专利名称：抽油杆自锁紧组合卡具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田有杆泵采油领域中所使用的一种器具，尤其是涉及一种安装于抽油杆上具有自锁紧功能的组合卡具。
背景技术：
在油田有杆泵采油领域中，为了紧固抽油杆，需要在杆体上安装固定卡具。现在常用的卡具为一种方形卡具，其主要由对称的中间带有圆弧的两个方形卡体组成，然后靠螺栓及螺母将其锁紧到抽油杆上。在实际应用过程中，这种卡具被发现存在如下缺点安装不便，工人需要站在高空中紧固6枚螺栓后方能固定完一套方卡具；机械振动容易造成螺栓与螺母之间的锁紧松动；环境温度变化引起金属抽油杆体发生热胀冷缩时，卡具的锁紧力不能随之作出调整，容易使抽油杆发生滑脱；靠螺栓与螺母所产生的锁紧力很小，很难承受由数百米抽抽杆下坠所产生的冲力，因此锁紧效果不好。
实用新型内容为了克服现有的抽油杆方形卡具锁紧效果不好且容易因环境温度、机械振动等因素的影响而无法锁紧抽油杆致使抽油杆滑脱的不足，本实用新型提供了一种抽油杆自锁紧组合卡具，该种抽油杆自锁紧组合卡具具有可自动调整对抽油杆的锁紧力、锁紧效果好且不会受环境温度、机械振动等因素影响的特点。
本实用新型的技术方案是该种抽油杆自锁紧组合卡具，包括上卡具、下卡具以及防掉卡具，所述上卡具由“U”形卡环、“T”形顶块、锁紧螺母以及相应紧固件构成，其中，卡环的两个前端结构与形状相同，其内侧面为平面，其外侧面为开有外螺纹的圆弧面，顶块位于锁紧螺母之中，顶块的前端为一个具有圆弧面的方体，其后端为一个带有卡簧槽的圆柱体，锁紧螺母为一端封闭的开有内螺纹的中空柱体，其内螺纹与卡环上的外螺纹相匹配，其封闭侧中央开有一个圆孔，顶块的圆柱形后端便由此圆孔穿出，通过将卡簧卡入顶块圆柱形后端的卡簧槽固定后，顶块与锁紧螺母之间就形成了转动连接，即顶块可在外力的作用下，沿其圆柱形后端的中心轴线转动。
所述下卡具由“U”形卡体、带有切面的圆柱形卡销、楔体以及连接螺栓构成，其中，卡体的两个前端对称开有两个圆形通孔，其截面形状与卡销的径向截面形状相同，即卡销可以穿过卡体的两个圆形通孔，两者之间为间隙配合，楔体的形状为倒置的“L”形，在其顶端台肩上开有通孔，该楔体两侧一侧为圆弧面，另一侧为斜面，所述斜面的宽度与卡销上的切面宽度相同，此外，在卡销上开有螺纹孔，将圆柱形卡销穿入卡体的前端的两个圆形通孔后，连接螺栓穿过楔体顶端台肩上的通孔与卡销上的螺纹孔紧密连接，楔体上的斜面与卡销上的切面相接触，由于卡销为圆柱形其可以沿圆形通孔转动，所以该种接触为平面接触，即两个平面之间可以完全压合。
所述防掉卡具由具有相同最大外径的防掉锁紧螺母、防掉顶块以及“T”形防掉卡环构成，这里的最大外径对防掉锁紧螺母而言是指防掉锁紧螺母的外径，对防掉顶块而言是指防掉顶块的高度，对于防掉卡环而言则是指其轴向高度。其中，防掉卡环的两个前端结构与形状相同，其内侧面为平面，其外侧面为开有外螺纹的圆弧面，防掉顶块中具有圆弧面的前端位于防掉锁紧螺母之外，其后端带有一个开有卡簧槽的圆柱体，防掉锁紧螺母为一端封闭的开有内螺纹的中空柱体，其内螺纹与防掉卡环上的外螺纹相匹配，其封闭侧中央开有一个圆孔，防掉顶块的圆柱形后端由此圆孔穿出，经卡簧固定后，防掉顶块与防掉锁紧螺母之间形成转动连接。
