CN103541880B - 钻井用五缸泵及其五缸泵的斜齿轮安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种五缸泵和该五缸泵的斜齿轮安装方法，所述五缸泵包括机架、设置在机架上的曲轴、电机、与电机相连接的小齿轮轴；小齿轮轴的两端设有小齿轮；五缸泵的曲轴上设有支撑曲轴的轴承；曲轴的两端设有两个斜齿轮，且斜齿轮齿形的旋向相反，斜齿轮和曲轴之间采用胀紧套连接；斜齿轮的端面上设有阶梯孔，阶梯孔的大孔为胀紧套安装孔，阶梯孔的小孔为曲轴的安装定位孔，阶梯孔的小孔位于斜齿轮的内端面；斜齿轮的外端面设有压板，压板通过螺栓与斜齿轮连接，压板与胀紧套的外端面上的螺栓相抵；斜齿轮的端面上设有腰型孔，螺栓穿过腰型孔将斜齿轮与曲轴连接；曲轴上的斜齿轮和小齿轮相互啮合传动。该五缸泵体积小、寿命长、拆卸和装配方便。

Description

钻井用五缸泵及其五缸泵的斜齿轮安装方法

技术领域

本发明涉及石油和天然气钻井设备和其设备的安装方法，尤其涉及一种钻井用五缸泵和该五缸泵的斜齿轮安装方法。

背景技术

目前，国内外油田使用的钻井泵几乎都是三缸钻井泵。传统三缸钻井泵如图1所示：通常采用人字形齿轮传动，该传动结构主要包括小齿轮轴03、小齿轮01、曲轴07和人字形齿轮05；小齿轮01设置在小齿轮轴03的中部，小齿轮轴03两端设有支撑轴承02将小齿轮轴03支撑在机架04上，同时小齿轮轴03还与电机（图中未画出）相连接。曲轴07的两端设有支撑轴承06将其支撑在机架04上。人字形齿轮05布置在曲轴07的中间部位，所述人字形齿轮05与小齿轮轴03上的小齿轮01啮合，带动曲轴07旋转。

此种传动结构的钻井泵存在以下缺陷：

（1）由于人字形齿轮05离曲轴07两端的支撑轴承06距离远，所以工作时支撑轴承06受力大，使用寿命短；

（2）由于人字形齿轮05离曲轴07两端的支撑轴承06距离远，曲轴07受到的剪切应力、扭矩以及弯矩都较大，长期使用后，曲轴07容易变形造成人字形齿轮05与小齿轮轴03上的小齿轮01啮合不好；为了增加曲轴07的刚度和强度，人们往往需要增大曲轴07的直径，这就造成钻井泵体积大、成本高；

（3）由于人字形齿轮05布置在曲轴07的中间，人字形齿轮05占据的空间较大，整个三缸泵的缸间距无法缩小，造成传统钻井泵体积大、质量重、成本高；

（4）三缸泵的相位差为120度，脉动大，会给钻井现场造成较大震动。钻井泥浆液的压力波动较大，为了平息这种波动，就需要额外增加氮气包。

为了克服上述第（4）点中的缺陷，解决传统三缸泵脉动大的问题，人们正着力于研制出五缸泵，甚至更多缸数的钻井泵。然而由于前述（1）、（2）、（3）缺陷的存在造成三缸钻井泵的体积和质量非常大，在钻井现场占用空间较大。在石油钻井现场，自然环境非常恶劣，可以有效利用的空间非常小，需要特别紧凑的空间布局。现有的钻井泵结构给石油钻井现场布局带来了非常大的麻烦，如果人字形齿轮布置结构还用在五缸泵上，则更加会使钻井泵的占用空间较大。同时由于钻井泵的体积和重量大，也不利于运输。

另外，现有技术中的钻井泵的齿轮和曲轴之间一般采用键连接，用以固定齿轮和曲轴之间的径向定位。此种齿轮与曲轴之间连接方式也存在着以下的缺点：

1.齿轮和曲轴之间采用键连接，齿轮在安装和拆卸时较困难；

2.由于是采用两对齿轮同步驱动曲轴，则要求两对齿轮副同步啮合性好，采用键连接不便于圆周方向调节齿轮副的间隙，很难实现两对齿轮同步啮合：

3.在齿轮安装到曲轴上后，为保证齿轮副的同步啮合，常常需要不断的修磨连接键，以达到装配要求，对于连接键的修磨不仅要求装配工人技术高超，而且修磨过程也会浪费大量时间。

