一种耐高温超高压增程移位舱

技术领域

本发明涉及增程移位舱技术领域，更具体地，涉及一种耐高温超高压增程移位舱。

背景技术

目前，随着机械制造领域的发展，在汽车制造领域，柴油机机体的加工生产线上，采用了齿轮齿条机构增行程输送装置；在石油有杆采油中，提供一种不需要对冲程较小的常规抽油机做任何改动就能带动长冲程泵工作的抽油杆井下齿轮齿条增程装置。

中国专利CN211500599U公开了一种对称双缸齿轮齿条驱动增程式液压抽油机。机架固定于底座上，机架的两根竖直杆之间设有中心双面齿条，中心双面齿条两侧为齿条，中心双面齿条下接抽油杆；中心双面齿条底部有驱动组件，液压缸铰接下齿轮，下齿轮两侧和中心双面齿条的齿条结构、下齿条连接，下齿条固定于机架的竖直杆侧面；中心双面齿条顶部有配重组件，上齿轮装在机架的连接件一，上齿轮两侧和中心双面齿条的齿条结构、上齿条啮合，上齿条滑动连接机架竖直杆上部，两个上齿条固接连接件二，连接件二上有配重。

上述方案虽能实现增程，但仅适用于常温常压状态下的增程机构，而对于超高压(≥100MPa)高温(≥100℃)容器领域的增程，增程过后的执行件不仅在距离上实现了增程、同时在作用力上实现了倍增，对于下一环节的执行元件存在力干涉及增程过程中的齿轮齿条间的相互作用力导致齿轮齿条零部件失效的问题难以避免。在超高压高温容器内，由于高温高压的工况、严格的密封要求以及成本因素的限制，高温高压容器内部空间一般设计的比较短小，难以在较短的舱体尺寸内实现大距离的传输，此外在传输执行件过程中需要克服舱体内部的压力问题，这就导致需要动密封且推动动力件推杆所需的轴向力很大；而目前动密封通用的方法是添加额外的固定装置或者直接对执行件施加大小相等、方向相反的作用力用以抵消舱体内部向外的压力，这对装置及执行件的要求都较高，目前最高的有效动密封压强只能达到68Mpa。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，本发明提供一种耐高温超高压增程移位舱，实现压力适应补偿，降低动力件推杆所需的轴向力，且可有效避免推行速度过快导致密封圈的摩擦磨损严重而导致的密封失效，适用于常温常压的工况和高温超高压的工况。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种耐高温超高压增程移位舱，包括固定连接的第一舱体段和第二舱体段，所述第一舱体段设有第一高温高压舱室，所述第二舱体段内设有第二高温高压舱室；所述第一高温高压舱室与第二高温高压舱室之间连通有稳压管，所述第一舱体段和第二舱体段穿接有动力件推杆，所述第二高温高压舱室内设有固定齿条，所述动力件推杆的末端连接有齿轮组，所述齿轮组包括与固定齿条啮合的第一齿轮以及与执行件啮合的第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮传动连接；所述第一齿轮与第二齿轮的传动比大于1，动力件推杆在第一高温高压舱室内所受压力与动力件推杆在第二高温高压舱室内所受压力方向相反、大小相等。

本发明的一种耐高温超高压增程移位舱，在外力的驱动作用下，动力件推杆直线推动，固定齿条固定，动力件推杆推动第一齿轮，第一齿轮在固定齿条的啮合作用下实现转动，同时第一齿轮带动第二齿轮转动，第二齿轮转动从而驱动执行件的直线运动，按需设置第一齿轮和第二齿轮之间的传动比即可实现不同程度的增程。本发明中在第一高温高压舱室与第二高温高压舱室之间连通有稳压管，高压气体可在第一高温高压舱室与第二高温高压舱室之间流动导向，第一高温高压舱室、第二高温高压舱室内压强相等，且动力件推杆在第一高温高压舱室内所受压力与动力件推杆在第二高温高压舱室内所受压力方向相反、大小相等，可消除舱内超高内压对动力件推杆所需轴向力的影响，实现压力适应补偿。另外，本发明通过设置第一齿轮和第二齿轮之间的传动比在保证动力件推杆舱内行程的前提下，缩短动力件推杆穿壁的长度和降低穿壁的运行速度，从而降低密封难度。本发明不仅适用于常温常压的工况，还可适用于高温超高压的工况，适用于压强在101KPa-140MPa范围内、温度在25℃～150℃范围内的工况，适用范围广泛。

