CN106837795A - 防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统，为防止反转事故，包括直驱电机，直驱电机的空心轴连接驱动其内套的花键轴，花键轴下端通过轴向分离滑脱式联轴器向下连接驱动承载轴承座的下短轴，承载轴承座连接驱动配密封盒的光轴，光轴下端有用于向下连接抽油杆的接头；花键轴上端配置反向旋转上提离合分离装置，当花键轴被反向驱动旋转时会被反作用力提升与下短轴分离，并且在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定。所述直驱电机为直驱永磁电机，并电连控制箱配置的螺杆泵地面直驱控制柜，所述花键轴为渐开线花键轴。具有安装作业简单，操作维修方便，连续工作省电，运行稳定安全，能可靠实现防反转的优点。

Description

防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统

技术领域

本发明涉及一种采油螺杆泵驱动装置，特别是涉及一种防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统。

背景技术

地面驱动装置是螺杆泵采油的重要组成部分，它把地面的动力源通过抽油杆传送给井下螺杆泵旋转采油作业。目前各油田使用的地面驱动装置有以下几种形式，直齿轮传动，皮带轮传动，伞齿轮传动，电机直驱传动（永磁电机，开关磁阻电机，串励电机等），但以上这些驱动装置在使用中都存在着一个共同的不安全隐患，因为它没有离开传统的连接方式即驱动装置旋转着一个大皮带轮，头上都顶着一个方卡子，方卡子卡着光杆，光杆连接抽油杆传动，由于井下原油粘稠度大、含腊高、及抽油杆旋转的应力。杆柱会潜存着较大的反转扭矩。

目前地面驱动防反转控制系统有以下几种形式：棘轮刹车、超越离合器刹车、液压点刹防反转，电阻制动防反转。由于地面季节变化、温差较大，或线路故障及控制开关失灵，停机时都可能造成刹车失控，出现反转飞车脱杆、皮带轮甩出、光杆甩弯、方卡子甩飞等事故。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能可靠实现防反转的防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统。

为实现上述目的，本发明防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统包括直驱电机，直驱电机的空心轴连接驱动其内套的花键轴，花键轴下端通过轴向分离滑脱式联轴器向下连接驱动承载轴承座的下短轴，承载轴承座连接驱动配密封盒的光轴，光轴下端有用于向下连接抽油杆的接头；花键轴上端配置反向旋转上提离合分离装置，当花键轴被反向驱动旋转时会被反作用力提升与下短轴分离，并且在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定。具有能可靠实现防反转的优点。

作为优化，所述下短轴或承载轴承座配置有可调试刹车机构；承载轴承座配置的承载轴承箱通过其下伸臂端的底座固装密封盒和井口机构，光轴下端从井口机构下面伸出；可调试刹车机构向上固连直驱电机、向下固连承载轴承箱。

作为优化，所述底座为兰盘底座，密封盒在兰盘底座之上，位于两个相对配置的下伸臂之间；井口机构通过标准紧固件固装在兰盘底座下面，从井口机构下面伸出的光轴下端有用于向下连接抽油杆的插接式接头。

作为优化，所述轴向分离滑脱式联轴器为花键轴下端向下连接驱动下短轴的轴向分离滑脱式超越离合联轴器。

作为优化，所述轴向分离滑脱式超越离合联轴器是花键轴下端面制有周向螺旋端槽，下短轴上端面制有与之上下配合的周向螺旋端齿。

作为优化，所述直驱电机为直驱永磁电机，并电连控制箱配置的螺杆泵地面直驱控制柜，所述花键轴为渐开线花键轴。

作为优化，所述反向旋转上提离合分离装置包括固装在直驱电机上面的分离底座，花键轴上部伸入分离底座内并且配置单向离合装置，花键轴向下伸出单向离合装置的上端配置所述手动或自动释放锁定机构；花键轴正转时，单向离合装置分离花键轴自由正转，花键轴反转时，单向离合装置闭合使得花键轴能够被反作用力提升与下短轴分离，并且在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定。

