CN103711448A - 一种连续管作业机滚筒排管转换装置及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续管作业机滚筒排管转换装置及其控制系统，排管转换装置包括从动部分、主动部分和离合部分，离合部分设置于从动部分和主动部分之间，主动部分上设有用于控制离合部分离合状态的液压转换接头；所述系统包括滚筒、双向丝杠、液压控制系统及排管转换装置，排管转换装置安装于连续管缠绕滚筒与双向丝杠之间，液压转换接头分别与液压控制系统对应的控制接口连接，液压控制系统通过液压作用转换实现对排管转换装置的离合状态控制。通过排管转换装置和液压控制系统，操作人员在操作室里即可实现自动排管与手动强制排管功能的快速切换，降低了连续管缠绕滚筒强制排管马达的工作力矩，延长了强制排管马达和排管转换装置的使用寿命。

Description

一种连续管作业机滚筒排管转换装置及其控制系统

技术领域

本发明涉及油田用连续管作业机作业领域，特别涉及一种连续管作业机滚筒排管转换装置及其控制系统。 

背景技术

连续管作业机是用于石油油气井作业的一种装置，该装置在使用过程中，必须保证连续管在从连续管缠绕滚筒抽出或从油气井收回的过程中能整齐地缠绕在滚筒上。 

目前，实现连续管整齐缠绕在滚筒上的普遍方法是通过连续管缠绕滚筒自动排管机构完成，同时辅助手动强制排管功能，其传动系统原理如图1所示，主要包括滚筒1、中间轴总成3、超越摩擦离合器4、双向丝杠5、强制排管马达6及手动换向阀7，滚筒与中间轴总成3通过链轮传动连接，超越摩擦离合器4设置于双向丝杠5的一端，且与中间轴总成3的一端实现链轮传动，双向丝杠5的另一端与强制排管马达6通过链轮传动连接。连续管作业机滚筒在缠绕连续管过程中，会使用到自动排管和手动强制排管两种方式，而且经常在两种方式之间进行切换，由于在切换过程中，滚筒一般是不停止的，要实现运动中两个部件的离合最好是采用超越摩擦离合器，同时为了解决在连续管缠绕滚筒上空间位置小的问题，使用的超越摩擦离合器采用轴向接触方式。现有连续管缠绕滚筒排管机构正是通过一种机械控制的超越摩擦离合器实现自动与手动强制排管之间的转换，该排管机构的特点是连续管缠绕滚筒工作过程中超越摩擦离合器在碟形弹簧的作用下始终处于啮合状态。当连续管缠绕滚筒自动排管时，滚筒液压马达驱动滚筒运转，滚筒通过链传动驱动中间轴总成运转，中间轴总成通过链传动驱动超越摩擦离合器的链轮运转，链轮与超越摩擦离合器的摩擦盘在碟形弹簧的正压力作用下产生摩擦副，通过该摩擦副驱动双向丝杠运转，此时控制手动强制排管马达的三路换向阀处于中位位置，未给马达提供液压动力，马达处于空运转状态，此时滚筒运转一圈，连续管在双向丝杠螺旋副作用下自动平移管径距离，实现连续管的自动整齐排管。当连续管缠绕滚筒进行手动强制排管时，连续管作业机操作人员在操作室里手动控制强制排管马达的手动换向阀，换向阀手柄处于非中位位置换向阀输出的液压动力驱动强制排管马达运转，实现连续管手动强制排管。当处于手动强制排管状态时，强制排管马达驱动双向丝杠运转，双向丝杠带动超越摩擦离合器摩擦盘运转，但是摩擦盘运转的前提条件是摩擦盘与超越摩擦离 合器链轮之间的摩擦力矩必须小于马达产生的力矩，否则双向丝杠无法运转，导致连续管作业机无法整齐缠绕连续管。 

