油井傳輸機(jī)械零部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

孫術(shù)華 淄博職業(yè)學(xué)院

1 零部件設(shè)計(jì)范圍

油井傳輸機(jī)械設(shè)備零部件的設(shè)計(jì)是保證設(shè)備正常運(yùn)行的前提，在設(shè)計(jì)過程中，參考的理論知識有機(jī)械制造學(xué)、動力學(xué)、電磁學(xué)以及材料學(xué)。

其中在機(jī)械制造學(xué)理論中，要求對設(shè)備零部件的原理圖和裝配圖進(jìn)行詳細(xì)的配比，按照CAD制圖模式在模板上進(jìn)行描繪，對設(shè)計(jì)圖紙的比例要按照國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制定，保證圖例的規(guī)范性。

摩擦力主要包括滑動摩擦力和靜摩擦力兩種。在油井傳輸裝置中，轉(zhuǎn)子處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且與頂桿的傳動主要依靠轉(zhuǎn)子在軸承之間的滑動進(jìn)行動力的傳輸。但在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)不到1 000 r/min時(shí)，主動輪與從動輪之間便依靠軸承的靜摩擦力帶動齒輪之間轉(zhuǎn)動。

在電磁學(xué)方面，由于原電機(jī)內(nèi)沒有裝感控原件，因此感控部件與編碼圓盤設(shè)計(jì)要符合電機(jī)規(guī)格的要求。

在材料學(xué)方面，油井內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)具有強(qiáng)烈的酸堿性和腐蝕性，所以要求選用油井傳輸管道內(nèi)的零件要合理。

2 油井傳輸零部件的設(shè)計(jì)

2.1 齒輪的滑動摩擦

在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，提高轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，并且在空間隔離上增加了頂桿與軸承之間的距離，在提高轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)速度方面可執(zhí)行兩種方案。

第一種方案是增加轉(zhuǎn)子的線速度。這需要增大轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)半徑，隨著半徑的逐漸增大，運(yùn)行的速度也會隨著增大。但半徑設(shè)計(jì)過長會接觸到設(shè)備的擋板，造成在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的高速運(yùn)轉(zhuǎn)接觸外界的擋板，溫度過高容易把轉(zhuǎn)子的鉆頭燒毀。所以在轉(zhuǎn)子半徑上進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，然后把轉(zhuǎn)子的邊緣進(jìn)行了簡易設(shè)計(jì)。原轉(zhuǎn)子邊沿質(zhì)量大、中心薄，因此運(yùn)轉(zhuǎn)過程中很容易使由內(nèi)帶外的運(yùn)行速度減緩。設(shè)計(jì)改造時(shí)，減輕了邊沿上的質(zhì)量，保證外邊沿的質(zhì)量小于內(nèi)邊沿，這樣能有效提高轉(zhuǎn)子的運(yùn)行速度。

第二種方案采用的是增大角速度的方式來提升轉(zhuǎn)子的運(yùn)行速度。該方案中對軸承與頂桿之間的距離進(jìn)行了調(diào)整，因?yàn)樵谶\(yùn)行過程中，設(shè)備主動輪與從動輪之間的慣性撞擊了頂桿，頂桿在力的作用下，朝軸承頂去。頂桿主要用于矯正齒輪之間的咬合，由于兩者之間發(fā)生了摩擦，產(chǎn)生了力的作用（頂桿原處于固定的狀態(tài)），靜摩擦產(chǎn)生的作用力大于20N，超過了頂桿校準(zhǔn)的作用力，便發(fā)生了側(cè)向的偏移，使其與軸承之間的距離縮短。調(diào)整之后提高了齒輪運(yùn)行效率。

