ПРИВОД ШТАНГОВОГО ВИНТОВОГО НАСОСА Российский патент 1998 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти и предназначено для привода штанговых глубиннонасосных установок, преимущественно винтовых насосов.

Известен привод штангового винтового насоса, включающий в себя приводной двигатель, статор которого установлен в вертикальном положении над устьем скважины, а ротор подвешен на корпусе статора на двух конических подшипниках и имеет полый вал, внутри которого расположен сопряженный с ним также полый приводной вал для проходящей через него колонны штанг, приводящих в действие скважинный винтовой насос [1] Крутящий момент от полого вала двигателя и полого приводного вала к колонне штанг передается с помощью клиновой подвески в верхнем консольном участке приводного вала, обеспечивающей сцепление полого приводного вала с верхней штангой колонны.

Благодаря расположенному внутри ротора полому приводному валу, привод имеет простую кинематическую схему, в которой отсутствуют какие-либо механические передачи и которая обеспечивает равномерное распределение радиальной нагрузки на приводную штангу колонны и стабильную центровку колонны штанг.

Недостатком известного привода является невозможность использования для привода стандартных двигателей различной мощности и необходимость изготовления специальных двигателей требуемой мощности с полым валом ротора требуемого диаметра.

Другим недостатком известного привода является отсутствие средств для торможения и предотвращения обгона.

Известен привод для колонны полых штанг, закрепленных аналогично [1] с помощью клиновой подвески на приводном валу, установленном на раме-пьедестале над устьем скважины [2] Привод выполнен в виде трансмиссии от установленного сбоку от колонны двигателя на полый приводной вал через шкивы на выходном валу двигателя и на полом приводном валу.

Известный привод позволяет использовать для вращения колонны полых штанг стандартного двигателя требуемой мощности.

Недостатками известного привода являются: односторонняя радиальная нагрузка на полый приводной вал и штанговую колонну, приводящая к повышенному механическому износу подшипниковых опор, а также к трудностям центровки и поддержания стабильного положения колонны штанг относительно оси вращения полого вала; общие недостатки ременных трансмиссий, связанные с регулированием натяжения, проскальзыванием и т.п. отсутствие средств для регулирования торможения и предотвращения обгона.

Известен привод полого вала, который через коаксиально проходящий через него полированный шток передает вращение на колонну штанг винтового насоса [3] Аналогично приводу [2] привод выполнен в виде трансмиссии от установленного сбоку от полого вала двигателя на полый приводной вал. Привод дополнительно снабжен тормозом обратного хода, установленным между шарнирной опорой в виде конических роликоподшипников и несущей рамой, что исключает один из недостатков временной трансмиссии по [2] но сохраняет другие недостатки.

Известен привод полого вала, передающего вращение на колонну штанг винтового насоса через коаксиально проходящий через него полированный шток. Привод выполнен в виде трансмиссии от двух установленных с боков от пологого вала двигателей на полый приводной вал [4]
Трансмиссия от двух противоположных двигателей уравновешивает радиальную нагрузку на вал.

Недостатками известного привода являются: общие недостатки ременных трансмиссий; отсутствие средств для регулирования торможения и обгона.

Известен наиболее близкий к заявляемому решению по характеризующим его существенным признакам, выбранный в качестве ближайшего аналога привод штангового винтового насоса, включающий в себя установленный на раме над устьем скважины корпус с подвешенным в нем на подшипниковых опорах полым валом для привода штанг с помощью коаксиально проходящий через него полированной штанги [5] Полый вал приводится во вращение с помощью установленного в указанном цилиндрическом корпусе углового редуктора, включающего в себя закрепленную на полом валу центральную коническую шестерню и расположенную на перпендикулярном к нему валу боковую конусную шестерню, находящуюся с ней в зацепление. Привод углового редуктора осуществляется от горизонтально установленного на раме двигателя через ременную передачу на установленный на боковом валу редуктора шкив.

