CN111022648B - 一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒 - Google Patents

Abstract

一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒，采用了有镜像对称密封面结构的橡胶盘根、内置双滚轮组以及球头转向结构设计，包括：盘根盒主体、橡胶盘根、上压盖、下接头、球头接头、环形卡箍、下压盖、第一滚轮组和第二滚轮组，通过对采油光杆进行强制对中纠偏，提高采油光杆与橡胶盘根的密封效果，利用上接头与球头接头之间的球头转向结构对采油光杆弹性张力进行循环调节，避免产生摩擦硬点，减轻采油光杆表面光洁度的破坏和橡胶盘根的摩损，应用于采油生产中，既可提高采油光杆的对中精度，提高密封效果，同时还能够提高采油光杆的使用寿命，减小盘根摩擦强度和疲劳破坏，降低采油生产消耗，消除安全生产隐患，节约采油生产成本，提高采油生产效率。

Description

一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒

技术领域

本发明涉及一种盘根盒，特别涉及一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒。

背景技术

盘根盒是机械采油井采油树的关键部件之一，通过在盒体中填充盘根密封材料，对采油光杆实施密封，防止采油过程中油水的泄露。目前，在油田采油生产中，盘根盒漏油现象还较为普遍，导致这一不利现象发生既有采油树搭建精度、盘根密封材料质量等方面的原因，也有油层压力状况和原油以及井液化学特性的影响，但更重要的是光杆不能准确对中则是导致盘根盒漏油现象无法根本解决的一个主要原因。在工作状态下，由于油田采油树驴头一般很难保持精确的垂直运动轨迹，因此，采油光杆在上、下行过程中部分存在一定程度的径向摇摆现象，不能始终保持对准盘根盒的中心位置，采油光杆与盘根密封材料存在偏磨现象，盘根对采油光杆产生磨损，从而降低密封效果，导致油水泄露。现行生产中使用的盘根盒虽然都具有一定的调偏功能，但普遍存在调偏量较大时，强制限位限制了采油光杆的径向摆动运动，不可避免地使采油光杆产生弹性张力并伴有一定的弹性变形，这一弹性张力及变形的存在，将使盘根盒形成局部摩擦硬点，增大了摩擦强度，导致该区域采油光杆表面光洁度的破坏和盘根材料的磨损，不但无法解决盘根盒油水泄露的问题，而且还需要经常停井更换采油光杆，频繁更换盘根材料，依然存在成本消耗高，劳动强度大，环境污染重，运行效率低，生产成本较高的问题。因此，有必对盘根盒结构做出改进，以进一步改善采油光杆的对中精度，提高采油光杆的使用寿命，增长盘根材料的使用周期，减小劳动强度和安全隐患，降低采油生产成本，提高采油生产效率。

发明内容

本发明的目的是：提供一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒，改善采油光杆对中精度，减小盘根摩擦强度，提高盘根密封效果，降低采油生产成本，提高采油工作效率。

一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒，包括：盘根盒主体2、上压盖1、橡胶盘根7、下接头3、球头接头4、环形卡箍5、下压盖6、第一滚轮组8和第二滚轮组9。

所述盘根盒主体2上部与所述上压盖1固定连接，在所述盘根盒主体2与所述上压盖1之间组合形成一个所述橡胶盘根7的容置空间，所述橡胶盘根7容置其中；所述盘根盒主体2下部与所述下接头3固定连接，在所述盘根盒主体2与所述下接头3之间组合形成的内部空间中安装有所述第一滚轮组8；所述下接头3下部，通过所述环形卡箍5和所述下压盖6的结构配合，与所述球头接头4连接在一起，在所述下接头3与所述球头接头4之间组合形成的内部空间中设置有所述第二滚轮组9，所述第二滚轮组9安装在所述球头接头4上，其中：所述下接头3和环形卡箍5与所述球头接头4具有相互配合的连接球面，借助所述连接球面，所述下接头3可在水平圆周360°的范围内相对所述球头接头4纵向轴线方向产生偏转，所述下压盖6环套在所述球头接头4上，固定连接在所述下接头3上，所述环形卡箍5镶嵌在所述球头接头4和所述下压盖6之间，兼有对所述球头接头4的最大偏转角度进行约束限位的作用。

所述橡胶盘根7由橡胶材料制成，整体为上下对称的一体结构，上部和下部为两个镜像对称的密封曲面，分别与所述上压盖1和所述盘根盒主体2的内侧面形成相互配合，在所述橡胶盘根7的中轴线上开设有圆形通孔18，所述圆形通孔18内侧面为动态密封面，与配套工作的采油光杆形成相互配合的动态密封；优选所述橡胶盘根7上部和下部的镜像对称密封曲面为圆锥面，进一步优选所述圆锥面的锥面角B为30～45°；同时，优选在所述橡胶盘根7中开设的圆形通孔18的内侧面上开设有润滑凹槽19，用以灌注油料对所述动态密封面进行摩擦润滑，降低摩擦系数，减小摩擦阻力。

