CN103759963B - 用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器，包括头部构件、中间连接构件以及尾部构件，头部构件的一端具有方形凸部，头部构件的另一端具有第一内凹套筒，中间连接构件的一端具有用于与第一内凹套筒配合的第一圆柱形部，中间连接构件的另一端具有第二内凹套筒，尾部构件具有与第二内凹套筒配合的第二圆柱形部，第一、二内凹套筒的底部的径向内侧设有第一、二环形滑槽，在第一、二圆柱形部的端部上沿周向方向一体地设有分别连接于第一、二弹性元件的一端的多个第一、二圆柱体，第一、二弹性元件的另一端固定连接于第一、二内凹套筒的底部的螺纹孔中，多个第一、二圆柱体能够在第一、二弹性元件的作用下沿第一、二环形滑槽滑动。

Description

用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器

技术领域：

本发明涉及诸如采油螺杆泵抽油杆柱之类的石油机械技术领域，特别是涉及一种用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器。

背景技术：

螺杆泵作为一种石油举升设备，具有结构简单、操作方便、占地面积小、节能等特点，同时具有效率高，能广泛适应粘稠度高、含砂杂质等油层，具有抽油机柱塞泵、潜油电泵无法比拟的优点。由于井深很深，通常过千米，因而会在抽油杆柱内存储大量的弹性扭转势能，这些能量在螺杆泵停机或卡泵时，会迅速释放，使螺杆反转，危及设备和人员安全。目前螺杆泵驱动装置上安装了多种防反转机构，这些机构只有在现场实际工作时才能得知其制动性能是否可靠，这就给现场的应用带来了隐患，目前还没有针对其进行检测的专用装置，原因在于很难模拟井下工况。

发明内容：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器，该模拟器用于模拟抽油杆柱弹性变形能释放过程，用以检测防反转装置能否起到安全制动作用。该模拟器可以简便地、准确地模拟用于不同井深的杆柱的扭转变形。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器，其包括头部构件、中间连接构件以及尾部构件。头部构件的一端具有方形凸部，方形凸部用于与固定部件连接以传递扭矩，头部构件的另一端具有第一内凹套筒，第一内凹套筒设有第一周向引导槽。中间连接构件的一端具有用于与第一内凹套筒配合的第一圆柱形部，第一圆柱形部的外周面上设有第一螺纹孔，第一紧固构件穿过第一周向引导槽固定到第一螺纹孔中，使得头部构件相对于中间连接构件能够沿第一周向引导槽在周向方向上转动而不能在轴向方向上移动，中间连接构件的另一端具有第二内凹套筒，第二内凹套筒设有第二周向引导槽。尾部构件的一端具有方形部，方形部用于与防反转装置连接，尾部构件的另一端具有与第二内凹套筒配合的第二圆柱形部，第二圆柱形部的外周面上设有第二螺纹孔，第二紧固构件穿过第二周向引导槽固定到第二螺纹孔中，使得中间连接构件相对于尾部构件能够沿第二周向引导槽在周向方向上转动而不能在轴向方向上移动。第一内凹套筒的底部的径向内侧设有第一环形滑槽，在第一圆柱形部的端部上沿周向方向一体地设有多个第一圆柱体，多个第一圆柱体分别连接于第一弹性元件的一端，第一弹性元件的另一端通过第三紧固构件而固定连接于第一内凹套筒的底部的螺纹孔中，多个第一圆柱体能够在第一弹性元件的作用下沿第一环形滑槽滑动。第二内凹套筒的底部的径向内侧设有第二环形滑槽，在第二圆柱形部的端部上沿周向方向一体地设有多个第二圆柱体，多个第二圆柱体分别连接于第二弹性元件的一端，第二弹性元件的另一端通过第四紧固构件而固定连接于第二内凹套筒的底部的螺纹孔中，多个第二圆柱体能够在第二弹性元件的作用下沿第二环形滑槽滑动。模拟器的控制器控制第一弹性元件以及第二弹性元件的变形量，从而使中间连接构件相对于头部构件和尾部构件转动与变形量相应的转角，转角对应于抽油杆柱的扭转变形角。

该模拟器能够良好地模拟抽油杆柱的扭转变形角并检测出瞬时弹性变形恢复所引起的转矩和转速，转矩大则速度快，这与现场情况相符合，因而能检验防反转装置的有效性，在最短的时间内起到制动作用，从而有效防止危险的发生。

