CN109989917A - 一种采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，包括动力部件、齿轮减速器及离心力制动器。齿轮减速器采用一级圆柱齿轮传动，输出轴布置在输入轴和动力部件之间，输出轴加工有安装抽油杆的通孔。所述的动力部件和齿轮减速器的输入轴之间采用皮带传动。齿轮减速器的输入轴通过单向离合器连接离心力制动器。该发明提供的螺杆泵地面驱动装置采用输出轴中心布置，动力部件与输入轴分别布置在输出轴的两侧，保证了整套装置的平衡。同时，在防反转制动过程中，通过齿轮传动将抽油杆反转的速度加速后驱动离心力制动器工作，提高了制动力矩。
Description
技术领域
本发明属于石油机械，特别是一种采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置。
背景技术
螺杆泵包括转子和定子两部分，安装在几百米以下的井筒内，通过地面驱动设备驱动螺杆泵转子转动，在定子与转子之间形成不断上升的密闭空间，将井下的地层液通过油管举升到地面。
当停机检修或者断电时，抽油杆储存的扭矩势能以及油管内地层液的重力势能会驱动地面驱动装置高速反转，出现抽油杆脱扣、地面设备损坏等问题，危及工作人员安全。
为此，制造厂家采用在驱动装置的输入轴上安装单向棘轮的方式制动。驱动装置正转时，单向棘轮不起作用；反向转动时，单向棘轮瞬间将输入轴锁死。然后，现场工作人员手动操作棘轮装置，将反转势能缓慢释放出来，直到抽油杆静止。上述制动方式存在操作难度高，操作过程危险等问题，需要改进。
发明内容
为了解决上述螺杆泵地面驱动设备在停机检修或者断电时螺杆泵高速反转无法有效控制的问题，本发明提供了一种采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，通过抽油杆的高速反转驱动制动器进行制动，有效控制反转的速度。具体方案如下：
一种螺杆泵地面驱动装置，采用两级传动，一级传动采用皮带传动，二级传动采用圆柱齿轮减速器传动。
整套装置采用竖直安装方式，即动力部件、输入轴及输出轴均沿竖直方向。动力部件、输入轴分别布置在输出轴的两侧，有利于整套装置的平衡。
进一步的，动力部件具体采用电动机、内燃机、液压马达。
一级传动布置在皮带轮和减速器的输入轴之间，小皮带轮安装在动力部件的输出轴上，大皮带轮安装在减速器的输入轴上，将转速降低。
优先地，通过更换不同直径的小、大皮带轮，调节减速器的输入轴的转速。
二级传动采用齿轮减速器传动，输入轴上安装小齿轮，输出轴上安装大齿轮，将转速进一步降低。输出轴的轴向中心加工有略大于抽油杆直径的圆形通孔，用于放置井口抽油杆。
为了达到抽油杆高速反转制动作用，在输入轴的齿轮下方位置安装离心力制动器，靠近减速器的齿轮减速器壳体部分的内腔作为制动鼓，所述的内腔略大于离心力制动器。所述的离心力制动器包括运动部件和制动鼓，运动部件包括中心架和制动瓦。离心力制动器的制动瓦与套装在输入轴上的中心架之间采用销轴连接，当输入轴反向高速转动时，制动瓦在离心力作用下向外围扩张，固定在制动瓦上的制动片与减速器壳体接触，产生制动作用。
当输入轴反向转动的速度高时，制动瓦受到的离心力较大，产生的制动力大；随着制动作用，输入轴反向转动的速度降低，制动瓦收到的离心力减小，制动作用逐渐减小；当输入轴的转速降低到零时，制动力消失。上述制动过程为循序渐进的过程，制动力正比于转速，避免制动力过大紧急制动而井下抽油杆的扭矩势能得不到释放或者制动力过小起不到制动作用。
抽油杆带动输出轴转动的速度经过齿轮传动反向增高，传递到输入轴，输入轴的转速高于输出轴的转速，扭矩低于输出轴的转矩值。离心力制动器布置在输入轴上，输入轴的高速转动有利于提供大的制动力，同时需要制动的转矩值相对较小，提高制动的有效性。
在螺杆泵地面驱动装置正常工作过程中，输入轴正向低速转动，若制动瓦张开，会产生制动力，造成不必要的磨损。为了防止上述情况产生,在输入轴和离心力制动器之间安装单向离合器。当输入轴正向转动时，单向离合器处于分离状态，制动器的内圈随输入轴转动，安装在制动器外圈的离心力制动器静止；当输入轴反向转动时，单向离合器处于结合状态，安装在制动器外圈的离心力制动器随输入轴高速反转。同时，在制动瓦与中心架之间安装复位弹簧。在输入轴低速正向或者反向转动时，制动瓦受到的离心力小于复位弹簧产生的拉力，制动瓦不会张开。
优先地，制动片设置有金属冶金材料，保证制动片在高线速情况下保持稳定性；
优先地，在该处内壁进行硬化处理，进行渗氮处理或者渗碳处理，以提高壳体位于离心力制动器处内壁的硬度和耐磨性。
为了调节皮带的张紧度，在壳体外设置与输入轴、输出轴平面呈锐角布置的安装板，通过调节动力部件在安装板的位置，使得皮带处于张紧状态，以保证皮带传动的有效性。
优先地，采用电动机时选用具有变频功能的电动机，以在运行过程中调节转速。
有益效果：本发明提供的采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，采用皮带和齿轮进行两级减速，减速器输入轴与动力部件分别布置在输出轴的两侧，保证了整体结构的平稳性，转速调节方便；离心力减速器通过单向离合器布置在减速器的输入轴上，制动过程中，与抽油杆相连的输出轴转速通过齿轮传动增大后带动离心力制动器工作，增大了制动力；整个制动过程中，制动力与转速成正比，抽油杆转矩平稳释放，减少了因高速反转造成的抽油杆的脱扣及地面设备损坏的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1采用离心力制动的螺杆泵地面驱动装置三维示意图；
图2采用离心力制动的螺杆泵地面驱动装置平面结构示意图；
图3去除部分壳体的螺杆泵地面驱动装置三维示意图；
图4去除部分壳体的减速器外壳三维示意图；
图5离心力制动器结构示意图；
图6收缩状态的离心力制动器结构示意图；
