CN101709707A - 滚珠逆螺旋驱动式往复抽油螺杆泵 - Google Patents

Abstract

滚珠逆螺旋驱动式往复抽油螺杆泵，属于采油机械技术领域。由抽油杆、排油管、滚珠花键副、滚珠螺旋副、空实心传动轴、空心花键螺旋轴、正反旋转抽油螺杆泵等安装组成，空心花键螺旋轴的上端接抽油杆，下端通过联轴套与空实心传动轴连接，空实心传动轴的下端通过万向联轴器连接正反旋转抽油螺杆泵。本发明结构科学合理，结构紧凑，生产制造容易，运行稳定，可靠安全，便于维护管理，满足高含砂量、高油气比的稠油的采油，有利于对现有采油机械的改进更新，减少企业设备更新改造的投资费用。采用空心花键螺旋轴和滚珠逆螺旋传动装置以及正反旋转抽油螺杆泵，最大限度消除无用功，提高油井的举升抽油效率，实现高效节能。

Description

滚珠逆螺旋驱动式往复抽油螺杆泵

技术领域

本发明涉及用于油田开采中抽油泵的结构，特别是使用机械采油方法时所采用的螺杆泵，属于采油机械技术领域。

背景技术

目前，在我国油田使用的采油机械中，游梁式抽油机占多数(由抽油机带动抽油杆做上下往复直线运动，从而驱动有杆柱塞式抽油泵工作)，其结构简单、制造容易、维护方便。但是，柱塞式抽油泵存在能耗高、效率低等缺点，而且随着随着我国各大油田开发的不断发展，油田的开发难度不断增加，许多油田的油井相继出现了高含砂量、高油气比的稠油，使用柱塞式抽油泵很难实现经济、有效的开采。螺杆泵采油作为近几十年发展起来的应领域逐渐扩大、应用前景十分广阔的新型机，目前国内外应用的螺杆泵采油系统主要有两种：一种是地面驱动螺杆泵采油系统，它是由地面动力带动抽油杆柱旋转，使螺杆泵转子低速转动实现油液的举升；另一种是潜游电机驱动螺杆泵采油系统，它是由井下潜游电机直接驱动螺杆泵转子高速转动实现油液的举升。对于高含砂量、高粘度原油应用螺杆泵可以很好的开采，在现场应用中均取得了较好的效果。针对上述抽油机抽油，只能实现单方向的抽油举升，而在下冲程运动时做的是无用功，而对于采用上述任一种驱动方式的螺杆泵，都与目前使用的抽油机的动力驱动方式不匹配，这将意味着有无数台抽油机的报废，造成企业投资费用的增加，提高了成本，浪费了资源。为解决这一问题，许多人在这方面做了大量的研究，也取得了一些效果。专利申请人在这之前发明了专利号为200720035487.2的直线驱动式间断旋转螺杆泵，基本满足高含砂量、高油气比的稠油的采油，对现有的游梁式抽油机的采油机械加以了利用，减少企业设备更新和改造的投资费用。如何进一步提高螺杆泵抽油的效率，仍然是许多高校、研究单位和油田企业关心的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对上述存在的问题，最大限度的消除无用功，提高油井的举升抽油效率，实现高效节能，在已设计直线驱动式间断旋转螺杆泵的基础上，提供一种实现双方向的举升抽油的滚珠逆螺旋驱动式往复抽油螺杆泵。

发明的技术方案：滚珠逆螺旋驱动式往复抽油螺杆泵，包括抽油杆、排油管，其特征是设有滚珠花键副、滚珠螺旋副、空实心传动轴、空心花键螺旋轴、正反旋转抽油螺杆泵，空心花键螺旋轴的上端接抽油杆，下端通过联轴套与空实心传动轴连接；空心花键螺旋轴外圆柱面上有平行于轴心线方向的花键滚珠直槽和交合的滚珠螺旋槽，空心花键螺旋轴内沿轴线开有排油管道孔；在空心花键螺旋轴外布置滚珠花键副和滚珠螺旋副，滚珠花键副在滚珠螺旋副上方与排油管连接，空实心传动轴的下端通过万向联轴器连接正反旋转抽油螺杆泵。空实心传动轴由空心传动轴14与实心传动轴20固定连接构成一体，空心传动轴设有上大下小的同轴的阶梯通油孔，小孔的侧面开有对称的方孔或圆孔，从空心传动轴过渡到实心传动轴之间设有游动阀；所述滚珠花键副是在空心花键螺旋轴外设置花键套、滚珠、滚珠回珠反向器构成，滚珠设置在空心花键螺旋轴与花键套之间的直槽中，滚珠回珠反向器固定在花键套两端；所述滚珠螺旋副是在空心花键螺旋轴外设置螺旋套、滚珠构成，滚珠设置在空心花键螺旋轴与螺旋套之间的螺旋槽中。

