ШТАНГОВРАЩАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F04B47/02 E21B19/87 

Изобретение относится к механизмам насосных установок для подъема жидкостей с больших глубин, например из скважин, с приводным устройством, расположенным на поверхности земли, точнее - к штанговращателям, и предназначено для использования со станками-качалками.

Известен штанговращатель (а. с. СССР 1767224, МКИ⁵ F 04 B 47/00), содержащий ведомую шестерню, жестко связанную с колонной насосно-компрессорных труб, ведущую шестерню, установленную на колонне штанг с возможностью вращательного и поступательного движения относительно ее продольной оси, а также полумуфты сцепления, одна из которых закреплена на торцевой поверхности ведущей шестерни, а другая - неподвижно на верхней головке насосной штанги. Штанговращатель располагается ниже устьевого уплотнения колонны штанг.

Недостатком такого штанговращателя является сложность его монтажа и обслуживания при эксплуатации.

Известен штанговращатель, содержащий корпус с крышкой, имеющей узел соединения с колонной штанг, рукоятку с узлом соединения с балансиром станка-качалки и механизм преобразования качательного движения рукоятки в однонаправленное прерывистое вращательное движение крышки. Механизм преобразования качательного движения рукоятки в однонаправленное прерывистое вращательное движение крышки выполнен в виде кулачкового вала и храпового механизма, колесо которого соединено с крышкой штанговращателя. Штанговращатель подвешивается на балансире и располагается выше устья скважины (рекламный проспект штанговращателя Пат Уэлл PW 252, изготовитель "Позитив Акшн Тул Вестерн Лтд. ", г. Калгари и г. Эдмонтон, штат Альберта, Канада).

Такое расположение штанговращателя обеспечивает доступ к нему и упрощает его монтаж и обслуживание при эксплуатации скважины.

Однако при эксплуатации происходит значительный износ основных узлов и деталей такого штанговращателя. Это объясняется тем, что основные детали механизма преобразования качательного движения рукоятки в однонаправленное прерывистое вращательное движение крышки, а именно храповое колесо и взаимодействующая с ним собачка, имеют при заданных габаритах штанговращателя ограниченные размеры, а следовательно, и ограниченную площадь контакта, что и приводит к их быстрому износу.

Кроме того, эффективность и надежность работы такого штанговращателя невелики, так как при его работе необходимо сначала выбрать зазор между собачкой и соответствующим зубом храпового колеса и только потом происходит поворот храпового колеса и связанных с ним крышки и колонны штанг.

Наиболее близким к заявляемому и принятым нами в качестве прототипа является штанговращатель ШВ-08-01 ОАО "Буланашский машзавод", содержащий корпус с крышкой, имеющей узел соединения с колонной штанг, рукоятку с узлом соединения с балансиром станка-качалки и механизм преобразования качательного движения рукоятки в однонаправленное прерывистое вращательное движение крышки, содержащий червячную передачу, колесо которой соединено с крышкой.

Наличие червячной передачи, преобразующей поворот оси рукоятки в поворот крышки, ось которой перпендикулярна оси рукоятки, несколько повышает долговечность и надежность работы штанговращателя за счет увеличения площади контакта деталей червячной передачи (по сравнению с площадью контакта деталей храпового механизма) и уменьшения их износа.

Однако долговечность, надежность и эффективность работы такого штанговращателя из-за наличия храпового механизма также низки по причинам, описанным выше.

Задачей настоящего изобретения является повышение долговечности и надежности штанговращателя за счет уменьшения износа его основных деталей при эксплуатации, а также повышение его эффективности за счет увеличения угла поворота штанг при каждом качании рукоятки.

Поставленная задача решается за счет усовершенствования штанговращателя, содержащего корпус с крышкой, имеющей узел соединения с колонной штанг, рукоятку с узлом соединения с балансиром станка-качалки и механизм преобразования качательного движения рукоятки в однонаправленное прерывистое вращательное движение крышки, содержащий червячную передачу, колесо которой соединено с крышкой.

Это усовершенствование заключается в том, что механизм преобразования качательного движения рукоятки в однонаправленное прерывистое вращательное движение крышки содержит обгонную муфту, ведущее звено которой расположено на оси качания рукоятки, а ведомое соединено с червяком.

Кроме того, червяк может быть снабжен фрикционным тормозом.

Кроме того, фрикционный тормоз может быть выполнен в виде обгонной муфты, одно звено которой установлено на червяке, а второе - на корпусе.

Снабжение механизма преобразования качательного движения рукоятки в однонаправленное прерывистое вращательное движение крышки обгонной муфтой и соответствующее расположение и соединение ее звеньев позволяет осуществить передачу движения от рукоятки к червяку, а следовательно, к крышке и колонне штанг на всем угле качания рукоятки при увеличении площади контакта и уменьшении износа деталей штанговращателя.

Снабжение червяка фрикционным тормозом позволяет исключить поворот червяка, а следовательно, крышки и колонны штанг в обратную сторону, когда муфта не передает движение червяку.

