石油开发用扭矩均衡齿轮箱及扭矩均衡游梁式抽油机的制作方法

本实用新型涉及石油开采技术领域，具体涉及一种石油开发用扭矩均衡齿轮箱及扭矩均衡游梁式抽油机。

背景技术：

目前，在石油工业生产中，大量采用游梁式抽油机对地下的石油进行开采，如图1所示，其结构主要由驴头、游梁、连杆、曲柄机构、变速箱、动力设备和辅助装备等部分组成，工作时，电动机的传动经变速箱、曲柄连杆机构变成驴头的上下运动，驴头经钢丝绳带动井下抽油泵的柱塞作上下运动，从而不断地把井中的原油抽出井筒。游梁式抽油机具有性能可靠、结构简单、操作维修方便等特点，因此在石油开采中 得到普遍应用。其突出的缺点是工作效率低、能耗大，原因是设备在运行过程中，载荷扭矩极不均衡呈现交变载荷，虽然该设备有曲柄平衡结构对载荷扭矩加以平衡，但两者叠加后产生的净扭矩也发生交替变化，不够平衡，这种不平衡的净扭矩加载到电动机上，就会导致电机的瞬间电流忽大忽小，使电动机的功率因数下降，产生大量的无用功，致使抽油机的工作效率低、能耗大。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单，能使扭矩变小且均衡，能提高电动机的功率因数，能降低能耗并提高开采效率的石油开发用扭矩均衡齿轮箱。

本实用新型所要解决的另一技术问题是提供一种具有上述齿轮箱的扭矩均衡游梁式抽油机。

本实用新型的技术方案是：石油开发用扭矩均衡齿轮箱，包括齿轮箱，所述齿轮箱的输入轴与电动机连接，所述齿轮箱的输出轴两端伸出齿轮箱外并各安装有一个曲柄配重；所述齿轮箱内安装有多个用于多级传动的中间齿轮轴，所述输入轴、中间齿轮轴与输出轴依次通过齿轮啮合传动连接，所述中间齿轮轴分别与输入轴、输出轴平行设置或者在同一轴线上，所述中间齿轮轴的外端、输入轴和输出轴的伸出端与齿轮箱两侧的三个轴孔位置对应；位于最末级的中间齿轮轴上安装有第一非圆齿轮，所述输出轴上安装有第二非圆齿轮，所述第二非圆齿轮与第一非圆齿轮啮和，所述第一非圆齿轮上安装有齿轮配重，所述第一非圆齿轮与第二非圆齿轮的传动比为1。

所述中间齿轮轴包括第一中间齿轮轴、一端伸出齿轮箱外的第二中间齿轮轴和第三中间齿轮轴，所述第一中间齿轮轴与第三中间齿轮轴同轴线设置，所述输入轴与第二中间齿轮轴同轴线设置；所述输入轴上安装有第一齿轮，所述第一中间齿轮轴上安装有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第一中间齿轮轴上安装有第三齿轮，所述第二中间齿轮轴上安装有与第三齿轮啮合的第四齿轮，所述第二中间齿轮轴上安装有第五齿轮，所述第三中间齿轮轴上安装有与第五齿轮啮合的第六齿轮，所述第一非圆齿轮安装在第三中间齿轮轴上并与第二非圆齿轮相啮合。

所述中间齿轮轴包括一端伸出齿轮箱外的第一中间齿轮轴和第二中间齿轮轴，所述第二中间齿轮轴与输入轴同轴线设置；所述输入轴上安装有第一齿轮，所述第一中间齿轮轴上安装有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第一中间齿轮轴上安装有第三齿轮，所述第二中间齿轮轴上安装有与第三齿轮啮合的第四齿轮，所述第一非圆齿轮安装在第二中间齿轮轴上并与第二非圆齿轮相啮合。

所述第二非圆齿轮和第一非圆齿轮的轮形是根据安装有扭矩均衡齿轮箱的游梁式抽油机载荷扭矩曲线和曲柄配重扭矩曲线及合成的扭矩曲线计算制得。

一种扭矩均衡游梁式抽油机，包括底座、安装在底座上的支架和电动机、设置在支架上的游梁，以及设置在游梁一端的驴头；所述游梁的另一端通过连杆与曲柄配重连接；所述底座上还安装有与曲柄配重连接的按照权利要求1-4中任意一项所述的一种扭矩均衡齿轮箱。