所述的正反旋转抽油螺杆泵设有定子座、螺杆转子、4个单向阀、轴承和密封圈，螺杆转子设置在定子座内，螺杆转子的下端开有盲孔，盲孔的侧面有垂直盲孔且对称布置的通孔；螺杆转子的上端通过万向联轴器与空实心传动轴中的单向阀19连接在一起，单向阀19阀体外圆柱面上开有一条密封槽并在其内嵌有橡胶密封圈；螺杆转子通过轴承支承在定子座的内、外缸套上，内缸套下端连接1个阀芯轴线与螺杆转子轴线成一定角度的单向阀27，单向阀27有一与螺杆转子轴平行的通孔通到螺杆转子的底部，单向阀27的下端有一内圆止口，该止口连接单向阀28的上端止口，单向阀28的下止口连接阀隔板29；隔板的下方连接单向阀30，单向阀30的阀体侧面开一通孔，使螺杆泵外的油液能通过单向阀进入内外缸套封闭成的环形油路中。

所述的定子座包括内缸套、外缸套、T形隔离板、轴承和密封件，外缸套为由无缝钢管沿对称轴线剖开的两半爿，采用T形隔板和螺钉连接固定在一起构成，内缸套置于外缸套之内，两个T形隔离板分别顶住内缸套，T形隔离板与内缸套之间设有密封件，将内缸套和外缸套之间的环形腔分为压、排油两腔(左侧腔室、右侧腔室)，构成油液的输入和输出管道，在内缸套内，以橡胶为衬套并浇铸在其内表面。

本发明结构科学合理，结构紧凑，生产制造容易，运行稳定，可靠安全，便于维护管理，有利于对现有采油机械的改进更新，减少企业设备更新改造的投资费用。采用空心花键螺旋轴和滚珠花键副、滚珠螺旋副构成的滚珠逆螺旋传动装置以及正反旋转抽油螺杆泵，最大限度的消除无用功，提高油井的举升抽油效率，实现高效节能。在各密封部位设置了O形密封圈、唇形密封圈及垫圈，有效控制油液渗漏。

空实心传动轴的下端通过双万向节的万向联轴器连接正反旋转抽油螺杆泵，使空实心传动轴的同心转动满足螺杆转子偏心往复运动和行星转动的要求，从而保证了动力传递的高效平稳。

螺杆泵有两条相互独立的输油管道——中心油道和旁侧油道。一条是先经由螺杆泵腔室进入空心传动轴，再由花键螺旋轴把油液输出，即构成中心油道；另一条是先从环形空间的左侧腔室经螺杆泵腔室进入环形空间的右侧腔室，再经空心传动轴和空心花键螺旋轴把油液输出，组成旁侧油道。采用分注阀、环空阀和固定阀三个独立的固定阀组成阀控制装置

空心花键螺旋轴，在外圆表面铣出直槽和螺旋槽，直槽内放置花键滚珠，与花键套接在一起，花键套两端装有反向器，使得花键滚珠在直槽内循环运动，构成凹槽式滚珠花键副；螺旋槽与旋合螺母(螺旋套)合起来形成螺旋线滚道，在旋合螺母上相隔若个圈数螺旋槽上钻出两孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。在螺母的外圆表面上铣出螺旋槽沟通两孔，以构成循环回路。在螺母的进出口各装上一个直径与滚珠直径相同呈螺旋状的挡珠器，再铜焊上一段螺栓，用螺帽固定在螺母的螺旋槽内。挡珠器修磨成圆弧形，与螺母上的切口相衔接。当滚珠滚到出口即被挡珠器爪端挡住而引入回程道，当滚珠由回程道滚到进口处则被另一个挡珠器的爪端顺利引入螺旋槽中。即而构成螺旋槽式外循环滚动螺旋副。花键螺旋轴内部加开成空心，供油液输送。采用滚动螺旋副是将抽油杆的上下往复直线运动变成往复旋转运动，配置滚珠花键副目的是为抽油杆导向，平衡螺杆泵旋转工作时产生的反力矩。由滚珠花键副导向，引导滚动螺旋副将旋转运动转换为直线运动，从而驱动螺杆泵工作，运动平稳，可靠性高，大大提高了传动效率。