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术存在以下技术缺点。 

在手动强制排管时，由于超越摩擦离合器的摩擦片与链轮之间一直处于滑动摩擦状态，摩擦盘和链轮表面都非常容易产生磨损。当自动排管和手动强制排管之间经过多次切换后，摩擦盘的磨损量增大，摩擦盘与链轮之间的摩擦力会逐渐减小，摩擦盘与链轮产生的摩擦力矩也逐渐减小，直至无法驱动双向丝杠运转，不能满足自动排管要求，此时就需要通过人工重新调节碟形弹簧的背紧螺母，恢复摩擦盘与链轮所需的正压力，从而恢复驱动双向丝杠运转的摩擦副。这种机械式超越摩擦离合器背紧螺母的调节比较困难，蝶形弹簧的压缩量难以控制，如果压缩量太小，自动排管所需摩擦力矩不够，自动排管时双向丝杠无法运转，连续管缠绕滚筒自动排管功能失效；如果压缩量太大，将导致强制排管马达力矩不够，克服不了这么大的摩擦力矩，强制排管马达无法驱动双向丝杠运转，连续管缠绕滚筒手动强制排管功能失效。 

同时，由于连续管作业机油气井现场作业时超越摩擦离合器所处位置较高，调节相当不方便，增加了连续管作业机操作人员油田现场作业的危险性。 

发明内容

为了解决现有技术的问题，实现连续管缠绕滚筒自动排管和手动强制排管的快速切换，从而保证连续管的整齐缠绕，避免由于机械式超越摩擦离合器的磨损而进行人为调节的危险，本发明提供了一种连续管作业机滚筒排管转换装置及其控制系统。 

一方面，本发明提供了一种连续管作业机滚筒排管转换装置，所述技术方案如下： 

一种连续管作业机滚筒排管转换装置，包括从动部分、主动部分和离合部分，所述离合部分设置于所述从动部分和主动部分之间，其特征在于，所述主动部分上设有用于控制所述离合部分离合状态的液压转换接头，所述离合部分包括多级主动摩擦片和多级从动摩擦片，所述多级主动摩擦片与所述从动摩擦片呈交错设置，多级所述主动摩擦片与所述主动部分径向相对固定连接，且轴向相对滑动连接，多级所述从动摩擦片与所述从动部分径向相对固定连接，且轴向相对滑动连接，通过控制所述液压转换接头中的液压作用方向控制所述主动摩擦片与从动摩擦片之间的摩擦副大小，实现所述主动部分与所述从动部分间的离合转换。 

所述从动部分包括从动轴、第一端盖、筒体和从动链轮，所述从动轴设置于所述筒体内，其与所述筒体间通过轴承实现相对旋转连接，所述第一端盖固定于所述筒体的端部，所述从 动链轮固定于所述从动轴的一端； 

所述主动部分包括主动轴、液压缸、活塞、轴承座、第二端盖和主动链轮，所述主动轴、活塞和轴承座设置于所述液压缸内，所述主动轴与所述从动轴同轴设置，所述轴承座安装于所述主动轴与所述液压缸之间，所述主动轴与所述轴承座通过轴承相对旋转连接；所述第二端盖固定于所述液压缸的端部；所述活塞的一端安装于所述轴承座的外圆面上，且相对密封连接，所述活塞和轴承座分别与所述液压缸的内圆面密封连接；所述液压缸与所述筒体同轴固定连接，所述主动链轮安装于所述主动轴的一端，且与所述主动轴固定连接，两所述的液压转换接头成型于所述液压缸上，且分置于所述活塞的两侧； 

所述离合部分设置于所述主动轴与所述从动轴的邻接端，还包括一滑套和圆锥滚子轴承，所述从动摩擦片与所述从动轴的端部通过卡槽固定连接，所述主动摩擦片和所述滑套分别套置于所述主动轴上且与所述主动轴同步旋转，其可沿所述主动轴轴向滑动；所述圆锥滚子轴承固定于所述滑套的外圆面与所述活塞的内圆面之间，所述活塞的作用力通过所述圆锥滚子轴承作用于所述滑套上，所述滑套将所述活塞的作用力传递给多级所述主动摩擦片和从动摩擦片，使二者产生摩擦副并驱动所述从动轴旋转。 

