柔性管收放装置以及应用其的移动承载平台

1.本发明涉及一种应用于水射流油管清洗作业领域中的装置。


背景技术：

2.随着油田生产过程进入中后期，注水、注聚等驱油手段逐渐成为地层能量的重要补充方法，但这也致使采出液的成分越发复杂。油管是采出液的主要流通通道，复杂的采出液成分也导致长期开采后油管内壁严重结垢，结垢的油管若不及时处理，将导致油井产量甚至设备寿命的大幅下降。上述问题可采用更换新油管或开展油管清洗等方法加以解决，但更换新油管综合成本过高，故油田一般采用清洗结垢油管的方式解决油管结垢问题。近年来，水射流清洗手段被广泛用于油管清洗作业中，起到了较好的效果。但结垢油管长度均在9m以上，传统水射流清洗手段采用刚性管连接清洗喷头进行，设备整体尺寸受到结垢油管长度限制，无法在较小空间内完成清洗作业。王尊策、张井龙等学者设计了一种使用柔性管代替刚性管开展水射流清洗作业的工艺及装置，有效地解决了上述问题。但柔性管工作前缠绕在滚筒上，在水射流清洗过程中需要将清洗喷头送进9～12m的油管内，仅靠滚筒旋转的力送进易导致柔性管在管前发生屈曲，影响喷头后续送进且容易造成柔性管的局部爆破失效，影响设备和操作者的安全。


技术实现要素：

3.为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种可应用于水射流油管清洗作业中的柔性管收放装置以及应用其的移动承载平台。此装置具有远程实时控制柔性管收放的功能，并且全部采用机械传动，可靠性高，适应性强，能够精准完成柔性管的收放。
4.本发明的技术方案是：该种柔性管收放装置，包括固定系统总成、驱动系统总成和控制系统总成。所述固定系统总成用于连接以及承载驱动系统总成和控制系统总成。
5.固定系统总成，包括限位板、上支座和下支座。上支座的上表面四角均匀分布通孔，上支座侧面开有第一轴承座，并均匀分布螺纹孔，第一连接套与第一轴承座螺栓连接；上支座开有第一u型槽；下支座侧面开有第二轴承座并均匀分布螺纹孔,第二连接套与所述第二轴承座螺栓连接；下支座底部四角均匀分布有四个螺纹孔，用于和开有螺纹孔的导轨或底座螺栓连接；上支座与下支座通过第一螺柱、第二螺柱、第三螺柱、第四螺柱支撑连接；上支座相对于下支座能够上下运动，上支座上的第一配合面与下支座上的第二配合面在连接后重合，以保证所述上、下支座在上下运动时不会发生侧向偏移。
6.驱动系统总成，包括两组，分别是由第一液压马达驱动的第一组和第二液压马达驱动的第二组，第一组和第二组采用同规格零部件，其特征在于：所述第一组包括第一液压马达、第一连接套、第一限位套、第一联轴器、第一单向球轴承、第一滚轮、第二单向球轴承、第一轴承盖、第一轴承、第一异形键以及第二异形键；第一液压马达与第一连接套螺栓连接；第一轴颈、第一轴头分别与第一单向球轴承、第二单向球轴承配合安装；第一滚轮上加
工有异形孔用于安装第二异形键；第一联轴器两端连接第一液压马达输出轴和第一轴头，并用第一异形键、第二异形键防松；第一液压马达上的第一进油口、第一泄油口分别连接进出油的液压管线。
7.控制系统总成，包括光电编码器总成和变距机构，所述光电编码器总成包括光电编码器、光电编码器套筒和光电编码器轴承盖；所述变距机构包括第一连接板，第一连接板上中心固定变距机构滚轮，变距机构滚轮与凸轮轴相接触，凸轮轴与棘轮相连接，棘爪与棘轮啮合。
8.第一单向球轴承安装在第一轴承座中；第一滚轮安装在第一u型槽中; 第一轴承盖与上支座螺栓连接；光电编码器轴承盖螺栓连接在下支座侧面；所述变距机构用来调整第一滚轮与第二滚轮的中心距；通过转动扭力扳手控制凸轮轴来调整第一连接板和上支座的间距，以此控制上支座的上下行程，进而改变滚轮组的中心距。
9.第一螺柱、第二螺柱、第三螺柱、第四螺柱上固定第一连接板。