附图说明

图1为本发明的往复抽油螺杆泵上半部分结构示意图；

图2为本发明的往复抽油螺杆泵下半部分结构示意图；

图3为图2中A-A向剖视图。

图中：1抽油杆、2外套、3外套、4反向器、5花键滚珠、6花键套、7轴承、8联接套、9滚珠、10螺旋套、11螺钉、12空心花键螺旋轴、13联接套、14空心传动轴、15轴承、16锁紧螺母、17外缸套、18内缸套、19单向阀(游动阀)、20实心传动轴、21万向联轴器、22螺杆转子(螺杆泵转子)、23定子、24右腔室、25左腔室、26轴承、27单向阀(分注阀)、28单向阀(环空阀)、29T形隔板、30单向阀(固定阀)、31T形隔离板。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，滚珠逆螺旋驱动式往复抽油螺杆泵，由抽油杆1、排油管、滚珠花键副、滚珠螺旋副、空实心传动轴、空心花键螺旋轴、正反旋转抽油螺杆泵等安装组成，空心花键螺旋轴12的上端接抽油杆，下端通过联轴套13与空实心传动轴连接；空心花键螺旋轴外圆柱面上有铣出平行于轴心线方向的花键滚珠直槽和交合的滚珠螺旋槽，空心花键螺旋轴内沿轴线开有排油管道孔。花键滚珠直旋槽用于和花键套6配合，花键套6固定连接在外套3中，花键套6两端设置滚珠回珠反向器4，构成封闭的滚珠循环滚道，对应的直旋槽内放置花键滚珠5。滚珠螺旋槽用于和旋合螺旋套10配合，螺旋套10上下端分别由联接套8和联接套13用螺钉固定，螺旋套10的螺旋槽滚珠滚道与空心花键螺旋轴表面的螺旋槽滚珠滚道构成封闭的滚珠循环滚道，在螺旋槽内放置滚珠9。

在空心花键螺旋轴外布置滚珠花键副和滚珠螺旋副，滚珠花键副在滚珠螺旋副上方连接排油管。外套3和联接套8之间由轴承7支承。空实心传动轴通过轴承15支持在外缸套17中，其中轴承15由圆锥滚子轴承和向心球轴承联合组成。空实心传动轴的下端通过万向联轴器连接正反旋转抽油螺杆泵。正反旋转抽油螺杆泵设有定子座、螺杆转子、4个单向阀、轴承和密封圈，螺杆转子设置在定子座内。

定子座由定子、内缸套、外缸套、T形隔离板、轴承和密封件等安装组成。外缸套由无缝钢管沿对称轴线剖开为两半，然后采用T形隔板用螺钉将两半外缸套固定在一起。内缸套置于外缸套之内，两个T形隔离板分别顶住内缸套，将内缸套和外缸套之间的环形腔分为压、排油两腔(左侧腔室、右侧腔室)，构成油液的输入和输出管道，定子23胶粘在内缸套18中，以橡胶为衬套并浇铸在刚体外套内形成，T形隔离板与内缸套之间设有密封件。

螺杆转子的下端开有盲孔，盲孔的侧面有垂直盲孔且对称布置的通孔；螺杆转子的上端通过万向联轴器与空实心传动轴中的单向阀19连接在一起，单向阀19阀体外圆柱面上开有一条密封槽并在其内嵌有橡胶密封圈；螺杆转子通过轴承支承在定子座的内、外缸套上，内缸套下端连接1个阀芯轴线与螺杆转子轴线成一定角度的单向阀27，单向阀27有一与螺杆转子轴平行的通孔通到螺杆转子的底部，单向阀27的下端有一内圆止口，该止口连接单向阀28的上端止口，单向阀28的下止口连接阀隔板29；隔板的下方连接单向阀30，单向阀30的阀体侧面开一通孔通向阀芯上方连通阀的进油口与内外缸套封闭成的环形油路，分注阀27、环空阀28、固定阀30组成阀控制装置。

空实心传动轴由空心传动轴14与实心传动轴20固定连接构成一体，空心传动轴14设有上大下小的同轴的阶梯通油孔，小孔的侧面开有对称的方孔或圆孔，从空心传动轴过渡到实心传动轴之间设游动阀(单向阀)19。滚珠花键副是在空心花键螺旋轴12外设置花键套6、花键滚珠5、滚珠回珠反向器4构成，花键滚珠5设置在空心花键螺旋轴12与花键套6之间的直槽中，滚珠回珠反向器4固定在花键套6两端。滚珠螺旋副是在空心花键螺旋轴12外设置螺旋套10、滚珠9构成，滚珠设置在空心花键螺旋轴与螺旋套之间的螺旋槽中。