图7张开状态的离心力制动器结构示意图；
图中，01-动力部件，02-小皮带轮，03-皮带，04-大皮带轮，05-输入轴，06-壳体，07-小齿轮，08-离心力制动器运动部件，081–单向离合器，082-中心架，083-销轴，084-制动瓦，085-制动片，086-复位弹簧；09-输出轴，10-大齿轮；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，为采用离心力制动的螺杆泵驱动装置三维示意图、如图2所示，为螺杆泵地面驱动装置平面结构示意图、如图3所示，为除部分壳体的螺杆泵地面驱动装置三维示意图。图中，减速器采用圆柱齿轮减速器，输入轴05、输出轴09竖直布置，动力部件01，具体到本实施例中为电动机，电动机设置在远离输入轴05一端，通过螺栓固定在减速器壳体06上。电动机轴上安装小皮带轮02，减速器输入轴05上安装大皮带轮04，两者之间通过V形皮带03传动，构成一级减速；减速器的输入轴05连接小齿轮07，输出轴09连接大齿轮10，构成二级减速；离心力制动器运动部件08布置在小齿轮07的下方，通过单向离合器081与输入轴05相连接。
输出轴09加工有圆形通孔，在现场应用中，螺杆泵地面驱动装置的减速器壳体06的下端固定在油井的井口上，抽油杆穿过输出轴09的通孔，并紧固其上。
如图4所示，为去除部分壳体的减速器外壳三维示意图。图中，输出端设置有电动机安装板，电动机安装板与输入轴05、输出轴09所在的平面呈锐角布置，其上加工有水平方向的长条孔，方便电动机在水平方向上移动和紧固，可以调节皮带03的张紧程度。同时，位于小齿轮07下方的壳体06设置圆柱形空间，为离心力制动器运动部件08的制动鼓。为了增加制动鼓的耐磨性和摩擦力系数，在内腔部分喷涂有合金涂层。
如图5所示，为离心力制动器结构示意图。图中，在小齿轮07的下方，输入轴05与单向离合器081的内圈紧固，离心力制动器运动部件08的中心架082与单向离合器081的外圈紧固；制动瓦084的一端与中心架082通过销轴083连接，另一端通过复位弹簧086与中心架082连接；制动片085固定在制动瓦084的外围。
其工作过程:
如图6所示，为收缩状态的离心力制动器结构示意图。螺杆泵地面驱动装置正常工作过程中，输入轴05正向转动，单向离合器081处于分离状态，制动瓦084在复位弹簧086的拉伸作用下，处于收缩状态。
如图7所示，为张开状态的离心力制动器结构示意图。螺杆泵地面驱动装置高速反转过程中，输入轴05高速反转，单向离合器081处于结合状态，离心力制动器运动部件08以同样的速度高速转动，制动瓦084受到较大的离心力，克服复位弹簧086的拉伸力，向外张开，制动片085压紧在壳体06的内壁上，产生制动作用。输入轴05转速越高，制动力越大；随着制动力的作用，转速逐渐降低下来，储存在抽油杆中的转矩势能得到平稳释放。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，包括动力部件、齿轮减速器、离心力制动器，其特征在于，所述的齿轮减速器采用圆柱齿轮传动，输出轴布置在输入轴和动力部件之间，输出轴加工有安装抽油杆的通孔；在所述的齿轮减速器壳体内，位于小齿轮下方的输入轴上通过单向离合器连接离心力制动器的运动部件；靠近减速器的齿轮减速器壳体部分的内腔略大于离心力制动器，作为制动器的制动鼓。
2.根据权利要求1所述的采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，其特征在于，所述单向离合器的内圈与输入轴固定，离心力制动器的中心架与单向离合器的外圈固定连接，制动瓦与中心架之间铰接，中心架与制动瓦之间连接有复位弹簧，制动片固定在制动瓦的外侧。
3.根据权利要求2所述的采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，其特征在于，所述的离心力制动器的制动片采用铜基粉末冶金材料。
4.根据权利要求2所述的采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，其特征在于，所述的位于离心力制动器外的减速器壳体的圆柱形内腔表面渗氮处理。
5.根据权利要求2所述的采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，其特征在于，所述的位于离心力制动器外的减速器壳体的圆柱形内腔表面渗碳处理。
6.根据权利要求2所述的采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，其特征在于:所述的离心力制动器的中心架与销轴铰接，复位弹簧布置在制动瓦上远离铰接轴的一端与中心架之间。
7.根据权利要求1所述的采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，其特征在于，所述的壳体的安装板所在平面和减速器输入轴、输出轴所在的平面的角度为锐角。
8.根据权利要求1所述的采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，其特征在于，所述的减速器壳体的安装板上加工有水平方向的长条孔。
9.根据权利要求8所述的采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，其特征在于，所述的动力部件通过螺栓固定在安装板上，动力部件能够沿安装板上的长条孔方向调整位置。
10.根据权利要求1-9任一项所述的采用离心力制动器的螺杆泵地面驱动装置，其特征在于，所述的动力部件为电动机、内燃机、液压马达。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190709 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |