CN102359445B - 一种具有三端面机械密封的螺杆泵地面驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有三端面机械密封的螺杆泵地面驱动装置，包括电机和与电机相连的减速器，减速器的输出主轴是空心轴，在减速器的输出主轴内设有与其同轴的中心管，中心管的下端部与减速器的底部固接，中心管的下端与封井器密封连接，在减速器的输出主轴与中心管形成的环空内设有三端面机械密封；三端面机械密封包括通过盘根盒与减速器的输出主轴内腔周向固定的密封外壳和固接在中心管外圆上的密封轴套；在密封外壳和密封轴套形成的环空内，从上至下依次设有三级机械密封，第一级机械密封与第二级机械密封之间形成机械密封上腔，第二级机械密封与第三级机械密封之间形成机械密封下腔。本发明的密封效果好，工作寿命长，能够快速更换。
Description
技术领域
本发明涉及油田采油领域的一种机械采油设备，特别是涉及一种具有三端面机械密封的螺杆泵地面驱动装置。
背景技术
螺杆泵地面驱动装置驱动抽油杆的方式是通过皮带轮和齿轮减速箱减速后，将电机的高转速、低扭矩转化为适应螺杆泵运转需要的低转速、高扭矩，从而带动抽油杆转动，以达到驱动井下螺杆泵的目的。基于这种传动结构，需要在与驱动装置连接的抽油杆(通常称作光杆)与螺杆泵地面驱动装置之间安装一套动密封装置，以防止井液外漏。目前，普遍采用的密封方式有填料密封和机械密封两种。填料密封结构简单，但需要经常更换，且易出现井液的渗漏，污染环境；机械密封目前采用的是单端面机械密封和双端面机械密封两种，单端面机械密封的密封压力大多在2MPa以下，且寿命短，一旦密封失效，便会出现井液外漏，严重污染井场和周围的环境，而双端面机械密封为下置式(机械密封在减速箱的下部称为下置式)，密封失效后，需要将整个驱动装置拆下之后方可更换，很不方便。
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具有三端面机械密封的螺杆泵地面驱动装置，该装置的密封效果好，工作寿命长，能够快速更换。
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：一种具有三端面机械密封的螺杆泵地面驱动装置，包括电机和与电机相连的减速器，所述减速器的输出主轴通过盘根盒和方卡连接，所述方卡与螺杆泵的抽油杆连接，其特征在于，所述减速器的输出主轴是空心轴，在所述减速器的输出主轴内设有与其同轴的中心管，所述中心管的下端部与所述减速器的底部固接，所述中心管的下端与封井器密封连接，在所述减速器的输出主轴与所述中心管形成的环空内设有三端面机械密封；
所述三端面机械密封包括通过所述盘根盒与所述减速器的输出主轴内腔周向固定的密封外壳和固接在所述中心管外圆上的密封轴套；
在所述密封外壳和所述密封轴套形成的环空内，从上至下依次设有三级机械密封，第一级机械密封与第二级机械密封之间形成机械密封上腔，所述第二级机械密封与第三级机械密封之间形成机械密封下腔；
该驱动装置还包括密封辅助系统，所述密封辅助系统包括固接在所述减速器上的增压罐，所述增压罐内设置有带有活塞杆的活塞，所述活塞将所述增压罐分隔为第一腔室和第二腔室，所述活塞杆设置在所述第二腔室内，所述第一腔室设有井液压力输入口，所述第二腔室设有润滑油压力输出口；
所述中心管上设有分别与机械密封上腔上位、机械密封上腔下位、机械密封下腔上位和机械密封下腔下位连通的过液通道；
所述润滑油压力输出口和与所述机械密封上腔上位连通的过液通道通过第一液控管线连接，且与所述机械密封上腔下位连通的过液通道通过第二液控管线连接，与所述机械密封下腔上位连通的过液通道通过第三液控管线连接；与所述机械密封下腔下位连通的过液通道与第四液控管线连接；
所述第一液控管线、第二液控管线、第三液控管线和第四液控管线上均设有阀门。
所述活塞杆设有伸出所述增压罐的延长段，所述活塞杆上设有刻度，所述润滑油压力输出口上设有第一压力表，所述第四液控管线上设有第二压力表。