Выполнение фрикционного тормоза в виде обгонной муфты, одно звено которой установлено на червяке, а второе - на корпусе, позволяет обеспечить надежное удержание червяка от поворота в обратную сторону в момент, когда муфта не передает движение червяку при любом количестве заходов червяка, не препятствуя при этом его рабочему ходу, а также унифицировать узлы штанговращателя.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен предлагаемый штанговращатель, общий вид с обгонной муфтой трения с цилиндрическими роликами; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант выполнения фрикционного тормоза в виде обгонной муфты трения с цилиндрическими роликами.

Штанговращатель содержит корпус 1 с крышкой 2, имеющей узел 3 соединения с колонной штанг (не показана), рукоятку 4 с узлом 5 соединения с балансиром станка-качалки (не доказан) и механизм преобразования качательного движения рукоятки 4 в однонаправленное прерывистое вращательное движение крышки 2. Этот механизм выполнен в виде обгонной муфты 6 и червячной передачи 7, при этом ведущее звено 8 муфты 6 расположено на оси 9 качания рукоятки 4, ведомое 10 соединено с червяком 11 передачи 7, червячное колесо 12 которой соединено с крышкой 2. В приведенном варианте червяк 11 снабжен фрикционным тормозом, колодка 12 которого подпружинена относительно червяка пружиной 13, обеспечивающей ее контакт с накладкой 14. В варианте, изображенном на фиг. 3, фрикционный тормоз выполнен в виде обгонной муфты, ведущее звено 15 которой установлено на червяке 11, а ведомое 16 - на корпусе. Между звеньями 15 и 16 расположены ролики 17.

Штанговращатель устанавливают на траверсе станка-качалки (не показан) выше устья скважины и соединяют его крышку 2 с колонной штанг, а рукоятку 4 - с балансиром станка-качалки.

Штанговращатель работает следующим образом.

При движении балансира станка-качалки вверх происходит поворот вверх рукоятки 4, расположенного на ее оси 9 ведущего звена 8 обгонной муфты 6 и ее ведомого звена 10, которое передает крутящий момент червяку 11. Последний, преодолевая усилие трения между колодкой 12 и накладкой 14 тормоза (между звеном 15, роликом 17 и ведомым звеном 16 в варианте на фиг. 3), поворачивается вместе с находящимся с ним в зацеплении колесом 12 и поворачивает крышку 2, связанную с колонной штанг.

При движении балансира станка-качалки вниз рукоятка 4 возвращается в исходное положение, ведущее звено 8 совершает холостой ход, а червяк 11 удерживается от поворота в обратную сторону за счет трения между колодкой 12 и накладкой 14 (между звеном 15, роликом 17 и ведомым звеном 16 в варианте на фиг. 3).

Таким образом, при работе предлагаемого штанговращателя осуществляется надежная передача движения от рукоятки 4 к червяку 11, а следовательно к крышке 2 и колонне штанг на всем угле качания рукоятки при увеличении площади контакта и уменьшении износа деталей штанговращателя.

Устройство предназначено для использования в насосных установках для подъема жидкостей с больших глубин, например из скважин, с приводным устройством, расположенным на поверхности земли, станками-качалками. Штанговращатель содержит корпус 1 с крышкой 2, имеющей узел 3 соединения с колонной штанг, рукоятку 4 с узлом 5 соединения с балансиром станка-качалки и механизм преобразования качательного движения рукоятки 4 в однонаправленное прерывистое вращательное движение крышки 2. Этот механизм выполнен в виде обгонной муфты 6 и червячной передачи 7, при этом ведущее звено 8 муфты 6 расположено на оси 9 качания рукоятки 4, ведомое 10 соединено с червяком 11 передачи 7, червячное колесо 12 которой соединено с крышкой 2. Червяк 11 снабжен фрикционным тормозом, колодка 12 которого подпружинена относительно червяка пружиной 13, обеспечивающей ее контакт с накладкой 14. Изобретение позволяет повысить долговечность и надежность штанговращателя за счет уменьшения износа его основных деталей при эксплуатации, а также повысить его эффективность за счет увеличения угла поворота штанг при каждом качании рукоятки. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Штанговращатель, содержащий корпус с крышкой, имеющей узел соединения с колонной штанг, рукоятку с узлом соединения с балансиром станка-качалки и механизм преобразования качательного движения рукоятки в однонаправленное прерывистое вращательное движение крышки, содержащий червячную передачу, колесо которой соединено с крышкой, отличающийся тем, что механизм преобразования качательного движения рукоятки в однонаправленное прерывистое вращательное движение крышки содержит обгонную муфту, ведущее звено которой расположено на оси качания рукоятки, а ведомое соединено с червяком. 2. Штанговращатель по п. 1, отличающийся тем, что червяк снабжен фрикционным тормозом. 3. Штанговращатель по п. 2, отличающийся тем, что фрикционный тормоз выполнен в виде обгонной муфты, одно звено которой установлено на червяке, а второе - на корпусе.