CN109577877A - 一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，包括内部形成通腔的基座，所述通腔通过悬挂座固定抽油管，在所述抽油管内利用上下活动的抽油光杆提供油管旋转所需的动力，其特征在于：在所述抽油光杆与所述悬挂座之间设有内置被动式传动机构，所述内置被动式传动机构包括阻尼器组件、连杆组件和传动组件。本发明能够解决现有技术中存在的不足之处，通过采用内置被动式结构来解决抽油管偏磨的问题，延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器。
背景技术
油井的抽油管偏磨导致油管磨穿失效是石油生产中的一大严重问题，每年由于油管磨损导致定产检修，更换油管的损失巨大。上世纪八十年代，由美国R&M Energy提出的抗偏磨解决方案从根本上解决了这个问题。该抗偏磨装置在国外也成为油井的标配，但在我国基本上没有配置，只能从国外购买，为此需要更多的花费，无法长期发展，处处受到限制。另外R&M Energy的抗偏磨装置采用的是外部动力来驱动油管以极低速转动，整体结构复杂，制造繁琐，成本高，故此本发明人就提已经提出了专利申请，申请号为CN2018100776472，通过抽油光杆上下运动过程中，借助抽油光杆上的阻尼器带动连杆上下活动，并通过蜗轮蜗杆带动抽油管的转动，进而解决了抽油管偏磨的问题。
由于阻尼器的设置存在一定的不足，设置与安装存在一定的麻烦，有着诸多的不便，故此本发明人在此原有的基础上提出进一步的改良，设计一款自适应抽油杆驱动式油管旋转器，以满足现有市场的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，结构精巧，解决抽油管偏磨的问题，整个抽油杆的使用寿命更长久。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，包括内部形成通腔的基座，所述通腔通过悬挂器座内的悬挂器芯轴连接抽油管，所述抽油管内设有上下运动的抽油光杆，在所述悬挂器芯轴上方设有蜗轮，与蜗轮相配传动设置蜗杆，与蜗杆相配通过齿轮付传动设置的转动轴，其特征在于：在所述转动轴与所述抽油光杆之间设有联动装置；当所述抽油光杆上下运动的时候，通过联动装置对转动轴进行动力输入，所述抽油光杆上下运动一个周期，实现转动轴旋转摆动一个角度，再依次通过转动轴与蜗杆连接的齿轮付，蜗杆的出轴端与齿轮通过单向轴承连接，向蜗轮以顺时针方向传递动力，最后带动悬挂器芯轴连同抽油管的转动。
对本发明做进一步优选，所述联动装置包括彼此相配设置的右锁扣体和左锁扣体，在所述右锁扣体和所述左锁扣体之间形成用于抽油光杆上下自由通过的圆通孔；在所述左锁扣体外侧设有转动连接的左转动臂，所述右锁扣体外侧设有平衡用的平衡结构。
对本发明做进一步优选，所述右锁扣体包括与抽油光杆一致的圆柱面，在圆柱面上下两端有两条以上与圆柱面同心或类似的环形槽；在所述右锁扣体的外侧中部设有外凸铰接板、外侧两端有连接左锁扣体的螺纹孔。
对本发明做进一步优选，所述平衡结构包括与铰接板转动连接的右转动臂，还包括右转轴和右盖板；其中所述右转动臂与铰接板铰接的U型部，以及与U型部一体成型的臂杆，所述臂杆的末端带有销钉；
所述右转轴的两端活动卡扣在基座上形成的活动槽内，在所述右转动轴上形成用于臂杆伸入的椭圆槽，所述右转动轴内侧面中部为平面；
所述右转动臂会随着右锁扣体上下运动，臂杆会在槽内滑动以及带动右转轴在活动槽内旋转；
所述右盖板包括带固定螺栓的右板体，以及在所述右板体内侧两端分别形成延伸体，该延伸体卡入活动槽内，且延伸体末端与右转动轴之间配合间隙。
对本发明做进一步优选，所述左锁扣体的右侧有一个与所述右锁扣体匹配的圆柱面，通过两段螺栓与右锁扣体连接；
