CN108869273B - 基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵 - Google Patents
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Abstract
基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，属于油田开出设备技术领域，结构上由螺旋传动装置和往复旋转螺杆泵组成，螺旋传动装置由滚珠花键直线导轨副和滚珠螺旋传动副构成；滚珠花键直线导轨副由花键套、滚珠回珠反向器、滚珠、滚珠螺旋轴和轴向挡板连接构成；滚珠螺旋传动副由螺旋套、滚珠回珠反向器、滚珠、滚珠螺旋轴以及周向挡板连接构成；往复旋转螺杆泵由齿轮组、齿轮箱密封端盖、单向阀、阴阳转子、螺杆衬套、轴承和轴承端盖连接构成；本发明除了具有螺杆泵适应于高粘度、高含砂量、高油气比及高含水量的石油开采外，还具有有杆柱塞泵采油的适应性强和寿命长，可用于深井采油等特点，本发明实现上下冲程均可抽油，大大提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于油田开出设备技术领域，涉及一种螺杆泵，具体的说是涉及一种用于油田开采的基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵。
背景技术
随着各油田开发的不断发展，油田开发的难度不断增加，由于采油油井的地层能量降低，动液面大幅下降，致使许多油田相继出现了高含砂量、高油气比的稠油。致使有杆柱塞泵采油的柱塞泵效率下降，其效率甚至低于30%，且经常发生砂卡等问题，严重影响了生产效率，以致很多油井提前报废。对于这些情况，采用螺杆泵采油是比较理想的机采方式。目前，有杆柱塞泵采油是当前国内外应用最广泛的机械采油技术，在世界上机械采油井数已超过总生产井数的9%，80%～85%的机械采油井都采用有杆柱塞泵采油方式。螺杆泵与有杆柱塞泵比较，具有采油效率高，自吸能力强、而且还非常适用于高粘度、高含砂量、高油气比的原油开采，在油田生产中的作用越来越显著，其应用数量与水平正呈明显的上升趋势。如果将国内外现有的有杆柱塞泵机械采油技术改造成现有的螺杆泵采油技术，无论采用现有任何一种驱动形式的螺杆泵来开采，势必都会造成原来广泛而大量使用的“三抽”采油设备及其地面系统的闲置或报废。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，通过利用有杆采油技术和螺杆泵采油技术的优点，除了具有螺杆泵适应于高粘度、高含砂量、高油气比及高含水量的石油开采外，还具有有杆柱塞泵采油的适应性强和寿命长，并可用于深井采油等的特点，且直旋机构中各相对部件之间均为滚动摩擦副，故可提高其机械效率，螺杆正旋与反旋均可实现抽油动作，大大提高了生产效率。
本发明的技术方案是：基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，包括抽油杆、螺杆泵外壳，设置在螺杆泵外壳上的进油口；其特征在于：所述往复旋转螺杆泵由螺旋传动装置和往复旋转螺杆泵组成；
所述螺旋传动装置由滚珠花键直线导轨副和滚珠螺旋传动副构成；所述滚珠花键直线导轨副由花键套、滚珠回珠反向器、滚珠、滚珠螺旋轴和轴向挡板连接构成，所述花键套与滚珠螺旋轴形成花键连接，所述花键套通过内六角螺钉与螺杆泵外壳形成周向固定连接，所述轴向挡板连接设置在所述花键套的两侧；所述滚珠螺旋传动副由螺旋套、滚珠回珠反向器、滚珠、滚珠螺旋轴以及周向挡板连接构成，所述螺旋套与滚珠螺旋轴形成传动连接，所述螺旋套通过轴承与螺杆泵外壳配合连接，所述周向挡板设置在所述螺旋套的外侧；所述抽油杆通过螺纹和圆柱销与滚珠螺旋轴连接固定，所述滚珠螺旋轴在抽油杆的带动下作往复直线运动；所述滚珠螺旋轴的外表面设有滚珠直槽和滚珠螺旋槽，所述花键套和螺旋套的内表面设有相同的滚珠直槽和滚珠螺旋槽以实现滚珠的内部循环，所述滚珠回珠反向器的一端设有回珠槽，以实现滚珠的外部循环；所述滚珠螺旋轴的往复直线运动带动螺旋套和花键螺旋副轴套作旋转运动，所述螺旋传动装置通过轴承与螺杆泵外壳配合连接；