所述第一级机械密封包括从下至上依次套装在所述密封轴套外的弹簧座、静环和动环，所述弹簧座固接在所述密封轴套上，在所述弹簧座内安装有压紧弹簧，所述压紧弹簧将所述静环压紧在所述动环上，所述静环与所述密封轴套之间形成密封，所述动环周向固定在所述密封外壳上，所述动环与所述密封外壳之间形成密封；
所述第二级机械密封与所述第一级机械密封的结构上下对称；
所述第三级机械密封与所述第二级机械密封的结构相同。
本发明具有的优点和积极效果是：1)采用三级机械密封，并将压力高于井液压力的高压润滑油引入机械密封腔，改善了机械密封的工作介质，该密封方式可在油压10MPa的情况正常工作，因此可满足油井生产时更大的压力跳动；2)增强了密封的安全性，普通驱动装置一般采用单或双端面机械密封或填料密封，因此一旦发生渗漏就可能使井液喷洒至周边，如果在海上油田还有可能外泄到海里，严重污染环境；而本发明采用三端面机械密封，通过驱动装置的外部仪表读数或刻度可以知晓各级机械密封的工作情况，大大增加了驱动装置的安全性与环保性；3)本发明将密封部分设置在减速器及其输出主轴的中上部，在密封失效之后更换方便，无需将整个驱动装置拆下即可更换密封件。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明密封部分的结构示意图；
图3为本发明密封辅助系统和密封部分的结构示意图；
图4为本发明中心管内部过液通道的示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图4，一种具有三端面机械密封的螺杆泵地面驱动装置包括电机8和与电机8相连的减速器7，减速器的输出主轴3通过盘根盒2和方卡1连接，方卡1用于与抽油杆9连接。减速器的输出主轴3是空心轴，在减速器的输出主轴3内设有与其同轴的中心管4，中心管4的下端部与减速器7的底部固接，中心管4的下端与封井器5密封连接，在减速器的输出主轴3与中心管4形成的环空内设有三端面机械密封，
三端面机械密封包括通过盘根盒2与减速器的输出主轴3的内腔周向固定的密封外壳101和固接在中心管4外圆上的密封轴套102；
在密封外壳101和密封轴套102形成的环空内，从上之下设有三级机械密封，
位于最上部的第一级机械密封包括从下至上依次套装在密封轴套102外的弹簧座106、静环104和动环103，弹簧座106固接在密封轴套102上，在弹簧座106内安装有压紧弹簧105，压紧弹簧105将静环104压紧在动环103上，静环104与密封轴套102之间形成密封，动环103周向固定在密封外壳101上，动环103与密封外壳101之间形成密封。
第二级机械密封与第一级机械密封的结构上下对称。
第三级机械密封与第二级机械密封的结构相同。
第一级机械密封与第二级机械密封之间形成机械密封上腔，第二级机械密封与第三级机械密封之间形成机械密封下腔。
上述驱动装置还包括密封辅助系统，密封辅助系统包括固接在减速器7上的增压罐6，增压罐6内设置有带有活塞杆107的活塞110，活塞110将增压罐6分隔为第一腔室111和第二腔室108，活塞杆107设置在第二腔室108内，第一腔室111设有井液压力接入口，第二腔室108设有润滑油压力输出口，活塞杆107设有伸出增压罐的延长段，活塞杆107上设有刻度。
中心管4上设有分别与机械密封上腔上位A、机械密封上腔下位B、机械密封下腔下腔上位C和机械密封下腔下位D连通的过液通道；
润滑油压力输出口和与机械密封上腔上位A连通的过液通道通过第一液控管线113连接，且与机械密封上腔下位B连通的过液通道通过第二液控管线114连接，与机械密封下腔上位C连通的过液通道通过第三液控管线115连接，用于给机械密封上腔和机械密封下腔润滑；与机械密封下腔下位D连通的过液通道与第四液控管线116连接；第一液控管线113、第二液控管线114、第三液控管线115和第四液控管线116上均设有阀门，以便于进行单独控制。
在设备使用前，打开三端面机械密封的排气孔，开启第一液控管线113、第二液控管线114、第三液控管线115、第四液控管线116和增压罐上润滑油压力输出口上的阀门，使三端面机械密封的机械密封上、下腔连通，向机械密封上腔、机械密封下腔和增压罐内注满润滑油，关闭排气孔和上述阀门。
