2Z-V型电动潜油螺杆泵采油系统用行星减速器优化设计

潜油螺杆泵采油系统设计与应用技术的探讨1. 引言1.1 潜油螺杆泵采油系统概述潜油螺杆泵采油系统是一种新型的采油技术，通过利用螺杆泵在地面以下深井中钻入和制造高压，把含油层的原油提升到地面。

潜油螺杆泵采油系统由潜油螺杆泵、电机、电缆、管道等部件组成，是一种高效、可靠的采油方式。

潜油螺杆泵采油系统具有较高的提升效率，可以在较深的井深下工作，适用于不同的油田地质条件和开采规模。

与传统的抽油机相比，潜油螺杆泵采油系统具有更低的维护成本和更长的使用寿命。

随着油田开发的深入，潜油螺杆泵采油系统的应用越来越广泛。

它不仅可以提高油田采油效率，降低生产成本，还可以减少环境污染，提高油田的可持续发展能力。

潜油螺杆泵采油系统在油田开发中具有重要的意义和广阔的发展前景。

1.2 研究背景潜油螺杆泵是一种常用于油田采油系统中的关键设备，其在提高采油效率、降低成本、延长油井寿命等方面具有重要作用。

潜油螺杆泵采油系统的设计与应用技术一直是油田工程领域的研究热点之一。

在当前油价低迷的背景下，如何提高原油采收率、降低生产成本成为油田开发面临的重要挑战，而潜油螺杆泵采油系统的优化设计和应用技术则成为解决这一问题的关键。

随着油井开采的深度增加和原油粘度的提高，传统采油方式已经难以满足生产需求，潜油螺杆泵采油系统因其具有较好的适应性和灵活性，得到了广泛应用。

目前潜油螺杆泵采油系统在设计和应用方面仍然存在一些问题和挑战，如何克服这些问题，提高潜油螺杆泵采油系统的性能和效率，是当前需要解决的重要课题。

对潜油螺杆泵采油系统的设计与应用技术进行深入研究，探索其工作原理、设计原则、优缺点以及性能优化方法，对于提高油田采油效率，降低生产成本具有重要意义。

本文旨在探讨潜油螺杆泵采油系统的设计与应用技术，为油田开发提供理论指导和技术支持。

1.3 研究意义潜油螺杆泵采油系统是目前油田开发中广泛应用的一种技术手段，在提高油田开采效率、减少生产成本、延长油井寿命等方面具有重要意义。

井下电动潜油螺杆泵用行星减速器设计摘要：电动潜油螺杆泵对油井适应性强，适用于稠油井、含砂井、高含气井，然而电动潜油螺杆泵转速较低，电泵转速高，需要设计减速装置以实现降速增扭的目的。

根据现使用电动潜油螺杆泵的系列参数，设计行星齿轮减速器。

在选定减速方案后，设计减速器各个零部件。

在满足强度的前提下，确定零件尺寸绘制出减速器三维图。

最后使用ANSYS软件对减速器主要零件进行有限元分析，验证设计合理性。

关键词：电动潜油泵减速器三维绘制有限元分析一、引言电动潜油螺杆泵是一种新型机械采油系统，其创新点在于结合了螺杆泵和电潜泵的优点，不需使用抽油杆，消除了因杆管磨损或脱螺纹、断杆等带来的损失；提高泵下深和排量；节能效果明显，系统效率比较高[1，2]。

然而螺杆泵最佳旋转速速一般在100～500r/min左右，需要降低输入转速[3]，但由于受井下空间的限制，不能使用类似地面驱动的减速箱。

所以设计适合电动潜油螺杆泵用的减速器，将系统中的螺杆泵转速降低至需要的工作转速，并使输出扭矩提高到螺杆泵需要的工作扭矩，对斜井、稠油、含砂、含气油井的开采具有十分重要的意义[4]。

二、行星减速器方案设计1.行星减速器的选型及其原理一般的轴向减速传动有单螺杆减速器、定轴轮系、少差齿行星轮系和2K-H 类NGW型行星轮系。

由于井下作业对减速器的尺寸要求较为苛刻，潜油泵功率较高，输入转速一般在3000r/min左右[5，6]，设计受井下径向尺寸限制，减速器最大径向尺寸应小于油管直径，同时下泵深度1500m左右井下高温、高压。

