一种潜井式多缸立式柱塞抽油泵的制作方法

本发明涉及泵技术领域，尤其是一种潜井式多缸立式柱塞抽油泵，以解决传统固有的抽油机和抽油泵效率低、耗能高，不具备低产井抽油功能的技术问题。

背景技术：

油田抽油泵已被广泛应用于油田采油工艺中，油田抽油泵品种繁多，一般分为地面抽油机(也叫磕头机)、水力活塞泵、井下螺杆泵、离心泵等。现有的各种油田抽油泵虽然采用的生产工艺及工作原理均不相同，但普遍存在以下不足：设备庞大、采油功耗大、效率低(一般均在30％以下)、寿命短。

由于油井深百米甚至千米，抽油泵维修提井一次上下的费用极大大，一次需要上万或几万元，导致使用费用高。抽油设备也是造成油田耗电大、成本高的原因之一。目前，国内外应用最为广泛的也是最传统的抽油机(磕头机)，该类抽油泵市场需求最大，但该类抽油泵并不适合低产井抽油，其抽油杆易损耗，国内油田抽油杆年耗数量为几千万吨，由此产生的损耗费用数目惊人。

在上述大环境下，油田提质增效，绿色、创新是广大石油工人的工作口号，抽油设备的大革命时期已在展开，油田渴望取代传统抽油设备呼声很大，低产井等待着新一代抽油设备的诞生。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种效率高、耗能低、拆卸工艺简单、方便、寿命长的潜井式多缸立式柱塞抽油泵，且该抽油泵特别适合低产井抽油工况。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种潜井式多缸立式柱塞抽油泵，包括泵体、液力端以及用以驱动液力端运行的动力端，其特征在于：所述的泵体为一可将所述的液力端和动力端一体设置的泵体结构，且所述的液力端设置在泵体的上位，所述的动力端设置在泵体的下位，其中：

所述的液力端包括

组合阀，采用排液阀在上、进液阀在下的一体结构，该组合阀有至少两个并周向均布于泵体上部的各阀腔内，并且每一组合阀的进液腔均对应有一设在所述泵体侧壁上的进液口，每一进液口经各自对应的组合阀的进液腔和排液腔贯通设在所述泵体中间的集中流道，从而使介质经集中流道和外接在泵体顶部排液口上的排液管线排出地面；

柱塞，每一组合阀的下方均对应有一柱塞，每一柱塞通过运动密封件均可上下移动地设于各自的柱塞通道内，所述的各柱塞通道一一对应于所述的组合阀阀腔并贯通；所述各柱塞相对动力端的一端头部设计成球面体；

所述的动力端包括

凸轮轴，该凸轮轴能转动地设于泵体中，所述凸轮轴下端沿泵体轴向向下延伸并与下方的动力源相连接；所述凸轮轴的上部为端面呈斜面的凸轮结构，并且斜面上设有一圆环形凹槽，凹槽形状为与所述各柱塞的球面体头部相匹配的球面；

回拉装置，所述各柱塞与所述凸轮轴之间通过回拉装置相连接，所述各柱塞的球面体头部可滑动地设置在所述的圆环形凹槽内，并通过该回拉装置使各柱塞的球面体头部在凸轮轴旋转状态下驱动各柱塞作上下的往复运动。

优选地，所述的泵体为圆柱形。

在上述方案中，所述的回拉装置包括一设置在凸轮轴斜面上方的回拉盘，回拉盘的外周壁成形为球形凹槽，相对应地在所述柱塞的外圆上成形有与球形凹槽相配合的球形凸圆台，球形凸圆台与回拉盘上的球形凹槽构成一对摩擦副与凸轮轴同步旋转；所述的柱塞上的球面体是延设在所述球形凸圆台的下面。这样利用旋转的回拉盘此起彼伏地回拉各柱塞，使各柱塞实现此起彼伏的升降效果。

为了便于装配，所述的柱塞由上部的柱塞体和下部的柱塞头连接构成，所述的柱塞头上设有所述的球形凸圆台和球面体；所述的柱塞体通过由主、副导向套构成的运动密封件和位于运动密封件上端的定位圈定位在各自的柱塞通道内。

所述的回拉装置还包括有一设在回拉盘与凸轮轴之间的承托块，承托块的下部定位在凸轮轴的斜面中间的凹腔内，上部呈凸形球面与设在回拉盘底部的凹形球面配合成一对球面滑动副；所述的回拉盘和承托块的中心轴向设有对应的螺栓孔使它们通过螺栓与凸轮轴固定在一起。这样回拉盘的凹形球面可在承托块的凸形球面上滑移，使各柱塞球面体头部在斜面的圆环形凹槽内360度滑行而带动柱塞进行往复运动，并当柱塞前行死点时往后行时拉回柱塞。