本实用新型具有如下有益效果由于采取上述方案的抽油杆自锁紧组合卡具中的上卡具与防掉卡具中均采用了非连续螺纹设计，可以避免因机械振动或温度变化所导致的内外螺纹间的松动，确保了锁紧效果；在下卡具中采用了带有斜面的楔体，当抽油杆下坠时或其在温度发生变化引起抽油杆体热胀冷缩时可以自动调整锁紧力直至达到一种锁紧的力的平衡状态，即楔体会沿斜面移动，直至将抽油杆紧紧夹住，大大提高了本种组合卡具应用的可靠性；此外，安装本卡具只需要紧固两枚螺栓，较之方卡具而言，大大提高了工作效率。
附图1是本实用新型的组成示意图；
附图2是本实用新型安装后的结构剖视图。
图中1-锁紧螺母，2-顶块，3-抽油杆，4-卡环前端，5-卡环，6-连接螺栓，7-圆弧面，8-通孔，9-卡销，10-螺纹孔，11-斜面，12-卡体，13-圆形通孔，14-卡簧，15-楔体，16-防掉锁紧螺母，17-防掉顶块，18-防掉卡体，19-悬绳器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明如图1结合图2所示，该种抽油杆自锁紧组合卡具，包括上卡具、下卡具、防掉卡具，上卡具与下卡具相互邻接安装，均安装于抽油机悬绳器19的上方，防盗卡具则安装于悬绳器19的下方。所述的上卡具由“U”形卡环5、“T”形顶块2以及锁紧螺母1构成，其中，卡环5的两个前端结构与形状相同，其内侧面为平面，其外侧面为开有外螺纹的圆弧面，顶块2置于锁紧螺母1之中，其前端具有圆弧面，其后端带有一个开有卡簧槽的圆柱体，锁紧螺母1为一端封闭的开有内螺纹的中空柱体，其内螺纹与卡环5上的外螺纹相匹配，其封闭侧中央开有一个圆孔，顶块2的圆柱形后端由此圆孔穿出，经卡簧14固定后，顶块2与锁紧螺母1之间便可形成转动连接，即顶块2可在外力的作用下，沿其圆柱形后端的中心轴线转动。
所述下卡具由“U”形卡体12、具有切面的圆柱形卡销9、楔体15以及连接螺栓6构成，其中，卡体12的两个前端对称开有两个圆形通孔13，其截面形状与卡销9的径向截面形状相同，即卡销9与通孔13之间的配合为间隙配合，楔体15为倒置的“L”形，其顶端台肩上开有通孔8，其一侧为圆弧面7，另一侧为斜面11，所述斜面11的宽度与卡销9上的切面宽度相同，该斜面11的倾斜角度范围应当在1度到25度之间，所述通孔8的中心轴向切面应当与斜面11相平行，此外，在卡销9上开有螺纹孔10，将卡销9穿入卡体12的两个通孔13后，利用连接螺栓6穿过楔体15上的通孔8与螺纹孔10，紧密连接后，斜面11与卡销9上的切面相触，由于卡销为圆柱形其可以沿圆形通孔转动，所以该种接触为平面接触，即两个平面之间可以完全压合。
所述防掉卡具由具有相同最大外径的防掉锁紧螺母16、防掉顶块17以及防掉卡环18构成，这里的最大外径对防掉锁紧螺母而言是指防掉锁紧螺母的外径，对防掉顶块而言是指防掉顶块的高度，对于防掉卡环而言则是指其轴向高度，这样设计的目的在于保证当上、下卡具一旦下落时不会砸坏防掉锁紧螺母。其中，防掉卡环18的两个前端结构与形状相同，其内侧面为平面，其外侧面为开有外螺纹的圆弧面，防掉顶块17中具有圆弧面的前端位于防掉锁紧螺母16之外，其后端带有一个开有卡簧槽的圆柱体，防掉锁紧螺母16为一端封闭的开有内螺纹的中空柱体，其内螺纹与防掉卡环18上的外螺纹相匹配，其封闭侧中央开有一个圆孔，防掉顶块17的圆柱形后端由此圆孔穿出，经卡簧14固定后，防掉顶块17与防掉锁紧螺母16之间形成转动连接。
经过对比可知，所述防掉卡具与上卡具之间的结构很近似，只是顶块的大小与所处的位置不同以及防掉卡环、防掉顶块、防掉锁紧螺母之间的大小比例关系有所不同。