所述从动轴的端部成型一外径大于所述主动轴外径的中空柱状腔体，所述柱状腔体的柱面上沿轴向均匀成型有四个长形卡槽，所述从动摩擦片的外圆面成型有与所述卡槽数量相同的卡块，所述从动摩擦片的卡块卡置于所述卡槽中；所述主动摩擦片的外圆面直径小于所述腔体的内径，所述主动摩擦片与所述从动摩擦片呈相间排布，且所述滑套的作用端面与所述从动摩擦片相邻接。 

所述主动摩擦片和所述滑套分别与所述主动轴通过花键连接。 

另一方面，本发明还提供了一种连续管作业机滚筒排管转换控制系统，所述技术方案如下： 

所述系统包括滚筒、双向丝杠、液压控制系统和排管转换装置，所述排管转换装置安装于连续管作业机双向丝杠与滚筒之间，且通过传动链条分别与所述滚筒和双向丝杠实现链传动，所述排管转转换装置上的液压转换接头分别与所述液压控制系统对应的控制接口连接，所述液压控制系统通过液压作用转换实现对所述排管转换装置的离合状态和连续管缠绕滚筒强制排管马达的正转、反转和停止的控制。 

所述的液压控制系统包括手动换向阀和控制集成块总成，控制集成块总成包括集成块及设置于所述集成块上的液控换向阀、梭阀和减压阀，所述减压阀的进液腔与液压动力源连通，所述减压阀的工作腔与所述液控换向阀的进液腔连通；所述液控换向阀的两个工作腔分别与 所述排管转换装置上的两液压转换接头连通，所述液控换向阀和减压阀的排油腔分别与液压油箱连通；所述手动换向阀的工作腔与所述梭阀的两工作腔分别和所述强制排管马达的两控制接口连通，所述梭阀的控制腔与所述液控换向阀的控制腔连通，所述手动换向阀的进液腔与所述液压动力源连通，其排油腔与液压油箱连通。 

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是： 

通过设置安装于连续管作业机操作室里的连续管缠绕滚筒排管转换装置和液压控制系统，只需要连续管作业机操作人员在操作室里控制手动换向阀手柄来改变液压控制系统的液压控制方向即可实现对连续管缠绕滚筒排管转换装置的离合状态控制，同时也可控制强制排管马达的正、反运转和停止，而且通过调节液压控制系统的控制压力可以满足不同直径连续管的自动排管力矩要求。在手动强制排管情况下，主动摩擦片和从动摩擦片在液压动力作用下互相脱离，从而实现主动轴和从动轴互相分离，强制排管马达不需要克服排管转换装置的摩擦力矩进行额外做功，延长了排管转换装置中离合部分和强制排管马达的使用寿命。同时，连续管作业机操作人员不再需要爬至高处对离合器进行调节，在操作室里通过调整液压大小即可实现离合部分摩擦力的调整，方便快速，不需要停机处理，提高了连续管作业机现场作业安全性和工作效率。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1是现有的连续管缠绕滚筒排管装置示意图； 

图2是本发明所提供的连续管缠绕滚筒排管装置示意图； 

图3是图2中的排管转换装置结构剖面图； 

图4是图3中的从动轴结构图； 

图5是图3中的从摩擦片结构图； 

图6是图3中的主摩擦片结构图； 

图7是图3中的滑套结构图； 

图8是图3中的液压缸结构图； 

图9是图3中的轴承座结构图； 

图10是控制集成块总成示意图； 

图11是本发明所提供的液压控制系统原理图。 

图中： 

1、滚筒； 

2、排管转换装置，2-1、从动链轮，2-2、第一端盖，2-3、筒体，2-4从动轴，2-41、柱状腔体，2-42、卡槽，2-5、摩擦片，2-51、从动摩擦片，2-52、主动摩擦片，2-53卡块，2-6、滑套，2-7、液压缸，2-8、活塞，2-9、主动轴，2-10、轴承座，2-11、第二端盖，2-12、圆锥滚子轴承，2-13、主动链轮，2-14、液压转换接头，2-15、液压转换接头； 