往复抽油螺杆泵工作原理可以分为上冲程和下冲程两个过程，具体工作如下：

1.上冲程

当抽油杆1向上运动时，通过直旋机构的转换，使得螺旋套10做逆时针方向旋转，带动空心花键螺旋轴12向上运动，通过联接套13，带动空心传动轴14做逆时针方向转动，转矩传递到实心传动轴20，经万向联轴器21带动直旋螺杆(泵)转子22逆时针方向转动，从而驱动螺杆泵工作，螺杆泵转子和定子相互啮合形成一个个连续的密封腔室，转子在定子内转动，空腔从螺杆泵的入口端向出口端移动空腔内的油液也随之从螺杆泵的吸入端送到排出端，油液的传输直接由阀控制装置来控制，此时靠近螺杆泵下端的环空阀28，油液进入螺杆泵入口端，远离螺杆泵下端的固定阀30与分注阀27关闭，泵腔内油液压力上升，使泵上端的游动阀19开启，从而油液经螺杆泵排出端进入中心油道，最后被提升到地面。

2.下冲程

当抽油杆1作向下直线运动时，通过滚珠花键副和滚珠螺旋副，使得螺旋套10作顺时针方向旋转，经万向联轴器21带动直旋螺杆泵转子22顺时针方向转动，游动阀19和环空阀28关闭，固定阀30和分注阀27开启，油液进入左腔室25，流进左侧旁侧油道，经过泵腔进入右腔室24，由右侧旁侧油道最后通入中心油道被提升到地面。

Claims (3)

1.一种滚珠逆螺旋驱动式往复抽油螺杆泵，包括抽油杆、排油管，其特征是设有滚珠花键副、滚珠螺旋副、空实心传动轴、空心花键螺旋轴、正反旋转抽油螺杆泵，空心花键螺旋轴的上端接抽油杆，下端通过联轴套与空实心传动轴连接；空心花键螺旋轴外圆柱面上有平行于轴心线方向的花键滚珠直槽和交合的滚珠螺旋槽，空心花键螺旋轴内沿轴线开有排油管道孔；在空心花键螺旋轴外布置滚珠花键副和滚珠螺旋副，滚珠花键副在滚珠螺旋副上方与排油管连接，空实心传动轴的下端通过万向联轴器连接正反旋转抽油螺杆泵；所述空实心传动轴由空心传动轴与实心传动轴固定连接构成一体，空心传动轴设有上大下小的同轴的阶梯通油孔，小孔的侧面开有对称的方孔或圆孔，从空心传动轴过渡到实心传动轴之间设有游动阀；所述滚珠花键副是在空心花键螺旋轴外设置花键套、滚珠、滚珠回珠反向器构成，滚珠没置在空心花键螺旋轴与花键套之间的直槽中，滚珠回珠反向器固定在花键套两端；所述滚珠螺旋副是在空心花键螺旋轴外设置螺旋套、滚珠构成，滚珠设置在空心花键螺旋轴与螺旋套之间的螺旋槽中。

2.根据权利要求1所述的滚珠逆螺旋驱动式往复抽油螺杆泵，其特征是所述的正反旋转抽油螺杆泵设有定子座、螺杆转子、4个单向阀、轴承和密封圈，螺杆转子设置在定子座内，螺杆转子的下端开有盲孔，盲孔的侧面有垂直盲孔且对称布置的通孔；螺杆转子的上端通过万向联轴器与空实心传动轴中的单向阀(19)连接在一起，单向阀(19)阀体外圆柱面上开有一条密封槽并在其内嵌有橡胶密封圈；螺杆转子通过轴承支承在定子的内、外缸套上，内缸套下端连接1个阀芯轴线与螺杆转子轴线成一定角度的单向阀(27)，单向阀(27)有一与螺杆转子轴平行的通孔通到螺杆转子的底部，单向阀(27)的下端有一内圆止口，该止口连接单向阀(28)的上端止口，单向阀(28)的下止口连接阀隔板(29)；隔板的下方连接单向阀(30)，单向阀(30)的阀体侧面开一通孔。

3.根据权利要求2所述的滚珠逆螺旋驱动式往复抽油螺杆泵，其特征是所述的定子座包括定子、内缸套、外缸套、T形隔离板、轴承和密封件，外缸套为由无缝钢管沿对称轴线剖开的两半爿，采用T形隔板和螺钉连接固定在一起构成，内缸套置于外缸套之内，两个T形隔离板分别顶住内缸套，T形隔离板与内缸套之间设有密封件，将内缸套和外缸套之间的环形腔分为压、排油两腔(左侧腔室、右侧腔室)，构成油液的输入和输出管道，定子为内缸套的橡胶衬套，浇铸在内缸套内表面。

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