基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管 |
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| 申请号 | CN201410511265.8 | 申请日 | 2014-09-29 | 公开(公告)号 | CN104389561A | 公开(公告)日 | 2015-03-04 |
| 申请人 | 华东理工大学; 上海电机学院; | 发明人 | 李庆龄; 王庆明; 辛绍杰; 于忠海; 刘加亮; | ||||
| 摘要 | 本 发明 基于RSSR及 棘轮 机构的动过滤采油筛管，含有采油筛管、上油腔套筒、 泵 筒和 柱塞 ；在端板上设置双列 定心 滚子 轴承 和转动轴座，在转动轴座上设置圆球和棘爪；在双列定心滚子轴承中间设置开口朝上的弯管；在端板周边设置棘轮、动辗棍和静辗棍，使棘爪与棘轮构成 啮合 的棘轮机构；在旋 转轴 上设有偏 心轴 ；用一根空间摆动 连杆 将 旋转轴 的偏心轴与转动轴座的圆球连接；当柱塞在泵筒内上行运动时，上油腔套筒内的压 力 差使地下石油向上涌出，经弯管进入上油腔套筒冲击 叶轮 旋转，形成动力，既能保证动过滤，又能减少功耗；本发明将RSSR及棘轮机构应用于采油筛管，在实现动过滤的同时增加了采油筛管的 稳定性 、可靠性并延长了采油筛管的使用寿命。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管，含有采油筛管（1）、上油腔套筒（2）和泵筒（3），在所述泵筒（3）内设有柱塞（4）、抽油杆（5）、游动凡尔（6）、第一中心通孔（7）、固定凡尔（8）和第二中心通孔（9），在所述泵筒（3）的下上端设有下死点（401）和上死点（402）；在所述采油筛管（1）的上端设有端板（10）；在所述上油腔套筒（2）的上端设有轴承座（11）、旋转轴（12）和叶轮（13）；其特征在于，在所述端板（10）的中心位置设有双列定心滚子轴承（16）和转动轴座（17），在所述转动轴座（17）上端设有一圆球结构，在所述转动轴座（17）外面的两侧设有棘爪（18），所述转动轴座（17）能水平摆动；在所述双列定心滚子轴承（16）中间的上端设有弯管（15），所述弯管（15）的开口朝上，所述弯管（15）的下端与所述采油筛管（1）连接；在所述端板（10）的周边设有棘轮（19）、动辗棍（20）和静辗棍（21）：所述棘轮（19）设置在所述棘爪（18）的对应面，套接在两根所述的动辗棍（20）上，使所述棘轮（19）与所述棘爪（18）啮合，构成棘轮机构；所述静辗棍（21）设置在所述两根动辗棍（20）之间；在所述旋转轴（12）上设有由偏心轴与圆球构成的旋转副R；在所述旋转轴（12）与所述转动轴座（17）之间设有一根空间摆动连杆（14），所述空间摆动连杆（14）的上端通过球瓦结构与旋转轴（12）偏心轴上的圆球连接，形成球面副S；所述空间摆动连杆（14）的下端通过球瓦结构与所述转动轴座（17）上的圆球连接，形成球面副S；由所述水平摆动的转动轴座（17）与所述双列定心滚子轴承（16）组成旋转副R；当所述柱塞（4）在泵筒（3）内由下死点（401）往上死点（402）运动时，上油腔套筒（2）的压强变小，而下油腔的压力不变，从而形成压力差；在所述压力差的作用下，地下石油经由采油筛管（1）下端进入下油腔，向上经所述弯管（15）进入上油腔套筒（2），在流动石油的冲击下，所述叶轮（13）开始旋转，形成动力结构。 |
