CN111156164A - 一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，包括动力机构，动力机构一端为动力控制端，另一端为动力输出端，且动力输出端连接三通一个端口，三通第二个端口连接单向阀a进气密封端，第三个端口依次连接单向阀b进气相通端、增压机构，增压机构连通供油机构，供油机构一端连接单向阀c进气相通端，另一端连接动力机构，动力机构上还连接喷油机构，动力机构在动力传输过程中控制供油机构与喷油机构通断；能够延长中间拉杆密封装置的整体寿命，减少钻井泵的维护成本，减轻操作工人的劳动强度，提高了钻井效率。

Description

一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置

技术领域

本发明属于石油天然气勘探设备技术领域，具体涉及一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置。

背景技术

为了防止钻井泵机架腔的水和泥浆进入动力端油池污染润滑油，在中间拉杆处设置有将机架腔和动力端油池隔绝的密封装置，密封装置对于保证动力端润滑油的清洁度以及动力端零部件的使用寿命至关重要。密封装置内安装有两件密封圈，一件位于动力端油池一侧，另一件位于机架腔一侧，两件密封圈之间通过油封环隔开。在钻井泵工作过程中，中间拉杆进行高速往复直线运动，其与两件密封圈之间为滑动摩擦，由于动力端油池中飞溅的润滑油可以对位于动力端油池一侧的密封圈和中间拉杆进行润滑，减小了中间拉杆与密封圈之间的摩擦，因此动力端油池一侧的密封圈寿命较长。目前对位于机架腔一侧的密封圈和中间拉杆没有进行有效润滑，密封圈与中间拉杆之间的摩擦力大，密封圈急剧磨损，此外摩擦还产生了大量的热，加速了密封圈的老化，因此该侧的密封圈寿命较短。机架腔一侧的密封圈失效后泥浆会通过此处进入油封环和动力端油池一侧的密封圈处，进而加剧其磨损，最终导致整个密封装置的失效。密封装置失效后需要及时停泵进行更换，更换过程增加了工人的劳动强度和钻井泵的维护费用，降低了钻井效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，解决中间拉杆密封装置寿命短的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，包括动力机构，动力机构一端为动力控制端，另一端为动力输出端，且动力输出端连接三通一个端口，三通第二个端口连接单向阀a进气密封端，第三个端口依次连接单向阀b进气相通端、增压机构，增压机构连通供油机构，供油机构一端连接单向阀c进气相通端，另一端连接动力机构，动力机构上还连接喷油机构，动力机构在动力传输过程中控制供油机构与喷油机构通断。

动力机构包括壳体，壳体内壁贴合连接销轴，销轴一端穿出壳体连接触头，触头与壳体之间连接弹簧，销轴另一端开设通孔a，壳体上开设两个能够与通孔a相对的油孔，供油机构连接在壳体上两个油孔位置处，壳体远离触头一端连接增压机构。

壳体为中空的阶梯圆柱结构，一端内径截面为正四边形，另一端截面为圆形，壳体截面为正四边形一端开设有连接弹簧的环槽a，销轴包括能够贴合壳体的正四棱柱，正四棱柱连接圆柱，圆柱连接在壳体截面为圆形一端内，圆柱上开设通孔a，壳体截面为圆形一端上开设两个能够与通孔a相对的油孔。

圆柱远离正四棱柱的一端连接密封圈a。

增压机构连接在单向阀b进气密封端的气管，气管通过螺帽a连接在供油机构上。

单向阀a上连接空气过滤网。

供油机构包括油管，油管上端口内壁连接丝堵，下端口连接壳体上的油孔，油管侧壁开设气孔，油管通过通孔b连通增压机构，油管内壁贴合连接分气阀，分气阀穿过丝堵依次连接单向阀c、防护罩。

分气阀包括外径与油管内径相同的圆盘，圆盘连接中空结构的圆柱，圆柱上开设柱气孔，圆盘周向等间距开设与柱气孔相同的水平盘气孔，圆盘下端面开设与水平盘气孔相通的竖向盘气孔，圆柱穿过丝堵连接单向阀c，圆盘周向开设环槽，环槽内连接密封圈b。

