CN101782067B - 用于往复泵的浮动小齿轮轴承 - Google Patents

Abstract

用于往复泵的浮动小齿轮轴承。该往复泵组件包括电源机架，其用于容纳曲轴。该曲轴的每个端部与大齿轮或者主齿轮机械连接，所述主齿轮与小的齿轮或者小齿轮轴承接合。轴承座一体地形成为电源机架的一部分，具有增加的宽度和恒定的内径。小齿轮轴承组件包括内座圈、外座圈和球面轴承，该齿轮轴承组件围绕小齿轮轴承的轴放置。小齿轮安装在往复泵组件中，使得轴承组件靠在轴承座上，该轴承座一体地形成为电源机架的一部分。轴承组件能够在轴承座中自由浮动并且在往复泵组件的操作过程中提供轴和轴承组件的一定程度的横向运动。

Description

用于往复泵的浮动小齿轮轴承

技术领域

本发明总体涉及往复泵，具体而言，涉及一种用于往复泵的浮动小齿轮轴承。

背景技术

在油田操作中，往复泵通常用于各种目的。一些往复泵，通常称为“辅助泵”，通常用于一些操作，例如固井、酸化或者压裂井。通常，这些辅助泵运行相对短的时间周期，但是它们操作频繁。通常，它们安装到卡车或者滑车上，用于输送到各个井位置。泵可以一周操作多次。在许多应用中，辅助泵并联到单个流线上。

参照图1，往复泵组件或者泵11包括曲轴箱或者电源机架壳体13，曲轴箱或者电源机架壳体13包含往复泵12的大部分外表面。柱塞或者柱塞杆壳体15连接到电源机架壳体13的端部，并且延伸到一组气缸17。图中示出了容纳在电源机架壳体13中的往复泵的一部分。电源机架壳体13容纳曲轴25，该曲轴25通常机械连接到马达上(未示出)。马达使曲轴旋转，以便驱动往复泵12。在一种实施方式中，曲轴25通过凸轮传动，使得从每个气缸17以交替的时间泵送流体。本领域技术人员容易理解，使从每个汽缸泵送流体的周期交替有助于最小化与往复泵12有关的一次、二次和三次(等)力。在一种实施方式中，大的主传动齿轮或者主齿轮24机械连接到曲轴25的每个端部上。小的齿轮或者小齿轮26与每个主齿轮24机械接合。马达(没有示出)与小齿轮轴27(图2)的有花键的端部29联接。每个端部上的小齿轮上的齿轮齿是螺旋的或者相对于小齿轮轴27的轴线倾斜。在一个小齿轮26上的齿的倾斜度与另一个小齿轮上的齿的倾斜度相反。经由马达通过主齿轮24与小齿轮26的机械接合使主齿轮24旋转。

如图1到3所示，往复泵组件11在每侧上具有大齿轮或者主齿轮24，并且具有与其相互机械接合的更小的齿轮或者小齿轮26。每个主齿轮24与曲轴25机械连接。小齿轮26的齿轮部分位于小齿轮轴27的相对端部，其中有花键的端部29从轴27的一端伸出。轴27穿过往复泵11的电源机架壳体13。

在轴27的每个端部附近，小齿轮轴承组件31包括内座圈33、外座圈35和球面轴承37，该小齿轮组件31围绕小齿轮轴27的所需部分收缩配合。尽管提到“球面”，但是轴承37基本上是圆柱形的，在两端之间具有向外弯曲的侧面。轴承座39围绕轴承组件31的外座圈35装配。轴承座39包含围绕其外表面的唇缘，其用于在一旦轴承座39牢固紧固到电源机架壳体13上时捕获轴承组件31。轴承座39通过螺栓42连接到机架壳体40上。机架壳体40焊接到电源机架壳体13上。外壳环绕齿轮24、26并且充有润滑流体。

小齿轮26的组装和安装，特别是将轴承座39安装到电源机架13上，需要将轴承座39敲入电源机架13中。尽管这样做，轴承座39可能与轴承37错位。安装过程耗时并且效率低。因此，需要一种改进的设计，便于往复泵组件的各个部件之间的接合。

发明内容

用于往复泵组件的浮动小齿轮的一种实施方式包括电源机架，其容纳曲轴。该曲轴的每个端部机械连接到大齿轮或者主齿轮上，所述主齿轮与小的齿轮或者小齿轮机械接合。轴承座一体地形成为电源机架的部件，并且具有增加的宽度和恒定的内径。小齿轮轴承组件包括内座圈、外座圈和球面轴承，该小齿轮轴承组件围绕小齿轮的轴放置。具有凸缘区域的套筒围绕轴放置并且放置成在临时固定到轴上之前与轴承组件的内座圈和外座圈齐平地接触。小齿轮安装在往复泵组件中，使得轴承组件靠在轴承座上，该轴承座一体地形成为电源机架的一部分。然后从轴移除套筒。轴承组件能够在轴承座上自由浮动并且在往复泵组件的操作过程中提供轴和轴承组件的一定程度的横向运动。相对端上的主齿轮具有彼此相对对准的螺旋齿。所述齿在小齿轮齿上产生合力，以保持其对中。

