CN102155390B - 深井螺杆泵用柔性传动机构 - Google Patents

Abstract

一种深井螺杆泵用柔性传动机构，包括自动压力平衡装置、分流承压止推装置和柔性联轴装置，自动压力平衡装置包括第I外壳、装在第I传动轴上的止推轴承、轴承压板、轴头承压板；轴头承压板与第II传动轴下端面之间留有间隙Y；分流承压止推装置包括第II外壳、装在第II传动轴上的止推轴承、弹簧、弹簧压板、装在第III传动轴上的止推轴承、弹簧、弹簧压板；柔性联轴装置包括第III外壳、第IV接头，第IV外壳、输入轴、装在输入轴上的止推轴承、轴承压套、弹簧、机械密封、装在第IV外壳内的万向轴、输出轴。本发明可以承受相当巨大的轴向力和环境压力，并具有运转平稳，效率高，寿命长，且结构简单紧凑，生产成本相对较低的优点。

Description

深井螺杆泵用柔性传动机构

技术领域

本发明属于传动装置领域，特别是涉及一种将压力平衡装置、分流承压止推装置和柔性联轴装置连成一个整体，轴向力用弹簧分流，能承受巨大轴向力的深井螺杆泵用柔性传动机构。

背景技术

在石油生产领域中，采油使用的设备早期都使用地面的动力设备，通过柱塞泵和管件，将原油从几千米深的井底抽出，由于此种设备功率损失很大，效率低，以后逐渐发展为用井下潜油离心泵采油，将动力直接放在井下，由于动力紧靠在离心泵附近，因此功率损失轻微，采油效率比地面驱动高许多。但是潜油离心泵只能使用在原油粘度相当低，而且含沙量很少的场合，如果原油粘度较高或者含沙量较多，离心泵就无法使用，必须采用螺杆泵代替离心泵。但螺杆泵必须使用减速机将电动机的高转速降低为螺杆泵需要的低转速，同时将输出扭矩加大，再用柔性传动机构将减速机的围绕轴心的迴转运动传递给螺杆泵的既有迴转运动又有摆动的转子。因此，柔性传动机构是螺杆泵必不可少的重要组件。目前普遍使用的柔性传动机构有用蒙耐尔合金制造的可以弯曲的传动轴，有用销子在滑槽中滑动的万向轴，还有用钢球和凹槽来处理偏摆运动的结构。然而所有这些结构都存在各不相同的缺点；用蒙耐尔合金制造的可以弯曲的传动轴由于本身不断反复进行多次弯曲，功率损失很大，而且存在相当大的横向力，对整体机构不利；用销子在滑槽中滑动的万向轴，由于销子和滑槽之间的接触应力很高，磨损相当严重；用钢球和凹槽来处理偏摆运动的结构，主要靠钢球和凹槽之间的间隙来适应传动轴的回转和摆动的矛盾，然而钢球和凹槽之间完全是点接触，由此产生的巨大接触应力更容易造成零件的损坏。以上所有联轴器的共同缺点是难以承受螺杆泵在工作中产生的巨大轴向力，不仅结构本身很难承受，就是专门为承担此轴向力而设计的止推轴承，由于全部传动机构直径小，无法采用承载能力大的轴承，只能采用适合传动机构直径相对小的轴承，由于承载力不够，往往因止推轴承损坏造成整体系统破坏，这是目前普遍存在的问题；特别是目前适合离心泵开采的含沙量极低的稀油愈来愈少，需要用螺杆泵开采的含沙量高、粘度高的稠油必然成为今后的主攻方向，轴向力大的问题就提到议事日程上来了。

现有技术的传动机构是压力平衡器与联轴器均为独立设备，形式有多种多样，可任意搭配。工作中螺杆泵产生的巨大轴向力不分流，全部加载在一个止推轴承上。因此目前传动机构中的止推轴承极容易损坏，寿命很低。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种将压力平衡装置、分流承压止推装置和柔性联轴装置连成一个整体，轴向力用弹簧分流，能承受巨大轴向力的深井螺杆泵用柔性传动机构。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：本发明深井螺杆泵用柔性传动机构，包括：位于下部的压力平衡装置、位于上部的柔性联轴装置，压力平衡装置包括：装在第I外壳内，两端由径向轴承支撑的第I传动轴；装在第I传动轴上部的止推轴承；设在第I传动轴上端部的轴头承压板；第I传动轴上端通过上花键套与第II传动轴下端连接，第I传动轴下端通过下花键套与减速机输出轴连接；