喷油机构包括连接在壳体一个油孔上的四通第一端口，第二端口、第四端口连接弧形喷油管，两个弧形喷油管形成夹持结构，每个喷油管上等间距连接多个喷嘴。

动力机构与供油机构之间连接密封片。

本发明的有益效果是：

本发明一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，装置利用十字头往复运动规律，通过动力机构、供油机构、增压机构、喷油机构的协同动作实现油路的连通或阻断，使润滑油在高压气体作用下雾化并喷射到中间拉杆周向，最终在中间拉杆和密封圈相互作用下将润滑油均匀涂覆在整个中间拉杆表面形成油膜。油膜改善了中间拉杆和密封圈之间的摩擦，对中间拉杆及其密封件起到润滑和冷却的作用，延长了中间拉杆密封装置的整体寿命，减少了钻井泵的维护成本，减轻了操作工人的劳动强度，提高了钻井效率。

附图说明

图1是本发明一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置结构示意图；

图2是本发明中动力机构的结构示意图；

图3是本发明壳体结构示意图；

图4是本发明中销轴结构示意图；

图5是本发明中喷油机构结构示意图；

图6是本发明中供油机构结构示意图；

图7是本发明中喷油机构结构示意图；

图8是本发明中使用的单向阀a、单向阀b、单向阀c结构示意图。

图9是本发明中一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置使用状态图；

图10是本发明中一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置另一种使用状态图。

图中，1.动力机构，2.供油机构，3.增压机构，4.喷油机构，5.壳体，6.销轴，7.弹簧，8.触头，9.密封圈，10.油管，11.丝堵，12.分气阀，13.单向阀c，14.防护罩，15.单向阀a，16.单向阀b，17.密封圈b，18.阀体，19.阀盖，20.阀芯，21.阀弹簧，22.密封垫，23.三通，24.喷嘴，25.滤网，26.喷油管，27.密封片，28.气管，29.四通，30.中间拉杆，31.十字头，32.密封圈c，33.油封环，34.密封圈d，35.填料盒，36.挡圈，37.螺钉，38.机架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，如图1所示，包括动力机构1，动力机构1一端为动力控制端，另一端为动力输出端，且动力输出端连接三通23一个端口，三通23第二个端口连接单向阀a15进气密封端，第三个端口依次连接单向阀b16进气相通端、增压机构3，增压机构3连通供油机构2，供油机构2一端连接单向阀c13进气相通端，另一端连接动力机构1，动力机构1上还连接喷油机构4，动力机构1在动力传输过程中控制供油机构2与喷油机构4通断。

如图2所示，动力机构1包括壳体5，壳体5内壁贴合连接销轴6，销轴6一端穿出壳体5连接触头8，触头8与壳体5之间连接弹簧7，销轴6另一端开设通孔a，壳体5上开设两个能够与通孔a相对的油孔，供油机构2连接在壳体5上两个油孔位置处，壳体5远离触头8一端连接增压机构3。通过十字头31触碰触头8使销轴在弹簧7作用下进行往复直线运动，使油孔与通孔a对齐，从而实现润滑装置油路有规律的连通和阻断，同时在销轴往复运动过程中为增压机构的工作提供动力。

触头8与十字头31连接，能够实现销轴6的往复运动。

如图3所示，壳体5为中空的阶梯圆柱结构，分为左、中、右三段，为润滑油的下落和销轴6的往复运动提供通道，一端内径截面为正四边形，另一端截面为圆形，壳体5截面为正四边形一端开设有连接弹簧7的环槽a，如图4所示，销轴6采用阶梯轴结构，分为左、中、右三段。包括能够贴合壳体5的正四棱柱，正四棱柱连接圆柱，圆柱连接在壳体5截面为圆形一端内，销轴6在壳体5中做往复直线运动，实现润滑油路的连通和断开，圆柱上开设通孔a，壳体5截面为圆形一端上开设两个能够与通孔a相对的油孔，壳体5外部设置为螺纹状，通过螺纹连接机架38，壳体5中心右段设置有圆形孔，圆形孔与销轴6右段的圆柱相匹配，壳体中心设置的阶梯孔既为销轴的往复运动提供通道，又实现了销轴与壳体之间的周向定位。为了便于壳体的安装和拆卸，其右段端部设置有六方结构。