其中，所述盘根盒主体2和所述上压盖1的内侧面为相互镜像对称的密封曲面，所述盘根盒主体2和所述上压盖2采用一体辦式开口结构，在镜像面上以可拆卸方式接合在一起，接合后内部组合构成一个结构和形状与所述橡胶盘根7完全一致配合的容置空间，所述橡胶盘根7置于所述容置空间中，上部密封曲面与所述上压盖1内侧的密封曲面形成密封配合，下部密封曲面与所述盘根盒主体2内侧的密封曲面形成密封配合；当需要更换或者安装所述橡胶盘根7时，断开所述盘根盒主体2和所述上压盖1之间的连接，取出旧盘根并安装新盘根、或者直接安装新盘根后，再次将所述盘根盒主体2和所述上压盖1重新接合在一起，即完成更换或者安装。

所述第一滚轮组8和所述第二滚轮组9具有相同的设计结构，分别包括有环形底盘17、若干条固定限位架16和相同数量的滚轮13，所述固定限位架16和所述滚轮13的设置数量优选为2～6个；所述固定限位架16和所述滚轮13在所述环形底盘17上沿圆周均匀相间排列设置，其中，所述固定限位架16固定安装在所述环形底盘17上，所述滚轮13利用螺栓轴14分别安装在相邻的两个所述固定限位架16之间，所述滚轮13可相对所述螺栓轴14转动，同时在轴向上由所述固定限位架16约束定位；所述滚轮13沿圆周均匀分布组合，轮体环形圆周面上设置的圆弧形内凹环槽在所述第一滚轮组8和所述第二滚轮组9的轴心位置处分别组成一个圆形断面组合孔15，所述圆形断面组合孔15的直径与所述采油光杆的直径相同，当所述采油光杆从所述圆形断面组合孔15中穿过时，若干个所述滚轮13同时抵顶在所述采油光杆的表面上，在圆周方向共同对所述采油光杆进行限位纠偏，与所述采油光杆之间保持圆周状线接触，整体包握在所述采油光杆的圆周上，对所述采油光杆进行精确、稳定地限位纠偏，所述滚轮13设置数量越多，限位纠偏的精准度和稳定性就越高。

为了保证所述第一滚轮组8和所述第二滚轮组9的工作条件，提高工作寿命，优选对所述盘根盒主体2与所述上压盖1之间组合形成的内部空间、以及所述下接头3与所述球头接头4之间组合形成的内部空间进行密封处理，在所述上接头1与所述盘根盒主体2之间的连接面上设置有第一密封圈10，在所述盘根盒主体2与所述下接头3之间的连接面上设置有第二密封圈11，在所述下接头3与所述球头接头4之间的连接球面上设置有第三密封圈12。

为了增加所述滚轮13对所述采油光杆沿圆周方向限位纠偏的维度，进一步提高限位纠偏的精准度和稳定性，优选将所述第一滚轮组8和所述第二滚轮组9以中心轴线为圆心沿圆周相对交错一定的角度设置，使所述第一滚轮组8中的滚轮13和所述第二滚轮组9中的滚轮13在纵向投影面上相互相间设置，实现所述滚轮13限位方向的互补，将所述采油光杆的限位维度增加1倍。

所述一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒的安装及工作原理是：所述上压盖1、所述盘根盒主体2和所述下接头3固定连接为一体，控制所述第一滚轮组8中的圆形断面组合孔15与所述橡胶盘根7上开设的中心孔精确对正，所述球头接头4下端固定安装在采油井井口装置上，上端与所述下接头3球面活动连接在一起，所述第二滚轮组9安装在所述球头接头4上，并保持所述第二滚轮组9处于连接球面的中心位置，控制所述第二滚轮组9的圆形断面组合孔15与所述第一滚轮组8中的圆形断面组合孔15、以及所述橡胶盘根7上开设的中心孔成一直线并精确对正；采油工作时，依次穿过所述橡胶盘根7、所述第一滚轮组8和所述第二滚轮组9的所述采油光杆，由所述第一滚轮组8和所述第二滚轮组9强制对中限位纠偏，可能会产生弹性张力并伴有一定的弹性变形，当纠偏量比较大时，产生的弹性张力也会较大，受所述弹性张力的作用，所述下接头3及与所述下接头3连为一体的所述盘根主体2和所述上压盖1将会以连接球面为轴心产生适应性偏转，调节所述弹性张力，使所述采油光杆的弹性张力及相伴形成的所述弹性变形得到释放和回复，避免在所述采油光杆与所述橡胶盘根7之间出现摩擦硬点，明显减轻所述采油光杆的破坏和所述橡胶盘根7的摩损，提高使用寿命，减小更换频率，而当所述弹性张力释放或者减小后，弹性变形量变小，由所述采油光杆的带动，所述下接头3、盘根主体2和上压盖1将回复到初始位置，实现对所述采油光杆弹性张力的自动循环调节；在所述自动循环调节过程中，由于所述第二滚轮组9处于偏转球面的中心点上，所以，所述第一滚轮组8和所述第二滚轮组9上的两个所述圆形断面组合孔15与所以橡胶盘根7上的所述中心孔可始终保持在同一直线上，也就是所述采油光杆始终保持着精确的对中纠偏状态，所述采油光杆与所述橡胶盘根7之间动态密封良好。