作为优选，所述泵体的底部还密封连接有一圆柱形托架，托架的底部装有下端盖，所述动力源的潜油电机输出轴经下端盖的开孔与内部的凸轮轴连接成一体。该托架的上边缘与泵体的底部边缘在装配完成状态下进行焊接，从而将本发明的动力端与液力端集成为一体。

优选地，所述的凸轮轴在上部的凸轮结构以下为一具多个台阶的阶梯轴，包括位于泵体台肩与托架上台阶面之间的中部，以及位于托架下台阶面与下端盖之间的下部，其中中部主要通过轴承套、主、副滑动轴承以及主平面滚子副可转动设置，且轴承套的中间设有存油池，下部主要通过副平面滚子副可转动设置并通过联轴套和键实现与潜油电机输出轴的连接。采用该结构，以使凸轮轴运行稳定。

优选地，所述的主、副平面滚子副均不含保持架，均是由上盖、下盖以及分布在上、下盖的球形凹槽内的滚子组合构成。该结构可使整体结构更加紧凑，转动配合顺畅。

优选地，所述的组合阀包括

阀座体，采用进液阀阀座与排液阀阀座一体设计；

上、下阀芯，分别设在阀座体的上下阀口上，以错位180度上下布置，所述的上、下阀芯采用可自转的半球阀芯结构；

上、下球面限位阀罩，分别设在阀座体的两头，将所述的上、下阀芯罩在相应的限位阀罩内，使所述的上、下阀芯可在对应的球面限位阀罩内上下滑移，且上、下球面限位阀罩上分别设有球面限位点；

上、下弹簧，分别设在上球面限位阀罩与上阀芯之间，以及下球面限位阀罩与下阀芯之间。上述组合阀结构由于采用了半球为阀芯，减轻了阀芯自重有利于阀芯减少滞后，及时关闭提高效率和阀面寿命。

在上述各方案中，所述的各组合阀的进液腔是通过泵体内的阀腔进行上下密封后形成，而所述的排液腔是设在各组合阀的上端面并均与阀体顶部中间的集中流道相通。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明将液力端、动力端、动力源集成为一体，实现旋转与往复功能一体化。使用时，动力端的凸轮轴在动力源驱动下转动，液力端下部与斜面相连接的柱塞在斜面的转动下随斜面起伏，即当斜面上较高的位置与柱塞下端相抵时，柱塞向上运动至高点，当斜面上较低的位置与柱塞下端相抵时，柱塞向下运动至低点，从而使各柱塞交替进行上下往复运动，柱塞的上下运行为组合阀提供进液及出液动力，从而不断将泵体外的油通过上位的排液管排出，本发明中的各组合阀不停歇的连续运行，大大提高了抽油效率高，且由于本发明通过一具有斜面的凸轮轴实现了多个组合阀的运行，有效降低了能耗，使用成本低；另外，液力端、动力端、动力源一体化设计，拆卸工艺简单、方便、寿命长，特别适合低产井抽油工况。

附图说明

图1为本发明实施例抽油泵的结构示意图；

图2为图1中液力端的结构示意图；

图3为图1中动力端的结构示意图；

图4为本发明实施例中泵体的剖面图；

图5为图4的俯视图；

图6为本发明实施例中凸轮轴的结构示意图；

图7为本发明实施例中回拉盘的结构示意图；

图8为本发明实施例中连接块的结构示意图；

图9为本发明实施例中球头螺栓的结构示意图；

图10为本发明实施例中柱塞头的结构示意图；

图11为本发明实施例中组合阀的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～11所示，本实施例的潜井式多缸立式柱塞抽油泵包括泵体1及设于泵体1中的液力端a、动力端b，泵体1为圆柱形，动力端b用以驱动液力端a运行。泵体1将液力端a和动力端b集成为一体，且液力端a设置在泵体1的上位，动力端b设置在泵体1的下位。