通过本文提供的说明，其他的应用领域将变得明显。应该理解，本部分中描述的特定示例和实施方式仅出于说明目的而不是试图限制本发明的范围。

附图说明

这里所描述的附图仅是出于说明目的而并非意图以任何方式限制本发明的范围，附图并非按比例绘制，可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。在附图中：

图1为根据本发明的第一实施方式的用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器的主视图。

图2为沿图1中的线D-D截取的模拟器的剖视图。

图3为沿图2中的线A-A截取的模拟器的剖视图。

图4为沿图2中的线B-B截取的模拟器的剖视图。

图5为根据本发明的第二实施方式的用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器的剖视图。

具体实施方式：

下文的描述本质上仅是示例性的而并非意图限制本发明、应用及用途。应当理解，在所有这些附图中，相应的参考数字指示相似的或相应的零件及特征。

下面将参照图1至图4描述根据本发明的第一实施方式的用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器。

如图1和图2所示，根据本发明的第一实施方式的用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器包括头部构件1、中间连接构件2以及尾部构件3，头部构件1的一端(图2的右侧一端)具有方形凸部，方形凸部用于与固定部件连接(例如，通过螺栓将固定部件固定到方形凸部的螺纹孔16中)以传递扭矩，头部构件1的另一端具有第一内凹套筒，第一内凹套筒设有第一周向引导槽13。中间连接构件2的一端具有用于与第一内凹套筒配合的第一圆柱形部，第一圆柱形部的外周面上设有第一螺纹孔，第一紧固构件5穿过第一周向引导槽13固定到第一螺纹孔中，使得头部构件1相对于中间连接构件2能够沿第一周向引导槽13在周向方向上转动而不能在轴向方向上移动，中间连接构件2的另一端具有第二内凹套筒，第二内凹套筒设有第二周向引导槽23，尾部构件3的一端(图2的左侧一端)具有方形部，方形部用于与防反转装置连接(例如，通过螺栓将防反转装置固定到方形部的螺纹孔6中)，尾部构件3的另一端具有与第二内凹套筒配合的第二圆柱形部，第二圆柱形部的外周面上设有第二螺纹孔，第二紧固构件15穿过第二周向引导槽23固定到第二螺纹孔中，使得中间连接构件2相对于尾部构件3能够沿第二周向引导槽23在周向方向上转动而不能在轴向方向上移动。第一内凹套筒的底部的径向内侧设有第一环形滑槽11，在第一圆柱形部的端部上沿周向方向一体地设有多个(例如，4个)第一圆柱体12，多个第一圆柱体12分别连接于第一弹性元件9的一端，第一弹性元件9的另一端通过第三紧固构件10(例如，螺杆或螺钉)而固定连接于第一内凹套筒的底部的螺纹孔8中，多个第一圆柱体12能够在第一弹性元件9的作用下沿第一环形滑槽11滑动。第二内凹套筒的底部的径向内侧设有第二环形滑槽21，在第二圆柱形部的端部上沿周向方向一体地设有多个(例如，4个)第二圆柱体22，多个第二圆柱体22分别连接于第二弹性元件19的一端，第二弹性元件19的另一端通过第四紧固构件20(例如，螺杆或螺钉)而固定连接于第二内凹套筒的底部的螺纹孔18中，多个第二圆柱体22能够在第二弹性元件19的作用下沿第二环形滑槽21滑动。

模拟器的控制器(图中未示出)控制第一弹性元件9以及第二弹性元件19的变形量，从而使中间连接构件2相对于头部构件1和尾部构件3转动与变形量相应的转角，例如，使第一弹性元件9以及第二弹性元件19由图2和图3中实线指示的位置变形到由图2和图3中虚线指示的位置，即，使中间连接构件2相对于头部构件1和尾部构件3转过转角α，该转角α对应于抽油杆柱的扭转变形角。

当作用在抽油杆柱上的扭矩消失时抽油杆弹性恢复变形，此时控制器释放所有的弹性变形元件9、19，使其自由收缩，这样就可以模拟抽油杆柱自身在短时间内弹性恢复所形成的高转速大扭矩变形，在短时间内就可以检测防反转装置能否在第一时刻发生反应，从而将抽油杆柱制动，以免危险情况发生。