进一步地，所述齿轮组还包括第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮与第一齿轮同轴连接，所述第三齿轮和第四齿轮啮合，所述第二齿轮和第四齿轮同轴连接。

进一步地，所述第一齿轮与第三齿轮为一体成型结构或第一齿轮与第三齿轮之间键连接，所述第二齿轮与第四齿轮之间键连接。

进一步地，所述第一齿轮、第四齿轮、第二齿轮均通过轴承与动力件推杆转动连接。

进一步地，所述第一齿轮与第三齿轮的分度圆半径比为r1：R1＝1：n，第三齿轮与第四齿轮的分度圆半径比为R1：r2＝n:1，所述动力件推杆与执行件之间的增程比为1：(n^2+1)，其中，n>1。

进一步地，所述固定齿条末端向上凸起设有用于释放增程的台阶面，所述第一齿轮近动力件推杆的端面设有可沿台阶面滑动的圆台。

进一步地，所述第二高温高压舱室内两端均安装有固定基座，所述固定齿条的两端安装于固定基座，所述固定基座顶部设有用以支撑执行件的安装槽。

进一步地，所述第一舱体段与第二舱体段之间连接有法兰。

进一步地，所述动力件推杆与第一舱体段和第二舱体段的穿接处设有若干密封件。

进一步地，所述第一舱体段还设有常温常压舱室，所述常温常压舱室位于第一高温高压舱室和第二高温高压舱室之间；所述动力件推杆包括顺序连接的第一等径杆、第二等径杆和第三等径杆，所述第一等径杆的直径小于第二等径杆的直径且第一等径杆与第二等径杆的连接处形成有位于第一高温高压舱室内的第一阶梯截面，所述第三等径杆的直径小于第二等径杆的直径且第三等径杆与第二等径杆的连接处形成有位于常温常压舱室内的第二阶梯截面，所述第一阶梯截面面积与第三等径杆的面积相等。

进一步地，还包括第三舱体段，第一舱体段、第三舱体段连接于第二舱体段的两端，所述第三舱体段设有可容执行件穿过的空腔。与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的耐高温超高压增程移位舱，以差动齿轮组作为增程机构，小齿轮带动大齿轮，减速传动，执行件的推行速度小于动力件推杆的速度，可避免因速度过快导致密封圈的摩擦磨损严重导致的密封失效，从而保证密封效果；

本发明的耐高温超高压增程移位舱，通过设置齿轮组的传动比，缩短动力件推杆的穿壁行程，降低动力件推杆的加工难度，保证动力件推杆的加工精度，实现动力件推杆推程过程中的高压稳定传动。

本发明的高温超高压增程移位舱，动力件推杆在第一高温高压舱室内所受压力与动力件推杆在第二高温高压舱室内所受压力方向相反、大小相等，第一高温高压舱室及第二高温高压舱室对动力件推杆两个相反方向的轴向作用力相互抵消，实现轴向力适应补偿，不需要额外的作用力抵消，可保证动力件推杆的稳定传动，简化了整体的结构设计，节约了生产制造成本。

本发明的耐高温超高压增程移位舱，不仅适用于常温常压的工况，还可适用于高温超高压的工况，适用于压强在101KPa-140MPa范围内、温度在25℃～150℃范围内的工况，适用范围广泛。

附图说明

图1为一种耐高温超高压增程移位舱的结构示意图；

图2为一种耐高温超高压增程移位舱齿轮组的结构示意图；

附图中：1、第一舱体段；2、第二舱体段；3、第一高温高压舱室；4、常温常压舱室；5、第二高温高压舱室；6、稳压管；7、动力件推杆；71、第一等径杆；72、第二等径杆；73、第三等径杆；74、第一阶梯截面；75、第二阶梯截面；9、固定齿条；10、第一齿轮；11、第二齿轮；12、第三齿轮；13、第四齿轮；14、台阶面；15、圆台；16、固定基座；17、安装槽；18、法兰；19、密封件；20、第三舱体段；21、执行件。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

