潜油螺杆泵减速机的研制

潜油螺杆泵减速机的研制是在范总工程师的引荐下，由天津OCEC公司董事长王先生出资，我负责研究、设计和试制工作中的技术指导，并由范总工程师负责电机和螺杆泵的选用以及全部试制工作的组织安排。研制工作还包括压力平衡器的改进和螺杆泵专用万向联轴器以及螺杆泵扶正器的研制。这种潜油螺杆泵减速机是用在1000米以下的深海油井中提取高黏度（含沙量也比较高）的原油用的专用设备。在深海条件下，环境十分恶劣，井液温度很高，甚至超过摄氏100度，压力达到100大气压以上，由于油井直径的限制，全套井内设备的外径都必须保持在100毫米到200毫米之间（根据井管大小决定），而需要传递的功率又都在数十千瓦甚至100千瓦以上，因此该机的设计和制造都非常困难，目前世界上一些科技和工业十分发达的国家对这个问题均尚未找到理想的解决方案。我们在研制这种潜油螺杆泵减速机时是采用我在西德时提出的内啮合齿轮传动的新理论进行设计，采用此新理论设计的减速机，其性能远比用传统方法设计的减速机优越。经过4年的研究试验，也经历了几次挫折和反复，最后研制的减速机经过国家指定的《天津机械工业减变速机质量监督检测中心》的实验检测，目前我们的减速机已达到比已知其他任何同类型减速机均为优越的水平；压力平衡器、特种球形万向联轴器和螺杆泵扶正器也获得了比较理想的解决方案。其中减速机和球形万向联轴器由我和董事长王先生共同申请了专利。

    这次研制的减速机是用于7英寸井管的外径为138毫米的减速机，其速比为8.65（输出转速约163转/分）和8.333（输出转速约170转/分）两种，其中齿轮系统是按照本人提出的“甚短齿减速机”原理进行设计的。按这项技术设计的减速机有许多突出的优点，其中最重要的有以下几点：

1、其传动比范围极大，从10以下的小速比到10000以上的大速比，均可用一级减速解决，因此大大简化了结构。

2、 零件数量极少，除标准件以外的自制零件在一般情况下不超过10件，且这些零件一般不用高级钢材，不需进行复杂热处理，因此成本大大降低，可靠性比其他零件数量多的产品高很多。

3、齿轮抗弯强度和接触强度均极高，滑动率低至几乎接近0。因此，采用软齿面设计，即使在重负荷情况下，其寿命仍比其他硬齿面减速机还要长。

4、速比设计非常精确，由于采用了特殊的速比设计方法，对用户提出的某些要求精确的特殊速比，其误差可降低到千分之一甚至万分之一以下。

5、在同体积、同输出转速的条件下，其输出扭矩比其他减速机提高很多倍，（我们的部分样机的输出扭矩，甚至比国内外某些同体积、同输出转速的其他结构的减速机大数十倍），因此可以设计制造小体积大扭矩减速机。

对于轴承的设计，均严格按照SKF和INA的最新计算方法进行严密计算，在满负荷运转的条件下，每天连续运转24小时，其使用寿命均在一年以上。对于其他零件，除了对静强度进行计算之外，对疲劳强度、接触强度和扭转刚度、弯曲刚度均按精确计算方法进行计算，以确保在使用中万无一失。

已送《检测中心》检测的是前一种。当载荷加大到19.7千瓦时，噪声、震动和温升都完全正常，未发现任何异常现象；按计算结果显示，载荷增加到22千瓦以上，减速机仍能承受此繁重负荷，安全运转。因测试时间已到，未继续增加载荷。（其他单位送该中心检测的相同用途的减速机，有的刚加负荷就坏了，最好的一台加到7.5千瓦就坏了）。检测中心的有关工程师和检测中心领导对我们送检的样机给予了高度评价。对于速比8.333的样机，我们在此基础上又进一步进行了改进，结构更加完善，性能更加提高。根据我最近的研究和计算，如果将减速机外径加大到180毫米（用于9英寸井管），在同样速比的条件下，传动功率可达到60千瓦，如果将速比改为4.7左右（输出转速约300转/分），传动功率有可能增加到120千瓦。

与潜油螺杆泵配套的压力平衡器、球形万向联轴器和螺杆泵扶正器也获得了比较理想的解决方案，其性能也超过了国内外其他同类型产品。

以上减速机、压力平衡器、球形万向联轴器和螺杆泵扶正器在设计时均考虑到使用条件为井深超过1000米，井液温度在100℃左右，泵排量为日产100立方米以上，而轴承及其他零件的使用寿命，在每天连续工作24小时的情况下，均能正常运转一年以上。

以上研究成果在目前日益紧迫的能源开发中具有非常重要的实际意义，其应用前景非常广阔。