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| 说明书全文 | 基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管技术领域背景技术[0002] 油田上的抽油机是用磕头机通过抽油杆与井底的抽油泵连接并通过抽油杆的往复运动将地下的石油抽上来，然后通过埋在地下的管道将石油输送走。抽油泵和采油筛管是油田普遍使用的采油工具，其主要的形式为割缝式筛管，即将采油筛管割出0.25～2mm竖式短缝，再外包不锈钢网，通过控制网孔与缝隙的尺寸来控制进入抽油泵内砂粒的大小。有竖式短缝的采油筛管为静过滤采油筛管，其工作四个月左右就会出现砂堵现象，使采油达不到预期效果。 [0003] 后来有人设计了动过滤采油筛管。动过滤采油筛管的驱动机构采用了叶轮，传动机构为齿轮系，执行机构是齿轮结构。因此，动过滤采油筛管在一定程度上改善了采油效率，其通常在一个使用周期（一般为一年）之后才需要进行设备清理或维修，此时，其齿轮结构会有磨损、变形、有的甚至不能工作。但是，所述动过滤采油筛管相对于静过滤采油筛管4个月就会出现砂堵现象已经显现了其再动过滤齿轮传动结构上的优势。 [0004] 用更高要求看的话，所述动过滤采油筛管的也是存在不足的：⑴因为是在狭小的空间设计齿轮传动结构，不仅模数要小、而且相关的齿轮参数都要小，这就导致齿轮制造难度的加大。⑵齿轮小容易导致齿轮的强度不足，易变形，磨损和断齿现象会时有发生。⑶油井底下工况恶劣，沙粒、杂质等容易嵌入齿轮啮合的间隙而导致卡死现象。 [0005] 本发明所述的“RSSR”，是空间连杆机构的组成类型之一。空间连杆机构由若干刚性构件通过低副（转动副﹑移动副）联接，而各构件上各点的运动平面为相互不平行的机构，又称空间低副机构。空间连杆机构中采用多自由度的运动副，如球面副或圆柱副时，所含构件数即可减少而形成简单稳定的空间四杆机构或三杆机构。为了表明空间连杆机构的组成类型，人们常用R、P、C、S、H分别表示转动副、移动副、圆柱副、球面副、螺旋副。常用空间四杆机构的组成类型有RSSR、RRSS、RSSP和RSCS机构，这些机构因含有两个球面副，结构比较简单，但绕两球心连线自由转动的局部自由度影响高速性能。目前，将空间连杆机构RSSR应用于采油筛管上的技术或产品都还没有见到。 发明内容[0006] 本发明的目的在于克服以上不足，提供一种基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管，它应用了空间连杆机构并将RSSR结合棘轮机构一起用于采油筛管，能克服采油筛管的齿轮系在狭小空间强度不足、易阻塞、易磨损的缺点，实现动过滤，增加采油筛管的稳定性、可靠性并能延长采油筛管的使用寿命；在采油筛管的制造上也相对容易，成本较低，便于推广应用。 [0007] 为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案。 [0008] 一种基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管，含有采油筛管、上油腔套筒和泵筒，在所述泵筒内设有柱塞、抽油杆、游动凡尔、第一中心通孔、固定凡尔和第二中心通孔，在所述泵筒的下上端设有下死点和上死点；在所述采油筛管1的上端设有端板；在所述上油腔套筒的上端设有轴承座、旋转轴和叶轮；其特征是，在所述端板的中心位置设有双列定心滚子轴承和转动轴座，在所述转动轴座上端设有一圆球结构，在所述转动轴座外面的两侧设有棘爪，所述转动轴座能水平摆动；在所述双列定心滚子轴承中间的上端设有弯管，所述弯管的开口朝上，所述弯管的下端与所述采油筛管连接；在所述端板的周边设有棘轮、动辗棍和静辗棍：所述棘轮设置在所述棘爪的对应面，套接在两根所述的动辗棍上，使所述棘轮与所述棘爪啮合，构成棘轮机构；所述静辗棍设置在所述两根动辗棍之间；在所述旋转轴上设有由偏心轴与圆球构成的旋转副R；在所述旋转轴与所述转动轴座之间设有一根空间摆动连杆，所述空间摆动连杆的上端通过球瓦结构与旋转轴偏心轴上的圆球连接，形成球面副S；所述空间摆动连杆的下端通过球瓦结构与所述转动轴座上的圆球连接，形成球面副S；由所述水平摆动的转动轴座与所述双列定心滚子轴承组成旋转副R；当所述柱塞在泵筒内由下死点往上死点运动时，上油腔套筒的压强变小，而下油腔的压力不变，从而形成压力差；在所述压力差的作用下，地下石油经由采油筛管下端进入下油腔，向上经所述弯管进入上油腔套筒，在流动石油的冲击下，所述叶轮开始旋转，形成动力结构。 [0009] 进一步，在所述端板的周边设有六根静辗棍。 [0010] 本发明基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管的积极效果是：（1）将空间连杆机构RSSR结合棘轮机构最先应用于采油筛管，在研究阶段未发现有类似结构的应用。 [0011] （2）本发明的间歇摆动机构在抽油杆及柱塞第一个周期上行时推动动辗棍旋转，在第二个周期上行时回摆，即两个上行周期推动一次动辗棍旋转，而齿轮系在每个周期上行时都会旋转；既能保证动过滤，又能减少功耗。 [0012] （3）克服了齿轮系在狭小空间强度不足、易阻塞、易磨损等缺点，在实现了动过滤的同时，增加了采油筛管的稳定性、可靠性并延长了采油筛管的使用寿命。 [0014] 图1 为本发明基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管（含上油腔套筒）的结构示意图。 [0015] 图2为本发明基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管（不含上油腔套筒）的结构示意图。 [0016] 图3 为本发明基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管空间连杆机构的工作原理示意图。 [0017] 图中的标号分别为：1、采油筛管； 2、上油腔套筒； 3、泵筒； 4、柱塞； 401、下死点； 402、上死点； 5、抽油杆； 6、游动凡尔； 7、第一中心通孔； 8、固定凡尔； 9、第二中心通孔； 10、端板； 11、轴承座； 12、旋转轴； 13、叶轮； 14、空间摆动连杆； 15、弯管； 16、双列定心滚子轴承； 17、转动轴座； 18、棘爪； 19、棘轮； 20、动辗棍； 21、静辗棍。 具体实施方式[0018] 以下结合附图介绍本发明基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管的具体实施方式，但是需要说明的是，本发明的实施不限于以下的实施方式。 [0019] 参见图1。一种基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管，含有采油筛管1、上油腔套筒2和泵筒3，在所述泵筒3内设有柱塞4、抽油杆5、游动凡尔6、第一中心通孔7、固定凡尔8和第二中心通孔9，在所述泵筒3的下上端设有下死点401和上死点402。以上结构基本为现有结构或参照现有结构制造和安装。 [0020] 续见图2。在所述采油筛管1的上端设置一块端板10。在所述上油腔套筒2的上端设置轴承座11、旋转轴12和叶轮13：将两个轴承座11嵌置在所述上油腔套筒2上端的内壁上（参见图1），在两个轴承座11之间设置所述旋转轴12并在所述旋转轴12的中间位置安装所述叶轮13。需要注意的是：在所述旋转轴12上设置偏心轴与圆球，构成旋转副R结构（参见图3）。 [0021] 续见图2。在所述端板10的中心位置设置双列定心滚子轴承16和转动轴座17，所述转动轴座17能水平摆动，由所述转动轴座17与所述双列定心滚子轴承16构成旋转副R。在所述转动轴座17上端周边的设置一个圆球结构，在所述转动轴座17外面的两侧各设置一个棘爪18。