СТАНОК-КАЧАЛКА Российский патент 2005 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к области нефтепромыслового оборудования и может быть использовано для механизированной добычи газа, нефти штанговыми скважинными насосными установками.

Известен ряд стандартных станков-качалок для механизированной добычи нефти штанговыми глубинными насосными установками, конструктивно выполненных с различным балансирным уравновешиванием колонны штанг в скважине противовесами, установленными на конце балансира или на кривошипах (см. Чичеров Я.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы. М.: Недра, 1983, с.117 и 129).

К недостаткам этих станков-качалок следует отнести неравномерность крутящих моментов на валах кривошипов, обусловленных ускорениями и инерционными силами качающихся в процессе работы колонны штанг, что приводит к увеличению мощности приводного двигателя и, как результат, к увеличению расхода энергии при работе таких станков-качалок.

Известно также использование в качестве аккумулирующего устройства для улучшенного уравновешивания колонны штанг в нефтедобывающей скважине дополнительной идентичной колонной штанг соседней нефтедобывающей скважины через дополнительные гибкую подвеску и ведомый роторный балансир, соединенный с ведущим балансиром гибкой тягой, а на выходном валу редуктора на кривошипах установлены компенсирующие возможную неидентичность скважин небольшие противовесы (см. патент РФ №2135832, МПК⁶ F 04 В 47/02, 2000).

Однако это устройство, хотя и обладает несколько лучшим по сравнению с вышеописанным аналогом уравновешиванием колонны штанг, но может быть использовано только при кустовой эксплуатации скважин и имеет ограниченное применение.

Наиболее близким прототипом является станок-качалка, который содержит основание, стойку, на которой установлен двуплечий роторный балансир, переднее плечо которого имеет головку с канатной подвеской устьевого штока, траверсу с шатунами, кривошипы с противовесами и редуктор с электродвигателем (см. Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. М.: Недра, 1984, с.166).

Данная конструкция станка-качалки не имеет ограничений в области применения. Кроме того, при практическом использовании отмечается несколько лучшая характеристика движения подвески штанг - она ближе к гармоничному колебанию, а следовательно, обеспечиваются и меньшие инерционные нагрузки на валы кривошипа. Но в них также не достигается необходимого уравновешивания и при вертикальном положении кривошипов (в период подъема колонны штанг) уравновешивающий момент от противовесов относительно оси вращения кривошипов становится равным нулю и для увеличения крутящего момента на кривошипах необходимо увеличивать динамические нагрузки на привод, что также значительно увеличивает энергетические затраты.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования конструкции противовесов для увеличения крутящего момента на кривошипах в период подъема колонны штанг, что обеспечит выравнивание динамической нагрузки на привод и уменьшит энергетические затраты при работе станка-качалки.

Поставленная задача решается тем, что в известном станке-качалке, содержащем основание, стойку, двуплечий роторный балансир с гибкой подвеской устьевого штока, траверсу с шатунами, кривошипы с противовесами и редуктор с электродвигателем, согласно изобретению в корпусе противовеса, переднего по направлению их движения, выполнен продольный паз, который снабжен направляющими и установленным в нем с возможностью перемещения перпендикулярно оси вращения кривошипа диском-грузом, причем масса такого переднего противовеса выполнена равной массе противовеса заднего по направлению движения. Кроме того, диск-груз можно фиксировать в продольном пазу переднего противовеса с помощью упорного штыря, установленного в отверстиях в корпусе переднего противовеса и диска-груза.

Выполнение станка-качалки в совокупности со всеми существенными признаками, включая отличительные, позволяет выполнить противовес, расположенный передним по направлению движения, с переменным центром тяжести при изменении угла наклона от вертикального положения за счет перемещения диска-груза в продольном пазу. Это способствует значительному увеличению крутящего момента на валах кривошипов при их вертикальном положении, соответствующем подъему колонны штанг, и выравниванию динамических нагрузок на привод электродвигателя, что значительно снижает энергетические затраты при работе самого устройства. Для уравновешивания станка-качалки в начальный момент запуска устройства диск-груз можно фиксировать упорным штырем.

На фиг.1 показан общий вид предложенного станка-качалки; на фиг.2 - положение фиксации диска-груза упорным штырем; на фиг.3 - конструкция диска-груза и динамика изменения центра тяжести переднего противовеса.

Станок-качалка содержит (фиг.1) основание 1, на котором установлены стойка 2 с шарнирно закрепленным на ней двуплечим роторным балансиром 3 с гибкой подвеской 4 устьевого штока 5, траверсу 6, шарнирно установленную на двуплечем балансире 3, шатуны 7, кинематически связывающие траверсу 6 и кривошипы 8 с передним и задним по направлению движения противовесами 9, 10 соответственно.

В корпусе противовеса 9, который является передним по направлению движения, выполнен продольный паз 11. Продольный паз 11 снабжен направляющими 12, 13 и установленным в нем с возможностью перемещения перпендикулярно оси кривошипа 8 диском-грузом 14, обод которого гуммирован резиной. Масса переднего противовеса 9 равна массе заднего по направлению движения противовеса 10.

