抽油杆旋转防偏磨保护装置的制作方法

本发明属于抽油机附属设备领域，尤其涉及一种抽油杆旋转防偏磨保护装置。

背景技术：

在抽油机工作过程中，抽油杆因偏磨和震动而断裂失效的问题时有发生，为了解决抽油杆偏磨和震动问题，技术人员研发了多种抽油杆保护装置。例如文献号为cn201406998y的实用新型专利公开的一种油井防偏磨装置，文献号为cn202788661u的实用新型专利公开的一种抽油杆节能保护器，文献号为cn2895705y的实用新型专利中公开的一种抽油杆多功能保护器等等。

现有的抽油杆保护装置的原理基本相同，均是通过导向斜槽、超越离合器(单向轴承)和碟簧组的共同作用实现抽油杆的自动旋转，同时通过碟簧组实现抽油杆的减震。然而，上述结构存在明显缺陷：

1、超越离合器在使用过程中容易磨损，需要经常更换，导致抽油杆保护装置的维护成本比较高。

2、生产实际中，每口油井中抽油杆杆柱的悬重往往存在较大差异，悬重不同，对碟簧组的减震能力的要求也必然不同，然而，现有的抽油杆保护装置只能通过增加设备型号的方式来适应不同的悬重，导致设备型号过多过杂，加大了设备管理的难度。

技术实现要素：

本发明提供一种抽油杆旋转防偏磨保护装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

本发明包括壳体、碟簧组和自动旋转机构，所述壳体的上端设置有端盖，端盖通过螺栓连接在壳体上，所述碟簧组安装在壳体内侧的底部，所述的自动旋转机构设置在碟簧组和所述端盖之间；

自动旋转机构，包括导向套和旋转套，导向套的外侧设置有条形槽，条形槽的长度方向与壳体的轴线方向一致，壳体的侧面与所述条形槽对应设置有防转插销，防转插销的末端插在所述的条形槽内，以防止导向套旋转，导向套的内壁上设置有导向滑道，导向滑道是位于导向套内壁上的凹陷结构，所述旋转套的底部通过推力轴承和支撑结构件支撑在所述的碟簧组上，所述旋转套底部的边缘固定设置有导向柱，导向柱伸入所述的导向滑道内；

导向滑道由四个相同的滑道单元组成，每个滑道单元内包含一个上死点和一个下死点，导向柱的初始位置位于上死点，当旋转套承受的向下的载荷逐渐增大时，旋转套不断向下滑动并在导向柱与导向滑道的配合作用下旋转，最终使导向柱到达下死点，当旋转套承受的向下的载荷逐渐减小时，导向柱在碟簧组弹力作用下不断向上滑动并在导向柱与导向滑道的配合作用下继续沿同一方向旋转，最终使导向柱到达下一个滑道单元的上死点，从而完成一个压缩循环，并使旋转套在一个压缩循环完成后转动相应角度；

所述导向套由两个零件组成，其中，位于上侧的零件称为上滑套，位于下侧的零件称为下滑套，上滑套的下端插装在下滑套上端的内侧，上滑套的外侧加工有导向键，下滑套上与所述导向键对应的区段设置有与导向键匹配的导向键槽，导向键与导向键槽相互配合使下滑套可相对于上滑套沿轴向滑动；

所述导向滑道由上滑套和下滑套共同围成，导向滑道的上轮廓加工在上滑套上，导向滑道的下轮廓加工在下滑套上；

所述上滑套通过螺栓与所述端盖连接在一起；

所述壳体内还设置有调整环，调整环的数量恒定，调整环的外径与壳体的内径相匹配，调整环的可夹在所述端盖与所述上滑套之间，也可夹在上滑套与下滑套之间。

作为进一步的技术方案，所述下滑套的底部连接有二级缓冲套，二级缓冲套通过螺纹连接在下滑套上，二级缓冲套的下端设置有凸缘，凸缘将碟簧组内的所有碟簧分隔成上下两部分，所述的支撑结构件包括压环和滑环，压环夹在所述下滑套和碟簧组之间，所述滑环的上端面支撑在所述推力轴承的下侧，滑环的下侧加工有条状伸出部，所述下滑套的底部设置有供条状伸出部穿过的通孔，条状伸出部穿过该通孔后抵在所述的压环上。