参照图5描述根据本发明的第二实施方式的用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器。

其中，根据第二实施方式的模拟器与根据第一实施方式的模拟器在头部构件1和尾部构件3方面具有相似的结构，因而在此不再对其进行详细地描述，下文仅对根据第二实施方式的模拟器与根据第一实施方式的模拟器的不同之处进行描述，在根据第二实施方式的模拟器中，在头部构件1与尾部构件3之间设有多个结构相同的中间连接构件2，其中，相邻的中间连接构件2通过使一个中间连接构件2的内凹套筒与另一个中间连接构件2的圆柱形部相配合而连接。在有多个中间连接构件2的情况下，例如，中间连接构件2的数量对应于抽油杆柱的数量或中间连接构件2的总长度对应于抽油杆柱的长度，这样，就可以模拟长度不同的抽油杆柱在井下的扭转变形。

尽管在此已详细描述了本发明的各种实施方式，但是应该理解，本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和改型。所有这些变型和改型均落入本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种用于模拟抽油杆柱扭转变形及弹性恢复的模拟器，所述模拟器包括：

头部构件（1），所述头部构件（1）的一端具有方形凸部，所述方形凸部用于与固定部件连接以传递扭矩，所述头部构件（1）的另一端具有第一内凹套筒，所述第一内凹套筒设有第一周向引导槽（13）；

中间连接构件（2），所述中间连接构件（2）的一端具有用于与所述第一内凹套筒配合的第一圆柱形部，所述第一圆柱形部的外周面上设有第一螺纹孔，第一紧固构件（5）穿过所述第一周向引导槽（13）固定到所述第一螺纹孔中，使得所述头部构件（1）相对于所述中间连接构件（2）能够沿所述第一周向引导槽（13）在周向方向上转动而不能在轴向方向上移动，所述中间连接构件（2）的另一端具有第二内凹套筒，所述第二内凹套筒设有第二周向引导槽（23）；以及

尾部构件（3），所述尾部构件（3）的一端具有方形部，所述方形部用于与防反转装置连接，所述尾部构件（3）的另一端具有与所述第二内凹套筒配合的第二圆柱形部，所述第二圆柱形部的外周面上设有第二螺纹孔，第二紧固构件（15）穿过所述第二周向引导槽（23）固定到所述第二螺纹孔中，使得所述中间连接构件（2）相对于所述尾部构件（3）能够沿所述第二周向引导槽（23）在周向方向上转动而不能在轴向方向上移动；

其特征在于，所述第一内凹套筒的底部的径向内侧设有第一环形滑槽（11），在所述第一圆柱形部的端部上沿周向方向一体地设有多个第一圆柱体（12），所述多个第一圆柱体（12）分别连接于第一弹性元件（9）的一端，所述第一弹性元件（9）的另一端通过第三紧固构件（10）而固定连接于所述第一内凹套筒的所述底部的螺纹孔（8）中，所述多个第一圆柱体（12）能够在所述第一弹性元件（9）的作用下沿所述第一环形滑槽（11）滑动，并且

其中，所述第二内凹套筒的底部的径向内侧设有第二环形滑槽（21），在所述第二圆柱形部的端部上沿周向方向一体地设有多个第二圆柱体（22），所述多个第二圆柱体（22）分别连接于第二弹性元件（19）的一端，所述第二弹性元件（19）的另一端通过第四紧固构件（20）而固定连接于所述第二内凹套筒的所述底部的螺纹孔（18）中，所述多个第二圆柱体（22）能够在所述第二弹性元件（19）的作用下沿所述第二环形滑槽（21）滑动，

所述模拟器的控制器控制所述第一弹性元件（9）以及第二弹性元件（19）的变形量，从而使中间连接构件（2）相对于所述头部构件（1）和所述尾部构件（3）转动与所述变形量相应的转角，所述转角对应于所述抽油杆柱的扭转变形角。

2.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，在所述头部构件（1）与所述尾部构件（3）之间设有多个结构相同的所述中间连接构件（2），并且所述中间连接构件（2）的数量对应于所述抽油杆柱的数量，或者所述中间连接构件（2）的总长度对应于所述抽油杆柱的长度。

3.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述多个第一圆柱体（12）和所述多个第二圆柱体（22）的数量均为四个。