10.将所述柔性管收放装置固定于移动承载平台上即得到一种应用该柔性管收放装置的移动承载平台。柔性管初始缠绕在滚筒上，待清洗的油管固定在密封机构中，柔性管及喷头通过所述柔性管收放装置实现在密封机构中前进或后退。
11.本发明具有如下有益效果：本装置工作原理是依靠一对滚轮夹持并带动柔性管收放，于传统的滚筒收放方式相比不会发生柔性管的屈曲。依靠独特的凸轮变距机构设计，可动态的调节滚轮组的中心距，即夹持力的大小是动态可调节的，此种独特的设计可以保证带接头的柔性管顺利通过，且减少了柔性管的磨损，可有效延长柔性管的使用寿命。本装置的动力来源是两台液压马达，两台马达通过连接套与上下支座螺栓连接，并分别为第一滚轮和第二滚轮提供动力，此种设计很好的契合了本装置机架采用分体式设计的特点，即规避了齿轮传动中心距不可调节的弊端。由于待清洗的油管固定在密封机构中，不便于观察喷头的位置，为解决此问题，本装置在下支座侧面轴承密封盖处安装有光电编码器，可实时监测喷头的位置，并通过改变液压马达的转向来控制柔性管的收放。本装置驱动系统采用了单向球轴承，单向球轴承又称为超越离合器，起到单向传动的作用。下面进行详细说明：第一，本发明所述装置采用了分体式设计，搭配本装置的凸轮变距机构总成，可以实现夹持力的大小动态可调节。在本装置中，外体由凸轮箱、凸轮箱盖板、第一连接板组成。凸轮箱内有滚轮、凸轮轴、棘轮机构组成。这里与凸轮相连的区域是一个滚轮，避免过度磨损，这里采用棘轮装置可以实现自锁。通过扭力扳手，来调整第一连接板和上支座的间距，控制上支座的上下行程，进而改变滚轮组的中心距，保证滚轮组对柔性管夹持力的大小动态可调节。
12.第二，本装置标配有两台bm3-160液压马达，液压马达相较于其他源动机具有输出力与转矩大，速度调节范围大，响应性以及定位性好，能实现无极调速以及远程操作等优点。液压马达在本装置上的安装位置易调整，这里采用两台液压马达作为动力源，解决了传统齿轮传动中心距不可调的弊端。
13.第三，本装置驱动系统采用了单向球轴承，单向球轴承又称为超越离合器，作用就是在一个方向可以自由转动，另一个方向不能转动。用在这套设备上的作用是：柔性管前进过程，单向球轴承锁死，能够将液马达上的扭矩传递到滚轮上；当柔性管返回时，是靠转盘拉动的，此时轴承不传递扭矩，滚轮自由旋转，液压马达不会随之旋转。
棘轮弹簧，80-棘爪，81-凸轮箱盖板，82-凸轮箱，83-凸轮方槽口，84-棘轮内孔。
32.具体实施方式：下面结合附图对本发明作进一步说明：首先，结合附图，对本发明所述的柔性管收放装置作整体描述：如图1所示，结合图2、图3、图4，本柔性管收放装置，由固定系统总成、驱动系统总成、控制系统总成三大模块构成。
33.所述固定系统总成主要作用是起到连接其他各部分以及承载其他部件作用；所述驱动系统总成由第一液压马达9驱动的第一组和第二液压马达10驱动的第二组构成，分别带动第一滚轮25和第二滚轮20旋转；所述控制系统总成一部分是由光电编码器12、光电编码器套筒13、光电编码器轴承盖52构成的光电编码器总成，其作用是控制柔性管的收放；另一部分是用来调整第一滚轮25第二滚轮20中心距的变距结构，在第一螺柱18、第二螺柱22、第三螺柱34、第四螺柱32上有一个凸轮变距机构，通过扭力扳手控制，来调整第一连接板14和上支座38的间距，以此来调整第一滚轮25与第二滚轮20之间的高度差。在移动承载平台8上应用柔性管收放装置时，柔性管3初始缠绕在滚筒1上，待清洗的油管7固定在密封机构6中，柔性管收放装置4固定在移动承载平台8上。柔性管3及喷头5通过本发明所述柔性管收放装置4来实现在密封机构6中前进或后退，喷头5单次的前进和后退视为一个工作循环，完成一个工作循环后即完成整根油管7的清洗，整个过程高效且可实现自动化。