所述往复旋转螺杆泵由齿轮组、单向阀、阴转子、阳转子、螺杆衬套、轴承端盖、齿轮箱密封端盖和轴承连接构成；所述齿轮组设置在所述阴转子和阳转子的输入轴端上，所述齿轮组通过键连接与阴、阳转子形成周向固定，并通过六角螺母和衬套形成轴向固定，所述轴承设置在衬套的轴端，所述轴承端盖设置在轴承的轴端，所述轴承端盖通过内六角螺钉与螺杆泵外壳连接固定，所述齿轮箱密封端盖紧密贴合在轴承端盖的端面，所述齿轮箱密封端盖内设有与阴、阳转子密封连接的油封；所述螺杆衬套设置在所述阴转子和阳转子的外部，所述螺杆衬套与阴转子、阳转子形成螺杆腔室，所述螺杆衬套与螺杆泵外壳固定连接，所述螺杆衬套上设有进出油孔，所述螺杆衬套的两侧均设有单向阀，所述单向阀由阀体、阀芯和阀芯挡板构成，所述单向阀与螺杆泵外壳之间设有密封块，所述阀芯挡板设置在所述单向阀和螺杆衬套之间，所述阳转子的输出端通过花键连接器与所述花键螺旋副轴套相连接。
所述抽油杆为空心结构，由动力源驱动做直线运动。
所述滚珠螺旋轴头部呈带有螺纹的圆台结构。
所述花键螺旋副轴套与螺杆泵外壳之间设有密封挡板，通过密封挡板实现密封防止灰尘的进入。
所述进油口呈相互对称设置在螺杆泵外壳上。
所述螺杆衬套外表面设有对称的凸块，螺杆泵外壳上设有对称的方孔，螺杆衬套与螺杆泵外壳通过凸块和方孔的配合形成固定连接，螺杆衬套上开有对称的进出油孔。
所述轴承均为成对使用的向心推力球轴承，以实现零部件的径向定位和轴向受力平衡。
本发明的有益效果为：本发明提供的基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，结构上由螺旋传动装置和往复旋转螺杆泵组成，螺旋传动装置由滚珠花键直线导轨副和滚珠螺旋传动副构成；滚珠花键直线导轨副由花键套、滚珠回珠反向器、滚珠、滚珠螺旋轴和轴向挡板连接构成，滚珠螺旋传动副由螺旋套、滚珠回珠反向器、滚珠、滚珠螺旋轴以及周向挡板连接构成，往复旋转螺杆泵由齿轮组、单向阀、阴转子、阳转子、螺杆衬套、轴承端盖、齿轮箱密封端盖和轴承连接构成；通过利用有杆采油技术和螺杆泵采油技术的优点，除了具有螺杆泵适应于高粘度、高含砂量、高油气比及高含水量的石油开采外，还具有有杆柱塞泵采油的适应性强和寿命长，并可用于深井采油等的特点，且直旋机构中各相对部件之间均为滚动摩擦副，故可提高其机械效率，螺杆正旋与反旋均可实现抽油动作，大大提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为图1中A处的螺旋传动装置放大结构示意图。
图3为本发明中往复旋转螺杆泵的油路示意图。
图4为图1中B-B方向的剖面结构示意图。
图5为图1中C-C方向的剖面结构示意图。
图中：螺杆泵外壳1、内六角螺钉2、六角螺母3、齿轮组4、衬套5、轴承端盖6、轴承7、油封8、齿轮箱密封端盖9、单向阀10、密封块11、阀芯挡板12、螺杆衬套13、阴转子14、阳转子15、轴承输出端盖16、花键连接器17、花键螺旋副轴套18、滚珠螺旋轴19、滚珠回珠反向器20、密封挡板21、螺旋套22、周向挡板23、轴向挡板24、花键套25、螺钉26、圆柱销27、阀芯28、抽油杆29。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-5所示，基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，包括抽油杆29、螺杆泵外壳1，设置在螺杆泵外壳1上的进油口；往复旋转螺杆泵由螺旋传动装置和往复旋转螺杆泵组成；
螺旋传动装置由滚珠花键直线导轨副和滚珠螺旋传动副构成；滚珠花键直线导轨副由花键套25、滚珠回珠反向器20、滚珠、滚珠螺旋轴19和轴向挡板24连接构成，花键套25与滚珠螺旋轴19形成花键连接，花键套25通过内六角螺钉2与螺杆泵外壳1形成周向固定连接，轴向挡板24连接设置在花键套25的两侧；所述滚珠螺旋传动副由螺旋套22、滚珠回珠反向器20、滚珠、滚珠螺旋轴19以及周向挡板23连接构成，螺旋套22与滚珠螺旋轴19形成传动连接，螺旋套22通过轴承7与螺杆泵外壳1配合连接，周向挡板24设置在所述螺旋套22的外侧；所述抽油杆29通过螺纹和圆柱销27与滚珠螺旋轴19连接固定，所述滚珠螺旋轴19在抽油杆29的带动下作往复直线运动；滚珠螺旋轴19的外表面设有滚珠直槽和滚珠螺旋槽，花键套25和螺旋套22的内表面设有相同的滚珠直槽和滚珠螺旋槽以实现滚珠的内部循环，滚珠回珠反向器20的一端设有回珠槽，以实现滚珠的外部循环；滚珠螺旋轴19的往复直线运动带动螺旋套22和花键螺旋副轴套18作旋转运动，螺旋传动装置通过轴承7与螺杆泵外壳1配合连接；