作为优化，所述单向离合装置是分离底座基部内周固装一个环形轴承座、环形轴承座内周周向滑配凹凸轮、凹凸轮内周间隙套配花键轴；凹凸轮与环形轴承座之间配置有止逆器，凹凸轮上端制有螺旋形凹槽，花键轴制有或固装有可沿所述螺旋形凹槽上下滑动的横向限位柱；花键轴反转时，离合连接机构将凹凸轮与环形轴承座固连在一起，反向旋转的横向限位柱沿凹凸轮上端制有的螺旋形凹槽壁上升，使花键轴提升与下短轴分离，并且在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定。

作为优化，花键轴在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定；所述释放锁定机构是环形轴承座上端口配装有带供花键轴上端穿出的中心竖向通孔的端盖，花键轴上端外周制有环槽，端盖上面配置有一对弹簧支撑与环槽插配的定位卡板，定位卡板通过分离拨叉连接拨动手柄；所述止逆器是所述凹凸轮外周制有多个周向均匀分布的单向倾斜凸齿，环形轴承座内周有多个周向均匀分布的竖向铰接轴铰接的、弹簧支撑的、与所述单向倾斜凸齿配合的离合卡爪；凹凸轮正转时，单向倾斜凸齿顺利滑过离合卡爪、凹凸轮反转时，离合卡爪则卡住单向倾斜凸齿。

作为优化，所述定位卡板制有沿其自身长轴向分布的长条孔，端盖上面外侧固装横向滑配所述中心长条孔的立栓，立栓与定位卡板长条孔的中心端壁之间配置有支撑弹簧，端盖固装有供花键轴上端向上穿入的中心竖管，中心竖管在端盖上面制有供定位卡板中心端伸入卡住所述环槽的侧开口，两个分离拨叉分别铰接在端盖上面的一个立轴上，分离拨叉内端铰接定位卡板、外端铰接连杆、连杆再铰接在一个通过竖轴铰接在端盖上的转盘上面，转盘外侧固装向外横向伸出的拨动手柄；所述端盖上面向上固装倒桶形护罩，护罩侧面制有供拨动手柄周向活动的横向通孔，护罩上底面中心固装有向上伸出的竖管座，竖管座向下套装滑配弹簧支撑的、下端与花键轴上端对接的中心滑杆，竖管座向上丝配用于限制中心滑杆上止点的调整螺栓。

本发明系统采用了立式永磁大转矩、内渐开线花键轴连接传动的低速伺服电机。该电机运行稳定，过载转矩大，安全无噪声，对电网无冲击，节电率高达25%以上。其传动结构彻底改变了原来的旋转连接形式，实现了无方卡子，无光杆连接，反转时主传动轴与承载连接短轴瞬时分离的传动机构。抽油杆的扭矩在井下安全释放，电机无负荷平稳停机，彻底杜绝了甩杆，飞车等不安全事故的发生。

本发明系统由：1、永磁电机， 2、分离机构， 3、可调式刹车机构，4、承载轴承箱 ，5、井口机构，6、控制箱组成。电机与轴承箱采取了分体式联接，环空通风，避免了轴承箱的温度传向电机，有利于电机通风散热。分离机构采用了单向离合器与正反凸轮组合的形式，出现反转立即举升。反0.5转时渐开线花键轴与下短轴可瞬时分离，反转速度可调，制动扭矩可达2400N.m。轴承箱选用重型园锥推力滚子轴承，负荷可达20T,井口与大四通连接压力达2000PSi，控制箱选用了目前较先进的电子元件，具有各项显示功能。

工作原理是：电机空心轴连接渐开线花键轴，花键轴下端连接下短轴，上端连接上提离合分离机构，下短轴通过花键连接承载轴承座，承载轴承座连接光轴，光轴通过密封盒、井口机构、由叉接式节头连接抽油杆，传动井下螺杆泵旋转作业。转速为0-200r/min，当停机出现反转时（反转0.5转），上提分离机构动作，花键轴与下短轴瞬间分离，抽油杆在井下安全释放。

其中控制箱具有点动、启动、反转延时等控制，电压、电流、转速、扭矩等显示，具有过载、过热安全保护功能。

其中上提机构是直驱装置的重要组成部分，他起到了停机，瞬时分离的关键作用。此装置结构紧凑，操作方便。该机构由：1、分离底座，2、单向离合装置，3、凹凸轮，4、定位卡板，5、分离拨叉， 6、拨动手柄，7、调整螺栓，8、护罩组成。该机构工作原理：当直驱电机正转旋转时，单向离合装置不工作。当人为点动反转或井下扭矩造成反转0.5r时，单向离合装置反向旋转，凹凸轮顶起,传动花键轴上提，定位卡板瞬间锁定。当电机重新启动，人工拨动手柄分离拨叉开合，传动花键轴下落与下短轴连接，旋转作业。

