ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ДЛИННОХОДОВОЙ СТАНОК-КАЧАЛКА Российский патент 2006 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к технике добычи нефти из скважин и может быть использовано для привода глубинных штанговых насосов.

Известен балансирный станок-качалка. Он содержит установленные на раме и связанные клиноременной передачей электродвигатель и редуктор, механизм для преобразования вращательного движения выходного вала редуктора в возвратно-поступательное движение подвески устьевого штока, состоящий из кривошипов, размещенных на выходном валу редуктора с двух сторон, шарнирно связанных с кривошипами шатунов, которые через траверсу связаны с подвижно установленным на стойке двуплечим качающимся балансиром с головкой, на которой закреплен гибкий элемент с подвеской устьевого штока. (ГОСТ 51763-2001, Приводы штанговых скважинных насосов, Общие технические требования. ГОССТАНДАРТ РОССИИ, Москва, с.3, рис.1).

Известен также безбалансирный станок-качалка. Он содержит установленные на раме и связанные клиноременной передачей электродвигатель и редуктор, механизм для преобразования вращательного движения выходного вала редуктора в возвратно-поступательное движение подвески устьевого штока, состоящий из кривошипов, размещенных на выходном валу редуктора с двух сторон, шарнирно связанных с кривошипами шатунов, которые через траверсу связаны с гибким элементом, а последний через установленный на стойке направляющий шкив связан с подвеской устьевого штока. (То же, с.4 рис.2).

Недостатком такого станка-качалки является то, что точка крепления шатуна на кривошипе совершает вращательное движение. Поэтому шатуны раскачиваются с большой амплитудой, а действующие на шатуны переменные усилия раскачивают металлоконструкцию, и поэтому создаются условия неблагоприятные для работы станка-качалки.

Недостатком станка-качалки является также то, что для получения большой длины хода требуется значительно увеличивать радиусы кривошипов, поскольку длина хода у них равна сумме только двух радиусов кривошипов.

Задачей изобретения является создание рациональной конструкции станка-качалки с большой длиной хода, обеспечивающей лучшие технические характеристики в части уменьшения нагрузок на узлы, детали и металлоконструкцию, снижение инерционных нагрузок от кривошипов при уравновешивании, получение минимальных размеров радиусов кривошипов.

Эта задача достигается тем, что в описываемом станке-качалке в качестве преобразующего механизма применен дифференциальный кривошипный механизм привода штангового скважинного насоса, обеспечивающий не вращательное, как у обычных станков-качалок, а возвратно-поступательное движение точки крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе. При этом преобразующий механизм установлен с одной стороны редуктора. С этой же стороны установлена стойка станка-качалки, причем ось стойки находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси выходного вала редуктора, на стойке установлена перекладина с направляющими шкивами, а гибкий элемент крепится к нижней части перекладины, затем охватывает натяжной шкив ведущего кривошипа и через направляющие шкивы связан с подвеской устьевого штока. При таком способе установки гибкого элемента он образует петлю полиспаста, что в два раза увеличивает длину хода подвески устьевого штока по сравнению с длиной хода, сообщаемой кривошипами.

При этом установленная на стойке с направляющими шкивами перекладина имеет разную длину плеч, которые обратно пропорциональны прилагаемым к концам перекладины усилиям, а блок крепления гибкого элемента к перекладине расположен так, что ветви гибкого элемента, образующие петлю полиспаста, параллельны и занимают вертикальное положение. Соответственно и стойка станка-качалки устанавливается на расстоянии, когда гибкий элемент, связывающий направляющий шкив с натяжным шкивом, занимает вертикальное положение.

В итоге примененный кривошипный преобразующий механизм обеспечивает прямолинейное возвратно-поступательное движение установленного на ведущем кривошипе натяжного шкива, длину хода натяжного шкива, равную четырем радиусам кривошипов, а наличие полиспаста, при креплении гибкого элемента, увеличивает длину хода подвески в два раза. Таким образом, длина хода подвески устьевого штока становится равной восьми радиусам кривошипов при минимальных размерах кривошипного механизма.

