无齿传动抽油机
专利汇可以提供无齿传动抽油机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 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。，下面是无齿传动抽油机专利的具体信息内容。
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中任何一项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中任何一项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。
技术领域
背景技术
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。
发明内容
本发明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。
本发明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，由于本发明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是本发明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
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。
在本发明中，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，本发明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。
本发明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。
在本发明的另一个实施例中，提供了本发明的另一种实现形式。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。
在本发明中，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。
尽管本发明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发明主旨的情况下， 本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和修改。
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