该装置安装作业简单，操作维修方便，连续工作省电，运行稳定安全，值得在各大油田推广使用。

采用上述技术方案后，本发明防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统具有安装作业简单，操作维修方便，连续工作省电，运行稳定安全，能可靠实现防反转的优点。

附图说明

图1是本发明防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统的结构示意图。

图2是本发明防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统连接地面控制柜后的结构示意图。

图3是本发明防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统上提机构部分的侧视结构示意图。

图4是本发明防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统上提机构部分的俯视结构示意图。

图5是本发明防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统上提机构部分的剖视结构示意图。

具体实施方式

如图所示，本发明防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统包括直驱电机14，直驱电机14的空心轴连接驱动其内套的花键轴5，花键轴5下端通过轴向分离滑脱式联轴器向下连接驱动承载轴承座7的下短轴16，承载轴承座7连接驱动配密封盒18的光轴17，光轴17下端有用于向下连接抽油杆的接头19；花键轴5上端配置反向旋转上提离合分离装置，当花键轴5被反向驱动旋转时会被反作用力提升与下短轴16分离，并且在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定。具有能可靠实现防反转的优点。

具体：所述下短轴16或承载轴承座7配置有可调试刹车机构6；承载轴承座7配置的承载轴承箱8通过其下伸臂端的底座固装密封盒18和井口机构9，光轴17下端从井口机构9下面伸出；可调试刹车机构6向上固连直驱电机14、向下固连承载轴承箱8。

具体：所述底座为兰盘底座，密封盒18在兰盘底座之上，位于两个相对配置的下伸臂之间；井口机构9通过标准紧固件固装在兰盘底座下面，从井口机构9下面伸出的光轴17下端有用于向下连接抽油杆的插接式接头19。

具体：所述轴向分离滑脱式联轴器为花键轴5下端向下连接驱动下短轴16的轴向分离滑脱式超越离合联轴器。

具体：所述轴向分离滑脱式超越离合联轴器是花键轴5下端面制有周向螺旋端槽，下短轴16上端面制有与之上下配合的周向螺旋端齿。

具体：所述直驱电机14为直驱永磁电机，并电连控制箱配置的螺杆泵地面直驱控制柜20，所述花键轴5为渐开线花键轴。

具体：所述反向旋转上提离合分离装置包括固装在直驱电机14上面的分离底座13，花键轴5上部伸入分离底座13内并且配置单向离合装置，花键轴5向上伸出单向离合装置的上端配置所述手动或自动释放锁定机构；花键轴5正转时，单向离合装置分离花键轴5自由正转，花键轴5反转时，单向离合装置闭合使得花键轴5能够被反作用力提升与下短轴16分离，并且在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定。

具体：所述单向离合装置是分离底座13基部内周固装一个环形轴承座4、环形轴承座4内周周向滑配凹凸轮3、凹凸轮3内周间隙套配花键轴5；凹凸轮3与环形轴承座4之间配置有止逆器，凹凸轮3上端制有螺旋形凹槽，花键轴5制有或固装有可沿所述螺旋形凹槽上下滑动的横向限位柱；花键轴5反转时，离合连接机构将凹凸轮3与环形轴承座4固连在一起，反向旋转的横向限位柱沿凹凸轮3上端制有的螺旋形凹槽壁上升，使花键轴5提升与下短轴16分离，并且在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定。

具体：花键轴5在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定；所述释放锁定机构是环形轴承座4上端口配装有带供花键轴5上端穿出的中心竖向通孔的端盖，花键轴5上端外周制有环槽，端盖上面配置有一对弹簧支撑与环槽插配的定位卡板2，定位卡板2通过分离拨叉11连接拨动手柄61；所述止逆器是所述凹凸轮3外周制有多个周向均匀分布的单向倾斜凸齿，环形轴承座4内周有多个周向均匀分布的竖向铰接轴铰接的、弹簧支撑的、与所述单向倾斜凸齿配合的离合卡爪；凹凸轮3正转时，单向倾斜凸齿顺利滑过离合卡爪、凹凸轮3反转时，离合卡爪则卡住单向倾斜凸齿。

