ПРИВОД ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА Российский патент 1999 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к глубинным насосам нефтяной промышленности.

Известны приводы штанговых насосов, состоящие из гидроцилиндра, силового насоса с маховиком, с электродвигателем и маховиком (а.с. 661144, F 04 В 47/04). Их нестабильность работы, большая высота затрудняют эксплуатацию, отчего они имеют ограниченное применение.

Известен привод штангового глубинного насоса, содержащий основание со стойками, механизм возвратно-поступательного движения штанг с гибким элементом, соединенным с подвеской устьевого штока, противовес, двигатель, механизм уменьшения числа возвратно-поступательного движения штанг относительно числа оборотов двигателя, который выполнен в виде механического редуктора (см. проспект УралТрансмаша. Приводы штанговых глубинных насосов, Изд. Уральский рабочий, 1995 г.).

В связи с необходимостью редукции числа оборотов электродвигателя в 150-300 раз и обеспечения надежности тяжелонагруженного троса этот привод привода штанг грузоподъемностью в 10-12 тонн превращается в громоздкое сооружение массой в 10-13 тонн.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является уменьшение массы и габаритов, стоимости, облегчение эксплуатации и обеспечение надежности.

Эта задача решается тем, что механизм уменьшения числа возвратно-поступательного движения штанг выполнен в виде барабана с размещенным на его поверхности пакетом лент, поворотного гидродвигателя, размещенного внутри барабана, гидромеханизма программно-управляемого рабочего объема.

Ленты пакета расположены одна на другой по толщине гибкого элемента и прикреплены с одной стороны к цилиндрической поверхности барабана, а с другой - к оси подвески устьевого штока, профилированной посередине.

Подвеска устьевого штока содержит профильные накладки, контактирующие с лентами.

Гидромеханизм программно-управляемого рабочего объема выполнен в виде насоса, рабочий объем которого задан по синусоидальному закону.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема привода; на фиг. 2 - вид на подвес штанг сбоку; на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 2; на фиг. 4 - поперечный разрез поворотного гидродвигателя; на фиг. 5 - разрез В-В фиг. 4.

Привод выполнен в виде механизма возвратно-поступательного движения с поворотным гидродвигателем и гидромеханизмом программно-управляемого рабочего объема.

Стойка 1 привода установлена на основании 2, выполненного в виде тумбового фундамента иди крепления на устьевой трубе (не показан).

Барабан 3 механизма установлен на оси 4, закрепленной на стойках 1. На цилиндрической поверхности барабана 3 расположен пакет лент 5, расположенных одна на другой по толщине гибкого элемента, один конец пакета закреплен креплением 6 на цилиндрической поверхности барабана, а второй присоединен к прицепному устройству 7 с подвешенным грузом 8 подвешенных штанг глубинного насоса.

Для возвратно-поступательного движения груза имеется электродвигатель 9, маховик 10, гидромеханизм программно-управляемого рабочего объема 11, служащий и насосом и гидродвигателем, гидрораспределитель 12 и подпиточный насос 13. При реверсивном насосе золотник 12 отсутствует. Прицепное устройство 7 состоит из подвески устьевого штока 14, оси 15 с профилированной серединой 16 и профильных накладок 17.

Повторный гидродвигатель установлен внутри барабана 3. Его статор состоит из оси 4, закрепленной на стойках 1, хомутообразной лопасти 18, составленной из двух частей, с роликом 19, установленной на оси 4, с отверстием 20 под роликом 19 и закрепленной на оси при помощи косой шпонки 21. На оси 4 имеются зубья 22, сцепленные с ротором, выполненным из барабана 2, полой шестерни 23 с осью 24, установленной в отверстиях крышек 25, прикрепленных к барабану 3 болтами 26. Полости гидродвигателя сообщены с магистралью отверстиями 27 и 28.

Привод штангового насоса работает следующим образом:
Привод осуществляет возвратно-поступательное движение плунжера глубинного насоса.

При подъеме штанг гидрораспределитель 12 устанавливается в положение, показанное на фиг. 1. Если гидромеханизм реверсивный, то гидрораспределитель отсутствует.