本申请人前期的中国发明专利ZL201210090348.5公开了一种齿轮轴两端斜齿轮的对中装置及其制造、装配方法，具体公开了采用新型五缸泵的两个小齿轮的安装方法，但与其啮合的两个斜齿轮如何安装并未说明。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种脉冲小、运行平稳、结构紧凑、体积小、质量轻、使用寿命长，同时装配或者拆卸都很方便的石油钻井用五缸泵。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种石油钻井用五缸泵，包括机架、设置在机架上的曲轴、固定在机架上的电机、与电机相连接的小齿轮轴，小齿轮轴的两端分别设有小齿轮，曲轴的两端设有两个斜齿轮，且所述两个斜齿轮齿形的旋向相反，两个斜齿轮分别和小齿轮轴上的小齿轮相互啮合传动；其特征在于：在斜齿轮的轴心与斜齿轮的齿宽中心/齿槽中心的连线上的斜齿轮的端面上还设有腰型孔，螺栓穿过该腰型孔将斜齿轮与曲轴连接；斜齿轮和曲轴之间采用胀紧套连接；斜齿轮的端面上设有阶梯孔，阶梯孔的大孔为胀紧套安装孔，阶梯孔的小孔为曲轴的安装定位孔，同时阶梯孔的小孔位于斜齿轮的内端面；斜齿轮的外端面还设有压板，压板通过螺栓与斜齿轮连接，并且该压板与胀紧套的外端面上的螺栓相抵。采用以上结构，将现有技术中的人字形齿轮用两个齿形旋向相反的斜齿轮代替。即可以实现将齿轮安装在曲轴的中部变成将齿轮安装在曲轴的两端，五缸泵的各个缸之间不再需要留人字形齿轮的安装位置，从而大大节约了缸间距，使整个五缸泵的尺寸缩小了很多。所述五缸泵各个缸之间的曲轴上均设有支撑曲轴的轴承，使曲轴的受力更均匀，不易变形，斜齿轮和小齿轮之间的啮合效果好。同时，也不需要因为现有设计中的曲轴结构容易变形，而去刻意增大曲轴的直径，避免不必要的增大五缸泵的尺寸。整套五缸泵组结构更紧凑，该五缸泵组相对传统相同功率的三缸钻井泵组，体积减少50%，重量减轻50%，而且本发明的五缸泵脉冲小、振动小，进而钻井用的泥浆液的压力变化小，不再需要配置专门的空气包。

另外，本发明中的斜齿轮和曲轴之间均采用胀紧套，胀紧套的连接方式定心性能好，装拆斜齿轮或者调整曲轴与斜齿轮相对位置方便，没有应力集中，承载能力高，可避免零件因键槽等原因而削弱。

当需要将斜齿轮从曲轴上拆卸下来时，只需将胀紧连接套内的螺栓拧松，则胀紧连接套内环变大、外环缩小，故齿轮可轻松从曲轴上卸下。

当需要调节曲轴两端的两对斜齿轮和小齿轮副的同步啮合时，可以方便地将斜齿轮沿圆周方向旋转，待两对齿轮副达到同步啮合时，再将胀紧套中的螺栓拧紧，使胀紧套胀紧即可。

优选方案，所述斜齿轮上还设有拆卸斜齿轮用的顶丝孔。设有的拆卸斜齿轮用的顶丝孔，实现了：当需要拆卸斜齿轮时，只需要用顶丝和顶丝孔配合就能轻松的拆卸下斜齿轮。

进一步的优选方案，所述斜齿轮上腰型孔的中心位于斜齿轮轴心与斜齿轮齿宽中心的连线上。当然也可以，所述斜齿轮上腰型孔的中心位于斜齿轮轴心与斜齿轮齿槽中心的连线上。采用此两种位置关系中的任意一种，都可以方便斜齿轮与曲轴之间的装配，同时也方便了斜齿轮和小齿轮之间的装配定位。有利于快捷迅速的安装斜齿轮、小齿轮和曲轴。避免小齿轮和斜齿轮啮合不对，或者满足了小齿轮与斜齿轮的啮合，又造成斜齿轮和曲轴之间装配不到位，即满足了小齿轮和斜齿轮的啮合，却造成斜齿轮上腰型孔和曲轴上对应安装斜齿轮的螺纹孔无法对正。

