CN106931121B - 螺杆泵地面直驱采油装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于于螺杆泵采油设备领域，尤其涉及一种螺杆泵地面直驱采油装置，包括永磁电机和离合防反转机构，离合防反转机构包括壳体、承载轴、驱动轴和空心轴，承载轴的上端和驱动轴的下端通过齿式离合机构连接，驱动轴通过插装在空心轴内，驱动轴与空心轴之间可沿轴向相对滑动，所述的驱动轴由永磁电机驱动现有技术中，永磁电机设置在防反转机构的侧面，永磁电机的输出轴需要通过皮带传动机构和齿轮传动机构的传动才能将动力传递至驱动轴上，因此设备的结构比较复杂。而本发明将永磁电机竖向设置在离合防反转机构的顶部，从而使电机输出轴直接与驱动轴连接，省去了复杂的中间传动机构，有效简化了设备结构，降低了设备的制造成本。

Description

螺杆泵地面直驱采油装置
技术领域
本发明属于螺杆泵采油设备领域，尤其涉及一种螺杆泵地面直驱采油装置。
背景技术
目前，油田机械采油领域中，螺杆泵电机直接驱动装置是被广泛采用的一种抽油装置。由于存在反转的风险，螺杆泵电机直接驱动装置中防反转的技术尤为关键。普遍采用的防反转技术有电磁制动和能耗制动。所谓电磁制动就是由控制器向电机绕组输出一个产生的磁场方向使电机反转速度减弱的电流，达到限制反转的效果；而能耗制动技术是采用一个至数个大功率电阻消耗电动机处于再生发电状态时所产生的电能使电机处于制动状态。这类技术的共同缺点就是当控制器发生故障或连接控制器的电源线被切断时，反转效果急剧下降甚至失效，导致电动机产生高速反转造成断杆或脱杆甚至发生安全事故的严重后果。
为了解决上述问题，专利号为CN201520926391.X的实用新型专利中公开了一种螺杆泵光杆离合反转释放装置，该装置通过将齿式离合机构、牙嵌式离合机构和超越离合器A结合使用，实现了可靠的纯机械离合，消除了反转制动失效带来的安全隐患。但该装置的组成零件较多，结构较复杂，制造成本有待降低。
发明内容
本发明提供一种螺杆泵地面直驱采油装置，目的在于：通过对现有技术的结构进行优化，达到减少零件数量、简化设备结构、降低设备成本的目的。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供一种螺杆泵地面直驱采油装置，包括永磁电机和离合防反转机构，离合防反转机构包括壳体、承载轴、驱动轴和空心轴，承载轴的上端和驱动轴的下端通过齿式离合机构连接，驱动轴通过插装在空心轴内，驱动轴与空心轴之间可沿轴向相对滑动，但不可相对旋转，所述的驱动轴由永磁电机驱动；
所述的壳体包括上端盖、主壳体和下端盖，主壳体内部设置有轴端支撑板，上端盖、下端盖和轴端支撑板均通过螺栓连接在主壳体上，所述的承载轴通过安装在下端盖上侧的推力轴承安装在下端盖上并穿过下端盖，所述的空心轴的下端通过轴承安装在轴端支撑板的中央，空心轴的上端通过轴承安装在上端盖下侧的中央，所述的上端盖的上侧设置有超越离合器A，超越离合器A的外圈通过平键与上端盖连接，超越离合器A的内圈通过平键与一个螺纹套连接，所述的驱动轴的上部设置有外螺纹，驱动轴通过该外螺纹安装在螺纹套内；
所述的永磁电机竖向安装在上端盖的上方，所述的驱动轴的上端插装在电机输出轴的下端，驱动轴与电机输出轴可在轴向相对滑动，但不可相对旋转；