На основании 1 также установлены приводной электродвигатель 15, соединенный клиноременной передачей 16 с редуктором 17.

Для проведения в начальный момент работ по уравновешиванию станка-качалки диск-груз 14 фиксируют в пазу 11 с помощью упорного штыря 18, который установлен в отверстиях корпуса переднего противовеса 9 и диска-груза 14 (фиг.2).

Станок-качалка работает следующим образом.

После запуска в работу электродвигателя 15 крутящий момент от него через клиноременную передачу 16 передается на ведущий вал редуктора 17 и далее через его выходной вал на кривошипы 8 с противовесами 9, 10, передним и задним по направлению их движения (направление движения указано стрелкой на фиг.1), и связанные с ним шатуны 7, приводя тем самым в движение двуплечий роторный балансир 3 с гибкой подвеской 4 устьевого штока 5.

В начальный момент запуска для уравновешивания станка-качалки диск-груз 14, который размещен в продольном пазу 11 переднего по направлению движения противовеса 9, фиксируют упорным штырем 18, установленным в отверстиях корпуса переднего противовеса 9 и самого диска-груза 14. В таком режиме станок-качалка работает до окончательного его уравновешивания, затем при выключенном электродвигателе 15 упорный штырь 18 вынимают из отверстий в корпусе переднего противовеса 9 и диска-груза 14. После чего устройство запускают, включая электродвигатель 15.

При вращении кривошипов 8 в уже уравновешенном станке-качалке кривошипы 8 с противовесами 9, 10 занимают следующие положения (см. фиг.3). При вертикальном верхнем положении кривошипов 8, которое соответствует подъему колонны штанг устьевым штоком 5, под действием центробежных сил диск-груз 14 начинает перемещаться в продольном пазу 11 по направляющим 12, 13 перпендикулярно оси кривошипа 8, перемещая таким образом центр тяжести переднего противовеса 9. При этом происходит плавное увеличение крутящего момента на кривошипах 8.

Далее при изменении угла наклона кривошипов 8 диск-груз 14 под действием центробежных сил и достаточного крутящего момента перемещается в нижнее левое положение, которое соответствует началу подъема колонны штанг устьевым штоком 5.

После завершения подъема колонны штанг устьевым штоком 5, что соответствует крайнему нижнему положению кривошипов 8, диск-груз 14 находится в крайнем правом положении в продольном пазу 11. При незначительном изменении угла наклона кривошипов 8 от вертикали при опускании колонны штанг устьевым штоком 5 диск-груз 14 перемещается в исходное левое положение в продольном пазу 11 и работает как обычный контргруз.

Затем под действием крутящего момента на кривошипах 8 диск-груз начинает подъем вверх, накапливая потенциальную энергию.

Таким образом, такое плавное, без ускорений и инерционных сил, изменение крутящего момента на кривошипах 8, значительно увеличенное в период подъема колонны штанг устьевым штоком 5 за счет выполнения переднего противовеса 9 с переменным центром тяжести, способствует выравниванию нагрузки на привод электродвигателя 15, что и обеспечивает уменьшение расхода энергии при эксплуатации заявляемой конструкции станка-качалки, повышая его экономичность.

Устройство предназначено для использования в нефтепромысловом оборудовании для механизированной добычи нефти и газа штанговыми скважинными насосными установками. Станок-качалка содержит основание, стойку, двуплечий роторный балансир с гибкой подвеской устьевого штока, траверсу с шатунами, кривошипы с противовесами. Передний по направлению движения противовес имеет продольный паз, снабженный направляющими и установленным в нем с возможность перемещения перпендикулярно оси вращения кривошипа диском-грузом. Масса переднего противовеса с диском-грузом выполнена равной массе заднего по направлению движения противовеса. Для уравновешивания станка-качалки диск-груз можно фиксировать с помощью упорного штыря, который установлен в отверстиях в корпусе переднего противовеса и диска-груза. Увеличивается крутящий момент на кривошипах в период подъема колонны штанг. Выравниваются динамические нагрузки на привод электродвигателя и тем самым снижаются энергетические затраты, повышается экономичность станка-качалки.1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Станок-качалка, содержащий основание, стойку, двуплечий роторный балансир с гибкой подвеской устьевого штока, траверсу с шатунами, кривошипы с противовесами и редуктор с электродвигателем, отличающийся тем, что в корпусе противовеса, переднего по направлению их движения, выполнен продольный паз, который снабжен направляющими и установленным в нем с возможностью перемещения перпендикулярно оси вращения кривошипа диском-грузом, причем масса такого переднего противовеса выполнена равной массе противовеса заднего по направлению движения.2. Станок-качалка по п.1, отличающийся тем, что диск-груз можно фиксировать в продольном пазу переднего противовеса с помощью упорного штыря, установленного в отверстиях в корпусе переднего противовеса и диска-груза.