所述左锁扣体中间为用于放置摩擦片和光杆摩擦锁片的滑动槽；
所述左锁扣体的左侧为基体，所述基体外两侧为与左转动臂连接的铰接孔，中间为用于配合滚柱的穿透槽孔；
所述基体通过锁扣脱扣销过盈配合铰接左转动臂；
在所述滑动槽内设有光杆摩擦锁片和摩擦片，所述摩擦片位于所述光杆摩擦锁片的内侧，在所述槽孔内设有活动滚柱。
对本发明做进一步优选，所述光杆摩擦锁片包括片体，在所述片体的侧壁中部形成限位槽，所述限位槽与基体之间设有销杆，在所述片体的上下两端分别形成外凸的定位凸台；其中所述片体的内侧面为倾斜面，外侧面为与抽油光杆配合的圆柱孔面，圆柱孔面上有同心槽。
对本发明做进一步优选，所述摩擦片包括方形体，所述方形体的外侧面为斜面，与光杆摩擦锁片配合；所述方形体左右两侧与左锁扣体的滑动槽配合，所述方形体上下两端形成与光杆摩擦锁片一致的定位凸台。
对本发明做进一步优选，所述锁扣脱扣销的外圆上形成一条轴向设置的圆弧槽；其中所述圆弧槽包括底部右侧入口处的内凹圆弧面，以及与内凹圆弧面彼此圆弧过度的外凸圆弧面，该外凸圆弧面末端为垂直角，这个圆弧槽为“脱扣槽”，右侧入口和水平面的夹角为“脱扣角”。
对本发明做进一步优选，所述左转动臂包括一端形成与所述左锁扣体的基体相配铰接的U型支架，以及与U型支架螺纹相配安装的传动臂杆，所述传动臂杆的末端带有定位销。
对本发明做进一步优选，所述转动轴包括杆体，在所述杆体中部的外部一侧面形成平面，中间形成槽形通孔，所述槽形通孔用于左转动臂上的传动臂杆插入。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明在实际使用过程中，当抽油光杆上行时，流体张力带动光杆摩擦锁片向上运动，摩擦片与光杆摩擦锁片有一个5度的斜面相对滑动，当光杆摩擦锁片在光杆表面流体张力带动下向上运动4mm时，摩擦片向左运动0.4mm，同时顶住滚柱，滚柱顶住锁扣脱扣销，使光杆摩擦锁片与光杆之间产生强大的正压力，抽油光杆与光杆摩擦锁片之间摩擦锁定。
当滚柱与锁扣脱扣销相切点到达扣角时，此时为抽油光杆与锁扣体锁定与脱扣的临界点。当滚柱越过脱扣角后，滚柱与摩擦块脱离接触，正压力陡然消失，抽油光杆与右锁扣体和光杆摩擦锁片之间摩擦力消失，锁扣体脱离光杆。此时转动臂转过的角度为λ，也是转动臂转过的角度。本发明通过控制这个角度，就可以控制油管的转速。
当抽油光杆下行时，光杆摩擦锁片在流体及重力作用下复位，当抽油光杆向下运动，锁扣体和转动臂呈水平状态，光杆摩擦锁片下沉与光杆有0.4mm间隙，光杆与右锁扣体以及光杆摩擦锁片呈滑动状态，抽油光杆就自由下落，完成一个上下作业的周期，该作业周期中完成对转动轴进行动力输入，实现转动轴旋转摆动一个角度，再依次通过转动轴与蜗杆连接的齿轮付，蜗杆的出轴端与齿轮通过单向轴承连接，向蜗轮以顺时针方向传递动力，最后带动悬挂器芯轴连同抽油管的转动。
由上可知，本发明能够解决现有技术中存在的不足之处，结构精巧，解决抽油管偏磨的问题，整个抽油杆的使用寿命更长久。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明内部的示意图；
图3是本发明中联动装置的示意图。
图4是本发明中摩擦片的示意图。
图5是本发明中左锁扣体与转动轴部分的示意图。
图6是本发明中右锁扣体与平衡结构之间的示意图。
图7是本发明中光杆摩擦锁片的示意图。
图8是本发明中锁扣脱扣销的示意图。
图9是本发明中左锁扣体的示意图。
图10是本发明中基座的示意图。
图11是本发明中联动装置水平位置的示意图。
图12是本发明中联动装置运行至最高点时的示意图。