Длина хода у такого станка-качалки нерегулируемая. Перенастройка на другую длину хода может быть осуществлена заменой кривошипов или креплением гибкого элемента непосредственно через натяжной шкив, исключив при этом петлю полиспаста. Тогда длина хода подвески устьевого штока уменьшится в два раза и станет равной длине хода натяжного шкива на ведущем кривошипе.

С целью обеспечения проведения на скважине ремонтных работ, перекладина стойки станка-качалки с направляющими шкивами устанавливается подвижно, с возможностью поворота вокруг вертикальной оси стойки на 90°, или стойка устанавливается с возможностью отката или поворота на необходимую величину.

На фиг.1 схематично представлен станок-качалка, общий вид.

На фиг.2 - вид сбоку, на котором кривошипы условно показаны в горизонтальном положении, а тормозное устройство и ограждения не показаны.

Станок-качалка содержит основание 1, тумбу 2, электродвигатель 3, связанный через клиноременную передачу 4 с редуктором 5, дифференциальный кривошипный преобразующий механизм, который установлен на выходном валу редуктора с одной стороны и содержит два взаимосвязанных через планетарную передачу кривошипа - центральный 6, жестко установленный на выходного валу редуктора 5, и ведущий кривошип 7, установленный на выходном валу центрального кривошипа 6. На ведущем кривошипе 7 установлен натяжной шкив 8. Стойка 9 установлена на основании станка-качалки так, что ее ось находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной к оси выходного вала редуктора 5. На стойке установлена перекладина 10 с расположенными на ее концах направляющими шкивами 11 и 12. Гибкий элемент 13 крепится к нижней части перекладины 10 через блок 14, далее он огибает установленный на ведущем кривошипе натяжной шкив 8 и через направляющие шкивы 11 и 12 связан с подвеской устьевого штока 15. Блок крепления 14 устанавливается на расстоянии, когда полиспаста, образуемая ветвями гибкого элемента, занимает вертикальное положение. Для уравновешивания станка-качалки на ведущем кривошипе установлены грузы 16, а на центральном - грузы 15. Тормозное устройство и ограждения станка-качалки условно не показаны.

Станок-качалка работает следующим образом.

Вращение от вала электродвигателя 3 посредством клиноременной передачи 4 через редуктор 5 передается центральному кривошипу 6. При вращении центрального кривошипа 6 за счет содержащейся в его корпусе цилиндрической планетарной передачи с центральным неподвижным колесом, которое жестко связано с корпусом редуктора 5, через его полый выходной вал вращение передается на выходной вал центрального кривошипа и установленному на этом валу ведущему кривошипу 7 с натяжным шкивом 8. При этом натяжной шкив 8 получает прямолинейное возвратно-поступательное движение, обеспечиваемое конструкцией примененного преобразующего механизма и через охватывающий его гибкий элемент 13 и направляющие шкивы 11 и 12 передает его подвеске устьевого штока 15. При этом подвеска устьевого штока перемещается на величину, в два раза превышающую величину перемещения натяжного шкива, за счет образованной гибким элементом петли полиспаста. Уравновешивание станка-качалки производится с помощью грузов 16 и 17. При этом груз 16 на ведущем кривошипе 7 предназначен для уравновешивания тягового усилия станка-качалки, а груз 17 на центральном кривошипе для уравновешивания реакции от ведущего кривошипа - на выходном валу центрального кривошипа. В тех случаях, когда величина груза 17 недостаточна для уравновешивания реакции от ведущего кривошипа, на корпус центрального кривошипа 6 от редуктора 5 передается дополнительный крутящий момент. В тех же случаях, когда величина груза 17 превышает величину, необходимую для уравновешивания реакции от ведущего кривошипа 7, через планетарную передачу центрального кривошипа 6 ведущему кривошипу 7 сообщается дополнительный крутящий момент. Изменение частоты качаний у предлагаемых станков-качалок производится как обычно за счет применения сменных шкивов клиноременной передачи. При выполнении ремонтных работ поворачивают на 90° установленную на стойке перекладину с направляющими шкивами или смещают стойку в сторону редуктора.

