CN101225738B - 油田井下转动式机械传动装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于油田井下采油的井下转动式机械传动装置，在井下转动式马达与井下转动式泵负载之间，起到传递转速和转矩、转换转动轨迹的作用，并承担来自泵负载的、马达不能承受的力或力矩。主要包括：联轴器、轴承节、润滑油油箱、变速器、输出端接头和输入端接头，其中变速器采用减速器或增速器。与马达和泵负载的连接方式是：轴间采用丝扣或花键连接，外壳采用丝扣或法兰连接。本发明的主要特征是：在高温、高压、径向尺寸小的这种特殊环境中，实现了马达与泵负载的有效传动以及马达输出性能与泵负载输入要求的匹配，同时也显著降低了这类井下设备的制造和使用成本，拓宽了这类井下设备的使用范围。
Description
技术领域
本发明属于机械传动技术领域，具体地说是一种用于油田井下采油的井下转动式机械传动装置。
背景技术
一般来讲，油田井的作用是：通过井从地下采出流体或向地下注入流体，对于相当多的井，受地下和/或地面条件的限制，为了完成这项任务，需要将转动式马达和转动式泵负载安装在井下工作，转动式马达主要有水力转动式马达和三相异步电机，转动式泵负载主要有离心泵和螺杆泵。以往基本是采用马达直接拖带泵负载，导致的问题是马达和泵负载的工况都不合理、设备工作可靠性很差。
例如电机拖带螺杆泵情况：螺杆泵工作转距比较大，合理转速在每分钟数十转至数百转之间，而相对于螺杆泵，电机属于高转速低转矩输出，因油田井下因素而导致的设计和制造上的限制，目前电机做到四极可行，工频输出转速在1430rpm左右，同一电机采用变频虽可降低转速但不能提高输出转矩；另外螺杆泵工作所产生的数吨甚至数十吨的轴向力也是电机无法承受的；定轴转动的电机与行星运动的螺杆泵之间也需要的挠性联轴器传动。
再例如电机拖带离心泵情况，马达采用的是二极电机，工频输出转速在2860rpm左右，离心泵可在更高的转速下工作，如果使用增速机械传动，能够以转速约3次方的关系提高离心泵负载的输出功率，显著拓宽离心泵的使用范围。
又例如水力驱动式螺杆泵情况，其马达部分与螺杆泵负载部分虽然同为螺杆水力机械，考虑到它们的工况不同，它们在设计方式和技术参数上也不同，这就要求它们之间靠机械传动联接，既有减速的情况也有增速的情况。
所以，从机电一体化角度，合理的方案是在转动式马达与转动式泵负载之间采用相应的转动式机械传动，而且这种机械传动装置还要适应特殊的井下使用环境和特殊的使用要求，即：井的深度一般是从几百米到几千米，环境温度可能达到100℃以上，井的内径一般在120mm-230mm，起下尤其在海上油田起下井下设备的经济代价高，要求井下设备免维修保养下工作可靠且连续运行寿命超过450天。
发明内容
本发明的目的是：提供一种用于油田井下采油的，在井下转动式泵负载与井下转动式马达之间设置的井下转动式机械传动装置。
本发明的目的是这样实现的：它包括有变速器，联轴节，其特征是：在井下转动式泵负载与井下转动式马达之间依次设置有输出端接头，联轴器，止推式轴承节、补偿式润滑油油箱或补偿式润滑油油箱、止推式轴承节，变速器和输入端接头；在联轴器，止推式轴承节，补偿式油箱和变速器之间分别设置有一中间接头，其中在轴承节与补偿式油箱及补偿式油箱与变速器或轴承节与变速器之间的中间接头内设有彼此相通的润滑油通孔，在补偿式润滑油油箱的外壁上设置有传递外部压力的通孔；在联轴器的外壁上还设置有井液通孔。
本发明的补偿式润滑油油箱选用胶囊式润滑油油箱，与该油箱外壁上设置传递外部压力的通孔配合使用，从而使共用一个润滑油油箱的轴承节和变速器，能自动调节其内腔的压力与外部压力平衡，因此该装置在油田井下的工作寿命周期内不用维修保养。
本发明的变速器选用行星齿轮减速器或行星齿轮增速器。
为了缩小本发明机械传动装置的径向尺寸，本发明的行星齿轮减速器或行星齿轮增速器的内齿直接加工在外壳内壁上。
在行星齿轮减速器或行星齿轮增速器的润滑油内腔还设置有用于吸附金属碎屑的磁性材料，从而使润滑油内腔的润滑油具有自洁功能。
本发明的联轴器由于选用挠性联轴器，这样提高了整个机械传动装置对不同泵负载的适应性，并且选用开式结构而依靠井液润滑，从而大大地延长在井下的使用寿命。
