一种排水机器人制动系统

技术领域

本发明涉及一种排水机器人制动系统。

背景技术

柱塞气举作为排水采气技术的一种已被广泛使用，该方法可以减少井底积液，延长气井生产时间；而且，可以用于易结蜡、结垢的油气井，省去清洗蜡、垢的工序。

目前运行的柱塞基本都忽视速度控制，排水过程中，由于井深的不断增加，当柱塞下行时处于近似自由落体运动，当柱塞接触到液面或到达井底时，必然会对自身和井底缓冲器产生过大冲击，从而毁坏柱塞或缓冲器，造成严重的井下事故。当柱塞在上行时，井底的高压气体对柱塞形成持续的举升力，柱塞上部液体被不断排出的过程中，柱塞会一直加速上行，当到达井口位置时，也会由于速度过大对井口防喷装置造成冲撞，损毁柱塞或井口防喷装置，存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种排水机器人制动系统，以解决现有技术中柱塞在上行和下行时会产生较大冲击的技术问题。

为实现上述目的，本发明排水机器人制动系统的技术方案是：

排水机器人制动系统，包括筒体，筒体内设有驱动装置和传动轮，驱动装置包括驱动电机和传动轴，驱动电机与传动轴传动连接，以驱动传动轴沿筒体周向运动；传动轮固定在传动轴上，以随传动轴沿筒体周向运动，传动轮的端部设有变径槽，变径槽在传动轮周向上具有至少两个传动槽壁段，传动槽壁段在传动轮周向上逐渐靠近或远离传动轮的中心线；筒体的外部设有制动块，制动块沿筒体的周向布置有至少两个，制动块的外侧面上设有制动凸部，制动凸部在筒体轴向上的两侧面均为斜面；制动块上设有传动钩，传动钩具有钩头，该钩头处于变径槽内且钩挂在相应传动槽壁段上；筒体与相应制动块之间设有复位弹性件，复位弹性件用于向制动块施加使其远离筒体的弹性作用力。

有益效果是：本发明的排水机器人制动系统，能够根据当前运行状态和井况，通过传动轴和复位弹性件配合，来实时调整制动块的径向移动，控制了排水机器人的运行速度，有效避免排水机器人到达极限位置时，造成过大的冲击力，防止排水机器人受到损坏，提高了排水机器人的使用寿命，同时保护了井底和井口装置，极大的降低了因高速撞击产生的安全生产事故。