在本实施例中，液力端a包括组合阀2及柱塞3，本实施例的液力端a为三缸结构，即组合阀2为三个，当然，组合阀2的数量还可以根据实际使用时油井油套管的大小选择采用二缸、五缸、六缸或更多缸。各组合阀2周向均布于泵体1上部的各组合阀2阀腔10内，并且每一组合阀2的进液腔22均对应有一设在泵体1侧壁上的进液口21，每一进液口21经各自对应的组合阀2的进液腔22和排液腔23贯通设在泵体1中间的集中流道12，从而使介质经集中流道12和外接在泵体1顶部中间的排液口上的排液管13排出地面。柱塞3能上下移动地设于各组合阀2的下方并为相应的组合阀2提供进液及出液动力。每一组合阀2的下方均对应有一柱塞3，每一柱塞3通过运动密封组件均可上下移动地设于各自的柱塞3通道内，各柱塞3通道一一对应于组合阀2阀腔10并贯通。各柱塞3相对动力端b的一端设计成球面体头部31。

在本实施例中，组合阀2采用进液阀在下、排液阀在上的进、排液阀一体化设计，组合阀2由阀座体20、上、下阀芯23a、23b、上、下球面限位阀罩21a、21b、上、下弹簧22a、22b等组成。阀座体20通过闷头14设于泵体1顶部，阀座体20采用进液阀阀座与排液阀阀座一体设计；上、下阀芯23a、23b结构相同，分别设在阀座体的上下阀口上，以错位180度上下布置，上、下阀芯23a、23b采用可实现自转的半球阀芯结构。上、下球面限位阀罩21a、21b分别设在阀座体的两头，将上、下阀芯23a、23b罩在相应的限位阀罩内，上、下阀芯23a、23b可在对应的球面限位阀罩内上下滑移，且上、下球面限位阀罩上分别设有球面限位点211，并在球面限位点的外沿设置台阶用于弹簧22a、22b定位。上、下弹簧22a、22b分别设在上球面限位阀罩与21a上阀芯23a之间，以及下球面限位阀罩21b与下阀芯23b之间，弹簧22a、22b的两端分别定位在阀芯端面的R形槽内及球面限位点211外沿的台阶上。本组合阀2当半球阀芯往上运动，端面碰上阀罩上的球面限位点211时，此时阀芯为按球面倾斜至弹簧的作用力为至，这就让半球阀芯的球阀面改变了位置后落在阀座阀面上，形成自由换位密封。各组合阀2的进液腔是通过泵体1内的阀腔进行上下密封后形成，而排液腔是设在各组合阀2的上端面并均与阀座体顶部中间的集中流道12相通。由于采用了半球为阀芯，减轻了阀芯自重有利于阀芯减少滞后，及时关闭提高效率和阀面寿命。

为了便于装配，柱塞3由上部的柱塞体33和下部的柱塞头34通过相互间的外、内螺纹联接成一体，柱塞头34上设有球形凸圆台32和球面体头部31，各柱塞体33均通过一组由主、副导向套36构成的运动密封件和位于运动密封件上端的定位圈35定位在各自的柱塞通道内。而为便于柱塞体33拧在柱塞头34上，在泵体侧壁上还开有一协助安装孔。

本实施例的动力端b包括凸轮轴4及回拉装置c，凸轮轴4能转动地设于泵体1中并位于柱塞3下方。凸轮轴4下端沿泵体1轴向向下延伸并与下方的动力源8相连接，本实施例中的动力源8为设于泵体1下方的电机。凸轮轴4的上部为端面呈斜面41的凸轮结构40，并且斜面41上设有一圆环形凹槽411，凹槽411形状为与各柱塞3的球面体头部31相匹配的球面。凸轮轴4上的斜面41从0到一个行程高度可360度滑转，匹配柱塞3所需行程高度。各柱塞3与凸轮轴4之间通过回拉装置c相连接，各柱塞3的球面体头部31可滑动地设置在圆环形凹槽411内，并通过该回拉装置c使各柱塞3的球面体头部31在凸轮轴4旋转状态下驱动各柱塞3作上下的往复运动。

具体的，回拉装置c包括一设置在凸轮轴4斜面中部上方的回拉盘5，回拉盘5的外周壁上成形有球形凹槽51，相对应地在柱塞3的外圆上成形有与球形凹槽51相配合的球形凸圆台32，球形凸圆台32与回拉盘5上的球形凹槽51构成一对摩擦副与凸轮轴4同步旋转。柱塞3上的球面体头部31是延设在球形凸圆台32的下面。为了便于连接，回拉装置c还包括有一设在回拉盘5与凸轮轴4之间的承托块6，承托块6的下部定位在凸轮轴4的斜面41中间的凹腔412内，承托块6的上部呈凸形球面61，与设在回拉盘5底部的凹形球面52配合成一对球面滑动副。回拉盘5和承托块6的中心轴向设有对应的螺栓孔50、62使它们通过球头螺栓100与凸轮轴4固定在一起，并且回拉盘5螺栓孔50的上平面为凹形半球面，以配合球头螺栓100。