3、中间轴总成；4、超越摩擦离合器； 

5、双向丝杠；6、强制排管马达； 

7、手动换向阀；8、控制集成块总成，8-1、集成块，8-2、液控换向阀，8-3、梭阀，8-4、减压阀；9、压力表；10、液压动力源；11、液压油箱。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。 

如图2结构所示，本发明所提供的连续管作业机排管转换控制系统，包括滚筒1、双向丝杠5和排管转换装置，排管转换装置包括：排管转换装置2和液压控制系统，排管转换装置2安装于双向丝杠5与滚筒1之间，且通过传动链条分别与滚筒1和双向丝杠5实现链传动，排管转换装置2上设有两液压转换接头2-14,2-15，两所述液压转换接头2-14,2-15分别与液压控制系统对应的控制接口连接，液压控制系统通过液压转换对排管转换装置2的离合状态和强制排管马达6的正转、反转和停止进行控制，从而实现对滚筒1的自动排管和手动强制排管控制。 

其中的排管转换装置2如图3至图11所示，主要包括以下各部分： 

从动部分，包括从动轴2-4、筒体2-3、从动链轮2-1和第一端盖2-2，从动链轮2-1与从动轴2-4的一端固定连接，从动轴2-4与筒体2-3之间通过圆锥滚子轴承实现轴向定位旋转连接，筒体2-3的端部设置第一端盖2-2与筒体2-3端面密封连接；从动轴2-4的端部成型一外径大于主动轴2-9外径的中空柱状腔体2-41，柱状腔体2-41的柱面上沿轴向均匀成型有多个长形卡槽2-42，如图4所示。 

主动部分，包括主动轴2-9、液压缸2-7、活塞2-8、轴承座2-10和主动链轮2-13，主动轴2-9与从动轴2-4同轴设置，主动轴2-9的端部伸置于从动轴2-4的柱状腔体2-41中空部。 其中的主动轴2-9、活塞2-8和轴承座2-10设置于液压缸2-7内，轴承座2-10的外圆面呈阶梯状，其设置于主动轴2-9与液压缸2-7之间，且其外圆面与液压缸2-7的内圆面密封连接，轴承座2-10的大端面靠近液压缸2-7的端部，其端部成型一腔室，滚动轴承设置于腔室内，实现主动轴2-9与轴承座2-10的相对转动；活塞2-8的内圆面套置于轴承座2-10的较小直径的外圆面上，且二者相对滑动密封连接；活塞2-8的外圆面套置于液压缸2-7的内圆面上，且二者相对滑动密封连接；液压缸2-7的一端与筒体2-3的一端固定连接，其另一端面处设有第二端盖2-11，其与液压缸2-7的端面密封连接，主动链轮2-13设置于液压缸2-7的另一端，且与主动轴2-9固定连接，两液压转换接头2-14,2-15成型于液压缸2-7上，且分置于活塞2-8的两侧。 

离合部分，设置于主动轴2-9与从动轴2-4的邻接端，其包括主动摩擦片2-52、从动摩擦片2-51、滑套2-6和圆锥滚子轴承2-12，从动摩擦片2-51与从动轴2-4的端部固定连接，主动摩擦片2-52和滑套2-6分别套置于主动轴2-9上且与主动轴2-9同步旋转，其可沿主动轴2-9轴向滑动；圆锥滚子轴承2-12固定于滑套2-6的外圆面与活塞2-8的内圆面之间，活塞2-8的作用力通过圆锥滚子轴承2-12作用于滑套2-6上，滑套2-6将活塞2-8的作用力传递给主动摩擦片2-52和从动摩擦片2-51，使二者产生摩擦副并驱动从动轴2-4旋转。从动摩擦片2-51的外圆面成型有与卡槽2-42数量相同的卡块，从动摩擦片2-51的卡块2-53卡置于卡槽2-42中；主动摩擦片2-52的外圆面直径小于柱状腔体2-41的内径，主动摩擦片2-52与从动摩擦片2-51呈相间排布，且滑套2-6的作用端面与主动摩擦片2-52相邻接。滑套2-6与主动摩擦片2-52和主动轴2-9之间通过花键连接。 