本实用新型与现有技术相比较，具有以下优点：

1、通过增设两个传动比为1的非圆齿轮，并在第一非圆齿轮的适当位置安装一对齿轮配重，这样可以对扭矩起到二次平衡的作用，从而使净扭矩大大减小，这样加载到电动机上的扭矩会变小，变得均衡，电动机的功率因数会大大提高，大大减少了无用功，使电流趋于平稳，可以减小电动机的装机功率，明显降低了能耗。

2、无需改变变速箱底座的尺寸和轴孔位置，便于更换和维修，结构简单、成本低，保证了抽油机运转平衡，便于推广应用。

附图说明

图1是本实用新型普通游梁式抽油机的结构示意图；

图2是本实用新型普通游梁式抽油机工作时的扭矩曲线图；

图3是与图2相对应的游梁式抽油机工作时的状态图；

图4是扭矩均衡齿轮箱的实施例1的结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是扭矩均衡游梁式抽油机工作时的扭矩曲线图；

图7是扭矩均衡齿轮箱的实施例2的结构示意图；

图8是扭矩均衡游梁式抽油机的结构原理示意图；

图中：1、齿轮箱，2、电动机，3、曲柄配重，4、输入轴，5、输出轴，6、第一中间齿轮轴，7、第二中间齿轮轴，8、第三中间齿轮轴，9、第一齿轮，10、第二齿轮，11、第三齿轮，12、第四齿轮，13、第五齿轮，14、第六齿轮，15、第一非圆齿轮，16、第二非圆齿轮，17、底座，18、支架，19、齿轮配重，20、游梁，21、驴头，22、连杆。

具体实施方式

下面是结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1

如图4、图5、图6和图8所示，石油开发用扭矩均衡齿轮箱包括齿轮箱1，齿轮箱1的输入轴4与电动机2连接，齿轮箱1的输出轴5两端伸出齿轮箱1外并各安装有一个曲柄配重3。

在齿轮箱1内安装有多个用于多级传动的中间齿轮轴，其中，中间齿轮轴包括第一中间齿轮轴6、一端伸出齿轮箱1外的第二中间齿轮轴7和第三中间齿轮轴8，所述第一中间齿轮轴6与第三中间齿轮轴8同轴线设置，输入轴4与第二中间齿轮轴7同轴线设置，且输入轴4、输出轴5分别与第一中间齿轮轴6、第三中间齿轮轴8平行设置，这样第一中间齿轮轴6的外端、第二中间齿轮轴7的外端和第三中间齿轮轴8的外端、输入轴4和输出轴5的外端与齿轮箱1两侧的三个轴孔位置对应，能直接与原来的齿轮箱置换，便于改造安装。

其中，输入轴4上安装有第一齿轮9，第一中间齿轮轴6上安装有与第一齿轮9啮合的第二齿轮10，第一中间齿轮轴6上安装有第三齿轮11，第二中间齿轮轴7上安装有与第三齿轮11啮合的第四齿轮12，第二中间齿轮轴7上安装有第五齿轮13，第三中间齿轮轴8上安装有与第五齿轮13啮合的第六齿轮14，第三中间齿轮轴8安装有第一非圆齿轮15，输出轴5上安装有第二非圆齿轮16，第一非圆齿轮15与第二非圆齿轮16相啮合，且第一非圆齿轮15的适当位置上安装有齿轮配重19，第一非圆齿轮15与第二非圆齿轮16的传动比为1。

如图4、图5和图6所示，上述的第一非圆齿轮15与第二非圆齿轮16的轮形是根据安装有扭矩均衡齿轮箱的游梁式抽油机载荷扭矩曲线和曲柄配重扭矩曲线及合成的扭矩曲线计算制得。对于第二非圆齿轮16、第一非圆齿轮15轮形的计算方法，业内人士可以通过载荷扭矩曲线和曲柄配重扭矩曲线合成的扭矩曲线、及具体角度取值等方式，结合图2和图3，得出第二非圆齿轮16和第一非圆齿轮15的理论轮形，在实际轮形加工过程中，为了方便实现第二非圆齿轮16和第一非圆齿轮 15的转动，将理论轮形圆滑处理，即得实际的第二非圆齿轮16和第一非圆齿轮15。