如图1至图2所示为本发明的一种耐高温超高压增程移位舱的实施例，包括固定连接的第一舱体段1和第二舱体段2，所述第一舱体段1设有第一高温高压舱室3，所述第二舱体段2内设有第二高温高压舱室5；所述第一高温高压舱室3与第二高温高压舱室5之间连通有稳压管6，所述第一舱体段1和第二舱体段2穿接有动力件推杆7，所述第二高温高压舱室5内设有固定齿条9，所述动力件推杆7的末端连接有齿轮组，所述齿轮组包括与固定齿条9啮合的第一齿轮10以及与执行件21啮合的第二齿轮11，所述第一齿轮10与第二齿轮11传动连接；所述第一齿轮10与第二齿轮11的传动比大于1，动力件推杆7在第一高温高压舱室3内所受压力与动力件推杆7在第二高温高压舱室5内所受压力方向相反、大小相等。

本实施例实施时，在外力的驱动作用下，动力件推杆7直线推动，固定齿条9固定，动力件推杆7推动第一齿轮10，第一齿轮10在固定齿条9的啮合作用下实现转动，同时第一齿轮10带动第二齿轮11转动，第二齿轮11转动从而驱动动力件推杆7直线运动，按需设置第一齿轮10和第二齿轮11之间的传动比即可实现不同程度的增程。

其中，在第一高温高压舱室3与第二高温高压舱室5之间连通有稳压管6，高压气体可在第一高温高压舱室3与第二高温高压舱室5之间流动导向，第一高温高压舱室、第二高温高压舱室内压强相等，且动力件推杆在第一高温高压舱室内所受压力与动力件推杆在第二高温高压舱室内所受压力方向相反、大小相等，可消除舱内超高内压对动力件推杆所需轴向力的影响，实现压力适应补偿。

另外，本发明通过设置第一齿轮和第二齿轮之间的传动比在保证动力件推杆舱内行程的前提下，缩短动力件推杆穿壁的长度和降低穿壁的运行速度，从而降低密封难度；通过设置齿轮组的传动比，缩短动力件推杆的穿壁行程，降低动力件推杆的加工难度，保证动力件推杆的加工精度，实现动力件推杆推程过程中的高压稳定传动；

由于存在上述的差动齿轮增程和压力适应补偿，本实施例可实现动力件推杆7推程过程中的高压稳定传动，且不仅适用于常温常压的工况，还可适用于高温超高压的工况，适用范围广泛。具体地，本发明可适用于压强在101KPa-140MPa范围内、温度在25℃～150℃范围内的所有工况。

在其中一个实施例中，所述齿轮组还包括第三齿轮12和第四齿轮13，所述第三齿轮12与第一齿轮10同轴连接，所述第三齿轮12和第四齿轮13啮合，所述第二齿轮11和第四齿轮13同轴连接，如图2所示。其中，所述第一齿轮10与第三齿轮12为一体成型结构或第一齿轮10与第三齿轮12之间键连接，所述第二齿轮11与第四齿轮13之间键连接；所述第一齿轮10、第四齿轮13、第二齿轮11均通过轴承与动力件推杆7转动连接。

本实施例在实施时，动力件推杆7直线驱动作用于第一齿轮10，第一齿轮10与固定齿条9啮合，在两者的作用下，第一齿轮10转动，同时，第二高温高压舱室5内的高压气体通过稳压管6进入第一高温高压舱室3，与常温常压舱室4之间存在压力差，动力件推杆7在驱动过程中，因其两端压力相同得以实现两端均衡受力以此实现压力自适应平衡的目的，无需额外的装置补偿内部压力，简化高温高压装置的体积。与此同时，与第一齿轮10同轴连接的第三齿轮12同时转动，第三齿轮12和第四齿轮13啮合带动第二齿轮11转动，第二齿轮11与执行件21为齿轮齿条的啮合，遵循齿轮齿条的啮合运动规律，执行件21在第二齿轮11的带动下直线运动，至此实现增程运动的目的。