作为进一步的技术方案，所述凸缘上下两侧的碟簧的弹性模量不同，其中，上侧碟簧的弹性模量较小，下侧碟簧的弹性模量较大。

作为进一步的技术方案，所述下滑套和二级缓冲套之间的螺纹连接处设置有圆形磁钢和用于容纳圆形磁钢的圆槽，圆槽由两个半圆槽拼合而成，一个半圆槽加工在下滑套的内侧，另一个半圆槽加工在二级缓冲套上端的外侧。

作为进一步的技术方案，加工在二级缓冲套上的半圆槽的深度大于另一个半圆槽的深度。

作为进一步的技术方案，所述的二级缓冲套上设置有两个或两个以上的所述半圆槽，各半圆槽在二级缓冲套的外侧沿圆周均匀分布。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用以导向滑道为核心的自动旋转机构，该机构中无易损件，因此维修频率更小，使用寿命更长。

2、抽油杆保护装置工作时，抽油杆杆柱的悬重不同，碟簧组的压缩量也必然不同，对导向滑道的轴向宽度(即围成导向滑道的上下两条轮廓线在导向套轴线方向上的间距)的要求也必然不同。在本发明中，导向滑道的上下两侧的轮廓分别加工在上滑套和下滑套两个零件上，通过调整上滑套上下两侧的调整环的数量，可灵活调整导向滑道的轴向宽度，从而提高了本发明对不同悬重的抽油杆的适应性，减少了设备的型号，降低了设备的管理难度。

3、本发明中，通过调整下滑套与二级缓冲套之间的螺纹传动副，可以调整凸缘上侧的碟簧的预紧力，即调整碟簧组的减震性能(调整后，碟簧的预紧力与抽油杆杆柱的重力平衡)，从而从另一个方面适应抽油杆杆柱的不同悬重，进一步减少设备的型号，降低设备的管理难度。同时，提前预紧碟簧可大幅缩短本发明的高度尺寸，从而在抽油机机型一定的情况下延长抽油机的冲程。

4、本发明导向滑道在长时间使用后会发生磨损或变形，导致导向滑道内的上死点和下死点之间的间距增大，为了防止因上死点和下死点间距变化而影响自动旋转机构的正常工作，本发明中的导向滑道由上滑套和下滑套两个零件围成，当导向滑道的边缘的损坏程度达到影响自动旋转机构正常工作的程度时，可通过调整上滑套和下滑套之间的相对位置来使导向滑道上死点和下死点之间的距离缩小至，从而大幅延长本发明的使用寿命。

5、本发明设计了底部带有凸缘的二级缓冲套，凸缘将碟簧组隔成上下两部分，这种独特结构的优点在于：抽油机处于下冲程末期时，在到达冲程最低点之前，由于抽油机运转速度下降，惯性作用使旋转套承受的向下载荷大于抽油杆杆柱的悬重，从而使碟簧组被压缩，当抽油机运行至冲程最低点时，所述导向柱刚好运行至导向滑道的下死点，此过程中，凸缘上侧弹性模量较小的碟簧主要参与缓冲，抗软冲击的效果更好；到达冲程最低点后，抽油杆杆柱会在抽油机的带动下突然换向(向上运动)，此时凸缘下侧的弹性模量更大的碟簧主要参与缓冲，抗硬冲击的效果更好。通过上述的缓冲方式，可高度契合载荷变化节奏，达到最佳的减震效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1中a处的截面图；