Гидромеханизм программно-управляемого рабочего объема 11 при подъеме груза служит в качестве насоса, производительность которого зависит от установленного рабочего объема, задаваемого по программе подачи, например, по синусоиде.

Жидкость подается в полость гидромотора через отверстие 27 и выходит в отверстие 28.

Давление жидкости, оказываемое на полую шестерню 23, ось которой отнесена от центра гидродвигателя, создает соответствующий крутящий момент, воздействующий на натяжение пакета лент 5 и подъем груза 8.

При этом в пакете лент все ленты действуют совместно на растяжение и в отдельности на изгиб.

В конце хода подъема от конечного выключателя (не показан) происходит переключение гидрораспределителя 12 на реверс. В этом случае опускание груза и соответствующий поворот ротора поворотного гидромотора вызовет вытеснение жидкости обратно в гидромеханизм 11, действующий в роли гидродвигателя разгона маховика 10.

Произойдет разгон маховика 10, кинематическая энергия которого в последующем используется для подъема груза.

В процессе наматывания на барабан 3 пакета лент 5 на угол α₁ от приращения диаметра наматывания, определяемого толщиной лент, произойдет покачивание оси 15 на угол α₂, а от ее среднего положения на углы α₂/2. При наличии профилирования середины оси по радиусу R, равному радиусу барабана 3, и наличии профильных накладок 17 соотношение напряжений растяжения и изгиба лент будет таким же, как и в положении их на барабане.

Необходимый объемный к.п.д. гидромотора, поворотного на угол α₁ за 3-4 сек. обеспечивается тем, что давление жидкости, оказываемое на ролик 19 и зубья шестерни 23, обеспечивает беззазорный контакт ролика по внутренней поверхности барабана 3 и зубчатого зацепления 22, 23.

Торцевые зазоры между лопастью 18, составленной из двух частей, и боковыми крышками компенсируются раздвижением этих частей от давления жидкости.

В конструкции привода приняты меры обеспечения его длительной эксплуатации при хорошем к.п.д., малой массе и габаритах.

Привод предназначен для использования в нефтяной промышленности для извлечения нефти из скважины. Привод штангового глубинного насоса состоит из барабана с расположенными на его поверхности лентами, соединенными с подвеской устьевого штока прицепным устройством, и из гидропривода поворотного гидромотора, размещенного внутри барабана. Гидропривод состоит из электродвигателя с маховиком, гидромеханизма, программно-управляемого рабочего объема, служащего и насосом и гидромотором разгона маховика. Рабочий объем гидромеханизма во время подъема и опускания штанг изменяется по синусоидальному закону. Поворотный гидродвигатель содержит неподвижную ось с зубьями и хомутообразной лопастью с роликом внутри, пустотелую шестерню, ось вращения которой установлена на крышках поворотного гидродвигателя. В конструкции привода предусмотрены условия его длительной эксплуатации при высоком КПД, малой массе и габаритах. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Привод штангового глубинного насоса, содержащий основание со стойками, механизм возвратно-поступательного движения штанг с гибким элементом, соединенным с подвеской устьевого штока, противовес, двигатель, механизм уменьшения числа возвратно-поступательного движения штанг относительно числа оборотов двигателя, отличающийся тем, что механизм уменьшения числа возвратно-поступательного движения штанг выполнен в виде барабана с размещенным на его поверхности пакетом лент, поворотного гидродвигателя, размещенного внутри барабана, гидромеханизма программно-управляемого рабочего объема. 2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что ленты пакета расположены одна на другой по толщине гибкого элемента и прикреплены с одной стороны к цилиндрической поверхности барабана, а с другой - к оси подвески устьевого штока, профилированной посередине. 3. Привод по п. 2, отличающийся тем, что подвеска устьевого штока содержит профильные накладки. 4. Привод по п. 1, отличающийся тем, что гидромеханизм программно-управляемого рабочего объема выполнен в виде насоса, рабочий объем которого задан по синусоидальному закону. 5. Привод по п. 4, отличающийся тем, что поворотный гидродвигатель содержит крышки, неподвижную ось с зубьями в средней части, закрепленную на стойках, хомутообразную лопасть, закрепленную на оси, и пустотелую шестерню, сцепленную с зубьями оси с возможностью вращения на последней, закрепленной в крышках поворотного гидродвигателя.