泵体1的底部还密封连接有一圆柱形托架7，托架7的底部装有密封盖71，动力源8的潜油电机输出轴81经密封盖71的开孔与内部的凸轮轴4连接成一体。该托架7的上边缘与泵体1的底部边缘在装配完成状态下进行焊接，从而将动力端b与液力端a集成为一体。凸轮轴4在上部的凸轮结构以下为一具多个台阶的阶梯轴，包括位于泵体1台肩与托架7上台阶面之间的中部42，以及位于托架7下台阶面与下端盖71之间的下部43，其中，中部42主要通过轴承套91、主滑动轴承92、副滑动轴承93以及主平面滚子副94可转动设置，且轴承套91的中间设有存油池911，下部主要通过副平面滚子副95可转动设置并通过联轴套96和键实现与潜油电机输出轴81的连接。

具体的，主滑动轴承92是安置在轴承套91的内孔中，该轴承92与凸轮轴4为硬对硬摩擦呋，主要作用为消除凸轮轴4的径向受力。轴承套91为凸轮轴4控制径向、轴向力，它安置定位在主平面滚子副94和托架7之间，其上端面安置主平面滚子副94，内孔安置主滑动轴承92，下端面由托架7上台阶面定位，下端面的内孔中安置副滑动轴承93，中间为存油池911。副滑动轴承93与凸轮轴为硬对硬摩擦副，主要消除凸轮轴4的径向受力与主滑动轴承92共担径向力。主、副平面滚子副94、95的作用是可消除凸轮轴的轴向力和控制上下窜动，该主、副平面滚子副94、95均不含保持架，由分体的上、下盖及滚子构成，上盖平面贴着凸轮轴的台阶下平面(凸轮结构的底平面)上，中间滚子安置在上盖、下盖的球形凹槽中，安置若干个滚子放满为止，互有间隙，副平面滚子副95定位贴在托架7的下台阶面上，下盖由防松挡圈和拼帽97定位，与凸轮轴4共转。下端盖71上设有定位台肩与泵体的下端面台肩配合，两者用螺栓固定。下端盖71的内孔中安装有密封圈与联轴套96形成摩擦副，控制润滑油往介质中泄漏，下端盖71的末端面也设置有定位台肩，用来安置潜油电机8。凸轮轴4最末端铣有键槽与潜油电机8的输出轴连接形成一个旋转运动件。凸轮轴4通过上述结构安装，有效消除轴向力和径向力，达到满足油进介质固液二相的输送要求。

由泵体1(按油套管内孔5”、6”来设计泵体外径)、托架7以及闷头14、下端盖71构成本抽油泵的圆柱形外壳，外壳内部设置液力端、动力端，外壳的上位连接排液管线，下位连接潜油电机，由此形成本发明的旋转与往复功能一体化的潜油抽油泵。

本抽油泵的工作原理大致如下：

整泵下井固定由排液管提着定位工作，抽油泵在合适的液位进行工作，潜油电机在泵的下位，电缆线靠着泵的外径空隙，往井面抽出由控制室连接。当潜油电机旋转带动平面凸轮轴旋转时，平面凸轮轴的斜面推动柱塞头在凸轮轴斜面圆环形凹槽内滑行，并进行往复运动。即动力端b的凸轮轴4在动力源8驱动下转动，液力端a下部与斜面41相连接的柱塞3在斜面41的转动下随斜面41起伏，即当斜面41上较高的位置与柱塞3下端相抵时，柱塞3向上运动至高点，当斜面41上较低的位置与柱塞3下端相抵时，柱塞3向下运动至低点，从而使各柱塞3交替进行上下往复运动。本实施例的三缸柱塞泵，每120度柱塞3同上前行一次，第一缸柱塞做功到前死点，第二缸柱塞在50％的前行上，第三缸柱塞被回拉盘拉回退止后死点，当柱塞前行时，进液阀关闭、排液阀打开液体排出，反复循环来达到柱塞往复、阀启闭进液、排液作用，而各缸经排液阀排出的介质通过泵体中间的集中流道后进入端面上的排液管线排出地面。这样各组合阀2不停歇的连续运行，大大提高了抽油效率。