综合考虑以上情况选2K-H类NGW型行星齿轮减速器。

使用每排3个行星轮3排共9个与太阳轮相啮合，在分担载荷的同时减小径向尺寸，能满足设计强度的要求。

其原理如图1所示图1 行星减速器原理图行星轮系传动比为：（2-1）2.行星减速器的基本参数设计[7]表1 减速器设计初始条件在潜油泵工作时，由伯努利方程：（2-2）（2-3）电潜泵的有效功率：（2-4）（2-5）（2-6）按照需用剪切应力估算输出轴直径大小，受扭矩T的实心圆轴，其剪切应力（2-7）考虑安全系数以及其他零部件的大小，初定。

专利名称：用于电潜螺杆泵的减速器
专利类型：实用新型专利
发明人：刘辰,张风梅,马超海,邵雷,谷梦玉,侯运光,陈红,席文厚,薛振山,杨晓亮
申请号：CN01275504.4
申请日：20011130
公开号：CN2526546Y
公开日：
20021218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种用于电潜螺杆泵的减速器，其特征是该减速器呈圆柱形，并由固接在一起的同轴线减速器本体和减速器保护器组成，该减速器可直接安装在井下电潜螺杆泵的下面。

所述减速器本体主要包括可与电机壳体固接的法兰盘、输入轴、装在输入轴上的过滤器、泵轮、太阳轮、固接在法兰盘上部的下本体、带内齿壳体和上本体、设于带内齿壳体内的行星架、行星轮、太阳轮和行星架输出轴、轴承。

所述减速器保护器主要包括保护器联轴节、主轴、保护器法兰盘、下壳体联接短节、上壳体及可与泵壳联接的泵壳连接体推力轴承和径向滚珠轴承，机械密封装置及呼吸橡胶套装置。

本减速器体积小且不占地面面积，效率高、免维修、安全可靠、成本低。

申请人：石家庄市减速机厂,胜利石油管理局无杆采油泵公司
地址：050000 河北省石家庄市和平路595号石油设备厂
国籍：CN
代理机构：北京元中专利事务所
代理人：张聚增
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专利名称：一种电动潜油螺杆泵机组及其减速器专利类型：实用新型专利
发明人：田芳勇,谢卫兵,陈玉巧,于涛,范俊华,何海申请号：CN201821701393.9
申请日：20181019
公开号：CN208890621U
公开日：
20190521
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种电动潜油螺杆泵机组及其减速器。

减速器包括筒形的外壳，外壳内部同心转动设置有相互同心嵌套的外转子和内转子，所述内转子与外转子之间、外转子和外壳之间均具有气隙，所述外壳包括设置在其内壁上沿周向间隔布置的若干个壳永磁体，所述内转子还包括在其外周面上沿周向间隔布置的若干个内永磁体，壳永磁体的数量大于内永磁体的数量，相邻的两个壳永磁体和相邻的两个内永磁体均为异极安装，所述外转子上具有若干个沿其周向间隔设置的导磁材料。

相比于现有的磁齿轮，其结构更加简单，而且减少原有的之间调磁环的设置，能够使整体的直径大幅度的减小，满足螺杆泵的使用要求。

申请人：中国石油化工股份有限公司
地址：100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号
国籍：CN
代理机构：郑州睿信知识产权代理有限公司
代理人：牛爱周
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专利名称：潜油螺杆泵用减速器专利类型：实用新型专利
发明人：马力,齐顺亭,王荣三
申请号：CN201520715852.9申请日：20150916
公开号：CN204985555U
公开日：
20160120
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种潜油螺杆泵用减速器。

其技术方案是包含两级行星齿轮减速装置，一级减速太阳轮、一级减速行星轮、一级减速固定齿轮、一级减速行星轮支架连接组成第一级减速装置；二级减速太阳轮、二级减速行星轮、二级减速固定齿轮、输出轴兼行星轮支架连接组成二级减速装置，两级减速装置通过中间连接体以及变径花键套连接在一起，配合底座、头部以及扶正轴承，共同组成减速比为12.25的减速器。

有益效果是：1、与潜油螺杆泵其他部件兼容性高，配件绝大部分通用；2、结构简单，易于制造、安装、维修；3、新的传动比可以满足更多机组的使用。

申请人：东营凯维石油科技有限责任公司
地址：257000 山东省东营市东营区黄河路676号百合广场1602室
国籍：CN
代理机构：东营双桥专利代理有限责任公司
代理人：罗文远
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潜油螺杆泵转子转速机电调控的实施摘要：潜油螺杆泵采油技术发展的关键是能设计一种使潜油电机转速与螺杆泵的转速相匹配的减速增矩装置。