通过阅读本发明下述具体说明并且接合所附的权利要求书，参照附图，本领域技术人员将清楚本发明的上述和其他目的和优点。

附图说明

为了获得本发明的特征和优点以及将变得清楚的其他特性，并且更详细地理解本发明，需要参照具体实施方式来对上面简述的本发明进行更具体的描述，该实施方式示出在附图中，这些附图形成说明书的一部分。但是应当注意，附图仅示出了本发明的一种实施方式，因此不应理解为限制本发明的范围，因为本发明可以采纳其他等同实施方式，其中：

图1是现有技术的往复泵组件的正视图；

图2是沿着图1的线2-2获取的往复泵组件的截面图；

图3是图2所示的泵组件的局部放大图；

图4是根据本发明构造的往复泵组件的截面图，其示出了在将小齿轮轴承组件安装到电源机架壳体中之前的状态；以及

图5是根据本发明构造的往复泵组件的截面图，其中小齿轮轴承组件安装在电源机架壳体中。

具体实施方式

本发明的泵12具有与针对图1-3描述的泵相同的基本部件，包括电源机架壳体13、曲轴25、主齿轮24和在小齿轮轴27的每个端部上的小齿轮26。小齿轮轴承组件31也是相同的，其具有内座圈33、外座圈35以及球面轴承37。尽管提到“球面”，但是轴承37基本上是圆柱形的，在两端之间具有向外弯曲的侧面。参照图4，轴承座41优选形成为与机架壳体13分立并且通过焊接牢固地紧固到机架壳体13上。轴承座41是圆柱形套筒，其宽度大约小齿轮轴承组件31的外座圈35的宽度。在该例子中，轴承座41的宽度也大于电源机架壳体13的壁厚。内座圈33收缩配合到小齿轮轴27上。

安装工具或者套筒45用来安装小齿轮26和小齿轮轴承组件31。套筒45包括多个定位螺钉47，这些螺钉47延伸穿过套筒并且与小齿轮26上的齿接合，以便围绕小齿轮26固定套筒45的位置。套筒45在其端部之一具有凸缘区域49。凸缘区域49的外径优选等于或者大于外座圈35的外径。

参照图4和5，在将小齿轮26和小齿轮轴承组件31安装到电源机架壳体13的过程中，小齿轮轴承组件31的内座圈33被加热，然后围绕小齿轮轴27的每个端部上的小齿轮轴27的所需部分放置。内座圈33由此固定到小齿轮轴27并且接合小齿轮轴27的每个端部上的肩部51。套筒45围绕小齿轮轴27的每个端部放置，并且定位成使得凸缘49与内座圈33和外座圈35齐平地接触。定位螺钉47相对小齿轮26拧紧，以保持套筒45的位置。套筒45确保内座圈33和外座圈35在整个安装过程中恰当地对准。在每个轴承座41上放置油脂。小齿轮26和轴27***通过电源机架壳体13。套筒45的外径，包括定位螺钉47，小于轴承座41的内径，使得套筒45中的一个穿过两个轴承座41。小齿轮26***到电源机架壳体13中，直到每个小齿轮轴承组件31位于轴承座41中。可能需要对小齿轮轴27进行一些轻敲。一旦小齿轮轴承组件31处于轴承座41中合适的位置，定位螺钉47被松开，并且每个套筒45从小齿轮26移除。主齿轮24然后安装成与小齿轮26机械接合。外壳环绕齿轮24、26，并且充有润滑流体。

在操作往复泵组件12期间，主齿轮24不会横向移动，但是小齿轮轴27能够自由浮动或者横向移动。轴承组件31固定到小齿轮轴27上，并且随其一起浮动。小齿轮轴承组件31能够在轴承座41上自由轴向或者横向浮动。在操作期间，轴承组件31因此与小齿轮26和轴27一致地横向运动。主齿轮24和小齿轮26的接合防止小齿轮轴承组件31离开轴承座41，因为在一种实施方式中所允许的最大轴向运动是0.250英寸，但是该最大值可以改变。

