СТАНОК-КАЧАЛКА Российский патент 1997 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности, к приводам скважинных штанговых насосов, и может быть использовано при эксплуатации нефтяных скважин.

Известен станок-качалка "Продюссер П" фирмы "American Int" (см. каталог станков-качалок фирмы "American Int", 1992-93, с. 12).

Этот станок-качалка содержит электропривод с редуктором, кривошипно-шатунный механизм, узел соединения шатуна с кривошипом, имеющим полость и отверстия, геометрическая ось которых образует угол с осью кривошипа, а также балансир с головкой. Узел соединения кривошипа с шатуном выполнен в виде пальца, установленного в шатуне на подшипниковой опоре, и крепежных элементов для фиксирования его в одном из отверстий кривошипа.

Размещение отверстий под углом к оси кривошипа значительно улучшает геометрию станка-качалки, позволяя использовать больший угол поворота кривошипа (≈186^o) для полезной работы станка, обеспечивая движение головки балансира вверх.

Однако, выполнение узла соединения шатуна с кривошипом не позволит расширить диапазон числа ходов простым увеличением числа отверстий при уменьшении шага между ними, т.к. это приведет к ослаблению этого сечения кривошипа. Напряженное состояние пальца шатуна, работающего на изгиб, диктует выполнение отверстий на кривошипе с шагом, большим диаметра пальца.

Из известных станков-качалок наиболее близким по технической сущности является станок-качалка, описанный в патенте США N 4505162, кл. 74-41, опубл. 19.03.85.

Этот станок-качалка содержит установленные на раме электродвигатель с редуктором, балансир с головкой, дезаксиальный кривошипно-шатунный механизм и узел соединения кривошипа с шатуном.

Каждый из кривошипов механизма имеет трапецеидальную полость с продольным сквозным пазом, геометрическая ось которого образует угол с осью кривошипа.

Узел соединения кривошипа с шатуном представляет собой палец в шатуне, выполненный в виде расположенного в полости кривошипа ползуна, имеющего наклонные поверхности, контактирующие с наклонными поверхностями трапецеидальной полости и цилиндрическое отверстие. В узле соединения предусмотрен крепежный элемент в виде цилиндрического пальца, установленного в упомянутом отверстии ползуна и в сквозном пазу. От продольного смещения ползун удерживается силами трения наклонных поверхностей и усилием затяжки цилиндрического пальца.

Такое выполнение узла соединения позволит расширить диапазон числа ходов, т. к. обеспечивает возможность перемещения ползуна в полости на любое расстояние, даже сравнительно малое.

Однако выполнение узла соединения не обеспечивает точной соосной установки ползунов в сквозных полостях двух кривошипов, что приводит к перекосам шатунов при смене длины хода подвески.

Кроме того, величина силы, достаточной для удержания ползуна от смещения, ограничена углом наклона, коэффициентом трения наклонных поверхностей, а также усилием затяжки и диаметром болтов, что при нагружении пальца шатуна большими усилиями приведет к перекосам в четырехзвенном кривошипном механизме, ухудшая динамику станка-качалки.

Задачей настоящего изобретения является создание станка-качалки, обеспечивающего надежность работы при широком диапазоне числа ходов.

Поставленная задача достигается тем, что в станке-качалке, содержащем электродвигатель с редуктором, балансир с головкой, дезаксиальный кривошипно-шатунный механизм, каждый из кривошипов которого имеет трапецеидальную полость, геометрическая ось которой расположена под углом к оси кривошипа, и узел соединения кривошипа с шатуном в виде пальца шатуна, представляющего собой ползун, расположенный в полости кривошипа и выполненный с наклонной поверхностью, соприкасаемой с одной из наклонных поверхностей трапецеидальной полости, и крепежного элемента ползуна, согласно изобретению, каждый из кривошипов снабжен расположенными в полости соосно ее геометрической оси отверстиями под крепежный элемент ползуна, выполненный в виде конусного пальца, а соприкасаемые наклонные поверхности ползуна и кривошипа выполнены с уклоном к оси ползуна, направленным в сторону оси шатуна, при этом на противоположных упомянутым поверхностях ползуна и кривошипа выполнены конические полуотверстия под конусный палец, являющиеся продолжением отверстий кривошипа.

Такое конструктивное выполнение станка-качалки обеспечит точную установку ползунов, несущих палец шатуна, в кривошипах и жесткую их фиксацию для разных длин ходов, что позволит повысить надежность работы станка-качалки.