具体：所述定位卡板2制有沿其自身长轴向分布的长条孔，端盖上面外侧固装横向滑配所述中心长条孔的立栓，立栓与定位卡板2长条孔的中心端壁之间配置有支撑弹簧，端盖固装有供花键轴5上端向上穿入的中心竖管，中心竖管在端盖上面制有供定位卡板2中心端伸入卡住所述环槽的侧开口，两个分离拨叉11分别铰接在端盖上面的一个立轴上，分离拨叉61内端铰接定位卡板2、外端铰接连杆、连杆再铰接在一个通过竖轴铰接在端盖上的转盘上面，转盘外侧固装向外横向伸出的拨动手柄61；所述端盖上面向上固装倒桶形护罩1，护罩81侧面制有供拨动手柄61周向活动的横向通孔，护罩上底面中心固装有向上伸出的竖管座，竖管座向下套装滑配弹簧支撑的、下端与花键轴5上端对接的中心滑杆，竖管座向上丝配用于限制中心滑杆上行高度的上止点调整螺栓10。

本发明系统采用了立式永磁大转矩、内渐开线花键轴连接传动的低速伺服电机。该电机运行稳定，过载转矩大，安全无噪声，对电网无冲击，节电率高达25%以上。其传动结构彻底改变了原来的旋转连接形式，实现了无方卡子，无光杆连接，反转时主传动轴与承载连接短轴瞬时分离的传动机构。抽油杆的扭矩在井下安全释放，电机无负荷平稳停机，彻底杜绝了甩杆，飞车等不安全事故的发生。

本发明系统由：1、永磁电机 ，2、分离机构， 3、可调式刹车机构，4、承载轴承箱 ，5、井口机构，6、控制箱组成。电机与轴承箱采取了分体式联接，环空通风，避免了轴承箱的温度传向电机，有利于电机通风散热。分离机构采用了单向离合器与正反凸轮组合的形式，出现反转立即举升。反0.5转时渐开线花键轴与下短轴可瞬时分离，反转速度可调，制动扭矩可达2400N.m。轴承箱选用重型园锥推力滚子轴承，负荷可达20T,井口与大四通连接压力达2000PSi，控制箱选用了目前较先进的电子元件，具有各项显示功能。

工作原理是：电机空心轴连接渐开线花键轴，花键轴下端连接下短轴，上端连接上提离合分离机构，下短轴通过花键连接承载轴承座，承载轴承座连接光轴，光轴通过密封盒、井口机构、由叉接式节头连接抽油杆，传动井下螺杆泵旋转作业。转速为0-200r/min，当停机出现反转时（反转0.5转），上提分离机构动作，花键轴与下短轴瞬间分离，抽油杆在井下安全释放。

其中控制箱具有点动、启动、反转延时等控制，电压、电流、转速、扭矩等显示，具有过载、过热安全保护功能。

其中上提机构是直驱装置的重要组成部分，他起到了停机，瞬时分离的关键作用。此装置结构紧凑，操作方便。该机构由：1、分离底座，2、单向离合装置，3、凹凸轮，4、定位卡板，5、分离拨叉， 6、拨动手柄，7、调整螺栓，8、护罩组成。该机构工作原理：当直驱电机正转旋转时，单向离合装置不工作。当人为点动反转或井下扭矩造成反转0.5r时，单向离合装置反向旋转，凹凸轮顶起,传动花键轴上提，定位卡板瞬间锁定。当电机重新启动，人工拨动手柄分离拨叉开合，传动花键轴下落与下短轴连接，旋转作业。

该装置安装作业简单，操作维修方便，连续工作省电，运行稳定安全，值得在各大油田推广使用。

采用上述技术方案后，本发明防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统具有安装作业简单，操作维修方便，连续工作省电，运行稳定安全，能可靠实现防反转的优点。

Claims (10)

