CN105156747A - 用于大口径压裂阀的滚珠丝杆 - Google Patents
用于大口径压裂阀的滚珠丝杆 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于大口径压裂阀的滚珠丝杆，包括丝杆螺母、丝杆、钢珠、反向器，所述丝杆螺母的外圆上间隔设有上下两个轴承台阶、内圆上设有螺旋槽，所述丝杆的外周上设有螺旋槽，所述丝杆伸入到丝杆螺母的通孔内且二者的螺纹槽配合构成螺旋滚道，所述螺旋滚道内安装钢珠；所述丝杆螺母的外圆上还设有用于钢珠外循环的反向器；所述丝杆螺母的上端设有用于安装手轮的安装端。本发明相较传统的滚珠丝杆而言摈弃提升螺母套、内循环、非金属密封件,加大了丝杆直径,采用2牙/英寸的滚道,从而保证了在高承载力下大口径压裂阀门的开启与关闭和减少手轮旋转的圈数。
Description
技术领域
本发明涉及石油大口径压裂阀门领域,具体为一种作为大口径压裂阀驱动减力装置的滚珠丝杆。
背景技术
目前现有技术中部分阀门采用齿轮驱动减力装置，即把齿轮驱动减力装置与阀门的阀杆连接,通过旋转驱动齿轮减力装置上的手轮带动阀门的阀杆旋转。齿轮减力装置一般分为3种,参见图1，圆柱直齿轮传动装置、圆锥齿轮传动装置、蜗杆传动装置，这3种传动装置都可以作为减力机构安装在阀门上。齿轮驱动减力装置减力的原理是小齿轮提供一个旋转的力,大齿轮提供一个旋转的力臂，小齿轮带动大齿轮的旋转,从力学原理来看,大齿轮越大,力越省,这里有一个问题,要想扭矩明显下降的话,齿轮减力机构的外形会很大,手轮旋转的圈数也会增加很多,也就是通常说的齿数比会很大（大齿轮的齿数与小齿轮的齿数之比），齿数比越大,手轮旋转的圈数就越多,如果要想手轮旋转的圈数少的话,其扭矩下降又会很不明显,齿轮减力装置的传动比一般选用1:6,也就是说,手轮旋转6圈,阀杆才旋转一圈。按照旋转圈数少的原则,齿轮减力装置是不能用于大口径压裂阀的。
目前国内,使用滚珠丝杆作为驱动减力装置用于大口径的压裂阀门比较多，,滚珠丝杆驱动减力装置的滚道一般采用4牙/英寸,然而对于71/16〞×15M的阀门来说,按照公式,n=L/t(n是圈数、L是行程、t是螺矩)，71/16〞×15M阀门的行程L为8.479”(215.367mm)、螺矩t为0.25,圈数n=8.479/0.25=33.9圈,圈数太多,按照旋转圈数少的原则,4牙/英寸的滚道是不能用于大口径压裂阀的。
在国外,尤其是知名大公司也使用滚珠丝杆作为驱动减力装置用于大口径的压裂阀门,但是已将滚珠丝杆的滚道从4牙/英寸改为2牙/英寸,这就意味着2牙/英寸滚珠丝杆要比4牙/英寸的滚珠丝杆手轮旋转圈数要减少一半,按照旋转圈数少的原则,该旋转圈数是符合要求的。但是把4牙/英寸滚珠丝杆滚道改为2牙/英寸,滚道的螺旋升角会增大一倍,按照公式,螺旋升角α=arctgt/πD、t是螺矩、D是滚珠丝杆滚道的外径,在滚道外径不变的情况下,螺旋升角是随着螺矩的增大而增大。螺旋升角的改变,将影响沿着螺旋升角斜面分力P的改变,按照公式,分力P=载荷（G）XSINα,螺旋升角与载荷是成正比的,假设载荷是一个固定值,分力P同样是随着螺旋升角的增大而增大。
按照公式,M=PXL，M是力矩、P是沿着螺旋升角斜面分力、L是力臂,可以看出力矩是随着螺旋升角斜面分力的增大而增大,所以我们在操作时会感觉2牙/英寸的滚珠丝杆要比4牙/英寸的滚珠丝杆扭矩要大的多的感觉。因此又会产生一个问题，即滚道圈数的改变会存在着扭矩增大的现象,扭矩的增大不利于阀门的开启与关闭,如何解决,是一个大的问题。此外目前在市场上可以买到的滚珠丝杆都会有一个提升螺母套这个零件,参见图2，提升螺母套与滚珠丝杆的连接一般采用螺纹或轴销,提升螺母套这个零件的作用是便于安装轴承,实现力的传递,但是该零件的存在有几下结构问题：1、在安装提升螺母套时很不便利,需要花很长的时间才能完成,在结构上很不合理；2、由于提升螺母套这个零件的存在,限制了目前使用的滚珠丝杆只能是内循环,内循环的承载力没有外循环的承载力大,所以内循环的滚珠丝杆不太适合用于压裂阀；3、提升螺母套和丝杆螺母同时存在也限制了丝杆的直径。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单、设计合理、安装方便、扭矩和圈数控制合理且承载力大的适用于大口径压裂阀的滚珠丝杆。