Это достигается за счет выполнения и расположения в полостях кривошипов соосных отверстий, соответствующих величинам ходов, и установки в них конусных пальцев узлов соединения упомянутых ползунов, что позволит исключить перекосы ползунов при настройке стана на определенную длину хода.

Причем, вследствие выполнения ползуна и полости кривошипа согласно формуле изобретения обеспечивается жесткое запирание ползуна после настройки конусным пальцем по типу "ласточкина хвоста".

Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображен станок-качалка, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2.

Станок-качалка содержит установленные на раме 1 электродвигатель 2 с редуктором 3, балансир 4 с головкой 5 и дезаксиальный кривошипно-шатунный механизм.

Каждый из кривошипов 6 упомянутого механизма имеет трапецеидальную полость "а" и выполненные в ней отверстия 7. Причем геометрическая ось I-I полости, на которой расположены отверстия 7, размещена под углом ≈6^o к оси кривошипа. Кривошип 6 соединяется с шатуном 8 механизма с помощью пальца в шатуне, выполненного в виде расположенного в полости кривошипа ползуна 9 с наклонной поверхностью "б", соприкасаемой с одной из наклонных поверхностей "в" полости "а". Уклон этих поверхностей составляет, например, около 9^o к оси ползуна II-II, и направлен в сторону оси шатуна III-III. Фиксация ползуна обеспечивается конусным пальцем 10, расположенным в конических полуотверстиях 11, 12, предусмотренных соответственно в ползуне и кривошипе. Полуотверстия выполнены на поверхностях, противоположных соприкасаемым поверхностях ползуна и кривошипа.

Устройство работает следующим образом.

Для соединения нижней головки каждого из шатунов 8 с кривошипами 6 ползун 9, выполняющий функции пальца шатуна, устанавливается в полости "а" кривошипа до сопряжения наклонных поверхностей "б" и "в" ползуна и полости кривошипа. А конусный палец 10 в зависимости от выбранной длины хода штока вставляется в одно из отверстий 7 кривошипа между коническими поверхностями полуотверстий 11 и 12 до полного сопряжения контактирующих поверхностей и затягивается.

Предложенный станок-качалка по сравнению с известными позволяет повысить надежность работы при широком диапазоне числа ходов за счет обеспечения соосной настройки шатунов и жесткой фиксации узла соединения шатуна с кривошипом.

Использование: в приводах штанговых насосов при эксплуатации нефтяных скважин. Сущность изобретения: станок-качалка содержит электродвигатель 2 с редуктором 3, балансир 4 с головкой 5 и дезаксиальный кривошипно-шатунный механизм, каждый кривошип которого имеет полость "а" с отверстиями 7. Геометрическая ось I-I полости размещена под углом ≈6^o к оси кривошипа. Кривошип 6 соединяется с шатуном 7 с помощью пальца в шатуне, выполненного в виде ползуна 9 с наклонной поверхностью "б", соприкасаемой с одной из наклонных поверхностей "в" полости. Уклон этих поверхностей составляет ≈ 9^o к оси ползуна II-II и направлен в сторону оси III-III шатуна. Фиксация пальца обеспечивается конусным пальцем 10, расположенным в конических полуотверстиях 11 и 12, выполненных на поверхностях, противоположных соприкасаемых ползуна и кривошипа. 3 ил.

Станок-качалка, содержащий электродвигатель с редуктором, балансир с головкой, дезаксиальный кривошипно-шатунный механизм, каждый из кривошипов которого имеет трапецеидальную полость, геометрическая ось которой расположена под углом к оси кривошипа, и узел соединения кривошипа с шатуном в виде пальца шатуна, представляющего собой ползун, расположенный в полости кривошипа и выполненный с наклонной поверхностью, соприкасаемой с одной из наклонных поверхностей трапецеидальной полости, и крепежного элемента ползуна, отличающийся тем, что каждый из кривошипов снабжен расположенными в полости соосно ее геометрической оси отверстиями под крепежный элемент ползуна, выполненный в виде конусного пальца, а соприкасаемые наклонные поверхности ползуна и кривошипа выполнены с углом к оси ползуна, направленным в сторону оси шатуна, при этом на противоположных упомянутых поверхностях ползуна и кривошипа выполнены конические полуотверстия под конусный палец, являющиеся продолжением отверстий кривошипа.