在设备准备启动前，开启增压罐上润滑油压力输出口上的阀门、第一液控管线113和第二液控管线114上的阀门，使通往机械密封上腔上位A和通往机械密封上腔下位B的过液通道与增压罐上的润滑油压力输出口连通，使通往机械密封下腔上位C的过液通道与增压罐上的润滑油压力输出口断开，使通往机械密封下腔下位D的过液通道关闭。
在增压罐润滑油压力输出口上设有第一压力表112，第四液控管线上设有第二压力表117。
当第一级机械密封发生渗漏时，机械密封上腔与机械密封上部环空连通，由于增压罐内的润滑油压力大于井液压力，所以润滑油加快流失，导致活塞上移加快，表现为活塞杆伸出速度加快。当第二级机械密封发生渗漏时，导致机械密封上腔与机械密封下腔连通，由于正常工作时机械密封下腔工作压力低于机械密封上腔的工作压力，所以机械密封下腔的压力会加速上升，直至机械密封上下腔压力平衡，表现为与机械密封下腔相连接的第二压力表读数上升加快，且与润滑油压力输出口相连接的第一压力表读数相等；
本发明采用三级机械密封，正常工作时第三级密封处于空载运转，当第一级或第二级密封不同时或同时发生渗漏时，第三级机械密封可以继续密封，并且第一级和第二级密封失效都可通过其辅助系统知晓，便于及时更换。
本发明采用三级机械密封，形成两个机械密封腔，每级机械密封在工作时，由它参与形成的机械密封腔内保持有压力大于井液压力的纯净润滑油，将井液封闭在机械密封之外，密封件的各密封端面都可持续获得润滑液的润滑，工作寿命长。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种具有三端面机械密封的螺杆泵地面驱动装置，包括电机和与电机相连的减速器，所述减速器的输出主轴通过盘根盒和方卡连接，所述方卡与螺杆泵的抽油杆连接，该驱动装置还包括密封辅助系统，所述密封辅助系统包括固接在所述减速器上的增压罐，所述增压罐内设置有带有活塞杆的活塞，所述活塞将所述增压罐分隔为第一腔室和第二腔室，所述活塞杆设置在所述第二腔室内，所述第一腔室设有井液压力输入口，所述第二腔室设有润滑油压力输出口；
其特征在于，所述减速器的输出主轴是空心轴，在所述减速器的输出主轴内设有与其同轴的中心管，所述中心管的下端部与所述减速器的底部固接，所述中心管的下端与封井器密封连接，在所述减速器的输出主轴与所述中心管形成的环空内设有三端面机械密封；
所述三端面机械密封包括通过所述盘根盒与所述减速器的输出主轴内腔周向固定的密封外壳和固接在所述中心管外圆上的密封轴套；
在所述密封外壳和所述密封轴套形成的环空内，从上至下依次设有三级机械密封，第一级机械密封与第二级机械密封之间形成机械密封上腔，所述第二级机械密封与第三级机械密封之间形成机械密封下腔；
所述中心管上设有分别与机械密封上腔上位、机械密封上腔下位、机械密封下腔上位和机械密封下腔下位连通的过液通道；
所述润滑油压力输出口和与所述机械密封上腔上位连通的过液通道通过第一液控管线连接，且与所述机械密封上腔下位连通的过液通道通过第二液控管线连接，与所述机械密封下腔上位连通的过液通道通过第三液控管线连接；与所述机械密封下腔下位连通的过液通道与第四液控管线连接；
所述第一液控管线、第二液控管线、第三液控管线和第四液控管线上均设有阀门；
所述活塞杆设有伸出所述增压罐的延长段，所述活塞杆上设有刻度，所述润滑油压力输出口上设有第一压力表，所述第四液控管线上设有第二压力表；
所述第一级机械密封包括从下至上依次套装在所述密封轴套外的弹簧座、静环和动环，所述弹簧座固接在所述密封轴套上，在所述弹簧座内安装有压紧弹簧，所述压紧弹簧将所述静环压紧在所述动环上，所述静环与所述密封轴套之间形成密封，所述动环周向固定在所述密封外壳上，所述动环与所述密封外壳之间形成密封；
所述第二级机械密封与所述第一级机械密封的结构上下对称；
所述第三级机械密封与所述第二级机械密封的结构相同。
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