在上述技术方案中，上卡具与防掉卡具中所应用的锁紧螺母的外表面均推荐使用棱柱面，其好处在于便于拆卸与安装。
在本实用新型中，各个部件的工作原理可分述如下上卡具和防掉卡具的工作原理是通过旋转套在“U”形卡环上的锁紧螺母，带动顶块向抽油杆3方向靠拢，使U形槽底和顶块间的距离逐渐变小，直至锁紧螺母无法旋转，从而依靠U形卡体和顶块对抽油杆的正压力所产生的摩擦力锁紧抽油杆。
下卡具的工作原理是当抽油杆3加上荷载后抽油杆向下滑移这时上卡具带动“L”形楔体15一起向下滑移，由于“L”形楔体15和卡销9的切面接触的一侧为斜面，当“L”形楔体15向下滑移时，卡销9顶着“L”形楔体15使得“U”形槽底和“L”形楔体15间的距离变小，从而使“U”形卡体和“L”形楔体把抽油杆卡紧，直到抽油杆停止下滑，这时卡具的拉力和抽油杆所受到的荷载相等。当抽油杆的荷载发生变化或由于温度变化使得卡具形状发生变化时上卡具带动“L”形楔体将自动调整卡具的拉力。
当由于某种原因使得抽油杆3自由下落时，防掉卡具首先接触到盘根盒，当拉力大于4吨时防掉卡具将产生滑移，这时防掉卡具吸收由抽油杆3产生的一部分动能，接着上方的上下卡具将根据下冲动能自动锁紧抽油杆3。
此外，通过实验得出，当卡环前端圆弧面上锯齿形外螺纹的螺距为3毫米，本实用新型的应用效果最佳，可在300千克·米的扭矩作用下保持不滑脱、不折断。
本组合卡具的使用方法如下第一步把抽油杆3放入上卡具U形卡环5的U形槽内，接着将锁紧螺母1中的顶块2对准U形槽口，然后旋转锁紧螺母1，直至锁紧螺母1带动顶块2逐渐锁紧抽油杆3。
第二步把抽油杆3放入下卡具中U形卡体12的U形槽内，之后把带有切面的圆柱形卡销9插入U形卡体12的两个圆形通孔13内。旋转卡销9使卡销的切面对准抽油杆，而后把L形楔体插入抽油杆3和卡销9的槽面间。
第三步将抽油杆加上荷载，提升抽油机。
第四步在悬绳器的下方按第一步的方法固定好防掉卡具。
本组合卡具具有如下特点1、本组合卡具可以根据井下重量，自动调整卡具对抽油杆的锁紧力量，并且不会受环境温度，机械震动等因素的影响。
2、本组合卡具的最大拉力达到25吨，是普通两组方卡具拉力的1.6-2倍。
3、本组合卡具具有操作安全的特点。本卡具采用φ55×3mm的锯齿螺纹，可在300Kg.m扭矩下保持不滑扣、不折断，在用管钳扭紧时不易打滑，而现在油田上常用的方卡具在扭紧时管钳很容易打滑，且经常出现螺杆突然被扭断的现象，很容易使操作人员受到意外伤害。
4、本组合卡具具有安装速度快的特点。由于固定本组合卡具只有2枚螺栓需要扭紧，而固定方卡具则需要扭紧6枚螺栓所以安装速度提高了2倍。此外，由于本组合卡具由于采用螺距为3mm的30度锯齿螺纹，可以在低温环境中，卡具粘满固化原油的情况下保证顺利拆装，而其它卡具由于采用2.5-3mm的普通三角形小螺纹则无法达到上述效能。
5、本卡具和抽油杆的接触面积大，而且可以根据抽油杆的荷载自动调整到对抽油杆最适合的压力，使得卡具对抽油杆的压强减小，从而减小了对抽油杆的损伤。
6、上卡具和防掉卡具采用了非连续螺纹设计，使得它可以避免由于温度变化、机械震动而造成的螺栓松动，而方卡具则不具备此项功能。
本组合卡具在上卡具螺栓的扭矩为100Kg·M时，上下卡具一共可以承载的额定重量为18吨，最大荷载为25吨。
防掉卡螺栓在100Kg·M扭矩下，可以产生的静摩擦力为5吨，动摩擦力为4吨。