在其中一个实施例中，所述第一齿轮10与第三齿轮12的分度圆半径比为r1：R1＝1：n，第三齿轮12与第四齿轮13的分度圆半径比为R1：r2＝n:1，所述动力件推杆7与执行件21之间的增程比为1：(n^2+1)，其中，n>1。具体地：动力件推杆7做直线推动，其中固定齿条9固定，固定齿条9相对动力件推杆7不动，故其之间存在一倍的相对运动趋势，第一齿轮10在动力件推杆7的作用下，在固定齿条9的啮合作用下实现转动，而其中第一齿轮10与第三齿轮12同轴心故其角速度w1：W1＝1:1，第一齿轮10与第三齿轮12分度圆半径比r1：R1＝1：n，依据线速度V＝WR(W为角速度，单位rad/s；R为半径，单位mm)可得，线速度存在v1:V1＝1：n的比值。第三齿轮12与第四齿轮13线速度相同即V1:v2＝1：1，第三齿轮12与第四齿轮13分度圆半径比R1：r2＝n:1，依据公式V＝WR可得角速度之比W1:w2＝1：n。而第四齿轮13与第二齿轮11同轴心，故其角速度w2：W2＝1：1，则第二齿轮11与第三齿轮12的角速度之比W2:W1＝n：1则其线速度存在V2:V1＝n：1，可得第一齿轮10与第二齿轮11之间线速度之比v1：V2＝1：n^2，又因固定齿条9与动力件推杆7之间存在一倍相对运动，且动力件推杆7与第一齿轮10之间速度相同，执行件21与第二齿轮11之间也速度相同，故可得动力件推杆7与执行件21存在1：(n^2+1)的增程比，以此实现(n^2+1)倍的增程运动。本实施例利用齿轮齿条的啮合规律，实现增程推程运动，与油缸直接驱动的输送结构相比，在输送布局相同的情况下，齿轮齿条的结构可成倍缩小输送的行程，减小了安装空间，降低了输送时间，提高了传送效率。当然，需要说明的是，本实施例可根据实际工况的不同增程需求对增程部分的齿轮齿条的数量、大小和固定齿条9的齿数进行相应调整以实现不同的情况下的增程需求。

在其中一个实施例中，所述固定齿条9末端向上凸起设有用于释放增程的台阶面14，所述第一齿轮10近动力件推杆7的端面设有可沿台阶面14滑动的圆台15。实施时，动力件推杆7在将齿轮组推动至所需增程距离后，圆台15滑动至台阶面14，第一齿轮10与固定齿条9之间的啮合关系解除，至此，增程运动停止、实现增程释放运动；有效防止增程附加的作用力翻倍导致齿轮齿条失效及动力件推杆7动力需求过大的问题出现。

在其中一个实施例中，所述第二高温高压舱室5内两端均安装有固定基座16，所述固定齿条9的两端安装于固定基座16，所述固定基座16顶部设有用以支撑执行件21的安装槽17。其中，固定基座16将固定齿条9固定在第二高温高压舱室5内，且顶部为执行件21提供支撑，同时又不影响执行件21的直线运动，安装槽17可为执行件21的直线运动起到引导作用以增强执行件21的运动稳定性。

在其中一个实施例中，所述第一舱体段1与第二舱体段2之间连接有法兰18。法兰18的设置是为了便于第一舱体段1和第二舱体段2之间的连接，并不作为本发明的限制性规定。

在其中一个实施例中，所述动力件推杆7与第一舱体段1和第二舱体段2的穿接处设有若干密封件19。设置密封件19可有效防止漏气及压力泄露，自此实现此装置的压力自适应补偿功能。

在其中一个实施例中，还包括第三舱体段20，第一舱体段1、第三舱体段20连接于第二舱体段2的两端，所述第三舱体段20设有可容执行件21穿过的空腔。

在其中一个实施例中，所述第一舱体段1还设有常温常压舱室4，所述常温常压舱室4位于第一高温高压舱室3和第二高温高压舱室5之间；所述动力件推杆7包括顺序连接的第一等径杆71、第二等径杆72和第三等径杆73，所述第一等径杆71的直径小于第二等径杆72的直径且第一等径杆71与第二等径杆72的连接处形成有位于第一高温高压舱室内的第一阶梯截面74，所述第三等径杆73的直径小于第二等径杆72的直径且第三等径杆73与第二等径杆72的连接处形成有位于常温常压舱室内的第二阶梯截面75，所述第一阶梯截面面积S1与第三等径杆73的面积S2相等。由于稳压管6的连通，第一高温高压舱室3内压强P1、第二高温高压舱室5的压强P2相等，动力件推杆7在第一高温高压舱室内第一阶梯截面74所受压力为F1＝P1*S1，动力件推杆7在第二高温高压舱室内所受压力为F2＝P2*S2，F1＝F2，即实现压力适应补偿的目的，即可实现动力推杆件7的轴向力适应补偿。需要说明的是，当动力件推杆7的结构按上述结构设置时，第二阶梯截面75必须设置在常温常压舱室4内以避免第二阶梯截面75处产生多余压力影响轴向力的平衡和压力补偿。另外，本实施例中，第一舱体段1和第二舱体段2之间的密封件的截面积与S1和S2相等。

在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。