往复旋转螺杆泵由齿轮组4、单向阀10、阴转子14、阳转子15、螺杆衬套13、轴承端盖6、齿轮箱密封端盖9和轴承7连接构成；齿轮组4设置在阴转子14和阳转子15的输入轴端上，齿轮组4通过键连接与阴、阳转子形成周向固定，并通过六角螺母3和衬套5形成轴向固定，轴承7设置在衬套5的轴端，轴承端盖6设置在轴承7的轴端，轴承端盖6通过内六角螺钉2与螺杆泵外壳1连接固定，齿轮箱密封端盖9紧密贴合在轴承端盖6的端面，齿轮箱密封端盖9内设有与阴、阳转子密封连接的油封8；螺杆衬套13设置在阴转子14和阳转子15的外部，螺杆衬套13与阴转子14、阳转子15形成螺杆腔室，螺杆衬套13与螺杆泵外壳1固定连接，螺杆衬套13上设有进出油孔，螺杆衬套13的两侧均设有单向阀10，单向阀10由阀体、阀芯28和阀芯挡板12构成，单向阀10与螺杆泵外壳1之间设有密封块11，阀芯挡板12设置在单向阀10和螺杆衬套13之间，阳转子15的输出端通过花键连接器17与花键螺旋副轴套18相连接。
如图1-5所示，基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，抽油杆29为空心结构，由动力源驱动做直线运动；滚珠螺旋轴19头部呈带有螺纹的圆台结构；花键螺旋副轴套18与螺杆泵外壳1之间设有密封挡板21，通过密封挡板21实现密封防止灰尘的进入；进油口呈相互对称设置在螺杆泵外壳1上；螺杆衬套13外表面设有对称的凸块，螺杆泵外壳1上设有对称的方孔，螺杆衬套13与螺杆泵外壳1通过凸块和方孔的配合形成固定连接，螺杆衬套13上开有对称的进出油孔；轴承7均为成对使用的向心推力球轴承，以实现零部件的径向定位和轴向受力平衡。
如图1-5所示，基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵分为上下两个冲程，具体过程如下：
(1)上冲程
当抽油杆29向上运动时，通过滚珠花键直线导轨副的转换，使得花键螺旋轴19做直线运动，带动花键螺旋副轴套18做逆时针转动，通过花键连接器17带动螺杆阳转子15做逆时针旋转，并将转矩通过齿轮副传递到螺杆阴转子14，使得阴转子14做顺时针旋转，由于阴阳转子的啮合挤压空气，使得螺杆外壳1与螺杆衬套13之间的上下两个腔室产生一定的压力差，此时上腔室产生低压，下腔室高压，处于低压状态下的阀芯1打开，阀芯4关闭，油液经进油口从阀心1处进入，并经过螺杆腔室，由阴阳转子的啮合挤压进入下腔室，从下腔室的阀芯3流出进入公共腔室，流经螺旋传动装置部分的油路流出采集。
(2)下冲程
当抽油杆29向下运动时，经过滚珠花键直线导轨副和滚珠螺旋传动副，实现花键螺旋副轴套18的顺时针旋转，经过花键连接器17带动螺杆阳转子15做顺时针旋转，齿轮传动实现阴转子14做逆时针旋转，实现阴阳转子啮合挤压空气，使得螺杆外壳与螺杆衬套之间的上腔室产生高压，下腔室低压，从而阀芯2和阀芯4打开，阀芯1与阀芯3关闭，油液经进油口从阀芯2进入，流经螺杆腔室，由阴阳转子的啮合挤压进入上腔室，从阀芯4流出进入公共腔室，流经螺旋传动装置部分的公共油路流出采集。
Claims (7)
1.基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，包括抽油杆(29)、螺杆泵外壳(1)，设置在螺杆泵外壳(1)上的进油口；其特征在于：所述往复旋转螺杆泵由螺旋传动装置和往复旋转螺杆泵组成；