34.下面分别对各个系统的构成以及工作原理进行说明：首先介绍固定系统总成，如图5结合图6、图7所示。所述固定系统总成是分体式结构，主要包括第一连接板14、限位板15、上支座38、下支座11，整体高度约半米；第一连接板14、上支座38与下支座11通过第一螺柱18、第二螺柱22、第三螺柱34、第四螺柱32支撑连接；第一螺柱18、第二螺柱22、第三螺柱34、第四螺柱32上方有第一弹簧68、第二弹簧69、第三弹簧70、第四弹簧71、第五弹簧72、第六弹簧73、第七弹簧74、第八弹簧75，并且在八组弹簧的上下方均有第一调整螺母23、第二调整螺母24、第三调整螺母26、第四调整螺母36、第五调整螺母16、第六调整螺母17、第七调整螺母35、第八调整螺母37；第一连接板14上中心固定滚轮76，上支座38的上表面四角均匀分布第一通孔39，上支座38侧面开有第一轴承座孔41，并均匀分布四个第一螺纹孔40，第一连接套56与第一轴承座孔41螺栓连接；上支座38开有第一u型槽43；下支座11侧上方四角均匀分布第二螺纹孔45与限位板15螺栓连接，下支座11侧面开有第二轴承座孔47并均匀分布四个螺纹孔,第二连接套49与所述第二轴承座孔47螺栓连接；下支座11底部四角均匀分布有四个第三螺纹孔46，与开有螺纹孔的导轨或者底座螺栓固定，固定支撑整个装置；上支座38相对于下支座11能够上下运动，上支座38上的第一配合面42与下支座11上的第二配合面44在连接后重合，以保证所述上、下支座在上下运动时不会发生侧向偏移。
35.固定系统总成采用分体式设计，故上支座38相对于下支座11是可以上下运动的，即第二滚轮20与第一滚轮25的中心距是可调节的，上支座38上行，中心距变大，夹持力变小，反之变大，上支座38的运动行程取决于变距机构的限位。
36.其次介绍驱动系统总成，如图8结合图9、图10、图11所示：所述驱动系统总成分为两组，分别是由第一液压马达9驱动的第一组和第二液压马达10驱动的第二组，第一组和第二组采用同规格零部件，故只介绍第一液压马达9驱动的第一组，第二液压马达10驱动的第
二组在此不再赘述。第一液压马达9驱动的第一组由第一液压马达9、第一连接套56、第一限位套57、第一联轴器58、第一单向球轴承55、第一滚轮25、第二单向球轴承54、第一轴承盖53、第一轴承61、第一异形键62、第二异形键63、第一液压马达输出轴59等构成；第一液压马达9与第一连接套56螺栓连接，第一单向球轴承55安装在第一轴承座孔41中；第一滚轮25安装在第一u型槽43中；第一轴颈64、第一轴头65分别安装第一单向球轴承55、第二单向球轴承54；第一滚轮25上加工了异形孔66安装第二异形键63；第一轴承盖53与上支座38螺栓连接；第一联轴器58两端连接第一液压马达输出轴59和第一轴头65，并用第一异形键62、第二异形键63防松；第一液压马达9上的第一进油口27、第一泄油口20分别连接进出油的液压管线。
37.上支座38上下运动时，会带动由第一液压马达9驱动的组上下运动，动态的调节夹持力；第一滚轮25和第二滚轮20的轮盘表面加工了圆弧形凹槽，柔性管会被上下滚轮夹持，液压马达旋转带动滚轮旋转，进而带动柔性管的收放；特别说明的是本装置的滚轮组可根据柔性管的直径大小，进行更换，提高装置的通用性。
38.最后介绍控制系统总成，如图12结合图13、图14所示。所述控制系统总成分为两部分，包括光电编码器总成和变距机构总成。光电编码器总成包括光电编码器12、光电编码器套筒13、光电编码器轴承盖52，光电编码器轴承盖52螺栓连接在下支座11侧面；所述变距机构由棘轮77、凸轮轴78、棘轮弹簧79、棘爪80、凸轮箱盖板81、凸轮箱82等构成；滚轮76与凸轮轴78相接触，凸轮轴78与棘轮77螺栓连接，棘爪80与棘轮77啮合；凸轮箱82与第一连接板14螺栓连接，凸轮箱82底部开凸轮方槽口84，便于凸轮轴78与滚轮76接触；凸轮箱83上方有配套凸轮箱盖板82；通过转动扭力扳手控制凸轮轴78来调整第一连接板14和上支座38的间距，以此控制上支座38的上下行程，进而改变滚轮组的中心距，注意调节过程中第二调整螺母24、第三调整螺母26、第四调整螺母36、第五调整螺母16在同一水平面上，保证第一连接板14处于水平状态。第一调整螺母23、第六调整螺母17、第七调整螺母35、第八调整螺母37在同一水平面上，保证上支座38处于水平状态。