图13是图12中圆圈部分的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-13所示，本发明公开了一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，包括内部形成通腔1的基座2，所述通腔1通过悬挂器座3内的悬挂器芯轴连接抽油管，所述抽油管内设有上下运动的抽油光杆4，在所述悬挂器芯轴上方设有蜗轮5，与蜗轮5相配传动设置蜗杆6，与蜗杆6相配通过齿轮付传动设置的转动轴7，其特征在于：在所述转动轴7与所述抽油光杆4之间设有联动装置10；当所述抽油光杆4上下运动的时候，通过联动装置10对转动轴7进行动力输入，所述抽油光杆4上下运动一个周期，实现转动轴旋7转摆动一个角度，再依次通过转动轴7与蜗杆6连接的齿轮付，蜗杆6的出轴端与齿轮通过单向轴承连接，向蜗轮5以顺时针方向传递动力，最后带动悬挂器芯轴连同抽油管的转动。
图2所示，本发明中所述联动装置10包括彼此相配设置的右锁扣体11和左锁扣体12，在所述右锁扣体11和所述左锁扣体12之间形成用于抽油光杆4上下自由通过的圆通孔13；在所述左锁扣体12外侧设有转动连接的左转动臂121，所述右锁扣体11外侧设有平衡用的平衡结构。本发明中设置的平衡结构，对右锁扣体与抽油光杆之间进行保护，防止锁死，保护且延长整体的使用寿命。
本发明中所述右锁扣体11包括与抽油光杆一致的圆柱面111，在圆柱面111上下两端有两条以上与圆柱面同心或类似的环形槽；在所述右锁扣体11的外侧中部设有外凸铰接板112、外侧两端有连接左锁扣体的螺纹孔。本发明中所述平衡结构包括与铰接板112转动连接的右转动臂113，还包括右转轴114和右盖板115；其中所述右转动臂113与铰接板112铰接的U型部1131，以及与U型部1131一体成型的臂杆1132，所述臂杆1132的末端带有销钉1133；所述右转轴113的两端活动卡扣在基座2上形成的活动槽201内，在所述右转动轴113上形成用于臂杆1132伸入的椭圆槽1141，所述右转动轴114内侧面中部为平面；所述右转动臂113会随着右锁扣体11上下运动，臂杆1132会在椭圆槽1141内滑动以及带动右转轴114在活动槽1141内旋转；所述右盖板115包括带固定螺栓的右板体，以及在所述右板体内侧两端分别形成延伸体1151，该延伸体1151卡入活动槽201内，且延伸体1151末端与右转动轴114之间配合间隙。该结构不仅便于整个右锁扣体的拉出，利于整体的维护和安装。只需要将右盖板115拉出，通过拧开螺纹，这样整个右锁扣体连同右转动臂都可以从基座上的孔中拉出。
本发明中所述左锁扣体12的右侧有一个与所述右锁扣体11匹配的圆柱面，通过两段螺栓与右锁扣体11连接；所述左锁扣体12中间为用于放置摩擦片14和光杆摩擦锁片15的滑动槽122；所述左锁扣体12的左侧为基体123，所述基体123外两侧为与左转动臂121连接的铰接孔，中间为用于配合滚柱的穿透槽孔124；所述基体123通过锁扣脱扣销过盈配合铰接左转动臂121；在所述滑动槽122内设有光杆摩擦锁片15和摩擦片14，所述摩擦片14位于所述光杆摩擦锁片15的内侧，在所述槽孔124内设有活动滚柱17。
图7所示，本发明中所述光杆摩擦锁片15包括片体151，在所述片体151的侧壁中部形成限位槽152，所述限位槽152与基体123之间设有销杆，在所述片体151的上下两端分别形成外凸的定位凸台153；其中所述片体151的内侧面为倾斜面，外侧面为与抽油光杆4配合的圆柱孔面154，圆柱孔面154上有同心槽155。该同心槽155利于抽油光杆上下活动中的油污暂存在同心槽内，降低彼此的磨损，利于长期发展。
图4所示，本发明中所述摩擦片14包括方形体141，所述方形体141的外侧面为斜面，与光杆摩擦锁片15配合；所述方形体141左右两侧与左锁扣体的滑动槽配合，所述方形体141上下两端形成与光杆摩擦锁片一致的定位凸台142。