所述的永磁电机的顶部设置有盘式制动器，其结构包括制动钳、制动盘、液压缸、油泵和壳体，所述的壳体固定安装在永磁电机的顶部，所述的制动钳、液压缸、油泵均安装在壳体内，制动盘通过螺栓连接在电机输出轴的上端，制动盘的边缘位于制动钳的钳口之间，液压缸在油泵的驱动下动作，继而驱动制动钳上的两个钳口向制动盘靠近，最终夹紧制动盘实现对制动盘的制动。
所述的螺纹套和驱动轴上的螺纹为梯形螺纹，梯形螺纹的螺纹升角小于或等于螺旋副的当量摩擦角。所述的制动盘的边缘设置有轮齿，制动盘通过齿轮传动机构驱动油泵中的转子旋转。
本发明的有益效果为：
1、现有技术中，永磁电机设置在防反转机构的侧面，永磁电机的输出轴需要通过皮带传动机构和齿轮传动机构的传动才能将动力传递至驱动轴上，因此设备的结构比较复杂。而本发明将永磁电机竖向设置在离合防反转机构的顶部，从而使电机输出轴直接与驱动轴连接，省去了复杂的中间传动机构，因此，本发明有效简化了设备结构，降低了设备的制造成本。
2、本发明对现有技术中驱动轴的提升机构进行了改进，用螺旋连接副代替了现有技术中的牙嵌式离合机构，主要具有两方面的效果：一方面，与牙嵌式离合机构相比，螺旋连接副更容易加工和装配，也使装置的结构更加简洁；另一方面，利用螺旋副的自锁功能即可实现防止驱动轴升起后在重力作用下回落的目的，从而省去了现有技术中的卡持器这一结构，进一步达到了简化结构的目的。
3、盘式制动器的设置，具有两个作用：一方面，反转开始时到齿式离合机构分离完成这段时间，是离合防反转机构作用的空白期，在此期间，驱动轴仍然会随着承载轴反转。虽然这段时间非常短，但是这段时间内反转的转速最快，对设备的冲击也最大，而这种冲击对设备的损害不容忽视。而盘式制动器可以在设备反转的第一时间作出制动反应，从而在齿式离合机构未彻底分离前使反转扭矩缓慢释放，有效降低了反转对设备的冲击，避免设备损坏。另一方面，在离合防反转机构发生离合故障时，盘式制动器可依靠其自身的制动作用实现由始至终的制动，独立实现防反转的目的，从而有效提高了防反转的可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是盘式制动器的结构原理图。
图中：1-承载轴，2-下端盖，3-主壳体，4-齿式离合机构，5-轴端支撑板，6-空心轴，7-驱动轴，8-上端盖，9-超越离合器A，10-螺纹套，11-永磁电机，12-电机输出轴，13-制动钳，13-1-壳体,13-2-制动齿轮，13-3-油泵，13-4-液压缸，13-5-杠杆，13-6-钳口，13-7-中间齿轮，14-制动盘。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
本实施例包括永磁电机11和离合防反转机构，离合防反转机构包括壳体3、承载轴1、驱动轴7和空心轴6，承载轴1的上端和驱动轴7的下端通过齿式离合机构4连接，驱动轴7通过插装在空心轴6内，驱动轴7与空心轴6之间可沿轴向相对滑动，但不可相对旋转。以上为本发明与现有技术的共同技术特征。
在现有技术和本发明中，所述的驱动轴7均由永磁电机11驱动，但现有技术中为间接驱动，本发明中为直接驱动。现有技术中，永磁电机11设置在防反转机构的侧面，永磁电机11的输出轴需要通过皮带传动机构和齿轮传动机构的传动才能将动力传递至驱动轴7上，因此设备的结构比较复杂。而本发明将永磁电机11竖向设置在离合防反转机构的顶部，从而使电机输出轴12直接与驱动轴7连接，省去了复杂的中间传动机构，因此，本发明有效简化了设备结构，降低了设备的制造成本。