所述螺旋传动装置由滚珠花键直线导轨副和滚珠螺旋传动副构成；所述滚珠花键直线导轨副由花键套(25)、滚珠回珠反向器(20)、滚珠、滚珠螺旋轴(19)和轴向挡板(24)连接构成，所述花键套(25)与滚珠螺旋轴(19)形成花键连接，所述花键套(25)通过内六角螺钉(2)与螺杆泵外壳(1)形成周向固定连接，所述轴向挡板(24)连接设置在所述花键套(25)的两侧；所述滚珠螺旋传动副由螺旋套(22)、滚珠回珠反向器(20)、滚珠、滚珠螺旋轴(19)以及周向挡板(23)连接构成，所述螺旋套(22)与滚珠螺旋轴(19)形成螺旋运动连接，所述螺旋套(22)通过轴承(7)与螺杆泵外壳(1)配合连接，所述周向挡板(23)设置在所述螺旋套(22)的外侧；所述抽油杆(29)通过螺纹和圆柱销(27)与滚珠螺旋轴(19)连接固定，所述滚珠螺旋轴(19)在抽油杆(29)的带动下作往复直线运动；所述滚珠螺旋轴(19)的外表面设有滚珠直槽和滚珠螺旋槽，所述花键套(25)和螺旋套(22)的内表面设有相同的滚珠直槽和滚珠螺旋槽以实现滚珠的内部循环，所述滚珠回珠反向器(20)的一端设有回珠槽，以实现滚珠的外部循环；所述滚珠螺旋轴(19)的往复直线运动带动螺旋套(22)和花键螺旋副轴套(18)作旋转运动，所述螺旋传动装置通过轴承(7)与螺杆泵外壳(1)配合连接；
所述往复旋转螺杆泵由齿轮组(4)、单向阀(10)、阴转子(14)、阳转子(15)、螺杆衬套(13)、轴承端盖(6)、齿轮箱密封端盖(9)和轴承(7)连接构成；所述齿轮组(4)设置在所述阴转子(14)和阳转子(15)的输入轴端上，所述齿轮组(4)通过键连接与阴、阳转子形成周向固定，并通过六角螺母(3)和衬套(5)形成轴向固定，所述轴承(7)设置在衬套(5)的轴端，所述轴承端盖(6)设置在轴承(7)的轴端，所述轴承端盖(6)通过内六角螺钉(2)与螺杆泵外壳(1)连接固定，所述齿轮箱密封端盖(9)紧密贴合在轴承端盖(6)的端面，所述齿轮箱密封端盖(9)内设有与阴、阳转子密封连接的油封(8)；所述螺杆衬套(13)设置在所述阴转子(14)和阳转子(15)的外部，所述螺杆衬套(13)与阴转子(14)、阳转子(15)形成螺杆腔室，所述螺杆衬套(13)与螺杆泵外壳(1)固定连接，所述螺杆衬套(13)上设有进出油孔，所述螺杆衬套(13)的两侧均设有单向阀(10)，所述单向阀(10)由阀体、阀芯(28)和阀芯挡板(12)构成，所述单向阀(10)与螺杆泵外壳(1)之间设有密封块(11)，所述阀芯挡板(12)设置在所述单向阀(10)和螺杆衬套(13)之间，所述阳转子(15)的输出端通过花键连接器(17)与所述花键螺旋副轴套(18)相连接。
2.根据权利要求1所述的基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，其特征在于：所述抽油杆(29)为空心结构，由动力源驱动做直线运动。
3.根据权利要求1所述的基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，其特征在于：所述滚珠螺旋轴(19)头部呈带有螺纹的圆台结构。
4.根据权利要求1所述的基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，其特征在于：所述花键螺旋副轴套(18)与螺杆泵外壳(1)之间设有密封挡板(21)，通过密封挡板(21)实现密封防止灰尘的进入。
5.根据权利要求1所述的基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，其特征在于：所述进油口呈相互对称设置在螺杆泵外壳(1)上。
6.根据权利要求1所述的基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，其特征在于：所述螺杆衬套(13)截面整体呈“8”字型，螺杆衬套的上下表面对称设有凸块，螺杆泵外壳(1)的内表面设有对称的方孔，螺杆衬套(13)与螺杆泵外壳(1)通过凸块和方孔的配合形成固定连接，螺杆衬套(13)上开有对称的进出油孔。
7.根据权利要求1所述的基于有杆抽油杆驱动的往复旋转螺杆泵，其特征在于：所述轴承(7)均为成对使用的向心推力球轴承，以实现零部件的径向定位和轴向受力平衡。
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