图8所示，本发明中所述锁扣脱扣销16的外圆上形成一条轴向设置的圆弧槽30；其中所述圆弧槽30包括底部右侧入口处的内凹圆弧面31，以及与内凹圆弧面31彼此圆弧过度的外凸圆弧面32，该外凸圆弧面32末端为垂直角33，这个圆弧槽30为“脱扣槽”，右侧入口和水平面的夹角为“脱扣角”。
本发明中所述左转动臂121包括一端形成与所述左锁扣体12的基体123相配铰接的U型支架1211，以及与U型支架1211螺纹相配安装的传动臂杆1212，所述传动臂杆1212的末端带有定位销。该结构中的传动臂杆与U型支架之间可以是一体成型，当然螺纹相配安装便于拆卸维护，也便于安装。在转动轴7的外侧，基座与之相对应的地方设有盖板，这样就提高了整体安装便捷性和维护的方便性。
本发明中所述转动轴7包括杆体71，在所述杆体71中部的外部一侧面形成平面，中间形成槽形通孔72，所述槽形通孔72用于左转动臂121上的传动臂杆1212插入，该转动轴7的转动，通过传动臂杆1212进行动力输入，传动臂杆上下摆动过程中就带动转动轴的转动。
本发明在实际运行过程中，抽油光杆向上运动时，当抽油光杆上行时，流体张力带动光杆摩擦锁片向上运动，摩擦片与光杆摩擦锁片相对滑动，当光杆摩擦锁片在光杆表面流体张力带动下向上运动，摩擦片向左运动，同时顶住滚柱，滚柱顶住锁扣脱扣销，使光杆摩擦锁片与光杆之间产生强大的正压力，抽油光杆与光杆摩擦锁片之间摩擦锁定。在此过程中，右锁扣体也向上运动，其向上运动会通过右转动臂带动右转动轴向前拉，当右转动轴运动至基座卡槽底部或者接近底部时，右锁扣体连同左锁扣体同时运动至最高点，也就是与抽油光杆之间实现锁定。同时也保护了右锁扣体，防止其锁死影响使用寿命。
当滚柱与锁扣脱扣销相切点到达扣角时，此时为抽油光杆与锁扣体锁定与脱扣的临界点。当滚柱越过脱扣角后，滚柱与摩擦块脱离接触，正压力陡然消失，抽油光杆与右锁扣体和光杆摩擦锁片之间摩擦力消失，锁扣体脱离光杆。此时转动臂转过的角度为λ，也是转动臂转过的角度。本发明通过控制这个角度，就可以控制油管的转速。
当抽油光杆下行时，光杆摩擦锁片在流体及重力作用下复位，当抽油光杆向下运动，左右锁扣体和左右转动臂呈水平状态，光杆摩擦锁片下沉与光杆有0.4mm间隙，光杆与右锁扣体以及光杆摩擦锁片呈滑动状态，抽油光杆就自由下落，完成一个上下作业的周期，该作业周期中完成对转动轴进行动力输入，实现转动轴旋转摆动一个角度，再依次通过转动轴与蜗杆连接的齿轮付，蜗杆的出轴端与齿轮通过单向轴承连接，向蜗轮以顺时针方向传递动力，最后带动悬挂器芯轴连同抽油管的转动。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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，比如通过一个摩擦轮将光杆的动能传递到摩擦轮上，通过多级减速传递到蜗杆实现油管转动等均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，包括内部形成通腔的基座，所述通腔通过悬挂器座内的悬挂器芯轴连接抽油管，所述抽油管内设有上下运动的抽油光杆，在所述悬挂器芯轴上方设有蜗轮，与蜗轮相配传动设置蜗杆，与蜗杆相配通过齿轮付传动设置的转动轴，其特征在于：在所述转动轴与所述抽油光杆之间设有联动装置；当所述抽油光杆上下运动的时候，通过联动装置对转动轴进行动力输入，所述抽油光杆上下运动一个周期，实现转动轴旋转摆动一个角度，再依次通过转动轴与蜗杆连接的齿轮付，蜗杆的出轴端与齿轮通过单向轴承连接，向蜗轮以顺时针方向传递动力，最后带动悬挂器芯轴连同抽油管的转动。
2.根据权利要求1所述的一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，其特征在于：所述联动装置包括彼此相配设置的右锁扣体和左锁扣体，在所述右锁扣体和所述左锁扣体之间形成用于抽油光杆上下自由通过的圆通孔；在所述左锁扣体外侧设有转动连接的左转动臂，所述右锁扣体外侧设有平衡用的平衡结构。