在所述双列定心滚子轴承16中间的上端设置一个弯管15，将所述弯管15的下端与所述采油筛管1连接。 [0022] 在所述端板10的周边设置棘轮19、动辗棍20和静辗棍21：将所述棘轮19设置在所述棘爪18的对应面，套接在两根所述的动辗棍20上，使所述棘轮19与所述棘爪18啮合，构成棘轮机构。 [0023] 将所述静辗棍21设置在所述两根动辗棍20之间，共设置六根静辗棍21：每一侧三根。 [0024] 在所述旋转轴12与所述转动轴座17之间，既在所述上油腔套筒2的空间结构里设置一根空间摆动连杆14：所述空间摆动连杆14的上下端都设有球瓦结构。将所述空间摆动连杆14的上端通过球瓦结构与旋转轴12偏心轴上的圆球连接，构成球面副S；将所述空间摆动连杆14的下端通过球瓦结构与所述转动轴座17上的圆球连接，构成球面副S。 [0025] 这样：由所述旋转轴12上设置的偏心轴与圆球构成旋转副R（参见图3中的I）；由所述空间摆动连杆14上端通过球瓦结构与旋转轴12偏心轴的圆球连接构成球面副S（参见图3中的II）；由所述空间摆动连杆14下端通过球瓦结构与所述转动轴座17的圆球连接构成球面副S（参见图3中的III）；由所述转动轴座17与所述双列定心滚子轴承16构成旋转副R（参见图3中的IV）；构成本发明的空间连杆机构（RSSR）。由转动轴座17外面的棘爪18与固定在动辗棍20上的棘轮19啮合构成本发明的棘轮机构（参见图3中的V）。当所述柱塞4在泵筒3内由下死点401往上死点402运动时，上油腔套筒2的压强变小，而下油腔的压力不变，从而形成了压力差；在所述压力差的作用下，地下石油经由采油筛管1下端进入下油腔，向上经所述弯管15进入上油腔套筒2，在流动石油的冲击和驱动下，所述叶轮13开始旋转，形成动力结构（参见图3中的VI）；成为本发明所说的动过滤采油筛管。 [0026] 本发明基于RSSR及棘轮机构的动过滤采油筛管的基本工作方式为：（1）工作动力 当所述抽油杆5拉动所述柱塞4在泵筒3内由下死点401往上死点402运动时，上油腔套筒2的压强变小，而下油腔的压力不变，从而形成了压力差；在所述压力差的作用下，地下石油经由采油筛管1下端进入下油腔，向上经过所述弯管15进入上油腔套筒2并冲击所述叶轮13（参见图3中的VI），形成本发明的动过滤采油筛管的工作动力。 [0027] （2）所述叶轮13的旋转带动旋转轴12旋转；旋转轴12上的偏心轴即通过其圆球与空间摆动连杆14上端球瓦的连接驱动空间摆动连杆14在上油腔套筒2的空间内摆动；空间摆动连杆14通过其下端的球瓦与转动轴座17上圆球的连接驱动所述摆动轴座17在水平方向摆动，此即空间连杆机构（RSSR）传动过程。 [0028] （3）固定在转动轴座17侧面的棘爪18推动套接在动辗棍20上的棘轮19做间歇旋转运动，实现动辗棍20的间歇转动，棘轮机构即为执行装置。 [0029] 即：本发明空间连杆机构（RSSR）的摆动为间歇式摆动：当所述抽油杆5拉动所述柱塞4上行的第一个周期时，空间摆动连杆14通过所述棘轮机构推动动辗棍20旋转，在上行的第二个周期时空间摆动连杆14回摆，即所述柱塞4的两个上行周期推动一次动辗棍20旋转；而齿轮系在每个上行周期时都会旋转，既能保证动过滤，又能减少功耗。 [0030] （4）通过图3可以看出，随着两根动辗棍20的转动，与两根动辗棍20左右相邻的四根静辗棍21之间也有相对运动，它们的相对运动又带动另外两根静辗棍21的相对运动，从而实现六根静辗棍21之间间隙的清淤。此运动可将长时间采油后堆积在采油筛管1静辗棍21间隙的砂石及其他堵塞物分解、剔除，清理油缝，达到防止砂堵的效果，提高采油筛管1单位时间的采油效率。 |
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