本发明具有一些优点。通过消除外部轴承壳体，减少了小齿轮和小齿轮轴承组件的安装时间。此外，将轴承座结合为电源机架壳体的一体部分有助于将载荷从小齿轮传递到电源机架，因为轴承和电源机架的整个宽度始终接触。

尽管仅在本发明的一些形式中描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，本发明不限于这些描述，而是可以进行各种变化，而不背离本发明的范围。

Claims (12)

1.一种往复泵组件，包括：

电源机架壳体，其用于容纳曲轴；

小齿轮轴，其具有延伸穿过所述电源机架壳体的相对两侧中的开孔的相对两端部；

主齿轮，其与所述曲轴的每个端部机械连接；

小齿轮，其位于所述小齿轮轴的每个端部上，并且与所述主齿轮中的一个机械接合；以及

轴承组件，其围绕所述小齿轮轴的一部分放置，并且与每个所述开孔接触，所述轴承组件中的每个以及所述小齿轮轴能够沿着所述小齿轮轴的轴线相互一致地相对于所述主齿轮自由轴向运动受限制的量；

其中，所述开孔的每个包括：

轴承座，其固定安装到所述电源机架壳体上，

并且每个所述轴承组件包括与所述轴承座的内径表面接合的外座圈，其中所述外座圈能够相对于所述轴承座滑动。

2.根据权利要求1所述的往复泵组件，其中，所述轴承组件包括内座圈、外座圈和位于所述内座圈和所述外座圈之间的滚柱轴承。

3.根据权利要求1所述的往复泵组件，其中，所述开孔的宽度大于或者等于所述轴承组件的宽度。

4.根据权利要求1所述的往复泵组件，其中，所述开孔的每个包括：

轴承座，其焊接到所述电源机架壳体上，

并且每个所述轴承组件包括与所述轴承座的内径表面接合的外座圈。

5.根据权利要求1所述的往复泵组件，其中，所述小齿轮的每个具有相对于一轴线倾斜的齿，所述小齿轮中的一个的倾斜方向与另一个的倾斜方向相反，以便平衡所述小齿轮轴上的轴向力。

6.根据权利要求1所述的往复泵组件，还包括轴承座，所述轴承座从一侧到另一侧具有恒定圆柱内径，从而不具有任何唇缘。

7.一种往复泵组件，包括：

电源机架壳体，其用于容纳曲轴；

轴承座，其固定安装到所述电源机架壳体上；

小齿轮轴，其具有延伸穿过所述电源机架壳体的相对两侧中的轴承座的相对两端部；

主齿轮，其与所述曲轴的每个端部机械连接；

小齿轮，其位于所述小齿轮轴的每个端部上，并且与所述主齿轮中的一个机械接合，每个所述小齿轮具有相对于一轴线倾斜的齿，所述小齿轮中的一个的倾斜方向与另一个的倾斜方向相反，以便平衡所述小齿轮轴上的轴向力；以及

轴承组件，其围绕所述小齿轮轴的一部分放置，并且与所述轴承座接触，所述小齿轮轴能够沿着所述小齿轮轴的轴线与所述轴承组件相互一致地相对于所述主齿轮自由轴向运动受限制的量，其中，每个所述轴承组件包括与所述轴承座的内径表面接合的外座圈，所述外座圈能够相对于所述轴承座滑动。

8.根据权利要求7所述的往复泵组件，其中，所述轴承座的宽度大于或者等于所述轴承组件的宽度，所述轴承座焊接到所述电源机架壳体上。

9.一种将小齿轮轴承组件安装到往复泵组件中的方法，所述往复泵组件在电源机架壳体的相对两侧上具有对准的第一和第二开孔，所述方法包括：

(a)将第一和第二小齿轮轴承组件围绕小齿轮轴的第一和第二端部固定；

(b)将第一和第二套筒围绕小齿轮轴的第一和第二端部放置，并且使得所述第一和第二套筒与第一和第二轴承组件接触，并且固定所述第一和第二套筒的位置；

(c)将第二套筒和小齿轮轴的第二端部***到所述电源机架壳体的第一开孔中；

(d)将小齿轮轴延伸穿过所述壳体的第二开孔，直到第一轴承组件安座于第一开孔中，并且第二轴承安座于第二开孔中；以及

(e)从小齿轮轴移除所述两个套筒；

其中，每个开孔包含与电源机架壳体刚性连接的轴承座，并且轴承组件的外座圈可滑动地与轴承座接合。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤(a)包括在将小齿轮轴承组件围绕轴放置之前将小齿轮轴承组件的内座圈加热。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤(b)还包括拧紧延伸穿过套筒的多个定位螺钉，使得所述定位螺钉与轴上的齿轮齿接合。

12.根据权利要求9所述的方法，还包括将轴承座焊接到每个开孔上。

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