圆柱远离正四棱柱的一端连接密封圈a9，密封圈a9将高压润滑油工作区和高压气体工作区隔离，防止其相互影响。

如图5所示，增压机构3连接在单向阀b16进气密封端的气管28，气管28通过螺帽a连接在供油机构2上。

增压机构3通过三通23的一端与动力机构1相连，且连接供油机构2相连，主要作用是通过销轴6的往复运动改变三通23中的容积，从而使气体经单向阀a15、三通23、单向阀b16、气管28最终进入供油机构2，使油管10中的润滑油承受气体压力。为了防止外界异物进入增压机构3内部，在单向阀a15的下部设置有滤网25对气体进行过滤。单向阀a15、单向阀b16同向安装在三通23的两端，其结构及工作原理与单向阀a15相同，主要作用是实现气体的单向流通。

单向阀a15上连接空气过滤网25。

如图6所示，供油机构2包括油管10，油管10上端口内壁连接丝堵11，下端口连接壳体5上的油孔，油管10侧壁开设气孔，油管10通过通孔b连通增压机构3，油管10内壁贴合连接分气阀12，分气阀12穿过丝堵11依次连接单向阀c13、防护罩14，防护罩14采用中空的壳体结构，其通过中心的孔与单向阀a13相连。当高压气体通过单向阀a13进入防护罩内部时，高压气体在防护罩内部进行缓冲降压，最后经设置在防护罩底部一圈的排气孔分散排出，通过设置防护罩14可以避免高压气体对操作人员伤害。

油管10采用中空的圆柱结构，安装在壳体5的油孔位置，可通过外六方和直径较小的凸台连接，油管上端设置有用于连接丝堵11的内螺纹，油管10侧壁连通增压机构3。

分气阀12包括外径与油管10内径相同的圆盘，圆盘连接中空结构的圆柱，圆柱上开设柱气孔，圆盘周向等间距开设与柱气孔相同的水平盘气孔，圆盘下端面开设与水平盘气孔相通的竖向盘气孔，则圆盘下端面竖向气孔通过圆盘周向的水平气孔与上段圆柱中心的气孔连通，这样就保证了圆盘上部的高压气体能够到达圆盘下部，同时也保证了圆盘下部的润滑油不会进入圆盘上部区域，圆柱穿过丝堵11连接单向阀c13，圆盘周向开设环槽，环槽内连接密封圈b17。

分气阀12主要用于防止异物进入油管10污染润滑油，当油管10内的气体压力超过设定值时为高压气体的排出。

供油机构2主要用于存储润滑油和高压气体，当动力机构1将润滑装置的油路连通时，使润滑油在高压气体的作用下进入喷油机构4，当油管10中的气体压力超过设定气压值时单向阀a13打开排气，保证油管中的气体压力恒定。

如图7所示，喷油机构4包括连接在壳体5一个油孔上的四通29第一端口，第二端口、第四端口连接弧形喷油管26，两个弧形喷油管26形成夹持结构，每个喷油管26上等间距连接多个喷嘴24，喷嘴24的作用是使高压润滑油以雾化的形式喷出，增大各润滑点的覆盖区域。通过在四通29左、右两端口对称布置喷油管26及喷嘴24，可以使喷油机构喷出的润滑油覆盖中间拉杆的整个周向区域。

喷油机构4的主要作用是将供油机构2输送的高压润滑油经过喷油管分配到各润滑点，润滑油最终经过喷嘴雾化后喷射到中间拉杆30的周向。四通29的上端用于连接壳体5，下端联接有喷嘴，左、右两端口均用于连接喷油管，高压润滑油经上端口进入四通29后分配到其余三个端口。

动力机构1与供油机构2之间连接密封片27。

单向阀a15、单向阀b16、单向阀c13结构如图8所示，均由阀体18、阀盖19、阀芯20、弹簧21、密封垫22组成，单向阀的主要作用是实现气体的单向流动，当进入单向阀的气体作用在阀芯上的作用力超过弹簧21作用在阀芯上的作用力时，阀芯打开，气体通过，当进入单向阀的气体作用在阀芯上的作用力小于弹簧21作用在阀芯上的作用力时，阀芯处于关闭状态，气体不能通过单向阀。为了便于单向阀的安装和拆卸，阀体、阀盖均采用六边形结构。为了防止气体经单向阀泄漏，阀体和阀盖之间设置了密封垫22。