Достоинства предлагаемого станка-качалки.

В предлагаемых дифференциальных длинноходовых станках-качалках длина хода, сообщаемая подвеске устьевого штока кривошипами, удваивается за счет образования гибким элементом петли полиспаста через натяжной блок и блок крепления гибкого элемента к перекладине. Главное, что при этом точка крепления натяжного блока на ведущем кривошипе перемещается возвратно-поступательно по вертикальной прямой и не создаются поперечные, раскачивающие конструкцию силы. Кривошипы вращаются встречно, поэтому динамические силы, возникающие при их вращении, взаимно уравновешиваются. Стойка нагружена только вертикальными, сжимающими ее усилиями. Все это обеспечивает станкам-качалкам получение большой длины хода при максимально компактной и надежной конструкции и в итоге благоприятные условия для безотказной работы станка-качалки.

Устройство предназначено для использования в технике добычи нефти из скважин для привода штанговых скважинных насосов. В дифференциальном длинноходовом станке-качалке в качестве преобразующего механизма применен дифференциальный кривошипный механизм, обеспечивающий прямолинейное возвратно-поступательное движение точки крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе. При этом преобразующий механизм установлен на выходном валу редуктора с одной стороны. С этой же стороны располагается стойка. Ось стойки находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси выходного вала редуктора. На стойке установлена перекладина с двумя подвижно установленными на ее концах направляющими шкивами. К нижней части перекладины крепится гибкий элемент, который охватывает подвижно установленный на ведущем кривошипе натяжной шкив, образует петлю полиспаста с вертикальными ветвями и через установленные на перекладине стойки направляющие шкивы связан с подвеской устьевого штока. Кривошипы взаимосвязаны через планетарную передачу и вращаются в разные стороны. Длина хода нерегулируемая и равна сумме восьми радиусов кривошипов. Для выполнения ремонтных работ на скважине перекладина на стойке поворачивается на 90° вокруг оси стойки или стойка откатывается. Достигается прямолинейное возвратно-поступательное движение натяжного шкива на ведущем кривошипе, гибкий элемент образует петлю полиспаста, поэтому длина хода, сообщаемая кривошипным механизмом, удваивается и равна восьми радиусам кривошипов, стойка нагружена только вертикальными сжимающими ее усилиями, инерционные силы от встречно вращающихся кривошипов взаимно уравновешиваются, отсутствуют поперечные раскачивающие усилия, обеспечиваются лучшие условия для получения большой длины хода и большой частоты качаний в минуту. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Дифференциальный длинноходовой станок-качалка, содержащий основание, тумбу, стойку, приводной электродвигатель, клиноременную передачу, редуктор, установленный на выходном валу редуктора, преобразующий дифференциальный кривошипный механизм, натяжной и направляющие шкивы, подвеску устьевого штока и гибкий элемент, отличающийся тем, что преобразующий дифференциальный кривошипный механизм привода штангового скважинного насоса выполнен в виде двух взаимосвязанных через планетарную передачу кривошипов, один из которых - центральный - жестко установлен на выходном валу редуктора, а другой - ведущий - установлен на выходном валу центрального кривошипа, при этом стойка и преобразующий дифференциальный кривошипный механизм расположены с одной стороны редуктора и ось стойки находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси выходного вала редуктора, на стойке установлена перекладина с двумя подвижно установленными на ее концах направляющими шкивами, к нижней части перекладины крепится гибкий элемент, который охватывает подвижно установленный на ведущем кривошипе натяжной шкив, образует петлю полиспаста с вертикальными ветвями и через установленные на перекладине стойки направляющие шкивы связан с подвеской устьевого штока, при этом перекладина имеет разную длину плеч, длина которых обратно пропорциональна прилагаемым к концам перекладины усилиям.2. Станок-качалка по п.1, отличающийся тем, что перекладина с направляющими шкивами установлена на стойке с возможностью поворота ее вокруг вертикальной оси стойки.3. Станок-качалка по п.1, отличающийся тем, что стойка установлена с возможностью ее отката или наклона.