图5中的卡槽2-42设置四个，卡块2-53也设置与其对应的四个，安装时将主动摩擦片2-52和从动摩擦片2-51间隔排列，即一个主动摩擦片2-52一个从动摩擦片2-51，将它们套置于主动轴2-9上，然后将从动摩擦片2-51上的卡块2-53滑置于卡槽2-42内，将所有的从动摩擦片2-51固定在从动轴2-4的柱状腔体2-41上。 

液压控制系统包括手动换向阀7和控制集成块总成8，控制集成块总成8要由集成块8-1、液控换向阀8-2、梭阀8-3、减压阀8-4及液压接头组成。如图2所示，手动换向阀7一输出动力口与三通接头连接，三通接头一接口接集成块K3接口，另一接口接强制排管马达A接口；手动换向阀7另一输出动力口与三通接头连接，三通接头一接口接集成块K4接口，另一接口接强制排管马达B接口；梭阀与集成块固定连接；液控换向阀8-2与集成块固定连接；减压阀与集成块固定连接；压力表9接集成块Y接口。集成块G1接口接液压系统动力源；集成块K1接口接排管转换装置摩擦片啮合动力接口；集成块K2接口接排管转换装置摩擦片 脱离动力接口；集成块K3接口接手动换向阀一输出口；集成块K4接口接手动换向阀7另一输出口；集成块K口接液控换向阀8-2控制油口；集成块X1接口接整机液压油箱11。梭阀8-3内部A通道与集成块K3接口连通；梭阀8-3内部B通道与集成块K4接口连通；梭阀8-3内部X通道与集成块K接口连通；减压阀8-4内部P通道与集成块G1接口连通；减压阀8-4内部A通道与集成块Y接口连通；减压阀8-4内部A通道与液控换向阀8-2内部P通道连通；减压阀8-4内部T通道与集成块X1接口连通；液控换向阀8-2内部A通道与集成块K3接口连通；液控换向阀8-2内部B通道与集成块K4接口连通；液控换向阀8-2内部T通道与集成块X1接口连通。 

对照图11所示，减压阀8-4的进液腔与液压动力源10连通，减压阀8-4的工作腔与液控换向阀8-2的进液腔连通；液控换向阀8-2的两个工作腔分别与排管转换装置2上的两液压转换接头2-14,2-15连通，液控换向阀8-2和减压阀8-4的排油腔分别与液压油箱11连通；手动换向阀7的工作腔与梭阀8-3的两工作腔分别与强制排管马达6的两控制接口连通，梭阀8-3的控制腔与液控换向阀8-2的控制腔连通，手动换向阀7的进液腔与液压动力源10连通，其排油腔与液压油箱11连通。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种连续管作业机滚筒排管转换装置，包括从动部分、主动部分和离合部分，所述离合部分设置于所述从动部分和主动部分之间，其特征在于，所述主动部分上设有用于控制所述离合部分离合状态的液压转换接头；所述离合部分包括多级主动摩擦片和多级从动摩擦片，所述多级主动摩擦片与所述从动摩擦片呈交错设置，多级所述主动摩擦片与所述主动部分径向相对固定连接，且轴向相对滑动连接，多级所述从动摩擦片与所述从动部分径向相对固定连接，且轴向相对滑动连接，通过控制所述液压转换接头中的液压作用方向控制所述主动摩擦片与从动摩擦片之间的摩擦副大小，实现所述主动部分与所述从动部分间的离合转换。