39.光电编码器12可以实时监测液压马达的转数，当喷头到达待清洗油管末端时，可发出指令，改变液压马达的转向，完成柔性管收放。用来调整第一滚轮25与第二滚轮20的中心距的变距结构，通过扭力扳手，来调整第一连接板14和上支座38的间距，控制上支座38的上下行程，进而改变滚轮组第一滚轮25与第二滚轮20之间的中心距，实现夹持力的动态调节。
40.下面，介绍本发明所述柔性管收放装置的运动过程：参见图1、图2、图3和图4，当在移动承载平台8上使用本装置时，柔性管3初始缠绕在滚筒1上，待清洗的油管7固定在密封机构6中，本发明所述柔性管收放装置4固定在移动承载平台8上。柔性管3放在第一滚轮25与第二滚轮20中间，并旋转调整螺母调节夹持力至适当大小。第一液压马达9、第二液压马达10分别驱动第一滚轮25、第二滚轮20回转运动，从而带动柔性管3沿着待清洗的油管7的中轴线往复直线运动。运动的一个周期分为两个阶段，分别是去程和回程。
41.第一阶段：参见图1，初始时喷头5处于待清洗的油管7最左端，第一液压马达驱动第一滚轮25逆时针回转，第二液压马达驱动第二滚轮20顺时针回转，柔性管3被从滚筒1释放，喷头5进入去程工作阶段。
42.第二阶段：参见图1，当喷头5到达待清洗的油管7最右端，进入回程工作阶段。此时，光电编码器12改变第一液压马达、第二液压马达的转向，第一液压马达9驱动第一滚轮25顺时针回转，第二液压马达10驱动第二滚轮20逆时针回转，柔性管3被收回缠绕在滚筒1上，喷头5进入回程工作阶段。
43.本发明所述柔性管收放装置滚轮中心距变化过程如下：参见图3、图13，本装置固定系统总成为分体式结构，上支座38与下支座11通过第一螺柱18、第二螺柱22、第三螺柱34、第四螺柱32支撑连接，在第一连接板14上面有一个凸轮变距机构总成，通过转动扭力扳手，上支座38可以相对于下支座11运动，此时安装在上支座38上的第一滚轮25相对于安装在下支座11上的第二滚轮20的中心距会发生变化。上支座38运动的幅度取决于转动的角度。
44.第一阶段：参见图4和图13。当柔性管直径变大或有接头通过时，上支座38相对于下支座11上行，此时第二弹簧69、第八弹簧75、第四弹簧71、第六弹簧73弹力的合力加上柔性管的反弹力之和大于第一弹簧68、第三弹簧70、第五弹簧72、第七弹簧74弹力的合力同上支座38于第一连接板14的重力之和，上支座38上行，第一滚轮25与第二滚轮20中心距变大。
45.第二阶段：参见图4和图13。当柔性管直径变小时，上支座38相对于下支座11下行，此时第二弹簧69、第八弹簧75、第四弹簧71、第六弹簧73弹力的合力加上柔性管的反弹力之和小于第一弹簧68、第三弹簧70、第五弹簧72、第七弹簧74弹力的合力同上支座38于第一连接板14的重力之和，上支座38下行，第一滚轮25与第二滚轮20中心距变小。
46.本发明提出的柔性管收放装置以及承载平台,可应用于水射流油管清洗作业中φ15mm～φ20mm柔性管的收放作业，收放速度范围为0.02m/s～0.6 m/s。依靠独特的凸轮变距机构设计，利用扭力扳手控制，可动态调节滚轮组的中心距，机架创新性的采用分体式设计，装置对柔性管的夹持力动态可调节，可实现远程控制。装置全部采用机械传动，可靠性高，适应能力强，整体结构紧凑。本发明装置填补了国内在水射流油管清洗相关设备中柔性管收放装置设计方面的空白，具有实际应用价值。