所述斜齿轮的阶梯孔的大孔和小孔的同轴度小于等于Φ0.02毫米，且所述斜齿轮的阶梯孔的小孔与斜齿轮的端面的垂直度小于等于Φ0.04毫米。

所述斜齿轮的阶梯孔的小孔与曲轴之间为小间歇配合，其配合精度为：FG7/h6。该尺寸公差可以很好的控制斜齿轮相对曲轴径向方向的位移。

另外，在小齿轮安装固定后（具体方法可参见ZL201210090348.5），本发明的再一目的是提供一种钻井用五缸泵斜齿轮的安装方法，其安装步骤如下：

一、首先将两个斜齿轮分别安装在曲轴的两端，其中在安装时均以斜齿轮轴心与腰形孔中心所在连线的齿宽中心/齿槽中心与小齿轮齿槽中心/齿宽中心为基准对准对正，用螺栓穿入腰形孔将斜齿轮锁在曲轴上，但此时固定斜齿轮的螺栓并不拧紧；

二、将斜齿轮和与之啮合的小齿轮工作齿面贴紧，同时在齿轮副的非工作齿面用垫片塞紧，然后拧紧第一步中用来固定斜齿轮的螺栓；先加了垫片在非工作齿面，再拧紧螺栓固定斜齿轮，保证了斜齿轮与小齿轮工作面的安装精度；

三、将胀紧套装入斜齿轮的阶梯孔的大孔和曲轴之间，并拧紧胀紧套上的螺栓，使胀紧套胀紧；

四、将压板安装到斜齿轮的端面上，使压板压紧胀紧套上的螺栓；该压板可以防止胀紧套上的螺栓松动；

五、取下斜齿轮和小齿轮非工作齿面处的垫片，即完成五缸泵的斜齿轮安装。

上述钻井泵斜齿轮安装方法，使斜齿轮的安装更加方便快捷，而且方便调节两对齿轮副的同步啮合，斜齿轮的安装精度高。

综上所述，本发明钻井用五缸泵，不但机械结构简单、体积小、质量轻，而且曲轴的使用寿命长，拆卸和装配都方便。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：

图1为现有技术中的钻井用三缸泵的结构示意图；

图2为本发明钻井用五缸泵的结构示意图；

图3为图2中Z部分的局部放大结构示意图；

图4为本发明钻井用五缸泵的斜齿轮的端面结构示意图；

图5为图4中A-A向的剖视结构示意图；

图6为本发明钻井用五缸泵的斜齿轮与小齿轮非工作面还没加垫片时的安装过程结构示意图；

图7为本发明钻井用五缸泵的斜齿轮与小齿轮非工作面加了垫片时的安装过程结构示意图。

具体实施方式

如图2之图7之一所示，本发明一种石油钻井用五缸泵包括机架8、设置在机架8上的曲轴4、固定在机架8上的电机1、与电机1相连接的小齿轮轴9；所述小齿轮轴9的两端分别设有小齿轮2、5；所述五缸泵的各个缸之间的曲轴4上均设有支撑曲轴4的轴承7；所述曲轴4的两端设有两个斜齿轮3、6，且所述两个斜齿轮3、6齿形的旋向相反，且斜齿轮3、6和曲轴4之间采用胀紧套11连接；所述斜齿轮3、6的端面上设有阶梯孔12，阶梯孔12的大孔13为胀紧套11安装孔，阶梯孔12的小孔14为曲轴4的安装定位孔，同时阶梯孔12的小孔14位于斜齿轮3、6的内端面；斜齿轮3、6的外端面还设有压板15，压板15通过螺栓与斜齿轮3、6连接，并且该压板15与胀紧套11的外端面上的螺栓相抵；所述斜齿轮3、6的端面上还设有腰型孔16，螺栓穿过该腰型孔16将斜齿轮3、6与曲轴4连接；所述曲轴4上的两个斜齿轮3、6分别和小齿轮轴9上的小齿轮2、5相互啮合传动。

所述斜齿轮3、6上还设有拆卸斜齿轮3、6用的顶丝孔17。

所述斜齿轮上腰型孔16的中心位于斜齿轮轴心与斜齿轮齿宽中心的连线上。当然也可以，所述斜齿轮上腰型孔16的中心位于斜齿轮轴心与斜齿轮齿槽中心的连线上。

所述斜齿轮3、6的阶梯孔12的大孔13和小孔14的同轴度小于等于Φ0.02毫米，且所述斜齿轮3、6的阶梯孔12的小孔14与斜齿轮3、6的端面的垂直度小于等于Φ0.04毫米。

