Станок-качалка Российский патент 2004 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к области машиностроения и является механическим приводом скважинных насосов, предназначенных для добычи жидких ископаемых, главным образом нефти, через буровые скважины.

Известен станок-качалка, используемый для привода штанговых глубинных насосов при добыче нефти из скважин (см. Л.Г. Чичеров и др. "Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования". М., Недра, 1987, стр. 209, рис. 10.4).

Указанный станок-качалка включает стойку, балансир, шарнирно установленный на стойке, траверсу, два шатуна и два кривошипа с противовесами, привод. Траверса шарнирно закреплена на балансире, к ней крепятся оба шатуна, что позволяет преобразовать вращательное движение кривошипов в колебательное движение балансира.

В данной конструкции не предусмотрены конкретные соотношения между основными размерами звеньев станка-качалки. В процессе работы при ходе балансира вверх, когда нагрузка на скважине максимальна, не обеспечивается максимальное плечо усилия в шатунах относительно оси качания балансира. При ходе балансира вниз, когда действует минимальная нагрузка со стороны скважины, не обеспечивается соответственно минимальное плечо.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является одноплечий станок-качалка, рис. 10.5 из указанного выше справочника, принятый за прототип.

Станок-качалка включает стойку, одноплечий балансир, траверсу, шатуны, кривошипы с противовесами и привод.

Недостатком этого станка-качалки является также неполное уравновешивание усилий со стороны шатунов относительно оси вращения кривошипов, что ведет к преждевременному износу узлов кривошипно-шатунного механизма, а также вызывает повышенный расход энергии на преодоление усилий, возникающих со стороны скважины при работе станка-качалки.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание наиболее долговечного и экономичного по потребляемой мощности привода за счет эффективной кинематической схемы, дающей наибольшую сбалансированность станка-качалки.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В станке-качалке, содержащем стойку, одноплечий балансир, траверсу, шатуны, кривошипы с противовесами, привод,

- ось вращения кривошипов и ось качания траверсы расположены на одинаковом расстоянии от оси качания балансира,

- отношение переднего плеча балансира к расстояниям от оси вращения кривошипов до оси качания балансира соответственно по вертикали и горизонтали выполнено в соотношении 10:5:6.

В этом случае максимальное плечо относительно оси качания балансира для усилия в шатунах - при ходе балансира вверх, когда действует максимальная нагрузка на балансир со стороны скважины; минимальное плечо - при ходе балансира вниз, когда действует минимальная нагрузка со стороны скважины. При этом достигается равномерное нагружение шатунов и наиболее полное уравновешивание крутящих моментов на оси вращения кривошипов.

На прилагаемых чертежах показаны:

фиг. 1 - общий вид станка качалки,

фиг. 2 - кинематическая схема станка качалки.

Станок-качалка (фиг. 1) содержит стойку 1, одноплечий балансир 2, шарнирно закрепленный на стойке 1, траверсу 3, шарнирно установленную на балансире 2, шатуны 4, кинематически связывающие траверсу 3 с кривошипами 5, и привод 6, служащий для вращения кривошипов 5.

О - ось вращения кривошипов, О₁ - ось вращения шатунов, О₂ - ось качания траверсы, О₃ - ось качания балансира, С₄ - точка пересечения горизонтальной оси кривошипа с осью стойки, О₅ - точка подвеса устьевого штока на балансире.

А - переднее плечо балансира (фиг. 2), В - расстояние от оси качания балансира до оси вращения кривошипов по горизонтали, С - расстояние от оси качания балансира до оси вращения кривошипов по вертикали,

D - расстояние от оси качания балансира до оси качания траверсы, Е - расстояние от оси качания балансира до оси вращения кривошипов.

Станок-качалка выполнен со следующим соотношением размеров: D=Е,

А:В:С =10:5:6.

Работает станок-качалка следующим образом.

При вращении приводом 6 кривошипов 5 (по часовой стрелке) балансир 2 занимает горизонтальное положение, как показано на фиг. 1, когда нагрузка на балансир 2 со стороны скважины становится максимальной. В этом положении плечо относительно оси качания О₃ балансира 2 для усилия шатунов 4 также максимально.

При повороте кривошипов 5 на угол 180° нагрузка на балансир 2 со стороны скважины близка к минимальной (происходит опускание вниз), плечо относительно оси О₃ для усилия шатунов 4 также минимально.

В обоих рассмотренных положениях кривошипов 5 достигается равномерное нагружение шатунов 4 и наиболее полное уравновешивание крутящих моментов на оси O₁ вращения кривошипов 5, чем обеспечивается повышение долговечности станка-качалки и снижение расхода энергии при его работе.

Пример конкретного выполнения

Были проведены стендовые испытания опытного образца предлагаемого одноплечего станка качалки со следующими размерами основных его звеньев: переднее плечо балансира 5,8 м; расстояние от оси качания балансира до оси качания траверсы 4,53 м; расстояния от оси качания балансира до оси вращения кривошипов: по горизонтали - 2,9 м; по вертикали - 3,48 м. Замечаний в ходе проверки устройства станка-качалки не было. Результаты испытаний положительны и зафиксированы актом.

В настоящее время одноплечий станок-качалка с указанным соотношением размеров находится в опытной промышленной эксплуатации.

Устройство предназначено для использования в области машиностроения и является механическим приводом скважинных насосов, предназначенных для добычи жидких ископаемых, главным образом нефти, через буровые скважины. Станок-качалка содержит стойку, одноплечий балансир, траверсу, шатуны, кривошипы с противовесами. Ось вращения кривошипов и оси качания траверсы расположены на одинаковом расстоянии от оси качания балансира. Отношение переднего плеча балансира к расстояниям от оси вращения кривошипов до оси качания балансира соответственно по вертикали и горизонтали выполнено в соотношении 10:5:6. Технический результат - создание экономичного по потребляемой мощности привода за счет эффективной кинематической схемы станка-качалки. 2 ил.

Станок-качалка, содержащий стойку, одноплечий балансир, траверсу, шатуны, кривошипы с противовесами, привод, отличающийся тем, что ось вращения кривошипов и ось качания траверсы расположены на одинаковом расстоянии от оси качания балансира, а отношение переднего плеча балансира к расстояниям от оси вращения кривошипов до оси качания балансира соответственно по горизонтали и вертикали выполнены в соотношении 10:5:6.