同时，所述一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒，采用具有镜像对称密封曲面结构的所述橡胶盘根7，工作状态下，当所述采油光杆下行时，所述橡胶盘根7受到与所述采油光杆相对运动而产生的摩擦力作用，下部受力挤压在所述盘根盒主体2内侧密封面上，反之，当所述采油光杆上行时，所述橡胶盘根7受到与所述采油光杆相对运动而产生的摩擦力作用，上部受力挤压在所述上压盖1内侧密封面上，以上过程循环往复，使所述橡胶盘根7上部和下部交替受力，压紧补偿时，内部能够上下均匀受力，整体受力状态对称均衡分布，不会出现某一区域因受力集中而发生快速疲劳破坏，从而导致所述橡胶盘根7整体报废的现象，使上部和下部区域的特性都得到充分的发挥，还可以提高使用寿命，缩短更换周期，提高采油生产效率；而且，应用所述橡胶盘根7，所述上压盖1和所述盘根盒主体2的内侧面均设置为密封面，增大了盘根盒的密封面长度，能够明显提高密封效果；同时，所述上压盖1和所述盘根盒主体2之间采用一体辦式开口结构，拆卸安装简单，还能够降低所述橡胶盘根7更换或者安装劳动强度，缩短操作时间，提高工作效率。

本发明的有益效果是：采用了有镜像对称密封面结构的橡胶盘根、内置双滚轮组以及球头转向结构设计，利用双滚轮组对采油光杆进行强制对中纠偏，利用上接头与球头接头之间的球头转向结构对采油光杆的弹性张力进行自动循环调节，在保持始终对正纠偏的同时，周期性释放和回复采油光杆上的弹性张力及其伴生的弹性变形，避免产生摩擦硬点，减轻对采油光杆破坏和橡胶盘根的摩损，应用于采油生产中，既可提高采油光杆与橡胶盘根的对中精度，以及采油光杆与橡胶盘根、盘根盒主体和上压盖与橡胶盘根之间的密封效果，同时，还能够提高采油光杆的使用寿命，增长橡胶盘根的使用周期，减小橡胶盘根摩擦强度和疲劳破坏，降低采油生产消耗，消除安全生产隐患，节约采油生产成本，提高采油生产效率。

附图说明

图1、一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒的结构示意图。

图2、图1中A-A截面的剖视图。

图3、橡胶盘根结构示意图。

图4、滚轮组结构示意图。

具体实施方式

下面以一种双滚轮组均由4个滚轮组合而成的张力调节纠偏盘根盒为例，并结合附图，对本发明请求保护的技术方案做进一步说明。

一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒，如图1所示，由盘根盒主体2、上压盖1、橡胶盘根7、下接头3、球头接头4、环形卡箍5、下压盖6、第一滚轮组8和第二滚轮组9组成。

所述盘根盒主体2上部与所述上压盖1螺纹固定连接，所述盘根盒主体2下部与所述下接头3螺纹固定连接，在所述下接头3下部，通过所述环形卡箍5和所述下压盖6的结构配合，与所述球头接头4连接在一起，其中，所述环形卡箍5镶卡在所述下接头3和所述下压盖6之间，所述下压盖6与所述下接头3螺纹固定连接；同时，在所述上接头1与所述盘根盒主体2之间的连接面上设置有第一密封圈10，在所述盘根盒主体2与所述下接头3之间的连接面上设置有第二密封圈11，在所述下接头3与所述球头接头4之间的连接球面上设置有第三密封圈12。

所述橡胶盘根7，如图4所示，上部和下部为镜像对称的圆锥面，所述圆锥面的锥面角B为38°，中轴线上开设有与采油光杆相互配合的圆形通孔18，所述圆形通孔18内侧面为动态密封面，在所述动态密封面上开设有平行排列的润滑凹槽19，所述润滑凹槽19的设置数量为13个。