图4是将图1中的调整环换装到上滑套上侧后本发明的结构示意图；

图5是滑环的结构示意图；

图6是图5的仰视图；

图7是图5的俯视图；

图8是导向套的结构示意图；

图9是图4状态下导向套内壁的平面展开图；

图10是图1状态下导向套内壁的平面展开图；

图11是下滑套内壁的平面展开图；

图12是上滑套内壁的平面展开图；

图13是图1中b处的局部放大图。

图中：1-壳体，2-碟簧，3-凸缘，4-二级缓冲套，5-压环，6-滑环，7-防转插销，8-条形槽，9-导向柱，10-下滑套，11-上滑套，12-端盖，13-螺栓，14-旋转套，15-调整环，16-推力轴承，17-半圆槽，18-条状伸出部，19-导向滑道，20-圆形磁钢，21-上死点,22-下死点，23-导向键槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

如图1所示，本实施例包括壳体1、碟簧组和自动旋转机构，所述壳体1的上端设置有端盖12，端盖12通过螺栓连接在壳体1上，所述碟簧组安装在壳体1内侧的底部，所述的自动旋转机构设置在碟簧组和所述端盖12之间。以上为现有技术中的常见结构，在此不再赘述。

如图1所示，自动旋转机构，包括导向套和旋转套14，导向套的外侧设置有条形槽8，条形槽8的长度方向与壳体1的轴线方向一致，壳体1的侧面与所述条形槽8对应设置有防转插销7，防转插销7的末端插在所述的条形槽8内，以防止导向套旋转，导向套的内壁上设置有导向滑道19，导向滑道19是位于导向套内壁上的凹陷结构，所述旋转套14的底部通过推力轴承16和支撑结构件支撑在所述的碟簧组上，所述旋转套14底部的边缘固定设置有导向柱9，导向柱9伸入所述的导向滑道19内。旋转套14承受向下载荷后向下运动并压缩碟簧组，同时使旋转套14旋转，载荷减小或卸除后，旋转套14再次旋转一个角度，从而实现自动旋转。

本发明采用以导向滑道19为核心的自动旋转机构，该机构中无易损件，因此维修频率更小，使用寿命更长。为了实现自动旋转，导向滑道19的形状需要特殊设计。

如图9-12所示，导向滑道19由四个相同的滑道单元组成，每个滑道单元内包含一个上死点21和一个下死点22，导向柱9的初始位置位于上死点21，当旋转套14承受的向下的载荷逐渐增大时，旋转套14不断向下滑动并在导向柱9与导向滑道19的配合作用下旋转，最终使导向柱9到达下死点22，当旋转套14承受的向下的载荷逐渐减小时，导向柱9在碟簧组弹力作用下不断向上滑动并在导向柱9与导向滑道19的配合作用下继续沿同一方向旋转，最终使导向柱9到达下一个滑道单元的上死点21，从而完成一个压缩循环，并使旋转套14在一个压缩循环完成后转动相应角度。

本发明的另一大创新点是：所述导向套由两个零件组成。

组成导向套的两个零件中，位于上侧的零件称为上滑套11，位于下侧的零件称为下滑套10，上滑套11的下端插装在下滑套10上端的内侧，上滑套11的外侧加工有导向键，下滑套10上与所述导向键对应的区段设置有与导向键匹配的导向键槽23，导向键与导向键槽23相互配合使下滑套10可相对于上滑套11沿轴向滑动，所述导向滑道19由上滑套11和下滑套10共同围成，导向滑道19的上轮廓加工在上滑套11上，导向滑道19的下轮廓加工在下滑套10上；所述上滑套11通过螺栓13与所述端盖12连接在一起；所述壳体1内还设置有调整环15，调整环15的数量恒定，调整环15的外径与壳体1的内径相匹配，调整环15的可夹在所述端盖12与所述上滑套11之间，也可夹在上滑套11与下滑套10之间，从而实现对导向滑道19轴向宽度的调整。

抽油杆保护装置工作时，抽油杆杆柱的悬重不同，碟簧组的压缩量也必然不同，对导向滑道19的轴向宽度(即围成导向滑道19的上下两条轮廓线在导向套轴线方向上的间距)的要求也必然不同。在本发明中，导向滑道19的上下两侧的轮廓分别加工在上滑套11和下滑套10两个零件上，通过调整上滑套11上下两侧的调整环15的数量，可灵活调整导向滑道19的轴向宽度，从而提高了本发明对不同悬重的抽油杆的适应性，减少了设备的型号，降低了设备的管理难度。