所述斜齿轮3、6的阶梯孔12的小孔14与曲轴4之间为小间歇配合，其配合精度为：FG7/h6。该尺寸公差可以很好的控制斜齿轮相对曲轴径向方向的位移。

该钻井用五缸泵斜齿轮3或6的安装方法如下：在安装之前，先把小齿轮2和5安装固定好，然后以小齿轮2和5为安装基准，

一、首先将两个斜齿轮3或6分别安装在曲轴4的两端，其中在安装时均以齿宽中心（或者齿槽中心）与齿轮轴心连线上的腰型孔16为基准对准对正，用螺栓10将斜齿轮3或6锁在曲轴4上，但此时固定斜齿轮3或6的螺栓10并不拧紧；

二、将斜齿轮3或6和与之啮合的小齿轮2或5工作齿面贴紧，同时在齿轮副的非工作齿面用垫片18塞紧，然后拧紧第一步中用来固定斜齿轮的螺栓10；

三、将胀紧套11装入斜齿轮3或6的阶梯孔12的大孔13和曲轴4之间，并拧紧胀紧套4上的螺栓，使胀紧套胀紧；

四、将压板15安装到斜齿轮3或6的端面上，使压板15压紧胀紧套11上的螺栓；

五、取下斜齿轮3或6和小齿轮2或5非工作齿面处的垫片18，即完成五缸泵的斜齿轮3或6的安装。

Claims (5)

1.一种石油钻井用五缸泵，包括机架、设置在机架上的曲轴、固定在机架上的电机、与电机相连接的小齿轮轴，小齿轮轴的两端分别设有小齿轮，曲轴的两端设有两个斜齿轮，且所述两个斜齿轮齿形的旋向相反，两个斜齿轮分别和小齿轮轴上的小齿轮相互啮合传动；其特征在于：在斜齿轮的轴心与斜齿轮的齿宽中心/齿槽中心的连线上的斜齿轮的端面上还设有腰型孔，螺栓穿过该腰型孔将斜齿轮与曲轴连接；斜齿轮和曲轴之间采用胀紧套连接；斜齿轮的端面上设有阶梯孔，阶梯孔的大孔为胀紧套安装孔，阶梯孔的小孔为曲轴的安装定位孔，同时阶梯孔的小孔位于斜齿轮的内端面；斜齿轮的外端面还设有压板，压板通过螺栓与斜齿轮连接，并且该压板与胀紧套的外端面上的螺栓相抵。

2.根据权利要求1所述一种石油钻井用五缸泵，其特征在于:所述斜齿轮上还设有拆卸斜齿轮用的顶丝孔。

3.根据权利要求2所述一种石油钻井用五缸泵，其特征在于:所述斜齿轮的阶梯孔的大孔和小孔的同轴度小于等于Φ0.02毫米，且所述斜齿轮的阶梯孔的小孔与斜齿轮的端面的垂直度小于等于Φ0.04毫米。

4.根据权利要求3所述一种石油钻井用五缸泵，其特征在于:所述斜齿轮的阶梯孔的小孔与曲轴之间为小间歇配合，其配合精度为FG7/h6。

5.根据权利要求1所述一种石油钻井用五缸泵的斜齿轮的安装方法，其安装步骤如下：

步骤一、首先将两个斜齿轮分别安装在曲轴的两端，其中在安装时均以斜齿轮轴心与腰形孔中心所在连线的齿宽中心/齿槽中心与小齿轮齿槽中心/齿宽中心为基准对准对正，用螺栓穿入腰形孔将斜齿轮锁在曲轴上，但此时固定斜齿轮的螺栓并不拧紧；

步骤二、将斜齿轮和与之啮合的小齿轮工作齿面贴紧，同时在齿轮副的非工作齿面用垫片塞紧，然后拧紧第一步中用来固定斜齿轮的螺栓；

步骤三、将胀紧套装入斜齿轮的阶梯孔的大孔和曲轴之间，并拧紧胀紧套上的螺栓，使胀紧套胀紧；

步骤四、将压板安装到斜齿轮的端面上，使压板压紧胀紧套上的螺栓；

步骤五、取下斜齿轮和小齿轮非工作齿面处的垫片，完成五缸泵的斜齿轮安装。