所述的壳体包括上端盖8、主壳体3和下端盖2，主壳体3内部设置有轴端支撑板5，上端盖8、下端盖2和轴端支撑板5均通过螺栓连接在主壳体3上，所述的承载轴1通过安装在下端盖2上侧的推力轴承安装在下端盖2上并穿过下端盖2，所述的空心轴6的下端通过轴承安装在轴端支撑板5的中央。在上述结构中，空心轴6的作用与现有技术不同，现有技术中的空心轴6的作用是传递扭矩，而本发明中的空心轴6是扶持驱动轴7，在空心轴6的扶持作用下，驱动轴7的旋转更平稳，即使在高速反转时也不会发生剧烈振动，从而降低设备的噪音，也延长了轴承等部件的寿命。
空心轴6的上端通过轴承安装在上端盖8下侧的中央，所述的上端盖8的上侧设置有超越离合器A9，超越离合器A9的外圈通过平键与上端盖8连接，超越离合器A9的内圈通过平键与一个螺纹套10连接，所述的驱动轴7的上部设置有外螺纹，驱动轴7通过该外螺纹安装在螺纹套10内。超越离合器又叫单向轴承，是在一个方向上可以自由转动，而在另一个方向上锁死的一种轴承。超越离合器A9的设置，使得螺纹套10可随驱动轴7自由正转，但不能随其反转，也就是说，发生反转时，螺纹套10不再旋转，因此，驱动轴7才能在螺纹副的作用下沿轴向上移，进而实现齿式离合机构4的分离。
所述的永磁电机11竖向安装在上端盖8的上方，所述的驱动轴7的上端插装在电机输出轴12的下端，驱动轴7与电机输出轴12可沿轴向相对滑动，但不可相对旋转。采用插装结构的目的是为了为驱动轴7的上移留出活动空间。
所述的永磁电机11的顶部设置有盘式制动器，其结构包括制动钳、制动盘14、液压缸13-4、油泵13-3和壳体13-1，所述的壳体13-1固定安装在永磁电机11的顶部，所述的制动钳、液压缸13-4、油泵13-3均安装在壳体13-1内，制动盘14通过螺栓连接在电机输出轴的上端，制动盘14的边缘位于制动钳的钳口13-6之间，液压缸13-4在油泵13-3的驱动下动作，继而驱动制动钳上的两个钳口13-6向制动盘14靠近，最终夹紧制动盘14实现对制动盘14的制动。
在本实施例中，制动盘14的边缘设置有轮齿，油泵13-3的旋转轴上设置有驱动齿轮13-2，制动盘14通过驱动齿轮13-2以及一个中间齿轮13-7的传动来驱动油泵13-3中的转子旋转。所述的制动钳中的钳口13-6通过一个杠杆13-5连接在壳体13-1上，杠杆13-5的中部与液压缸13-4上的活塞杆铰接相连，油泵13-3工作时，活塞杆拉动杠杆13-5向靠近制动盘14的方向摆动，从而带动钳口13-6动作，实现夹紧制动。具体实施过程中，制动钳、液压缸13-4和油泵13-3的规格和布置方式可根据壳体内的空间灵活布置，而不局限于图中所示的布置形式。
盘式制动器是一种在汽车等机械设备中广泛应用的制动机构，相关技术已经十分成熟，本发明将盘式制动器应用在螺杆泵采油设备上，将反转时产生的扭矩作为制动器的触发动力进行制动，起到了良好的制动效果。
盘式制动器的设置，具有两个作用：一方面，反转开始时到齿式离合机构4分离完成这段时间，是离合防反转机构作用的空白期，在此期间，驱动轴7仍然会随着承载轴1反转。虽然这段时间非常短，但是这段时间内反转的转速最快，对设备的冲击也最大，而这种冲击对设备的损害不容忽视。而盘式制动器可以在设备反转的第一时间作出制动反应，从而在齿式离合机构4未彻底分离前使反转扭矩缓慢释放，有效降低了反转对设备的冲击，避免设备损坏。另一方面，在离合防反转机构发生离合故障时，盘式制动器可依靠其自身的制动作用实现由始至终的制动，独立实现防反转的目的，从而有效提高了防反转的可靠性。