Привод снабжен тормозом обратного вращения, установленным между подшипниковыми опорами полого вала и корпусом редуктора. Передача крутящего момента полому приводному валу через шестерню исключает радиальную нагрузку, создаваемую натяжением трансмиссии.

Недостатком известного привода является: компоновочное решение привода в виде комбинированной трансмиссионно-шестеренчатой передачи, связанное с механическими потерями двухколенчатой передачи и общими недостатками трансмиссии; односторонний боковой шестеренчатый привод полого вала, связанный с неравномерностью радиальной нагрузки и обусловленными этим трудностями центровки и поддержания стабильного положения колонны штанг относительно оси вращения вала; использование тормоза обратного вращения, который обеспечивает освобождение крутящего момента во время остановки штанг, но не предотвращает обгона при превышении величины крутящего момента шестерни.

Задачей изобретения является компоновочное решение штангового винтового насоса, обеспечивающее снижение механических потерь передачи, равномерную радиальную нагрузку на приводной вал и предотвращающего возможность разрушения оборудования как из-за обратного вращения штанг при их остановке, так и из-за обгона при превышении номинальной величины крутящего момента зубчатого колеса.

Поставленная задача решается за счет того, что при использовании признаков известного привода штангового винтового насоса, включающего в себя установленный над устьем скважины на подшипниковых опорах и связанный с выходным валом двигателя полый приводной вал колонны штанги, в соответствии с изобретением, полый приводной вал приводится во вращение от двух или более равномерно разнесенных вокруг него двигателей, полый вал и двигатели подвешены в корпусе, установленном на раме над устьем скважины, и передача вращения от двигателей на полый вал осуществляется с помощью редуктора, включающего в себя закрепленное на полом валу цилиндрическое зубчатое колесо и находящиеся с ним в зацеплении шестерни на выходных валах двигателей; при этом редуктор снабжен обгонной шестерней.

Вращение от полого приводного вала на колонну штанг может передаваться непосредственно через коаксиально установленную в нем и находящуюся с ним в зацеплении верхнюю полую штангу или через коаксиально установленную в нем и находящуюся с ним в зацеплении полированную штангу.

Передача крутящего момента на полый приводной вал от двух и более равномерно разнесенных вокруг него двигателей через цилиндрическое зубчатое колесо и находящиеся с ним в зацеплении шестерни на выходных валах двигателей обеспечивает равномерную радиальную нагрузку на полый вал, надежную центровку и стабильность положения колонны штанг относительно оси вращения полого вала, а также минимальные механические потери передачи.

Установка на редукторе обгонной муфты предотвращает возможность разрушения оборудования как во время обратного вращения штанг при их остановке, так и из-за обгона при превышении номинальной величины крутящего момента шестерни.

Размещение в одном корпусе полого приводного вала, двигателей и редуктора, когда корпус выполняет как функцию несущего элемента, так и функцию защитного кожуха, обеспечивает компактность привода, его повышенные эксплуатационные и эргономические качества.

На фиг. 1 представлен привод штангового винтового насоса в собранном виде в корпусе, общая компоновка; на фиг. 2 привод по фиг.1, вид сбоку по линии подвески двигателей; на фиг.3 корпус привода по фиг.1 с фрагментом продольного разреза редуктора по оси полого вала; на фиг. 4 корпус привода по фиг. 1 в поперечном разрезе по линии крепления обгонной муфты.

Привод штангового винтового насоса включает в себя закрепленную на фланце устья скважины 1 опорную раму 2, на которой установлен на прокладке 3 из амортизирующего материала и закреплен болтами корпус 4 с крышкой 5. Корпус и крышка упрочнены ребрами жесткости 6. В корпусе 4 на болтовом креплении 7 подвешены двигатели 8 и 8', равномерно разнесенные вокруг полого вала 9, также подвешенного в нем на роликовых подшипниках 10 и 10' и упорном подшипнике 11. На полом валу закреплено цилиндрическое зубчатое колесо 12, находящееся в зацеплении с шестернями 13 и 13', закрепленными на выходных валах двигателей 8 и 8'. На зубчатом колесе 12 болтами закреплена обгонная муфта 14 со ступицей 15, подпружиненными пальцами 16 и шариками 17, перемещающимися в кольцевом пазу 18. Полый вал 9 предназначен для привода коаксиально устанавливаемой в нем верхней полой штанги или полированной штанги 19, передающей крутящий момент опущенным в устье скважины насосным штангам. Сцепление полой штанги или полированной штанги 19 с полым валом обеспечивается известным способом с помощью клиновой подвески или зажима (на рисунке не показаны).