作为进一步的改进，所述传动槽壁段包括第一槽壁单元和第二槽壁单元，第一槽壁单元靠近或远离传动轮中心线的变化率小于第二槽壁单元靠近或远离传动轮中心线的变化率。

有益效果是：这样设计，能够快速调节制动块沿筒体径向的移动，进而实现制动系统快速开启和关闭。

作为进一步的改进，所述传动槽壁段设置有两个，两个传动槽壁段为中心对称结构。

有益效果是：这样设计，有利于制动时受力的稳定性和均匀性。

作为进一步的改进，所述变径槽的开口朝向驱动电机，传动轮由传动轴远离驱动电机的一端套装在传动轴上，且传动轮与传动轴止转装配在一起。

有益效果是：这样设计，便于将变径轮安装在传动轴上。

作为进一步的改进，所述传动钩为U型结构。

有益效果是：这样设计，有利于保证制动块受力的均匀性。

作为进一步的改进，所述复位弹性件为压簧。

有益效果是：这样设计，便于将复位弹性件安装在筒体与相应制动块之间。

作为进一步的改进，所述筒体和/或相应制动块上设有压簧定位槽，压簧的端部安装在压簧定位槽内。

有益效果是：这样设计，能够保证压簧伸缩过程中的稳定性。

作为进一步的改进，所述斜面为直斜面。

有益效果是：这样设计，便于斜面的加工。

作为进一步的改进，所述钩头为圆柱体结构。

作为进一步的改进，所述筒体和相应制动块之间设有至少两个复位弹性件。

有益效果是：这样设计，能够保证制动块被向外弹开。

附图说明

图1为本发明排水机器人制动系统关闭时的结构示意图；

图2为本发明排水机器人制动系统开启时制动块处于接箍处的结构示意图；

图3为本发明排水机器人制动系统开启时制动块处于接箍上方的结构示意图；

图4为图1中上筒体的结构示意图；

图5为图1中制动块与传动钩的结构示意图；

图6为图1中传动轮的结构示意图；

图7为图6的仰视图；

图8为图1中A-A向剖视图；

图中：101、驱动仓；102、驱动电机；103、下筒体；104、联轴器；105、油管；106、上筒体；107、传动轴；108、下限位套；109、压簧；110、接箍缝隙；111、传动钩；112、制动块；113、传动轮；114、上限位套；115、挡圈；116、避让孔；117、第一压簧定位槽；118、限位槽；119、钩头；120、制动凸部；121、第二压簧定位槽；122、限位凸起；123、小径段；124、大径段；125、第一槽壁单元；126、第二槽壁单元；127、止转孔；128、传动槽壁段。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”是基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明排水机器人制动系统的实施例1：

如图1所示，排水机器人制动系统包括筒体，筒体在油管105内沿上下方向布置，筒体包括上筒体106和下筒体103，上筒体106和下筒体103螺纹连接在一起。

本实施例中，下筒体103的内腔构成驱动仓101，驱动仓101内设有驱动电机102和联轴器104，驱动电机102通过联轴器104与传动轴107传动连接，以驱动传动轴107沿筒体周向运动。

本实施例中，上筒体106的内腔内设有传动轮113，传动轮113固定在传动轴107上，以随传动轴107沿筒体轴向运动。具体的，如图1和图7所示，传动轮113具有止转孔127，止转孔127沿传动轮113的轴向延伸，传动轮113套装在传动轴107上，且传动轮113与传动轴107止转装配在一起，并通过挡圈115限制传动轮113在传动轴107轴向运动。

如图1和图4所示，上筒体106上设有下限位套108和上限位套114，两个限位套之间围成安装槽，安装槽内安装有制动块112，制动块112设置在上筒体106的外部，且制动块112沿上筒体106的周向布置有两个。

本实施例中，安装槽的槽底设有避让孔116、第一压簧定位槽117以及限位槽118；每个制动块112对应一个避让孔116，避让孔116处于安装槽在上筒体106轴向上的中间位置；每个制动块112对应两个第一压簧定位槽117，两个第一压簧定位槽117在上筒体106轴向上处于避让孔116的两侧；每个制动块112对应两个限位槽118，两个限位槽118在上筒体106轴向上处于避让孔116的两侧。其中，第一压簧定位槽117处于避让孔116和相应限位槽118之间。

如图1和图5所示，制动块112在上筒体106轴向上的两端分别设有限位凸起122，限位凸起122插入限位槽118内后，通过下限位套108和上限位套114配合，以使制动块112浮动装配在上筒体106上。

本实施例中，制动块112的内侧面上设有第二压簧定位槽121，第二压簧定位槽121设置有两个，且第二压簧定位槽121与第一压簧定位槽117一一对应布置；制动块112和上筒体106之间设有压簧109，压簧109用于向制动块112施加使其远离上筒体106的弹性作用力；压簧109的一端安装在第一压簧定位槽117内，压簧109的另一端安装在第二压簧定位槽121内，以保证压簧109伸缩过程中的稳定性。其中，压簧109构成复位弹性件。

本实施例中，制动块112的外侧面上设有制动凸部120，制动凸部120在上筒体106轴向上的两侧面均为斜面，以在制动块112碰到障碍物后，便于制动块112收回，避免排水采气柱塞在井内运行时卡滞。其中，斜面为直斜面，以便于加工。在其他实施例中，斜面可以为弧形斜面。

本实施例中，制动块112的内侧面上固设有传动钩111，传动钩111处于两个第二压簧定位槽121之间，传动钩111远离制动块112的一端设有钩头119。其中，钩头119为圆柱体结构。

如图1、图6、图7以及图8所示，传动轮113的端部设有变径槽，变径槽的槽口朝向驱动电机102，变径槽在传动轮113周向上具有两个传动槽壁段128，传动槽壁段128在传动轮113周向上（顺时针方向）逐渐靠近传动轮113的中心线。其中，两个传动槽壁段128为中心对称结构。