1.一种防反转自动分离采油螺杆泵直驱系统，其特征在于包括直驱电机，直驱电机的空心轴连接驱动其内套的花键轴，花键轴下端通过轴向分离滑脱式联轴器向下连接驱动承载轴承座的下短轴，承载轴承座连接驱动配密封盒的光轴，光轴下端有用于向下连接抽油杆的接头；花键轴上端配置反向旋转上提离合分离装置，当花键轴被反向驱动旋转时会被反作用力提升与下短轴分离，并且在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于所述下短轴或承载轴承座配置有可调试刹车机构；承载轴承座配置的承载轴承箱通过其下伸臂端的底座固装密封盒和井口机构，光轴下端从井口机构下面伸出；可调试刹车机构向上固连直驱电机、向下固连承载轴承箱。

3.根据权利要求2所述系统，其特征在于所述底座为兰盘底座，密封盒在兰盘底座之上，位于两个相对配置的下伸臂之间；井口机构通过标准紧固件固装在兰盘底座下面，从井口机构下面伸出的光轴下端有用于向下连接抽油杆的插接式接头。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于所述轴向分离滑脱式联轴器为花键轴下端向下连接驱动下短轴的轴向分离滑脱式超越离合联轴器。

5.根据权利要求4所述系统，其特征在于所述轴向分离滑脱式超越离合联轴器是花键轴下端面制有周向螺旋端槽，下短轴上端面制有与之上下配合的周向螺旋端齿。

6.根据权利要求1所述系统，其特征在于所述直驱电机为直驱永磁电机，并电连控制箱配置的螺杆泵地面直驱控制柜，所述花键轴为渐开线花键轴。

7.根据权利要求1－6任一所述系统，其特征在于所述反向旋转上提离合分离装置包括固装在直驱电机上面的分离底座，花键轴上部伸入分离底座内并且配置单向离合装置，花键轴向下伸出单向离合装置的上端配置所述手动或自动释放锁定机构；花键轴正转时，单向离合装置分离花键轴自由正转，花键轴反转时，单向离合装置闭合使得花键轴能够被反作用力提升与下短轴分离，并且在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定。

8.根据权利要求7所述系统，其特征在于所述单向离合装置是分离底座基部内周固装一个环形轴承座、环形轴承座内周周向滑配凹凸轮、凹凸轮内周间隙套配花键轴；凹凸轮与环形轴承座之间配置有止逆器，凹凸轮上端制有螺旋形凹槽，花键轴制有或固装有可沿所述螺旋形凹槽上下滑动的横向限位柱；花键轴反转时，离合连接机构将凹凸轮与环形轴承座固连在一起，反向旋转的横向限位柱沿凹凸轮上端制有的螺旋形凹槽壁上升，使花键轴提升与下短轴分离，并且在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定。

9.根据权利要求8所述系统，其特征在于花键轴在反向旋转到≥1/3－<1周时被手动或自动释放锁定机构锁定；所述释放锁定机构是环形轴承座上端口配装有带供花键轴上端穿出的中心竖向通孔的端盖，花键轴上端外周制有环槽，端盖上面配置有一对弹簧支撑与环槽插配的定位卡板，定位卡板通过分离拨叉连接拨动手柄；所述止逆器是所述凹凸轮外周制有多个周向均匀分布的单向倾斜凸齿，环形轴承座内周有多个周向均匀分布的竖向铰接轴铰接的、弹簧支撑的、与所述单向倾斜凸齿配合的离合卡爪；凹凸轮正转时，单向倾斜凸齿顺利滑过离合卡爪、凹凸轮反转时，离合卡爪则卡住单向倾斜凸齿。

10.根据权利要求9所述系统，其特征在于所述定位卡板制有沿其自身长轴向分布的长条孔，端盖上面外侧固装横向滑配所述中心长条孔的立栓，立栓与定位卡板长条孔的中心端壁之间配置有支撑弹簧，端盖固装有供花键轴上端向上穿入的中心竖管，中心竖管在端盖上面制有供定位卡板中心端伸入卡住所述环槽的侧开口，两个分离拨叉分别铰接在端盖上面的一个立轴上，分离拨叉内端铰接定位卡板、外端铰接连杆、连杆再铰接在一个通过竖轴铰接在端盖上的转盘上面，转盘外侧固装向外横向伸出的拨动手柄；所述端盖上面向上固装倒桶形护罩，护罩侧面制有供拨动手柄周向活动的横向通孔，护罩上底面中心固装有向上伸出的竖管座，竖管座向下套装滑配弹簧支撑的、下端与花键轴上端对接的中心滑杆，竖管座向上丝配用于限制中心滑杆上止点的调整螺栓。