При включении двигателей 8 и 8' крутящий момент от них через образующие редуктор шестерни 12, 12' и 11 передается на полый вал 9, приводящий во вращение сцепленную с ним полую или полированную штангу 19, которая в свою очередь передает крутящий момент насосным штангам в скважине, вращающим ротор расположенного в основании скважины винтового насоса для отвода пластовой жидкости.

При превышении номинальной величины крутящего момента зубчатого колеса или при обратном вращении штанги из-за эффекта скручивания при остановке шарики 17 обгонной муфты 14 откатываются в клиновое пространство и заклинивают вращение зубчатого колеса, предотвращая разрушение оборудования, связанное с разрушением сцепления между полым валом и штангой или развинчиванием свинченных штанг.

Заявляемое техническое решение полностью выполняет задачу, стоящую перед изобретением.

Техническое решение с заявляемыми отличительными признаками на настоящее время не известны в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".

Заявляемое техническое решение является оригинальным за счет оптимизации выполнения отдельных функциональных элементов и взаимосвязей между ними, позволяет получить устройство в целом, обеспечивающее повышенную надежность и эффективность, а также улучшенные эксплуатационные и эргономические качества, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

Заявляемый привод штангового винтового насоса и может быть изготовлен промышленным способом, в частности, в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, технологий, материалов и комплектующих, может быть широко использован в промышленных установках по добыче нефти и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

ЛИТЕРАТУРА
1. Патент СССР N 1808102, кл. F 04 B 47/02, 1993.

2. Авт.свид. СССР N 1562526, кл. F 04 В 47/00, 1990.

3. Проспект фирмы "SBS Schoeller- Bleckmann" Австрия. Нефтепромысловое оборудование. Приводная головка SBDD 25/30.

4. Проспекты фирмы "Griffin Pumps, Inc. Canada. Привод штангового насоса B-DTX, B-DUX, B-DVX.

5. Проспект фирмы "Griffin Pumps, Inc" Canada. Привод штангового насоса С-DU5X, G-6000.

Использование: в оборудовании для добычи нефти для привода штанговых глубиннонасосных установок, преимущественно винтовых насосов. Сущность изобретения: включает в себя установленный на раме над устьем скважины корпус, в котором на подшипниковых опорах подвешен полый приводной вал колонны штанг, который приводится во вращение от двух или более равномерно разнесенных вокруг него двигателей, также подвешенных в корпусе и связанных с приводом валом через редуктор, включающий в себя закрепленное на полом приводом валу зубчатое колесо и находящиеся с ним в зацеплении шестерни на выходных валах двигателей. Редуктор снабжен обгонной муфтой. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Привод штангового винтового насоса, включающий установленный над устьем скважины на подшипниковых опорах и связанный с выходным валом двигателя полый приводной вал колонны штанг, отличающийся тем, что полый приводной вал связан с по меньшей мере двумя равномерно разнесенными вокруг него двигателями, при этом полый вал и двигатели подвешены в корпусе, установленном на раме над устьем скважины, а передача вращения от двигателей на полый вал выполнена в виде редуктора, включающего в себя закрепленное на полом валу цилиндрическое зубчатое колесо и находящиеся с ним в зацеплении шестерни на выходных валах двигателей, при этом редуктор снабжен обгонной муфтой. 2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что передача вращения от полого приводного вала на колонну штанг выполнена непосредственно через коаксиально установленную в нем и находящуюся с ним в зацеплении верхнюю полую штангу или через коаксиально установленную в нем и находящуюся с ним в зацеплении полированную штангу.