无箱变速器的应用

无箱变速器的应用

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摘要：多年以来低冲次井的动力都是依靠低速电机和变频柜提供的，造成低冲次井开井成本居高不下。为了降低低冲次井开井成本，我们研制出了无箱变速器并在部分抽油机井上进行了安装实验，取得了满意的效果。

关建词：无箱变速器；节能；降本

低冲次抽油机井是由三种设备作为动力源来保证抽油机正常运转的。第一种是电动机减速箱，就是电动机和减速箱一体的，该减速箱将电动机转速降低后传递给抽油机大皮带轮，使抽油机正常运转。该减速箱的特点是成本高，每台2.4-3.5万元。其缺点是：寿命短，其寿命在1年左右；燥音大；常漏油；一体结构造成被迫受连带损失，如果减速箱坏电动机也随之报废。第二种是低速电动机；价格为：22KW的1.9万元，30KW的2.2万元，37KW的2.5万元，45KW的3.1万元。其缺点是：1、减速不理想（目前许多井皮带轮直径是150的，皮带轮直径在170以下时皮带寿命至少缩短一倍，而且雨天及易打滑烧皮带）；2、减速比达不到最高要求，因此0.5-1.5冲次/分钟的井必需配置变频柜；3、成本高，它的价格是普通电机的4倍。

第三种是变频器控制柜，目前用的较多的是30KW的，价格为4.8万元，37KW的价格为5.3万元，45KW的价格为7.8万元。其缺点是：1、在正常运行中时有故障造成停井；2、有悖节能；3、污染线路；4、成本投入较高。

为了使抽油机既能达到所需的低冲次，又能达到降低开井成本的目的，我们经过研究分析及实验论证，研制出了一种无箱变速器，解决了以上问题。该装置是由一根传动轴、变速皮带轮和输出皮带轮、四个轴承组成的两个固定点组装成型的。由座板、防盗固定螺丝等零部件将其固定在抽油机上。无箱变速器是通过皮带轮的更换来实现所需要的传动比，传动比可由3：1至4.3：1，可实现0.5-2冲次/分钟的低冲次，具有运转稳定、可靠，寿命长（5年以上）的优点。配备电机：22KW，980r/min。技术核心是在动力输入前增加一级减速，取代低速电机和变频柜在低冲次井的使用。无箱变速器主要部件使用材料的选用论证：

1关于轴承套支架材料的选用

该装置核心部件轴承套使用何种材料是一个关键问题，材料选用不当，支架有可能出现安全事故。针对材料的选用，通过查阅多种机械书籍，进行了以下理论计算：（1）材料的许用应力б和安全系数k的确定：许用应力б<бb,许用应力必须小于材料强度极限，б=P/F<[б]安全系数k的确定：查《机械设计手册》可得：1.2~1.5，取最大值1.5。

（2）载荷P的确定：P=电机重量450kg+自重100kg+震动负荷（450+100）*4+冲击负荷（450+100）*3=4400kg；可计算得：P=4400kg（3）查手册得A3钢的屈服极限бs=25kg/mm²（4）、求支架截面的面积F：F=P/б*K=4400kg/25kgmm²*1.5=264mm²支架截面的面积为264mm²，支架铁扳厚为16mm。（5）求传动轴直径D：最大负荷设100KN，启动荷设=10000*4=40000。震动负荷（450+100）*4=2200。安全系数k的确定，查《机械设计手册》可得：1.2~1.5，取最大值1.5，45#钢查手册得的屈服极限бs=35kg/mm²。最大负荷=（40000+2200）*1.5=63300kg。传动轴直径D=63300kg/35kg/mm²=1809mm²（F=πr²）。D=1809*3.14=5680mm²=75mm。由此确定传动轴直径的机械尺寸为：75mm。

由以上计算可知，使用尺寸为75mm的45#钢制作的传动轴完全可以承受皮带拉力和机械负荷，不会出现拉弯或者断裂，其他的部件小组决定一律使用A3钢。（6）关于传动比的计算：（要求达到4:1以上）。试算1:设主动轮为150mm，被动轮为550mm，550/150=3.67；

试算2:设主动轮为150mm，被动轮为600mm，600/150=4；试算3:设主动轮为140mm，被动轮为600mm，600/140=4.28；取试算3，传动比为4.28比1。实现0.5-2次/分钟。

（7）该装置的防盗设计：该装置安装在野外工作的抽油机上，存在被盗的可能，设计人员对于设备防盗进行了讨论，最后决定该装置采用4条防盗螺栓来固定，从而达到防盗目的。

无箱变速器实物:无箱变速器技术标准：配备电机：6-8级，15–18–22KW；实现冲次：0.5–1-1.5-2次/分钟；最大负荷：90KN；体积：1.3*1*0.7m；总重量：600kg（包括电机）；适用于：游梁式抽油机（矮基础）成熟程度：在339等五口抽油机井进行现场安装试用。

2试用结果

传动比达到了设计要求，换轮调速操作15分钟，安全、方便、快捷。各部件应力强度均在安全范围之内。适应各型号游梁抽油机的二次调速。运行稳定、可靠。更换抽油机皮带用时5分钟，调节抽油机皮带用时0.2分钟，更换电机皮带用时6分钟，调节电机皮带用时2分钟。

3直接经济效益

在这5口井上配备6级普通电机5台，电机总功率为98KW，成本为2.1万元，配备无箱变速器5台，成本为4万元，合计投入成本为6.1万元，取代了原配置12级30KW低速电机1台，37KW4台，电机总功率为178KW，成本为12.2万元，变频器控制柜5台，成本为26万元，合计成本为38.2万元。直接经济效益为38.2-6.1=32.1万元。直接单井经济效益为32.1/5=6.42万元/井。社会效益：(1)可避免变频器对电路造成污染；2、降低电机总功率，降低了无功功率的消耗。

4结束语

无箱变速器在低冲次井的使用，替代了低速电机和变频柜，取得了明显的经济效益，开井成本降低了6.42万元/井次，并且保证了系统线路不受变频的污染影响，保证了系统线路的供电平稳可靠。

参考文献：哈工大《机械设计手册》