柔性联轴装置包括：装在第III外壳内，由两个径向轴承支撑的输入轴、装在第IV外壳内，下端通过万向节与输入轴连接的万向轴、通过另一个万向节与万向轴上端连接的输出轴；

深井螺杆泵用柔性传动机构还包括：连接在压力平衡装置与柔性联轴装置中间的分流承压止推装置；

在压力平衡装置中设在第I传动轴上端部的轴头承压板与分流承压止推装置的第II传动轴下端面之间留有间隙；

分流承压止推装置包括：装在第II外壳内，且连接在第I传动轴上端的第II传动轴；装在第II传动轴上的止推轴承、止推轴承上方的弹簧、弹簧上方的弹簧压板，弹簧压板被第II传动轴上的轴台挡住；第II传动轴上端通过第II花键套连接的第III传动轴；装在第II花键套外的止推轴承和止推轴承上方的弹簧及弹簧压板，弹簧压板被第III传动轴上的轴台挡住；第III传动轴上端通过第III花键套与柔性联轴装置的输入轴连接，根据轴向力的大小，增减分流承压止推装置的数量；

柔性联轴装置还包括：装在输入轴下部的止推轴承、轴承压套、轴承压套上方的弹簧、弹簧压板；设在输入轴上部的机械密封。

所述的分流承压止推装置和柔性联轴装置中的弹簧是螺旋弹簧、环形弹簧或碟形弹簧。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明可以承受相当巨大的轴向力，还可以根据不同的轴向力调整分流承压止推装置的数量，使其与螺杆泵产生的轴向力相适应。

2、还能承受相当大的环境压力，使柔性传动机构内部的压力自动与井下压力平衡，保证各处密封不因两端压差过大而损坏。

3、该柔性传动机构具有运转平稳，效率高，寿命长，且结构简单紧凑，生产成本相对较低的特点。

附图说明

图1是本发明深井螺杆泵用柔性传动机构结构图；

图2是本发明的压力平衡装置结构剖面图；

图3是本发明的分流承压止推装置结构剖面图；

图4是本发明的柔性联轴装置下半部结构剖面图；

图5是本发明的柔性联轴装置上半部结构剖面图。

附图中主要部件符号说明：

1：自动压力平衡装置  2：分流承压止推装置  3：柔性联轴装置

4：下花键套          5：径向轴承          6：第I传动轴

7：第I外壳           8：止推轴承          9：上花键套

10：轴头承压板       11：第II传动轴       12：下接头

13：中间接头         14：上接头           15：轴承压板

16：连通孔           17：长胶囊           18：弹簧

19：弹簧压板         20：第III传动轴      21：第III花键套

22：输入轴           23：第III接头        24：第II花键套

25：内凸台           26：第II外壳         27：下部轴承压板

28：隔离套           29：第II接头         30：第IV接头

31：轴承压套         32：第III外壳        33：机械密封

34：万向节           35：第IV外壳         36：万向轴

37：输出轴           38：下胶囊座         39：输出接头

40：胶囊套管         41：上胶囊座。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明。

本发明深井螺杆泵用柔性传动机构，本发明将压力平衡装置、分流承压止推装置和柔性联轴装置连成一个整体。

由于本发明的结构非常细长，无法画在一张图纸上，因此分别画出各部分，又将柔性联轴装置分成下半部和上半部分别画出。

图1是本发明深井螺杆泵用柔性传动机构结构图。如图1所示，本发明由压力平衡装置1、连接在压力平衡装置上端的分流承压止推装置2和连接在分流承压止推装置上端的柔性联轴装置3共三部分构成。

图2是本发明的压力平衡装置结构剖面图。本发明的压力平衡装置，如图2所示，压力平衡装置1具有第I外壳7，第I外壳下端连接有下接头12，第I外壳上端连接有中间接头13，中间接头上方连接有上接头14。中间接头用来连接第I外壳和上接头，其目的是为了便于安装止推轴承8，在中间接头上还钻出连通孔16，连通孔使后面将要叙述到的长胶囊17外表面与外部井液联通。

第I外壳内装有两端由径向轴承5支撑的第I传动轴6，第I传动轴下端通过下花键套4与减速机输出轴连接，第I传动轴上端由上花键套9与第II传动轴11连接。上花键套将第I传动轴的廻转运动传递给上面的第II传动轴。第II传动轴是分流承压止推装置下部的传动轴。