3.根据权利要求2所述的一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，其特征在于：所述右锁扣体包括与抽油光杆一致的圆柱面，在圆柱面上下两端有两条以上与圆柱面同心或类似的环形槽；在所述右锁扣体的外侧中部设有外凸铰接板、外侧两端有连接左锁扣体的螺纹孔。
4.根据权利要求2所述的一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，其特征在于：所述平衡结构包括与铰接板转动连接的右转动臂，还包括右转轴和右盖板；其中所述右转动臂与铰接板铰接的U型部，以及与U型部一体成型的臂杆，所述臂杆的末端带有销钉；
所述右转轴的两端活动卡扣在基座上形成的活动槽内，在所述右转动轴上形成用于臂杆伸入的椭圆槽，所述右转动轴内侧面中部为平面；
所述右转动臂会随着右锁扣体上下运动，臂杆会在槽内滑动以及带动右转轴在活动槽内旋转；
所述右盖板包括带固定螺栓的右板体，以及在所述右板体内侧两端分别形成延伸体，该延伸体卡入活动槽内，且延伸体末端与右转动轴之间配合间隙。
5.根据权利要求2所述的一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，其特征在于：所述左锁扣体的右侧有一个与所述右锁扣体匹配的圆柱面，通过两段螺栓与右锁扣体连接；
所述左锁扣体中间为用于放置摩擦片和光杆摩擦锁片的滑动槽；
所述左锁扣体的左侧为基体，所述基体外两侧为与左转动臂连接的铰接孔，中间为用于配合滚柱的穿透槽孔；
所述基体通过锁扣脱扣销过盈配合铰接左转动臂；
在所述滑动槽内设有光杆摩擦锁片和摩擦片，所述摩擦片位于所述光杆摩擦锁片的内侧，在所述槽孔内设有活动滚柱。
6.根据权利要求5所述的一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，其特征在于：所述光杆摩擦锁片包括片体，在所述片体的侧壁中部形成限位槽，所述限位槽与基体之间设有销杆，在所述片体的上下两端分别形成外凸的定位凸台；其中所述片体的内侧面为倾斜面，外侧面为与抽油光杆配合的圆柱孔面，圆柱孔面上有同心槽。
7.根据权利要求5所述的一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，其特征在于：所述摩擦片包括方形体，所述方形体的外侧面为斜面，与光杆摩擦锁片配合；所述方形体左右两侧与左锁扣体的滑动槽配合，所述方形体上下两端形成与光杆摩擦锁片一致的定位凸台。
8.根据权利要求2所述的一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，其特征在于：所述锁扣脱扣销的外圆上形成一条轴向设置的圆弧槽；其中所述圆弧槽包括底部右侧入口处的内凹圆弧面，以及与内凹圆弧面彼此圆弧过度的外凸圆弧面，该外凸圆弧面末端为垂直角，这个圆弧槽为“脱扣槽”，右侧入口和水平面的夹角为“脱扣角”。
9.根据权利要求2所述的一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，其特征在于：所述左转动臂包括一端形成与所述左锁扣体的基体相配铰接的U型支架，以及与U型支架螺纹相配安装的传动臂杆，所述传动臂杆的末端带有定位销。
10.根据权利要求1所述的一种自适应抽油杆驱动式油管旋转器，其特征在于：所述转动轴包括杆体，在所述杆体中部的外部一侧面形成平面，中间形成槽形通孔，所述槽形通孔用于左转动臂上的传动臂杆插入。
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