权利要求1.一种抽油杆自锁紧组合卡具，包括上卡具、下卡具、防掉卡具，其特征在于所述上卡具由“U”形卡环(5)、“T”形顶块(2)、锁紧螺母(1)构成，其中，卡环(5)的两个前端结构与形状相同，其内侧面为平面，其外侧面为开有外螺纹的圆弧面，顶块(2)置于锁紧螺母(1)之中，其前端具有圆弧面，其后端带有一个开有卡簧槽的圆柱体，锁紧螺母(1)为一端封闭的开有内螺纹的中空柱体，其内螺纹与卡环(5)上的外螺纹相匹配，其封闭侧中央开有一个圆孔，顶块(2)的圆柱形后端由此圆孔穿出，经卡簧(14)固定后，顶块(2)与锁紧螺母(1)之间形成转动连接；所述下卡具由“U”形卡体(12)、具有切面的圆柱形卡销(9)、楔体(15)以及连接螺栓(6)构成，其中，卡体(12)的两个前端对称开有两个圆形通孔(13)，其截面形状与卡销(9)的径向截面形状相同，楔体(15)为倒置的“L”形，其顶端台肩上开有通孔(8)，其一侧为圆弧面(7)，另一侧为斜面(11)，所述斜面(11)的宽度与卡销(9)上的切面宽度相同，此外，在卡销(9)上开有螺纹孔(10)，连接螺栓(6)穿过楔体(15)上的通孔(8)与螺纹孔(10)紧密连接后，斜面(11)与卡销(9)上的切面相触，该种接触为平面接触；所述防掉卡具由防掉锁紧螺母(16)、防掉顶块(17)以及防掉卡环(18)构成，其中，防掉卡环(18)的两个前端结构与形状相同，其内侧面为平面，其外侧面为开有外螺纹的圆弧面，防掉顶块(17)为“T”形，其具有圆弧面的前端位于防掉锁紧螺母(16)之外，其后端带有一个开有卡簧槽的圆柱体，防掉锁紧螺母(16)为一端封闭的开有内螺纹的中空柱体，其内螺纹与防掉卡环(18)上的外螺纹相匹配，其封闭侧中央开有一个圆孔，防掉顶块(17)的圆柱形后端由此圆孔穿出，经卡簧(14)固定后，防掉顶块(17)与防掉锁紧螺母(16)之间形成转动连接。
2.根据权利要求1所述的抽油杆自锁紧组合卡具，其特征在于防掉顶块(17)前端的长度、防掉锁紧螺母(16)的外径与防掉卡环(18)的轴向长度三者之间数值相等。
3.根据权利要求1或2所述的抽油杆自锁紧组合卡具，其特征在于所述楔体(15)上的斜面(11)的倾斜角度范围在1度到25度之间。
4.根据权利要求3所述的抽油杆自锁紧组合卡具，其特征在于所述卡环(5)与防掉卡环(18)两者前端圆弧面上的外螺纹均为锯齿形外螺纹，其螺距为3毫米。
5.根据权利要求4所述的抽油杆自锁紧组合卡具，其特征在于锁紧螺母(1)与防掉锁紧螺母(16)的外表面均为棱柱面。
专利摘要一种用于抽油杆上的自锁紧组合卡具。主要解决现有技术中抽油杆上的方形卡具安装不便、锁紧力小，易受环境温度、机械振动等因素的影响而无法锁紧抽油杆的问题。其特征在于所述上卡具由“U”形卡环(5)、顶块(2)、锁紧螺母(1)构成，其中，卡环(5)的两个前端结构形状相同，其内侧面为平面，其外侧面为开有外螺纹的圆弧面，所述下卡具由“U”形卡体(12)、带有切面的圆柱形卡销(9)、楔体(15)以及连接螺栓(6)构成，楔体(15)一侧面为圆弧面，另一侧面为斜面，所述防掉卡具由防掉卡环(18)、防掉顶块(17)、防掉锁紧螺母(16)构成。具有易于安装、自动调整对抽油杆的锁紧力、锁紧效果好且不受温度、机械振动等因素影响的特点。
文档编号E21B17/00GK2690564SQ20042004942
公开日2005年4月6日 申请日期2004年4月26日 优先权日2004年4月26日
发明者姜卫东, 郭强 申请人:姜卫东, 郭强