第I传动轴上部的中间接头凸台上装有止推轴承8、轴承压板15，第I传动轴设有轴台挡住轴承压板。轴承压板上钻有斜孔，机油可通过斜孔流到上部空间，通过该轴承压板将轴向力均匀分布到止推轴承8上。

在第I传动轴上端部装有轴头承压板10，轴头承压板用来承受上部传动轴传来的轴向力，以免巨大的轴向力将花键压坏。该轴头承压板与第II传动轴下端面之间留有间隙Y。Y的大小要根据具体工作情况来计算，使其达到最佳效果。

在第I传动轴的外面通过胶囊套管40、下胶囊座38和上胶囊座41安装有长胶囊17，其功用是将外部井液和内部润滑油隔开，并将外部压力传递给润滑油，使润滑油具有和外部井液相同的压力，因此在各处密封的内外两端形成完全相同的压力，不存在压力差，各处密封仅仅将内外液体隔开，不致因压力差大而过快损坏。

图3是本发明的分流承压止推装置结构剖面图。分流承压止推装置连接在自动压力平衡装置上方。

本发明的分流承压止推装置，如图3所示，分流承压止推装置2，具有第II外壳26，第II外壳下端连接有第II接头29，第II外壳上端连接有第III接头23。第II接头下端与压力平衡装置的上接头14连接，第III接头上端与柔性联轴装置的第IV接头30连接。

第II外壳内装有第II传动轴11，第II传动轴下端伸入第II接头内，第II外壳内还装有第III传动轴20，其上部伸入第III接头内。

第II传动轴中部安装有2个径向轴承5，以保持第II传动轴的稳定性，2个径向轴承由隔离套隔开。

第II传动轴上，在上方径向轴承上面依次装有下部轴承压板27、止推轴承8、弹簧18和弹簧压板19。这里的弹簧压板19由第II传动轴上的轴台挡住，弹簧压板使第II传动轴上的部分轴向力均匀传递给弹簧。下部轴承压板把从止推轴承传来的轴向力向下传递给第II接头。

第II传动轴上端通过第II花键套24连接着第III传动轴20，第II传动轴顶端连接有轴头承压板。在第II花键套外装有止推轴承8、弹簧18和装在弹簧上方的弹簧压板19。止推轴承8座落于第II外壳上的内凸台25上。同样，弹簧压板由第III传动轴上的轴台挡住。第III传动轴上端通过第III花键套21与输入轴22连接，第III传动轴顶端也设有轴头承压板。

上述装在第II传动轴上的弹簧压板将部分轴向力均匀传递给弹簧18，弹簧受力时产生小的形变和大的弹力，把一部分轴向力传递给止推轴承8，并通过止推轴承8、下部轴承压板27、隔离套28和径向轴承5将该力传递给第II接头29。

上述装在第II花键套外的弹簧压板将第III传动轴上的一部分轴向力均匀传递给弹簧，再通过弹簧、止推轴承、第II外壳的内凸台25将这部分轴向力传递给第II外壳。

上述弹簧可采用任何具有足够弹力的弹簧，其中包括轴向尺寸短的环形弹簧和碟型弹簧。

应用本发明时，若轴向力过大，还可以增加分流承压止推装置的数量，以便分担更多的轴向力。

图4是本发明的柔性联轴装置下半部结构剖面图；图5是本发明的柔性联轴装置上半部结构剖面图。由于柔性联轴装置结构很长，无法画在一张图纸上，因此将其分成下半部和上半部各画在一张图纸上。

本发明的柔性联轴装置3，如图4、图5所示，柔性联轴装置的下半部下端连接在分流承压止推装置的上方，柔性联轴装置的下半部上端与柔性联轴装置的上半部连接。

柔性联轴装置具有第III外壳32，第III外壳下端连接有第IV接头30，第IV接头与分流承压止推装置的第III接头23连接，第III外壳上端与第IV外壳35连接，第IV外壳上端连接输出接头39。

第III外壳27内装有输入轴22，在第IV接头上面的输入轴上依次装有止推轴承8、轴承压套31、弹簧18和弹簧压板19。

在输入轴上部设有机械密封33。本发明的机械密封是设在整套传动机构的上部，它对下方的柔性联轴装置、分流承压止推装置和压力平衡装置均能起到密封作用。这与其他设计结构是不同的，其他设计中是将机械密封放在整套传动机构的下部，只起到密封一部分结构的作用。

