油井传输机械零部件的创新设计

2014-03-09孙术华淄博职业学院

油气田地面工程 2014年8期

孙术华淄博职业学院

1 零部件设计范围

油井传输机械设备零部件的设计是保证设备正常运行的前提，在设计过程中，参考的理论知识有机械制造学、动力学、电磁学以及材料学。

其中在机械制造学理论中，要求对设备零部件的原理图和装配图进行详细的配比，按照CAD制图模式在模板上进行描绘，对设计图纸的比例要按照国家规范标准制定，保证图例的规范性。

摩擦力主要包括滑动摩擦力和静摩擦力两种。在油井传输装置中，转子处于高速运转状态，并且与顶杆的传动主要依靠转子在轴承之间的滑动进行动力的传输。但在实际运转过程中，当转子的转速达不到1 000 r/min时，主动轮与从动轮之间便依靠轴承的静摩擦力带动齿轮之间转动。

在电磁学方面，由于原电机内没有装感控原件，因此感控部件与编码圆盘设计要符合电机规格的要求。

在材料学方面，油井内的化学物质具有强烈的酸碱性和腐蚀性，所以要求选用油井传输管道内的零件要合理。

2 油井传输零部件的设计

2.1 齿轮的滑动摩擦

在创新设计中，提高转子的运转速度，并且在空间隔离上增加了顶杆与轴承之间的距离，在提高转子的运转速度方面可执行两种方案。

第一种方案是增加转子的线速度。这需要增大转子的旋转半径，随着半径的逐渐增大，运行的速度也会随着增大。但半径设计过长会接触到设备的挡板，造成在设备正常运行时转子的高速运转接触外界的挡板，温度过高容易把转子的钻头烧毁。所以在转子半径上进行细微调整，然后把转子的边缘进行了简易设计。原转子边沿质量大、中心薄，因此运转过程中很容易使由内带外的运行速度减缓。设计改造时，减轻了边沿上的质量，保证外边沿的质量小于内边沿，这样能有效提高转子的运行速度。

第二种方案采用的是增大角速度的方式来提升转子的运行速度。该方案中对轴承与顶杆之间的距离进行了调整，因为在运行过程中，设备主动轮与从动轮之间的惯性撞击了顶杆，顶杆在力的作用下，朝轴承顶去。顶杆主要用于矫正齿轮之间的咬合，由于两者之间发生了摩擦，产生了力的作用（顶杆原处于固定的状态），静摩擦产生的作用力大于20N，超过了顶杆校准的作用力，便发生了侧向的偏移，使其与轴承之间的距离缩短。调整之后提高了齿轮运行效率。

2.2 设备传感元件与功率设施

在石油管道中，由于流体内含有的杂质与石油管道内壁之间经常发生摩擦，必然会导致局部温度的上升。在一些密集度比较高的油井区域内，为了降低磨损，都采用流体过滤的方法。但是石油管道内部传输设备过滤出的杂石，由于无法进行排泄而造成管道内传输设备杂质大量的堆积，导致液体流速放慢，最后可能使石油停留在管道内。国内石油企业经过技术改良改变了这一状况，该技术利用吊坠型无源温度检测计，结合了ODK技术原理，当杂质与管壁摩擦时，这种检测计会自动控制杂质的排放量。假如体积较大的杂质块流到管道接口部位，便会加快液体流速使其加大对杂质块的冲击力。通过P=F/S函数定义式可知，在压强一定的情况下，通过增大受力面积来增大压力，使其内部组织软化，进而保证管道内部不被堵塞。

在逆变频率上采用1 GBT（20~30 kHz）的高频控制器。其运行操作流程为：直流电压经过双向性电源输出后，在配电电流整合器中进行工频整流操作，主要目的是将线路传输的电压整合到同一个频率界定范围内，使之能够把波形通过滤波装置整合达到工频工作的额定值，然后通过1GBT的高频控制器。深井电机地面供电的工作频率为25~28 kHz，一般从直流电源输出的电流工作频率只能到达18~23 kHz，所以通过高频控制器能够将工作电流的频率调节到电机频率的正常数值。另外，在整流方面使用了快速二极管高频整流变换技术。二极管是一个阻抗元件，其工作原理是：二极管的始端顺着电流方向传输时，不会对电流起到阻碍作用，但是当二极管逆着电流方向放置时，便会阻断电流的传输，进而可严格控制电流的传输方向。

2.3 弹性设施的创新

由于传输机械零部件在输油过程中很容易被腐蚀，经综合考虑，最终确定外部的材料选用氟橡胶，内部选用的是硅橡胶。氟橡胶具有较强的耐腐蚀和耐高温的特性，最高温度可达到240℃，并且能够适应强酸或强碱环境。氟橡胶材料的主要成分由炭黑、氧化镁、氧化钙、四氟乙烯以及六氟丙烯化合物共同组成，炭黑的功能为加强各化合物之间的凝固，在形成单体过程中，使其脱离整体布局；氧化镁、氧化钙属于金属氧化物，在物质表面形成一层致密的氧化物薄膜，减少杂质的渗透能力；四氟乙烯和六氟丙烯的主要作用是提高氟橡胶化合物的特性本能，增加机体的抗疲劳性能，防止在机械设备运行过程中出现断裂或曲率系数变化的现象。在创新了弹性零部件设备材质后，可减少外摩擦半径的磨损程度，促进设备机体内各种部件设施的正常运转。