本实施例中，传动钩11整体呈U型结构，钩头119由变径槽的槽口进入变径槽内并钩挂在传动槽壁段128上。

本实施例中，传动槽壁段128包括第一槽壁单元125和第二槽壁单元126，第一槽壁单元125靠近传动轮113中心线的变化率小于第二槽壁单元126靠近传动轮113的中心线的变化率。其中，传动轴107穿过传动轮113，传动轴107的上端用于启闭流道阀。

本实施例中，传动轮113包括小径段123和大径段124，传动槽设置在大径段124上，小径段123的长度较长，使得传动轴107与传动轮113的接触面积较大，保证动力传递的稳定性；而且，传动轮113整体较长，有利于将传动轮113安装到上筒体106内。

如图7所示，大径段124不是完整的圆柱形，这样，在大径段124与上筒体106之间的部分区域会形成较大的间隙，使得进入上筒体106内的砂或者脏污能够从该间隙落下，避免变径轮113转动时卡住。

在上、下行工作中，当传感器检测到当前运行速度超过设定值时，通过信号控制驱动电机102正转，联轴器104带动传动轮113正向转动，在压簧109的作用下，传动钩111沿筒体径向向外移动，且钩头119对应第二槽壁单元126距离传动轴107的中心线最远的位置，此时，如图2和图3所示，制动块112可以弹开到最大，使制动凸部120与油管105产生摩擦以及制动凸部120与接箍缝隙110产生钩挂，以实现制动，从而降低机器人的运行速度，其中，制动凸部120与接箍缝隙110的钩挂为主要制动力；当传感器检测到当前运行速度低于设定值时，通过信号控制驱动电机102反转，联轴器104带动传动轮113反向转动，第二槽壁单元126、第一槽壁单元125与钩头119依次顶推配合，以克服压簧109的弹性作用力，进而带动传动钩111沿筒体径向向内移动，此时，钩头119钩挂在第一槽壁单元125的设定位置，使制动块112收缩到最小，以避免与油管105产生摩擦，在井底压力作用下使运行速度增加。

如图2所示，对于低产气井，当传感器检测到举升压力不足时，通过信号控制驱动电机102正转，制动块112弹开到最大，使制动块112的制动凸部120卡在接箍缝隙110中，实现能量储备；当传感器检测到举升压力达到设定值时，通过信号控制驱动电机102反转，使制动块112收缩到最小，实现排水采气柱塞的继续上行，避免落到井底。

本发明的排水机器人制动系统，能够根据当前运行状态和井况来实时调整制动块的径向移动，控制了排水机器人的运行速度，有效避免排水机器人到达极限位置时，造成过大的冲击力，防止排水机器人受到损坏，提高了排水机器人的使用寿命，同时保护了井底和井口装置，极大的降低了因高速撞击产生的安全生产事故。

本发明排水机器人制动系统的实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，传动槽壁段128包括第一槽壁单元125和第二槽壁单元126，第一槽壁单元125靠近传动轮113中心线的变化率小于第二槽壁单元126靠近传动轮113的中心线的变化率。本实施例中，传动槽壁段仅包括一个槽壁单元，该槽壁单元在顺时针方向上逐渐靠近传动轮的中心线。

本发明排水机器人制动系统的实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，传动槽壁段128设置有两个，两个传动槽壁段128为中心对称结构。本实施例中，传动槽壁段设置有三个。

本发明排水机器人制动系统的实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，变径槽的开口朝向驱动电机102，钩头119朝上延伸。本实施例中，变径槽的开口背向驱动电机，钩头朝下延伸。

本发明排水机器人制动系统的实施例5：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，上筒体106上设有第一压簧定位槽117，制动块112上设有第二压簧定位槽121，压簧109的两端分别安装在两个压簧定位槽内。本实施例中，上筒体上设有第一压簧定位凸起，制动块上设有第二压簧定位凸起，压簧的两端分别套设在两个压簧定位凸起外。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。