齿轮2、第三直齿轮3转动，第二直齿轮2进而带动第四直齿轮4转动，则第三直齿轮3与第四直齿轮4始终呈相反方向转动。第三直齿轮3、第四直齿轮4与第一转向片11、第二转向片12协调工作便可以保证无论第一直齿轮1做顺时针还是逆时针转动，第一轴13始终保持恒定方向转动。
在第三直齿轮3顺时针方向转动的时候，第一转向片11会钩住第三直齿轮3内凹槽中的第一销钉14和第二销钉15，进而带动第一轴13做顺时针方向转动；而此时第四直齿轮4是沿着逆时针方向转动，第二转向片12会推动第四直齿轮4内凹槽中第三弹簧20压迫的第三销钉16和第四弹簧21压迫的第四销钉17沿着第二转向片12外围滑动，而无法带动第一轴13转动。因此第一轴13顺时针转动。反之，冲程改变，则第一直齿轮1方向转变，第三直齿轮3做逆时针方向转动，第四直齿轮4做顺时针方向转动，在第四直齿轮4顺时针方向转动的时候，第二转向片12会钩住第四直齿轮4内凹槽中的第三销钉16和第四销钉17，进而带动第一轴13做顺时针方向转动；而此时第三直齿轮3则是沿着逆时针方向转动，第一转向片11会推动第三直齿轮3内凹槽中第一弹簧18压迫的第一销钉14和第二弹簧19压迫的第二销钉15沿着第一转向片11外围滑动，而无法带动第一轴13转动。从而保证了第一轴13始终顺时针方向转动。扭矩转换装置实现了将抽油杆上下冲程的往复运动转换为第一轴13恒定顺时针方向的转动，利于后续发电工作进行。
所述加速装置采用变速齿轮结构增大直齿轮转速，以便在抽油杆相同的位移之下得到更高转速，获取更多能量，提高发电效率。由于单片机所需电压一般为3.3V或者5V，所以决定在动力源参照抽油井井下状态的前提下，发电机至少获得3.3V直流电压。即需要满足转速不低于680转/分钟，则加速倍数应为11/3.185≈4倍。则变速齿轮前后变速比为1:4，齿轮大小比例为4:1。本实用新型实施例的加速装置结构图如图8所示。
利用变速齿轮结构增大直齿轮转速，通过第一轴13带动第五直齿轮5，第五直齿轮5与第六直齿轮6直接接触，二者齿轮大小比例为4:1，实现了4倍加速。
所述方向转换装置的第六直齿轮6通过第三轴22带动第一锥齿轮7，第一锥齿轮7和第二锥齿轮8两轴之间的交角等于90°，通过第一锥齿轮7和第二锥齿轮8的齿轮啮合将转动方向进行90°偏转。通过第四轴23带动第七直齿轮9，第八直齿轮10与第七直齿轮9连续啮合带动所连第五轴24通过油水隔离装置后与发电机转轴相连。
有益效果：本实用新型采用转动结构获取抽油杆与井壁间的往复运动作为发电动力源，动力稳定，能量大，可以通过变速齿轮结构增大后续转速，以便在抽油杆相同的位移之下得到更高转速，获取更多能量，发电效果更好。
附图说明
图1本实用新型实施例的机械发电模块结构图。
图2本实用新型实施例的鸡爪式抽油杆发电装置整体示意图。
图3本实用新型实施例的鸡爪式抽油杆发电传动装置结构图。
图4本实用新型实施例的扭矩转换装置整体结构图。
图5本实用新型实施例的扭矩转换装置第一核心组件构成图。
图6本实用新型实施例的扭矩转换装置第二核心组件构成图。
图7本实用新型实施例的扭矩转换装置第二核心组件截面图。
图8本实用新型实施例的加速装置结构图。
图9本实用新型实施例的方向转换装置结构图。
附图标示：1、第一直齿轮；2、第二直齿轮；3、第三直齿轮；4、第四直齿轮；5、第五直齿轮；6、第六直齿轮；7、第一锥齿轮；8、第一锥齿轮；9、第七直齿轮；10、第八直齿轮；11、第一转向片；12、第二转向片；13、第一轴；14、第一销钉；15、第二销钉；16、第三销钉；17、第四销钉；18、第一弹簧；19、第二弹簧；20、第三弹簧；21、第四弹簧；22、第三轴；23、第四轴；24、第五轴；25、第六轴；100、井壁；200、滚动体；300、输入轴；400、机械传动装置；500、发电装置；600、螺栓；700、抽油杆；800、高强度弹簧。
具体实施方式
本实施例是将鸡爪式抽油杆发电传动装置应用到机械发电模块中。
机械发电模块主要由鸡爪式抽油杆发电机械传动装置和发电装置两部分组成，机械发电模块结构如图1所示。鸡爪式抽油杆发电装置整体示意图如图2所示。
鸡爪式抽油杆发电传动装置主要负责采集抽油杆与井壁之间的相对往复运动，之后对其进行一系列转换，产出比较适用于发电装置发电的机械运动；发电装置在实现油水隔离的情况下，将采集到的机械运动转换为电能，供给井下检测装置使用。