本发明中，通过调整下滑套10与二级缓冲套4之间的螺纹传动副，可以调整凸缘3上侧的碟簧2的预紧力，即调整碟簧组的减震性能(调整后，碟簧2的预紧力与抽油杆杆柱的重力平衡)，从而从另一个方面适应抽油杆杆柱的不同悬重，进一步减少设备的型号，降低设备的管理难度。同时，提前预紧碟簧2可大幅缩短本发明的高度尺寸，从而在抽油机机型一定的情况下延长抽油机的冲程。

本发明导向滑道19在长时间使用后会发生磨损或变形，导致导向滑道19内的上死点21和下死点22之间的间距增大，为了防止因上死点21和下死点22间距变化而影响自动旋转机构的正常工作，本发明中的导向滑道19由上滑套11和下滑套10两个零件围成，当导向滑道19的边缘的损坏程度达到影响自动旋转机构正常工作的程度时，可通过调整上滑套11和下滑套10之间的相对位置来使导向滑道19上死点21和下死点22之间的距离缩小至，从而大幅延长本发明的使用寿命。

如图1所示，所述下滑套10的底部连接有二级缓冲套4，二级缓冲套4通过螺纹连接在下滑套10上，二级缓冲套4的下端设置有凸缘3，凸缘3将碟簧组内的所有碟簧2分隔成上下两部分，所述的支撑结构件包括压环5和滑环6，压环5夹在所述下滑套10和碟簧组之间，所述滑环6的上端面支撑在所述推力轴承16的下侧，滑环6的下侧加工有条状伸出部18，所述下滑套10的底部设置有供条状伸出部18穿过的通孔，条状伸出部18穿过该通孔后抵在所述的压环5上。

本发明设计了底部带有凸缘3的二级缓冲套4，凸缘3将碟簧组隔成上下两部分，这种独特结构的优点在于：抽油机处于下冲程末期时，在到达冲程最低点之前，由于抽油机运转速度下降，惯性作用使旋转套14承受的向下载荷大于抽油杆杆柱的悬重，从而使碟簧组被压缩，当抽油机运行至冲程最低点时，所述导向柱刚好运行至导向滑道19的下死点22，此过程中，凸缘5上侧弹性模量较小的碟簧2主要参与缓冲，抗软冲击的效果更好；到达冲程最低点后，抽油杆杆柱会在抽油机的带动下突然换向(向上运动)，此时凸缘3下侧的弹性模量较大的碟簧2主要参与缓冲，抗硬冲击的效果更好。通过上述的缓冲方式，可高度契合载荷变化节奏，达到最佳的减震效果。

下滑套10和二级缓冲套4之间的螺纹连接副在震动环境下使用时容易退扣，现有技术中，解决退扣的方式通常是采用防松螺母、顶丝等手段，但本发明中由于结构限制，必须重新设计新的防退扣结构。本发明中的防退扣结构如下：

所述下滑套10和二级缓冲套4之间的螺纹连接处设置有圆形磁钢20和用于容纳圆形磁钢20的圆槽，圆槽由两个半圆槽17拼合而成，一个半圆槽17加工在下滑套10的内侧，另一个半圆槽17加工在二级缓冲套4上端的外侧。加工在二级缓冲套4上的半圆槽17的深度大于另一个半圆槽17的深度。

通过上述结构，不但可有效防止退扣，而且可通过整圈旋转来调整螺纹配合长度，从而调整凸缘5上侧碟簧2的预紧力。由于加工在二级缓冲套4上的半圆槽17的深度大于另一个半圆槽17的深度，因此整圈旋转后，圆形磁钢20仍可顺利地安装在圆槽内。

另外，为了提高调节精度，可在二级缓冲套4上设置两个或两个以上的所述半圆槽17，各半圆槽17在二级缓冲套4的外侧沿圆周均匀分布。