较为可靠的方法是使用减速器来联接潜油电机和螺杆泵。

关键词：潜油螺杆泵机电调控由于井下工作空间小，要求减速器传递的功率和传动比大，因此合理选择减速器传的类型以满足潜油螺杆泵工作需求是对提高螺杆泵采油系统的性能起着重要的作用。

电动机转速通过减速器的调整属于速度的刚性调整。

一、潜油螺杆泵转子转速机电调控刚性调整策略在井下管套直径小（<140nun）的情况下，采用普通齿轮外啮合分级传动实现减速器的结构是不能够做到的。

现拟两套实现减速的选择方案：一是采用定轴传动装置，二是采用行星齿轮传动。

从机械传动的角度来看，一般定轴轮系！ngw型行星轮系都可以实现轴向减速传动。

（1）一般定轴轮系齿轮传动一般定轴轮系齿轮传动减速器受径向尺寸限制，减速器很难经过单级传动减速达到预定的减速比，外齿轮1接输入轴，内齿轮4作为输出端。

经两级减速能够达到螺杆泵所需求的速度。

但是定轴轮系传动结构每一级的传动比应达到3左右，由于内齿轮的齿数不能超过50，显然要传递20kw的功率并且速度在1440，只有17齿的小模数齿轮3是做不到的，这就不能满足井下的工作条件。

如果采用三级传动将引起轴向尺寸的膨胀，其传动效率无法提高，并且多级传动必然会引起系统稳定性及制造精度的降低。

（2）行星齿轮传动减速器行星齿轮减速器的研究和应用有着多年的历史。

这主要是因为行星传动有很多的优点，比如它有功率分流！结构紧凑！传动功率大承载能力高等特点，使得人们在设计小尺寸大功率的传动时，都要考虑是否能用行星传动来实现。

行星齿轮传动减速器是通过行星传动轮系的工作原理来实现减速的。

行星传动用几个完全相同的行星齿轮匀均地分布在中心轮的周围来共同分担载荷，因而每个行星轮所承受的载荷较小，相应齿轮的模数就可以较小；又充分利用内啮合承载能力高和内齿轮的空间容积，减小了径向！轴向尺寸，使得结构紧凑而又承载能力高。

2Z-V型电动潜油螺杆泵采油系统用行星减速器优化设计
吴俊飞;于本亮
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2012(000)004
【摘要】电动潜油螺杆泵采油系统(ESPCPS)的设计关键是要解决螺杆泵低转速、高扭矩的动力输入要求,研究实验结果发现机械减速器是整个机组系统的难点所在.
根据胜利油田某油井工况对电动潜油螺杆泵采油系统用减速器的设计要求,采用
2Z-V型少齿差行星齿轮传动进行优化设计.根据所建立的数学模型,选用可靠性高、搜索速度较快的分层网络法进行寻优,性能参数良好、优化效果明显.首次提出了潜
油螺杆泵减速器综合性能系数R,解决了不同机组、不同工况下、不同结构潜油螺
杆泵减速器的性能比较问题.
【总页数】3页(P44-46)
【作者】吴俊飞;于本亮
【作者单位】青岛科技大学中德科技学院,青岛266061;青岛科技大学中德科技学院,青岛266061
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;TH327;TG457.23
【相关文献】
1.电动潜油螺杆泵采油系统应用研究 [J], 宫伟
2.潜油螺杆泵采油系统单级与并联行星减速器的有限元分析 [J], 曹乐;张幼军
3.井下电动潜油双螺杆泵采油系统的设计初探 [J], 陈家庆;周海;王丽;杨秋良
4.井下电动潜油螺杆泵用行星减速器设计 [J], 苏震;徐海珍;詹敏
5.NGW型潜油行星减速器可靠性优化设计 [J], 王世杰;刘玉春;张剑
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潜油螺杆泵采油系统单级与并联行星减速器的有限元分析工作，工况条件恶劣，载荷变化较大，很容易造成齿轮的损坏，导致减速器无法正常工作，而且更换一次减速器的成本非常昂贵，故现在很多关于行星齿轮减速器的研究都集中在如何提高其工作寿命上。