本实用新型的扭矩均衡游梁式抽油机，包括底座17、安装在底座17上的支架18和电动机2、设置在支架18上的游梁20，以及设置在游梁20一端的驴头21；游梁20的另一端通过连杆22与曲柄配重3连接；在底座17上还安装有与曲柄配重3连接有实施例1所述的扭矩均衡齿轮箱。工作时，电动机2通过皮带带动输入轴4转动，第一齿轮9转动，第一齿轮9带动第一中间齿轮轴6上的第二齿轮10转动，第二齿轮10带动同轴的第三齿轮11转动，第三齿轮11 带动第二中间齿轮轴7上的第四齿轮12转动，第四齿轮12带动同轴的第五齿轮13转动，第五齿轮13带动第三中间齿轮轴8上的第六齿轮14转动，第六齿轮14带动同轴的第一非圆齿轮15转动，第一非圆齿轮15带动输出轴5上的第二非圆齿轮16转动，第二非圆齿轮16带动输出轴9转动，并带动曲柄配重3旋转，使抽油机工作。

实施例2

如图6、图7和图8所示，中间齿轮轴包括一端伸出齿轮箱1外的第一中间齿轮轴6和第二中间齿轮轴7，第二中间齿轮轴7与输入轴4同轴线设置；输入轴4上安装有第一齿轮9，输入轴4位于齿轮箱1的中间位置，第一中间齿轮轴6上安装有与第一齿轮9啮合的第二齿轮10，第一中间齿轮轴6上安装有第三齿轮11，第二中间齿轮轴7上安装有与第三齿轮11啮合的第四齿轮12，第一非圆齿轮15安装在第二中间齿轮轴7上并与输出轴5上的第二非圆齿轮16相啮合。

本实用新型的扭矩均衡游梁式抽油机，包括底座17、安装在底座17上的支架18和电动机2、设置在支架18上的游梁20，以及设置在游梁20一端的驴头21；游梁20的另一端通过连杆22与曲柄配重3连接；在底座17上还安装有与曲柄配重3连接有实施例2所述的扭矩均衡齿轮箱。工作时，电动机2通过皮带带动输入轴4转动，第一齿轮9转动，第一齿轮9带动第一中间齿轮轴6上的第二齿轮10转动，第二齿轮10带动同轴的第三齿轮11转动，第三齿轮11 带动第二中间齿轮轴7上的第四齿轮12转动，第四齿轮12带动同轴的第一非圆齿轮15转动，第一非圆齿轮15带动输出轴5上的第二非圆齿轮16转动，第二非圆齿轮16带动输出轴9转动，并带动曲柄配重3旋转，使抽油机工作。

如图3所示，状态1时，油梁处于下死点状态，曲柄配重处于上垂直状态，此时设曲柄配重的转角为0°，状态2、状态3、状态4依次为曲柄配重转角为90°、180°、270°时的工作状态，状态4再转90°则又回到状态1的工作状态， 则完成一个工作循环。如图6所示，图中1-1’是载荷扭矩曲线，2-2’是曲柄配重的扭矩 曲线，3-3’是1-1’载荷扭矩曲线和2-2’曲柄配重的扭矩曲线的合成扭矩曲线，4-4’是设定的与3-3’对称的扭矩曲线，而非圆齿轮的轮形就是根据4-4’的扭矩曲线计算出来的，所以4-4’是非圆齿轮扭矩曲线。5-5’是3-3’合成扭矩曲线和4-4’非圆齿轮扭矩曲线的合成扭矩曲线，是加载到电动机上的净扭矩曲线，其形状近似于直线，扭矩接近于零，从而使抽油机运转平衡，扭矩均衡齿轮箱克服了原有结构的抽油机扭矩不平衡，电流波形大，无用功高，电动机的装机功率大的缺陷，可以使净扭矩大大减小，改变了抽油机的运动状态和受力状态，加载到电动机上的净扭矩会变 得均衡并变小，甚至接近于零，大大减少了无用功，使电流趋于平稳，可以减小电动机的装 机功率，明显降低了能耗。

本实用新型并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本实用新型的保护范围。