2.根据权利要求1所述的连续管作业机滚筒排管转换装置，其特征在于：

所述从动部分包括从动轴、第一端盖、筒体和从动链轮，所述从动轴设置于所述筒体内，其与所述筒体间通过轴承实现相对旋转连接，所述第一端盖固定于所述筒体的端部，所述从动链轮固定于所述从动轴的一端；

所述主动部分包括主动轴、液压缸、活塞、轴承座、第二端盖和主动链轮，所述主动轴、活塞和轴承座设置于所述液压缸内，所述主动轴与所述从动轴同轴设置，所述轴承座安装于所述主动轴与所述液压缸之间，所述主动轴与所述轴承座通过轴承相对旋转连接；所述第二端盖固定于所述液压缸的端部；所述活塞的一端安装于所述轴承座的外圆面上，且相对密封连接，所述活塞和轴承座分别与所述液压缸的内圆面密封连接；所述液压缸与所述筒体同轴固定连接，所述主动链轮安装于所述主动轴的一端，且与所述主动轴固定连接，两所述的液压转换接头成型于所述液压缸上，且分置于所述活塞的两侧；

所述离合部分设置于所述主动轴与所述从动轴的邻接端，还包括一滑套和圆锥滚子轴承，所述从动摩擦片与所述从动轴的端部通过卡槽固定连接，所述主动摩擦片和所述滑套分别套置于所述主动轴上且与所述主动轴同步旋转，其可沿所述主动轴轴向滑动；所述圆锥滚子轴承固定于所述滑套的外圆面与所述活塞的内圆面之间，所述活塞的作用力通过所述圆锥滚子轴承作用于所述滑套上，所述滑套将所述活塞的作用力传递给多级所述主动摩擦片和从动摩擦片，使二者产生摩擦副并驱动所述从动轴旋转。

3.根据权利要求2所述的连续管作业机滚筒排管转换装置，其特征在于：

所述从动轴的端部成型一外径大于所述主动轴外径的中空柱状腔体，所述柱状腔体的柱面上沿轴向均匀成型有四个长形卡槽，所述从动摩擦片的外圆面成型有与所述卡槽数量相同的卡块，所述从动摩擦片的卡块卡置于所述卡槽中；所述主动摩擦片的外圆面直径小于所述腔体的内径，所述主动摩擦片与所述从动摩擦片呈相间排布，且所述滑套的作用端面与所述从动摩擦片相邻接。

4.根据权利要求2或3所述的连续管作业机滚筒排管转换控制系统，其特征在于，

所述主动摩擦片和所述滑套分别与所述主动轴通过花键连接。

5.一种连续管作业机滚筒排管转换控制系统，所述系统包括滚筒、双向丝杠、液压控制系统，其特征在于，所述系统还包括权利要求1-4任一所述的排管转换装置，所述排管转换装置安装于连续管作业机双向丝杠与滚筒之间，且通过传动链条分别与所述滚筒和双向丝杠实现链传动，所述排管转转换装置上的液压转换接头分别与所述液压控制系统对应的控制接口连接，所述液压控制系统通过液压作用转换实现对所述排管转换装置的离合状态和连续管缠绕滚筒强制排管马达的正转、反转和停止的控制。

6.根据权利要求5所述的连续管作业机滚筒排管转换控制系统，其特征在于，

所述的液压控制系统包括手动换向阀和控制集成块总成，控制集成块总成包括集成块及设置于所述集成块上的液控换向阀、梭阀和减压阀，所述减压阀的进液腔与液压动力源连通，所述减压阀的工作腔与所述液控换向阀的进液腔连通；所述液控换向阀的两个工作腔分别与所述排管转换装置上的两液压转换接头连通，所述液控换向阀和减压阀的排油腔分别与液压油箱连通；所述手动换向阀的工作腔与所述梭阀的两工作腔分别和连续管缠绕滚筒强制排管马达的两控制接口连通，所述梭阀的控制腔与所述液控换向阀的控制腔连通，所述手动换向阀的进液腔与所述液压动力源连通，其排油腔与液压油箱连通。

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