而并联行星齿轮减速器，它的行星轮不同于常规行星减速器的单个行星轮，是由两组行星轮并联排列。

这样就改善了每个齿轮的受力情况，提高了工作的可靠性。

不仅如此，这种设计还可以减小齿轮模数，在相同的尺寸限制条件下，可以增加齿数，采用标准齿轮，降低了生产成本。

本文通过单级与并联行星减速器的主要零件的有限元分析对比验证了此结论。

关键词：并联减速器；有限元；单级减速器1.设计要求及传动图本设计要求设计减速器传动比=4，功率=20KW，输入转速=1425rpm，中等冲击，使用寿命1年，且要求减速器应用于7in下井套管，外廓直径尺寸小于140mm。

由于受尺寸条件限制，单级潜油行星减速器往往采用小齿数齿轮，其最小齿数小于18，这样在齿轮啮合时就会产生根切，降低齿轮的寿命。

为了降低根切所带来的影响，在设计时应采用变位修正。

其传动简图如图1所示。

当采用并联行星轮，两组行星轮同时承受载荷，改善了每个齿轮的受力情况，增加齿轮的寿命。

另外在保证尺寸限制的条件下，可以适当减小模数，增加齿轮齿数，使齿数大于最小根切齿数18，避免产生根切现象，而且降低了齿轮的制造难度。

其传动简图如图2所示，其中太阳轮a为输入，与行星轮c的行星架为输出，内齿圈b固定不动。

2.单级与并联行星减速器的有限元计算结果的分析在相同工况条件下通过有限元计算结果可得到两种减速器的应力分布与变形情况。

如图3和图4分别为单级行星减速器与并联行星减速器的行星轮应力分布云图。

由以上云图可以看出，单级行星轮减速器行星轮最大应力为56.2MPa，而并联行星减速器行星轮最大应力51.2MPa，可见，单级的行星齿轮减速器的行星轮所承受的应力更大一些。

通过对单级与并联行星齿轮减速器在相同工作情况的有限元分析可以得出单级行星齿轮减速器与并联行星齿轮减速器相比较，单级行星齿轮减速器受载工况均比并联行星齿轮减速器要差一些，并联行星齿轮减速器无论从强度和刚度角度看均好于单级行星齿轮减速器。

技能认证采油中级考试(习题卷21)第1部分：单项选择题，共78题，每题只有一个正确答案,多选或少选均不得分。

1.[单选题]在电动螺杆泵抽油系统中0形环密封多用作（ ）密封。

A)动B)机械C)静D)不定答案:C解析:2.[单选题]采用( )注水方式的油田,为了均衡开发,各类井必须一次投注或投产。

A)边缘B)切割C)点状D)面积答案:D解析:3.[单选题]采油树大四通的外部压力是套管压力，内部压力是( )压力。

A)流动B)地层C)油管D)回压答案:C解析:4.[单选题](1690550)2号锉刀是指()锉刀。

A)粗齿B)中粗齿C)细齿D)双细齿答案:B解析:5.[单选题](1690745)计算抽油机惯性载荷时，通常计算()值。

A)最小值B)最大值C)平均值D)算术平均值答案:B解析:6.[单选题](1689804)将角位移传感器的24V+、24V － 接线端子连接到DC（）电源。

A)12V答案:D解析:7.[单选题](1690394)稠油计量站改()生产，是在特殊状况下油井不停产的应急措施。

A)进罐B)密闭C)计量D)外排答案:B解析:8.[单选题]水平尺精度正确的表示方法是（ ）。

A)mm/cmB)mm/mC)m/mD)m/m答案:B解析:9.[单选题]BH016 站控系统发生报警时，数据点方块和底部背景色会闪烁( )。

A)黄色B)绿色C)红色D)橙色答案:C解析:10.[单选题](1689959)提高抽油机井冲程利用率可以减小对抽油机井（）的影响。

A)泵效B)泵深C)功率D)载荷答案:A解析:11.[单选题]局部性盖层控制油气藏的规模与（ ）。

A)宽度B)高度C)丰度D)厚度答案:C解析:12.[单选题](1689890)注氮气提高原油采收率主要机理包括混相驱替、重力驱替和()。

A)提高油藏温度B)降低油藏压力C)保持油藏压力D)保持油藏温度13.[单选题]措施井开井后（ ）内应测试示功图。

A)2～5dB)3-5dC)5～l0dD)10～15d答案:B解析:14.[单选题]BE006 台式电钻直径一般不超过( )。