由于在油田井下采油的井下转动式泵负载与转动式马达之间增设了本发明的转动式机械传动装置，因此起到传递转速和转矩、转换转动轨迹的作用，并承担来自泵负载的、马达不能承受的力或力矩，在高温、高压、径向尺寸小的这种特殊环境中，实现了马达与泵负载的有效和可靠传动以及马达输出性能与泵负载输入要求的匹配，同时也显著降低了这类井下设备的制造和使用成本，拓宽了这类井下设备的使用范围。本发明还具有结构简单、使用方便、使用寿命长、应用范围宽等优点。
附图说明
图1是本发明的局剖结构示意简图；
图2是本发明的行星齿轮减速器的半剖结构示意简图；
图3是本发明的行星齿轮增速器的半剖结构示意简图。
※※附图主要部分的符号说明※※
1：挠性联轴器； 3：止推式轴承节； 4：中间接头；
5：胶囊式润滑油油箱； 7：行星齿轮减速器； 9：轴；
12：井液通孔； 16：润滑油通孔； 18：通孔；
下面将通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
实例1
如图1～2所示，主要由挠性联轴器1、止推式轴承节3、胶囊式润滑油油箱5、行星齿轮减速器7依次串联组成。在进行本发明整体装配前，各部分先做为总成完成装配，然后进行整体连接装配。其中联轴器1、轴承节3、润滑油油箱5之间，轴采用花键副连接，外壳通过中间接头2、4采用丝扣连接；胶囊式润滑油油箱5与行星齿轮减速器7之间，轴采用齿轮联轴器连接，外壳通过中间接头6采用丝扣连接；输入端与马达之间，轴9采用花键副连接，外壳采用法兰盘8连接；输出端与负载之间，轴10采用花键连接，外壳采用法兰头11连接。
如图1所示，胶囊式润滑油油箱5的内腔17与轴承节3的内腔15通过润滑油通孔16连通，胶囊式润滑油油箱5的内腔20与行星齿轮减速器7的内腔22通过通孔21连通，胶囊式润滑油油箱5的内腔17和内腔20是相通的。
如图1所示，胶囊式润滑油油箱5通过胶囊19的膨胀与收缩和传递外部压力的通孔18来实现内腔与外部的压力平衡。
如图1所示，井液通过井液通孔12和通孔14进入联轴器空心轴13内。
如图2所示，行星齿轮减速器7采用NGW型，该减速情况主要用于负载为螺杆泵的采油情况。该行星齿轮减速器7主要由中心轮轴701，行星架704，外壳703，齿轮联轴器706组成；为中心轮轴701输入，行星架704输出，内齿直接加工在外壳703内壁上，润滑油自洁功能是通过吸附金属碎屑的永磁件702、705来实现的。
实例2
如图3所示，图中的30为行星齿轮增速器，该行星齿轮增速器30替换图1中的行星齿轮减速器7时，则为增速情况，该增速情况主要用于负载为离心泵的采油情况。该行星齿轮增速器30主要由行星架301，中心轮轴304，外壳303，齿轮联轴器306组成；为行星架301输入，中心轮轴304输出，，内齿直接加工在外壳303内壁上，润滑油自洁功能是通过吸附金属碎屑的永磁件302、305来实现的。
增速情况与减速情况相比较：除了减速器为增速器外，其余基本相同，这样设计是为了实现两者的互换性，因此不再赘述。
Claims (5)
1.一种油田井下转动式机械传动装置，它包括有变速器，联轴器，其特征是：在井下转动式泵负载与井下转动式马达之间依次设置有输出端接头、联轴器、止推式轴承节、补偿式润滑油箱、变速器和输入端接头；设置三个中间接头，分别设置在联轴器和止推式轴承节，止推式轴承节和补偿式润滑油箱以及补偿式润滑油箱和变速器之间，在止推式轴承节与补偿式润滑油箱及补偿式润滑油箱与变速器之间的中间接头内设有彼此相通的润滑油通孔，在补偿式润滑油油箱的外壁上设置有传递外部压力的通孔；在联轴器的外壁上还设置有井液通孔；所述的补偿式润滑油箱为胶囊式润滑油箱。
2.根据权利要求1所述的油田井下转动式机械传动装置，其特征是：联轴器为依靠井液润滑的挠性联轴器。
3.根据权利要求1所述的油田井下转动式机械传动装置，其特征是：变速器为行星齿轮减速器或行星齿轮增速器。
4.根据权利要求3所述的油田井下转动式机械传动装置，其特征是：行星齿轮减速器或行星齿轮增速器的内齿直接加工在外壳内壁上。
5.根据权利要求4所述的油田井下转动式机械传动装置，其特征是：在行星齿轮减速器或行星齿轮增速器的润滑油内腔还设置有用于吸附金属碎屑的磁性材料。
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