2.2 設(shè)備傳感元件與功率設(shè)施

在石油管道中，由于流體內(nèi)含有的雜質(zhì)與石油管道內(nèi)壁之間經(jīng)常發(fā)生摩擦，必然會導(dǎo)致局部溫度的上升。在一些密集度比較高的油井區(qū)域內(nèi)，為了降低磨損，都采用流體過濾的方法。但是石油管道內(nèi)部傳輸設(shè)備過濾出的雜石，由于無法進(jìn)行排泄而造成管道內(nèi)傳輸設(shè)備雜質(zhì)大量的堆積，導(dǎo)致液體流速放慢，最后可能使石油停留在管道內(nèi)。國內(nèi)石油企業(yè)經(jīng)過技術(shù)改良改變了這一狀況，該技術(shù)利用吊墜型無源溫度檢測計(jì)，結(jié)合了ODK技術(shù)原理，當(dāng)雜質(zhì)與管壁摩擦?xí)r，這種檢測計(jì)會自動控制雜質(zhì)的排放量。假如體積較大的雜質(zhì)塊流到管道接口部位，便會加快液體流速使其加大對雜質(zhì)塊的沖擊力。通過P=F/S函數(shù)定義式可知，在壓強(qiáng)一定的情況下，通過增大受力面積來增大壓力，使其內(nèi)部組織軟化，進(jìn)而保證管道內(nèi)部不被堵塞。

在逆變頻率上采用1 GBT（20~30 kHz）的高頻控制器。其運(yùn)行操作流程為：直流電壓經(jīng)過雙向性電源輸出后，在配電電流整合器中進(jìn)行工頻整流操作，主要目的是將線路傳輸?shù)碾妷赫系酵粋€(gè)頻率界定范圍內(nèi)，使之能夠把波形通過濾波裝置整合達(dá)到工頻工作的額定值，然后通過1GBT的高頻控制器。深井電機(jī)地面供電的工作頻率為25~28 kHz，一般從直流電源輸出的電流工作頻率只能到達(dá)18~23 kHz，所以通過高頻控制器能夠?qū)⒐ぷ麟娏鞯念l率調(diào)節(jié)到電機(jī)頻率的正常數(shù)值。另外，在整流方面使用了快速二極管高頻整流變換技術(shù)。二極管是一個(gè)阻抗元件，其工作原理是：二極管的始端順著電流方向傳輸時(shí)，不會對電流起到阻礙作用，但是當(dāng)二極管逆著電流方向放置時(shí)，便會阻斷電流的傳輸，進(jìn)而可嚴(yán)格控制電流的傳輸方向。

2.3 彈性設(shè)施的創(chuàng)新

由于傳輸機(jī)械零部件在輸油過程中很容易被腐蝕，經(jīng)綜合考慮，最終確定外部的材料選用氟橡膠，內(nèi)部選用的是硅橡膠。氟橡膠具有較強(qiáng)的耐腐蝕和耐高溫的特性，最高溫度可達(dá)到240℃，并且能夠適應(yīng)強(qiáng)酸或強(qiáng)堿環(huán)境。氟橡膠材料的主要成分由炭黑、氧化鎂、氧化鈣、四氟乙烯以及六氟丙烯化合物共同組成，炭黑的功能為加強(qiáng)各化合物之間的凝固，在形成單體過程中，使其脫離整體布局；氧化鎂、氧化鈣屬于金屬氧化物，在物質(zhì)表面形成一層致密的氧化物薄膜，減少雜質(zhì)的滲透能力；四氟乙烯和六氟丙烯的主要作用是提高氟橡膠化合物的特性本能，增加機(jī)體的抗疲勞性能，防止在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)斷裂或曲率系數(shù)變化的現(xiàn)象。在創(chuàng)新了彈性零部件設(shè)備材質(zhì)后，可減少外摩擦半徑的磨損程度，促進(jìn)設(shè)備機(jī)體內(nèi)各種部件設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 結(jié)語

通過對油井傳輸機(jī)械設(shè)備零部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在后期投產(chǎn)中收到了明顯的效果。不但減少了齒輪咬合的復(fù)雜程度，對頂桿與軸承之間距離也作出了進(jìn)一步調(diào)整，提高了設(shè)備正常運(yùn)行的功率；在傳感部件與傳輸電機(jī)內(nèi)二極管的應(yīng)用中擴(kuò)大了設(shè)備的工作范圍，保證設(shè)備工作流程能有序進(jìn)行。