机械密封上的动圈和静圈均由高硬度的耐磨材料制成，将含沙量高的井液和内部润滑油隔开，机械密封是标准件。

输入轴上端通过万向节34与万向轴36连接，万向轴装在在第IV外壳内。万向轴上端通过另一个万向节连接着输出轴37。输出轴上端与进口段中间轴连接。

输入轴由两套径向轴承5支撑，使输入轴保持在中心位置。

上述轴承压套31把从弹簧18传来的部份轴向力传递给止推轴承8，再通过止推轴承将此轴向力传递给第IV接头。

上述弹簧可采用任何具有足够弹力的弹簧，其中包括轴向尺寸短的环形弹簧和碟形弹簧。采用环形弹簧或碟型弹簧时，当输入轴受压，该弹簧产生很小的变形量和很大的弹力，这部份弹力可以很方便地根据弹簧的数量、组装方式和压缩程度获得需要的大小，此分力通过止推轴承传递给第IV接头，剩下的力再由下面分流承压止推装置的弹簧和止推轴承分开承担，这样就可以把巨大的轴向力分成若干个小的分力，分别由相应的止推轴承来承担，如果分开后每个分力仍然大，止推轴承仍承担不了，还可以增加分流承压止推装置的数量，这样，任何大的轴向推力都可以轻易地分成若干个小的分力，由相应的止推轴承来承担了。

上述输出接头的下端与第IV外壳连接，上端与螺杆泵的进口段中间轴连接，将柔性联轴装置的输出轴与螺杆泵的转子连接起来，驱动螺杆泵工作。

上述的分流承压止推装置和柔性联轴装置中的弹簧可以采用压缩弹簧、环形弹簧或蝶形弹簧。

在本机构中一共有6根轴，其他所有的轴都必须连接紧密，不得留有间隙，唯独在压力平衡装置的轴头承压板与第II传动轴下端面之间留有间隙Y，使上面的全部轴在轴向力驱动下向下移动，从而压缩各部弹簧，产生反弹力，抵消大部分轴向力，当两轴接触时，弹簧压缩终止，此时剩余的力，必须小于止推轴承所能承受的力，因此Y的大小要根据具体工作情况来计算，使其达到最佳效果。

本专利在实际应用时，必须根据工作情况进行计算，保证各部份零件，特别是止推轴承，能够达到必须的寿命要求。所用的弹簧，只要在小的压缩变形下能产生足够大弹力的弹簧都可以用，例如环形弹簧和碟型弹簧均可在设计时根据具体情况决定。

Claims (2)

1.一种深井螺杆泵用柔性传动机构，包括：位于下部的压力平衡装置、位于上部的柔性联轴装置，压力平衡装置包括：装在第I外壳内，两端由径向轴承支撑的第I传动轴；装在第I传动轴上部的止推轴承；设在第I传动轴上端部的轴头承压板；第I传动轴上端通过上花键套与第II传动轴下端连接，第I传动轴下端通过下花键套与减速机输出轴连接；

柔性联轴装置包括：装在第III外壳内，由两个径向轴承支撑的输入轴、装在第IV外壳内，下端通过万向节与输入轴连接的万向轴、通过另一个万向节与万向轴上端连接的输出轴；

其特征是深井螺杆泵用柔性传动机构还包括：连接在压力平衡装置(1)与柔性联轴装置(3)中间的分流承压止推装置(2)；

在压力平衡装置中设在第I传动轴(6)上端部的轴头承压板(10)与分流承压止推装置的第II传动轴(11)下端面之间留有间隙(Y)；

分流承压止推装置(2)包括：装在第II外壳(26)内，且连接在第I传动轴上端的第II传动轴；装在第II传动轴上的止推轴承(8)、止推轴承上方的弹簧(18)、弹簧上方的弹簧压板(19)，弹簧压板被第II传动轴上的轴台挡住；第II传动轴上端通过第II花键套(24)连接的第III传动轴(20)；装在第II花键套外的止推轴承(8)和止推轴承上方的弹簧(18)及弹簧压板(19)，弹簧压板被第III传动轴上的轴台挡住；第III传动轴上端通过第III花键套(21)与柔性联轴装置的输入轴(22)连接，根据轴向力的大小，增减分流承压止推装置的数量；

柔性联轴装置还包括：装在输入轴下部的止推轴承(8)、轴承压套(31)、轴承压套上方的弹簧(18)、弹簧压板(19)；设在输入轴上部的机械密封(33)。

2.根据权利要求1所述的深井螺杆泵用柔性传动机构，其特征是分流承压止推装置和柔性联轴装置中的弹簧是螺旋弹簧、环形弹簧或碟形弹簧。

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