单向阀c13的阀体18与丝堵11相连，阀盖19上部与防护罩14相连。

单向阀a15的阀体18与三通23的第二个端口连接，阀盖19与气管28连接。

单向阀b的阀盖19与三通23第三个端口连接，阀体18连接滤网25。

本发明一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置的工作过程为：

如图9、图10所示，通过壳体5中段设置的凸台安装在动力端油池的填料盒44上，十字头处于后死点位置，触头8未被触动，触头8在弹簧7作用下使销轴6处于左位状态，壳体5右段上部、下部凸台中心的油孔被销轴6阻断，此时向油管10中加注润滑油，润滑油被封闭在油管10内。

当十字头31由后死点向前死点运动时，动力端油池中飞溅的润滑油落在中间拉杆30表面，润滑油在中间拉杆30和密封圈d34的相互作用下被均匀的涂覆在中间拉杆表面形成油膜，油膜对中间拉杆和密封圈d34进行润滑、冷却。在此过程中，十字头31逐渐触碰触头8，弹簧7被压缩，触头使销轴6向右移动，销轴6右段的竖向油孔将壳体5右段上部、下部凸台中心的油孔部分连通。在销轴6向右运动过程中，由三通23、销轴6、单向阀a15、单向阀b16形成的封闭区域容积不断减小，气体压力逐渐增大，当气体作用在单向阀b16阀芯上的作用力超过弹簧对阀芯的作用力时，单向阀b16开启，区域Ⅰ中的气体经气管28进入区域Ⅱ，此时单向阀a15在弹簧的作用下始终处于关闭状态。区域Ⅱ中的气体依次经过分气阀12的上段周向气孔、上段中心气孔、中段水平气孔、中段竖向气孔进入区域Ⅲ，使润滑油承受气体压力，而区域Ⅲ中由于钻井泵振动等引起飞溅的润滑油则不会经过分气阀进入区域Ⅱ，油管10中的润滑油在高压气体作用下经壳体右段部分连通的油孔进入喷油机构4。

当十字头运动到前死点位置时，十字头31触碰触头8，弹簧7被压缩，触头使销轴6位于右位工作状态，销轴6右段的竖向油孔将壳体5的油孔完全连通，油管10中的润滑油在高压气体作用下进入喷油机构4，此时单向阀b16的阀芯在弹簧作用下关闭。

当高压润滑油经四通35上端进入喷油机构4时，四通29将润滑油分成三路，一路润滑油经四通29下部的喷嘴24雾化喷出，其余两路润滑油分别进入四通左、右两端的喷油管26中，最终经喷油管26上的喷嘴24雾化喷出，各处喷嘴24喷出的润滑油均匀的布满中间拉杆30的周向。

当十字头31由前死点向后死点方向运动时，十字头逐渐与触头8脱开，触头在弹簧7作用下带动销轴6向左运动，壳体5右段上部、下部凸台中心的油孔逐渐关闭。在此过程中，喷油机构4喷射在中间拉杆30周向的润滑油通过中间拉杆30与密封圈c32之间的相互作用被均匀的涂覆在中间拉杆表面形成油膜，油膜减小了中间拉杆与密封圈c32之间的摩擦，起到润滑、冷却的作用。与此同时，区域Ⅰ的容积逐渐减小，气体压力也随之减小，当外界大气压力对单向阀a15阀芯的作用力超过弹簧对阀芯的作用力时，单向阀a15开启，外界空气经滤网25、单向阀a15进入区域Ⅰ，单向阀b16在弹簧作用下处于关闭状态。

当十字头31重新回到后死点位置时，十字头31与触头8之间完全脱开，触头在弹簧7作用下使销轴6处于左位状态，壳体5右段上部、下部凸台中心的油孔被销轴完全阻断，单向阀a15、单向阀b16均处于关闭状态。至此，润滑装置完成了一个工作周期。

在润滑装置工作过程中，增压机构3持续不断的向供油机构2输送高压气体，使油管10中的润滑油始终承受高压气体的作用，确保润滑油持续、可靠的输送到喷油机构4。当区域Ⅱ(区域Ⅲ)中的气体压力超过设定值时，单向阀c13的阀芯打开，区域Ⅱ中的高压气体经丝堵11、单向阀c13进入防护罩14内部，高压气体在防护罩内缓冲降压后经防护罩底部排气孔分散排出，此时区域Ⅱ中气体压力降低，单向阀c13的阀芯在阀弹簧21作用下关闭。