所述第一滚轮组8和所述第二滚轮组9，如图2和图3所示，分别由底盘17、螺栓轴14、固定限位架16和滚轮13组成，所述螺栓轴14、所述固定限位架16和所述滚轮13均设置有4个，所述滚轮13沿圆周均匀分布组合，轮体环形圆周面上设置的圆弧形内凹环槽在所述第一滚轮组8和所述第二滚轮组9的轴心位置处分别组成一个圆形断面组合孔15，所述圆形断面组合孔15的直径与采油光杆的直径相同，当所述采油光杆从所述圆形断面组合孔15中穿过时，4个所述滚轮13抵顶在所述采油光杆的表面上，在圆周方向共同对所述采油光杆进行限位纠偏，形成了与所述采油光杆之间的圆周线接触，包握特性很强，具有充分的纠偏精准度和纠偏稳定性；同时，将所述第一滚轮组8和所述第二滚轮组9以中心轴为圆心沿圆周错位45°设置，使所述第一滚轮组8和所述第二滚轮组9中的所述滚轮13在所述采油光杆断面投影上相间排列，将整体限位纠偏维度由4维提升到8维，达到限位结构的互补，进一步提高限位纠偏的精准度和稳定性。

Claims (4)

1.一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒，其特征在于，包括：盘根盒主体（2）、橡胶盘根（7）、上压盖（1）、下接头（3）、球头接头（4）、环形卡箍（5）、下压盖（6）、第一滚轮组（8）和第二滚轮组（9）；

所述盘根盒主体（2）上部与所述上压盖（1）固定连接，在所述盘根盒主体（2）与所述上压盖（1）之间组合形成一个橡胶盘根（7）的容置空间，所述橡胶盘根（7）整体为上下对称的一体结构，容置在所述容置空间当中，上部和下部为两个镜像对称的密封曲面，所述对称密封曲面为圆锥面，在所述橡胶盘根（7）的中轴线上开设有圆形通孔（18）；所述盘根盒主体（2）下部与所述下接头（3）固定连接，在所述盘根盒主体（2）与所述下接头（3）之间组合形成的内部空间中安装有所述第一滚轮组（8）；所述下接头（3）下部，通过所述环形卡箍（5）和所述下压盖（6）的结构配合，与所述球头接头（4）连接在一起，在所述下接头（3）与所述球头接头（4）之间组合形成的内部空间中设置有所述第二滚轮组（9），所述第二滚轮组（9）安装在所述球头接头（4）上，其中：所述下接头（3）和环形卡箍（5）与所述球头接头（4）具有相互配合的连接球面，所述下压盖（6）环套在所述球头接头（4）上，固定连接在所述下接头（3）上，所述环形卡箍（5）镶嵌在所述球头接头（4）和所述下压盖（6）之间，对所述球头接头（4）进行限位约束限位；

所述第一滚轮组（8）和所述第二滚轮组（9），分别包括有环形底盘（17）、若干条固定限位架（16）和相同数量的滚轮（13），所述固定限位架（16）和所述滚轮（13）在所述环形底盘（17）上沿圆周均匀相间排列设置，其中，所述固定限位架（16）固定安装在所述环形底盘（17）上，所述滚轮（13）利用螺栓轴（14）分别安装在相邻的两个所述固定限位架（16）之间，所述滚轮（13）可相对所述螺栓轴（14）转动，同时在轴向上由所述固定限位架（16）约束定位；所述滚轮（13）沿圆周均匀分布组合，轮体环形圆周面上设置的圆弧形内凹环槽在所述第一滚轮组（8）和所述第二滚轮组（9）的轴心位置处分别组成一个圆形断面组合孔（15）；其中：所述第一滚轮组（8）和所述第二滚轮组（9）以中心轴线为圆心沿圆周相对交错一定的角度设置，使所述第一滚轮组（8）中的滚轮（13）和所述第二滚轮组（9）中的滚轮（13）在纵向投影面上相互相间设置。

2.如权利要求1所述一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒，其特征在于：所述圆锥面的锥面角A为30～45°。

3.如权利要求1或者2所述一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒，其特征在于：在所述上压盖（1）与所述盘根盒主体（2）之间的连接面上设置有第一密封圈（10），在所述盘根盒主体（2）与所述下接头（3）之间的连接面上设置有第二密封圈（11），在所述下接头（3）与所述球头接头（4）之间的连接球面上设置有第三密封圈（12）。

4.如权利要求3所述一种张力调节双滚轮组纠偏盘根盒，其特征在于：在所述橡胶盘根（7）中开设的圆形通孔（18）的内侧面上开设有润滑凹槽（19）。