本发明的设计原理是：本操作扭矩的下降是靠增大丝杆的直径实现的,也就是说,增大丝杆的直径,也就增大了丝杆旋转的力臂和降低了螺旋升角。按照公式α=arctgt/πD,增大滚珠丝杆的直径,也就是增大了滚道的园周长,在螺矩不变的情况下,滚道的螺旋升角是随着滚道直径的增大而减小；按照公式P=GXSINα,增大丝杆的直径,可以减小滚道的螺旋升角,也就意味着沿着螺旋升角斜面分力（P）的下降；按照公式M=PXL，M是力矩、P是沿着螺旋升角斜面分力、L是力臂,可以看出力矩是下降的,所以操作扭矩可以控制较好的范围。
通过以上分析，在不改变现有滚珠丝杆整体尺寸的基础上增大丝杆的直径是降低扭矩和圈数的关键问题，为此本发明提出了一种技术方案：包括丝杆螺母、丝杆、钢珠、反向器，所述丝杆螺母的外圆上间隔设有上下两个轴承台阶、内圆上设有螺旋槽，所述丝杆的外周上设有螺旋槽，所述丝杆伸入到丝杆螺母的通孔内且二者的螺纹槽配合构成螺旋滚道，所述螺旋滚道内安装钢珠；所述丝杆螺母的外圆上还设有用于钢珠外循环的反向器；所述丝杆螺母的上端设有用于安装手轮的安装端。即本发明将直接将安装轴承台阶设计在丝杆螺母上,将提升螺母套与丝杆螺母合二为一，这样就可以留有空间来加大丝杆的直径,实现降低扭矩的目的。同时由于舍弃了提升螺母套这个零件，因此丝杆螺母上可以设有外循环的反向器，这样大大提高了滚珠丝杆的承载力，更加适合用于压裂阀。
上述方案可以进一步优选为：
优选的，所述反向器通过压板安装在丝杆螺母上，安装方式可以采用内六角螺钉紧固。外循环的反应器可以采用插管式和螺旋槽式等。
优选的，所述安装端设有外六角以及螺纹，用于快速安装手柄并用锁紧螺母紧固。
优选的，所述螺旋滚道布置为2牙/英寸。现有技术已经证明，螺旋滚道布置为2牙/英寸可以降低圈数。滚珠丝杆采用滚道2牙/英寸,旋转圈数是滚道4牙/英寸的一半,按照公式,n=L/t(n是圈数、L是行程、t是螺矩),对于71/16〞×15M阀门来说,行程L为8.479”(215.367mm)、螺矩t为0.5,圈数n=8.479/0.5=16.9圈,圈数可以控制在合理的范围。
优选的，所述螺旋滚道的截面为椭圆形。目前国内通用的滚道截面为圆形,圆形滚道一般用于精度高,转速高,轻载，考虑到我们是重载,精度低,转速低,所以我们在设计滚道截面形状时,为了保证每一个钢珠与滚道都要接触,我们采用滚道的截面为椭圆形。
优选的，所述钢珠直径为0.375英寸。钢珠在载荷的作用下会对滚道产生一个压应力,钢珠越小,压应力越大,压应力会使滚道产生变形,滚珠丝杆的承载载荷是靠钢珠传递的,钢珠的大小决定了承载力的大小,钢珠太小,会加大滚道的变形,在相同载荷条件下,大钢珠要比小钢珠所承受的载荷要大的原因就在这里,目前国内通用的钢珠直径为0.18英寸,我们选用的钢珠直径为0.375英寸。
优选的，所述丝杆螺母、丝杆的轴线之间的夹角为1-3°。在间隙的设计上,为了保证每一个钢珠在滚道中有绝对的浮动量,把间隙控制在最大值，也就是丝杆螺母与丝杆的轴线之间夹角控制在1-3度°。
此外为了降低滚道的摩擦系数,在滚道的表面上涂覆一层涂料,该涂料可以增加润滑度,可以降低操作扭矩。
影响载荷的因素有丝杆直径、钢珠大小、钢珠数量,在相同钢珠大小的条件下,丝杆直径越大,在滚道上的钢珠数量越多,其承载力越大。
本发明相较传统的滚珠丝杆而言摈弃提升螺母套、内循环、非金属密封件,加大了丝杆直径,采用2牙/英寸的滚道,从而保证了在高承载力下大口径压裂阀门的开启与关闭和减少手轮旋转的圈数。具体有以下优点：
1.控制扭矩:对于51/8X10M压裂门,扭矩能够控制在200N.M、对于51/8X15M压裂门、71/16X10M压裂阀,扭矩能够控制在300N.M、对于71/16X15M压裂阀,扭矩能够控制在600N.M；
2.控制圈数:对于51/8X10M,51/8X15M压裂门,手轮旋转圈数能够控制在12圈、对于71/16X10M压裂阀,手轮旋转圈数能够控制在16圈、对于71/16X15M压裂阀,手轮旋转圈数能够控制在16.5圈；
3.密封可靠:压裂阀在使用过程中没有任何渗漏现象；
4.控制回弹:旋转手轮时,手轮不允许有回旋现象；
5.承受载荷:垂直承受载荷对于71/16X15M压裂阀来说大于50吨。
附图说明
图1是三种齿轮减力装置的结构示意图，为直观显示，三者并列排在一起，其中a为圆柱直齿轮传动装置，b为圆锥齿轮传动装置、c为蜗杆传动装置；
图2是现有滚珠丝杆的结构示意图；
图3是本发明一种实施例的结构示意图；
图4是图3的侧视图；
图5为本发明一种实施例中的丝杆螺母、丝杆丝杆轴线夹角的示意图；
图6是本发明一种实施例与轴承的安装示意图；
图7是螺旋升角示意图；
图8是螺旋升角斜面分力示意图；
图中：1、丝杆，2、丝杆螺母，3、提升螺母套，4、锁紧螺母，5、轴承台阶，6、钢珠，7、反向器，8、内六角螺钉，9、压板，10、第一平面推力轴承，11、第二平面推力轴承。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图3-5，一种用于大口径压裂阀的滚珠丝杆，包括丝杆螺母2、丝杆1、钢珠6、反向器7，丝杆螺母4的外圆上设有上下两个轴承台阶5、内圆上设有螺旋槽，丝杆1的外周上设有螺旋槽，丝杆1伸入到丝杆螺母2的通孔内（丝杆螺母4、丝杆1的轴线之间的夹角为1-3°）且二者的螺纹槽配合构成螺旋滚道，螺旋滚道布置为2牙/英寸（即螺距为2牙/英寸），螺旋滚道截面为椭圆形，其内安装钢珠6，钢珠直径为0.375英寸；丝杆螺母2的外圆上还设有用于钢珠外循环的反向器7（金属），反向器7通过压板9以及内六角螺钉8安装在丝杆螺母2上，钢珠6可沿着螺旋滚道通过外循环的反向器7循环运动；丝杆螺母2的上端设有用于安装手轮的安装端，安装端设有外六角以及螺纹。
参见图6，安装时，轴承（即第一平面推力轴承10和第二平面推力轴承11）可以直接安装在丝杆螺母2上,做到结构简单,易拆、易装,不需要专门的特殊工具，安装过程中省时、省力,把停工时间降低到最低限度。
本发明相较传统的滚珠丝杆而言摈弃提升螺母套、内循环、非金属密封件,加大了丝杆直径,采用2牙/英寸的滚道,从而保证了在高承载力下大口径压裂阀门的开启与关闭和减少手轮旋转的圈数。
对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，有可能对具体尺寸，或者局部结构做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于大口径压裂阀的滚珠丝杆，包括丝杆螺母、丝杆、钢珠、反向器，其特征在于：所述丝杆螺母的外圆上间隔设有上下两个轴承台阶、内圆上设有螺旋槽，所述丝杆的外周上设有螺旋槽，所述丝杆伸入到丝杆螺母的通孔内且二者的螺纹槽配合构成螺旋滚道，所述螺旋滚道内安装钢珠；所述丝杆螺母的外圆上还设有用于钢珠外循环的反向器；所述丝杆螺母的上端设有用于安装手轮的安装端。
2.据权利要求1所述的用于大口径压裂阀的滚珠丝杆，其特征在于：所述反向器通过压板安装在丝杆螺母上。
3.据权利要求1所述的用于大口径压裂阀的滚珠丝杆，其特征在于：所述安装端设有外六角以及螺纹。
4.据权利要求1所述的用于大口径压裂阀的滚珠丝杆，其特征在于：所述螺旋滚道布置为2牙/英寸。
5.据权利要求1所述的用于大口径压裂阀的滚珠丝杆，其特征在于：所述螺旋滚道的截面为椭圆形。
6.据权利要求1所述的用于大口径压裂阀的滚珠丝杆，其特征在于：所述钢珠直径为0.375英寸。
7.据权利要求1所述的用于大口径压裂阀的滚珠丝杆，其特征在于：所述丝杆螺母、丝杆的轴线之间的夹角为1-3°。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2479403A1 (fr) * | 1980-03-26 | 1981-10-02 | Baker Cac | Mecanisme de commande d'une vanne rotative |
| CN2787931Y (zh) * | 2004-04-16 | 2006-06-14 | 于宙 | 轴向返向式滚珠丝杠副 |
| CN101126437A (zh) * | 2007-09-14 | 2008-02-20 | 李敬宇 | 滚珠丝杠副 |
| CN101749391A (zh) * | 2008-12-13 | 2010-06-23 | 上银科技股份有限公司 | 外循环滚珠螺杆装置 |
| CN202252283U (zh) * | 2011-09-07 | 2012-05-30 | 重庆新泰机械有限责任公司 | 滚珠丝杠阀门 |
| CN203009751U (zh) * | 2013-01-16 | 2013-06-19 | 宁波滚石自动化科技有限公司 | 盖板式滚珠螺母 |
| JP2015117776A (ja) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 三菱重工業株式会社 | 直動機構、調整弁駆動装置、蒸気タービン |
| CN204553740U (zh) * | 2015-02-16 | 2015-08-12 | 宁波拓普智能刹车系统有限公司 | 一种滚珠丝杠内循环机构 |
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- 2015-07-29 CN CN201510450220.9A patent/CN105156747B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2479403A1 (fr) * | 1980-03-26 | 1981-10-02 | Baker Cac | Mecanisme de commande d'une vanne rotative |
| CN2787931Y (zh) * | 2004-04-16 | 2006-06-14 | 于宙 | 轴向返向式滚珠丝杠副 |
| CN101126437A (zh) * | 2007-09-14 | 2008-02-20 | 李敬宇 | 滚珠丝杠副 |
| CN101749391A (zh) * | 2008-12-13 | 2010-06-23 | 上银科技股份有限公司 | 外循环滚珠螺杆装置 |
| CN202252283U (zh) * | 2011-09-07 | 2012-05-30 | 重庆新泰机械有限责任公司 | 滚珠丝杠阀门 |
| CN203009751U (zh) * | 2013-01-16 | 2013-06-19 | 宁波滚石自动化科技有限公司 | 盖板式滚珠螺母 |
| JP2015117776A (ja) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 三菱重工業株式会社 | 直動機構、調整弁駆動装置、蒸気タービン |
| CN204553740U (zh) * | 2015-02-16 | 2015-08-12 | 宁波拓普智能刹车系统有限公司 | 一种滚珠丝杠内循环机构 |
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|---|---|
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