理论上说，只设置盘式制动器而不设置离合防反转机构，也可以实现防反转功能，但如果只采用盘式制动器进行制动，承载轴、驱动轴和电机输出轴12均需承受较长时间的高强度扭矩载荷，对上述三根轴的强度要求会显著提高。另外，一旦盘式制动器的发生液压油泄漏等故障，制动便会失效，因此，单纯采用盘式制动器时，制动的可靠性不足。
所述的螺纹套10和驱动轴7上的螺纹为梯形螺纹，梯形螺纹的螺纹升角小于或等于螺旋副的当量摩擦角。螺纹升角小于或等于螺旋副的当量摩擦角，这是螺纹自锁的必要条件，当这个条件满足时，螺纹可实现自锁，从而避免因驱动轴7在重力作用下回落而导致齿式离合机构再次啮合。
本发明对现有技术中驱动轴7的提升机构进行了改进，用螺旋连接副代替了现有技术中的牙嵌式离合机构，主要具有两方面的效果：一方面，与牙嵌式离合机构相比，螺旋连接副更容易加工和装配，也使装置的结构更加简洁；另一方面，利用螺旋副的自锁功能即可实现防止驱动轴升起后在重力作用下回落的目的，从而省去了现有技术中的卡持器这一结构，进一步达到了简化结构的目的。

Claims (3)

1.一种螺杆泵地面直驱采油装置，包括永磁电机(11)和离合防反转机构，离合防反转机构包括壳体、承载轴(1)、驱动轴(7)和空心轴(6)，承载轴(1)的上端和驱动轴(7)的下端通过齿式离合机构(4)连接，驱动轴(7)通过插装在空心轴(6)内，驱动轴(7)与空心轴(6)之间可沿轴向相对滑动，但不可相对旋转，所述的驱动轴(7)由永磁电机(11)驱动；
所述的壳体包括上端盖(8)、主壳体(3)和下端盖(2)，主壳体(3)内部设置有轴端支撑板(5)，上端盖(8)、下端盖(2)和轴端支撑板(5)均通过螺栓连接在主壳体(3)上，所述的承载轴(1)通过安装在下端盖(2)上侧的推力轴承安装在下端盖(2)上并穿过下端盖(2)，所述的空心轴(6)的下端通过轴承安装在轴端支撑板(5)的中央，空心轴(6)的上端通过轴承安装在上端盖(8)下侧的中央，所述的上端盖(8)的上侧设置有超越离合器A(9)，超越离合器A(9)的外圈通过平键与上端盖(8)连接，超越离合器A(9)的内圈通过平键与一个螺纹套(10)连接，所述的驱动轴(7)的上部设置有外螺纹，驱动轴(7)通过该外螺纹安装在螺纹套(10)内；
所述的永磁电机(11)竖向安装在上端盖(8)的上方，所述的驱动轴(7)的上端插装在电机输出轴(12)的下端，驱动轴(7)与电机输出轴(12)可沿轴向相对滑动，但不可相对旋转；
所述的永磁电机(11)的顶部设置有盘式制动器，其结构包括制动钳、制动盘(14)、液压缸(13-4)、油泵(13-3)和第二壳体(13-1)，所述的第二壳体(13-1)固定安装在永磁电机(11)的顶部，所述的制动钳、液压缸(13-4)、油泵(13-3)均安装在第二壳体(13-1)内，制动盘(14)通过螺栓连接在电机输出轴的上端，制动盘(14)的边缘位于制动钳的钳口(13-6)之间，液压缸(13-4)在油泵(13-3)的驱动下动作，继而驱动制动钳上的两个钳口(13-6)向制动盘(14)靠近，最终夹紧制动盘(14)实现对制动盘(14)的制动。
2.根据权利要求1所述的一种螺杆泵地面直驱采油装置，其特征在于：所述的螺纹套(10)和驱动轴(7)上的螺纹为梯形螺纹，梯形螺纹的螺纹升角小于或等于螺旋副的当量摩擦角。
3.根据权利要求1所述的一种螺杆泵地面直驱采油装置，其特征在于：所述的制动盘(14)的边缘设置有轮齿，制动盘(14)通过齿轮传动机构驱动油泵(13-3)中的转子旋转。
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