综上所述，当十字头31从后死点向前死点运动时，通过动力端飞溅的润滑油对中间拉杆30和动力端油池一侧的密封圈d34进行润滑、冷却，当十字头从前死点向后死点运动时，通过本发明自增压式中间拉杆润滑装置喷射的润滑油对中间拉杆和机架腔一侧的密封圈c32进行润滑、冷却。应用本装置可以保证在中间拉杆往复运动过程中，中间拉杆以及与其接触的密封圈d34和密封圈c32始终能够得到有效的润滑和冷却，从而延长中间拉杆密封装置的整体寿命。

Claims (10)

1.一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，其特征在于，包括动力机构(1)，所述动力机构(1)一端为动力控制端，另一端为动力输出端，且动力输出端连接三通(23)一个端口，所述三通(23)第二个端口连接单向阀a(15)进气密封端，第三个端口依次连接单向阀b(16)进气相通端、增压机构(3)，所述增压机构(3)连通供油机构(2)，所述供油机构(2)一端连接单向阀c(13)进气相通端，另一端连接动力机构(1)，所述动力机构(1)上还连接喷油机构(4)，所述动力机构(1)在动力传输过程中控制供油机构(2)与喷油机构(4)通断。

2.根据权利要求1所述一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，其特征在于，所述动力机构(1)包括壳体(5)，所述壳体(5)内壁贴合连接销轴(6)，所述销轴(6)一端穿出壳体(5)连接触头(8)，所述触头(8)与壳体(5)之间连接弹簧(7)，所述销轴(6)另一端开设通孔a，所述壳体(5)上开设两个能够与通孔a相对的油孔，所述供油机构(2)连接在壳体(5)上两个油孔位置处，所述壳体(5)远离触头(8)一端连接增压机构(3)。

3.根据权利要求2所述一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，其特征在于，所述壳体(5)为中空的阶梯圆柱结构，一端内径截面为正四边形，另一端截面为圆形，所述壳体(5)截面为正四边形一端开设有连接弹簧(7)的环槽a，所述销轴(6)包括能够贴合壳体(5)的正四棱柱，所述正四棱柱连接圆柱，所述圆柱连接在壳体(5)截面为圆形一端内，所述圆柱上开设通孔a，所述壳体(5)截面为圆形一端上开设两个能够与通孔a相对的油孔。

4.根据权利要求3所述一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，其特征在于，所述圆柱远离正四棱柱的一端连接密封圈a(9)。

5.根据权利要求1所述一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，其特征在于，所述增压机构(3)包括连接在单向阀b(16)进气密封端的气管(28)，所述气管(28)通过螺帽a连接在供油机构(2)上。

6.根据权利要求1所述一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，其特征在于，所述单向阀a(15)上连接空气过滤网(25)。

7.根据权利要求2所述一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，其特征在于，所述供油机构(2)包括油管(10)，所述油管(10)上端口内壁连接丝堵(11)，下端口连接壳体(5)上的油孔，所述油管(10)侧壁开设气孔，所述油管(10)通过通孔b连通增压机构(3)，所述油管(10)内壁贴合连接分气阀(12)，所述分气阀(12)穿过丝堵(11)依次连接单向阀c(13)、防护罩(14)。

8.根据权利要求7所述一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，其特征在于，所述分气阀(12)包括外径与油管(10)内径相同的圆盘，所述圆盘连接中空结构的圆柱，所述圆柱上开设柱气孔，所述圆盘周向等间距开设与柱气孔相同的水平盘气孔，圆盘下端面开设与水平盘气孔相通的竖向盘气孔，所述圆柱穿过丝堵(11)连接单向阀c(13)，所述圆盘周向开设环槽，所述环槽内连接密封圈b(17)。

9.根据权利要求2所述一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，其特征在于，所述喷油机构(4)包括连接在壳体(5)一个油孔上的四通(29)第一端口，所述第二端口、第四端口连接弧形喷油管(26)，两个所述弧形喷油管(26)形成夹持结构，每个所述喷油管(26)上等间距连接多个喷嘴(24)。

10.根据权利要求1所述一种钻井泵用自增压式中间拉杆润滑装置，其特征在于，所述动力机构(1)与供油机构(2)之间连接密封片(27)。

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