鸡爪式抽油杆发电传动装置主要分为滚轮采集动能装置、扭矩转换装置、加速装置、方向转换装置四部分。需要在井下动力源稳定的情况下，将机械能采集出来送给后续发电装置产生电能。此外，由于此发电模型得到的电能为直流电，则在井下为得到更多的电能，可以连续加装多个此发电装置，进而将得到的直流电串联，得到更高的电压。
下面将四个部分逐一进行说明：
1)滚轮采集装置
滚轮采集动能部分主要负责采集抽油杆与井壁的相对运动，使用滚动体200(球体或者饼状体)与井壁100接触，滚动体200在随抽油杆700做往复运动过程中，与井壁100摩擦转动，带动贯穿在滚动体200内的输入轴300转动，进而获得可以利用的绕轴心运动。而为保证滚动体200与井壁100的充分接触，考虑使用高强度弹簧800将鸡爪结构压迫在井壁之上，以便保证即可持续获取动力，又具有一定的缓冲保护性能。机械传动部分400、发电装置500均位于鸡爪结构内部，转动部分位于鸡爪最外端，与井壁100通过滚动体200接触，鸡爪尾部使用螺栓600固定在抽油杆上，使得鸡爪可以绕螺栓600栓点上下转动。
2)扭矩转换装置
由于抽油杆做上下冲程往复运动，若不对其进行处理，则发电得到的电源也会是双极性交流电，不利于后续设施使用。故而考虑使用机械结构对其进行转换，将抽油杆的往复运动整理成恒定一个方向的转动。
扭矩转换装置整体结构图如图4所示。其第一核心组件和第二核心组件的构成图如图5和图6所示，第二核心组件的截面图如图7所示。
扭矩转换装置中，第一直齿轮1与其输入轴300固定(只能同向转动)，第二直齿轮2与第六轴25固定(只能同向转动)，第三直齿轮3和第四直齿轮4与第一轴13不固定(可与轴成顺向、逆向任意转动)，第一转向片11和第二转向片12与第一轴13固定(只能同向转动)；第一直齿轮1与第二直齿轮2、第三直齿轮3直接接触，第二直齿轮2与第四直齿轮4直接接触。正常工作时，第一直齿轮1带动第二直齿轮2、第三直齿轮3转动，第二直齿轮2进而带动第四直齿轮4转动，则第三直齿轮3与第四直齿轮4始终呈相反方向转动。第三直齿轮3、第四直齿轮4与第一转向片11、第二转向片12协调工作便可以保证无论第一直齿轮1做顺时针还是逆时针转动，第一轴13始终保持恒定方向转动。
参见图5和图6的核心组件构成图，在第三直齿轮3顺时针方向转动的时候，第一转向片11会钩住第三直齿轮3内凹槽中的第一销钉14和第二销钉15，进而带动第一轴13做顺时针方向转动；而此时第四直齿轮4是沿着逆时针方向转动，第二转向片12会推动第四直齿轮4内凹槽中第三弹簧20压迫的第三销钉16和第四弹簧21压迫的第四销钉17沿着第二转向片12外围滑动，而无法带动第一轴13转动。因此第一轴13顺时针转动。反之，冲程改变，则第一直齿轮1方向转变，第三直齿轮3做逆时针方向转动，第四直齿轮4做顺时针方向转动，在第四直齿轮4顺时针方向转动的时候，第二转向片12会钩住第四直齿轮4内凹槽中的第三销钉16和第四销钉17，进而带动第一轴13做顺时针方向转动；而此时第三直齿轮3则是沿着逆时针方向转动，第一转向片11会推动第三直齿轮3内凹槽中第一弹簧18压迫的第一销钉14和第二弹簧19压迫的第二销钉15沿着第一转向片11外围滑动，而无法带动第一轴13转动。从而保证了第一轴13始终顺时针方向转动。扭矩转换装置实现了将抽油杆上下冲程的往复运动转换为第一轴13恒定顺时针方向的转动，利于后续发电工作进行。
3)加速装置
本实用新型采用变速齿轮结构增大直齿轮转速，以便在抽油杆相同的位移之下得到更高转速，获取更多能量，提高发电效率。由于单片机所需电压一般为3.3V或者5V，所以决定在动力源参照抽油井井下状态的前提下，发电机至少获得3.3V直流电压。即需要满足转速不低于680转/分钟，则加速倍数应为11/3.185≈4倍。则变速齿轮前后变速比为1:4，齿轮大小比例为4:1。本实用新型实施例的加速装置结构图如图8所示。
利用变速齿轮结构增大直齿轮转速，通过第一轴13带动第五直齿轮5，第五直齿轮5与第六直齿轮6直接接触，二者齿轮大小比例为4:1，实现了4倍加速。
4)方向转换装置。
由于井下空间狭小，导致鸡爪式结构内部空间狭小，所以机械传动装置与发电装置需要上下分布，而不能左右分布。故而需要使用锥齿轮进行方向转换。第六直齿轮6通过第三轴22带动第一锥齿轮7，第一锥齿轮7和第二锥齿轮8两轴之间的交角等于90°，通过第一锥齿轮7和第二锥齿轮8的齿轮啮合将转动方向进行90°偏转。通过第四轴23带动第七直齿轮9，第八直齿轮10与第七直齿轮9连续啮合带动所连第五轴24通过油水隔离装置后与发电机转轴相连。本实用新型实施例的加速装置结构图如图9所示。