СТАНОК-КАЧАЛКА Российский патент 2007 года по МПК F04B47/02 

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

Известен 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 (ГОСТ 51763-2001, Приводы штанговых скважинных насосов. Общие технические требования. Гостандарт России, Москва, с.4 рис.2).

Известен также дифференциальный кривошипный преобразующий механизм привода штангового скважинного насоса. Он устанавливается с одной стороны редуктора, имеет кинематически взаимосвязанные кривошипы, центральный, установленный на выходном валу редуктора и содержащий размещенную в своем корпусе планетарную передачу внешнего зацепления с центральным колесом, неподвижно установленным на оси, проходящей через полый вал редуктора и неподвижно установленной в его корпусе, и находится через паразитную шестерню в зацеплении с сателлитом, снабженным выходным концом, и ведущий кривошип, установленный на выходном конце центрального кривошипа и содержащий опору для крепления шатуна или натяжного шкива. При этом число зубьев центрального колеса в два раза больше числа зубьев сателлита и кривошипы установлены так, что при их вертикальном расположении их радиусы направлены в одну сторону и являются продолжением друг друга. При равенстве радиусов кривошипов точка крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе совершает вертикальное прямолинейное возвратно-поступательное движение (Патент RU 2246650 С2, 17.09.2002).

Известен также дифференциальный длинноходовой станок-качалка. Он содержит установленные на основании стойку, тумбу, связанные клиноременной передачей электродвигатель и редуктор, установленный на выходном валу редуктора дифференциальный кривошипный механизм, преобразующий вращательное движение выходного вала редуктора в вертикальное возвратно-поступательное движение точки крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе. Стойка и 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 подвижно установленными на ее концах направляющими шкивами, к нижней части перекладины подвижно крепится шкив полиспаста. Гибкий элемент огибает его и далее 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 радиусы кривошипов равны друг другу, а длины плеч перекладины обратно пропорциональны усилиям, прилагаемым к концам перекладины. В связи с образованием гибким элементом петли полиспаста длина хода подвески устьевого штока увеличивается в два раза по сравнению с длиной хода натяжного шкива на ведущем кривошипе (Патент RU 2267649 C2, 17.03.2004).

Недостатком такого станка-качалки является то, что при увеличении длины хода подвески устьевого штока в два раза, за счет образования гибким элементом петли полиспаста, для достижения на подвеске устьевого штока такого же тягового усилия, как и без увеличения длины хода, необходимо также в два раза увеличить тяговое усилие на натяжном шкиве ведущего кривошипа, и следовательно, в два раза должен быть увеличен крутящий момент на выходном валу редуктора, а также уравновешивающий момент от кривошипов и грузов. Такая конструкция станка-качалки приводит к необходимости применять редуктор с большим крутящим моментом на выходном валу, увеличению длины ведущего кривошипа и массы устанавливаемых на него уравновешивающих грузов. Все это усложняет конструкцию привода, делает невозможным применение редуктора сравнительно небольшого типоразмера, а также кривошипа сравнительно небольшой длины.

Задачей изобретения является создание станка-качалки, конструкция привода которого обеспечивает получение больших тяговых усилий и больших уравновешивающих моментов от кривошипов и грузов, без необходимости применять редуктор с большим крутящим моментом на выходном валу и ведущего кривошипа большой длины и большой массой устанавливаемых на него уравновешивающих грузов.

Эта цель достигается тем, что в приводе станка-качалки применен блок, состоящий из двух параллельно установленных редукторов, у которых входные валы соединены общим валом, а на выходных валах редукторов установлены дифференциальные кривошипные преобразующие механизмы, каждый из которых передает нагрузку только на одну ветвь гибкого элемента, через подвижно установленные на их ведущих кривошипах натяжные шкивы, или подвижно установленные блоки. Поэтому передаваемые гибкому элементу усилия от крутящих моментов редукторов и уравновешивающих моментов от грузов суммируются и увеличиваются в два раза. У такого станка-качалки стойка с перекладиной и направляющими шкивами расположена симметрично между редукторам и ее ось находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной осям выходных валов редукторов, при этом стойка и редукторы устанавливается на расстоянии, при котором ветви гибкого элемента занимают вертикальное положение. На стойке установлена перекладина с подвижно установленными на ее концах направляющими шкивами. Гибкий элемент от подвески устьевого штока через направляющие шкивы на перекладине одной ветвью огибает натяжной шкив на ведущем кривошипе одного редуктора, а другой ветвью натяжной шкив ведущего кривошипа другого редуктора, и далее они охватывают прикрепленный к перекладине шкив полиспаста. В другом варианте крепления гибкого элемента ветви гибкого элемента раздельно крепятся непосредственно к подвижно установленным на ведущих кривошипах крепежным блокам. При этом согласованное вертикальное возвратно-поступательное движение натяжных шкивов или крепежных блоков ведущих кривошипов в одной фазе достигается за счет установки ведущих кривошипов преобразующего механизма в одинаковое исходное положение и применения редукторов с одинаковым передаточным числом и равными длинами плеч кривошипов.

В итоге, в станке-качалке с предлагаемой конструкцией привода обеспечивается работа двух параллельно установленных редукторов и увеличение в два раза тягового усилия, что позволяет при наличии полиспаста увеличить в два раза длину хода подвески устьевого штока по сравнению с длиной хода, сообщаемой кривошипами, при сохранении заданного усилия на подвеске устьевого штока, а при присоединении гибкого элемента непосредственно к подвижно установленным на ведущих кривошипах блокам увеличить в два раза тяговое усилие на подвеске устьевого штока без увеличения длины хода.

Длина хода у такого станка-качалки нерегулируемая. Перенастройка на другую длину хода может быть осуществлена заменой кривошипов. С целью проведения ремонтных работ перекладина на стойке устанавливается подвижно, с возможностью поворота вокруг вертикальной оси.

На фиг.1 схематично представлен станок-качалка с увеличенной длиной хода, общий вид.

На фиг.2 - вид сбоку, на котором один из редукторов и его дифференциальный кривошипный механизм условно не показаны.

На фиг.3 схематично представлен вид сбоку станка-качалки с большим тяговым усилием на подвеске устьевого штока, общий вид.

Станок-качалка содержит основание 1, две тумбы 2, электродвигатель 3, связанный через клиноременную передачу 4 с редуктором 5, который посредством вала 6 соединен с другим редуктором 7. На выходном валу редуктора 5 установлен дифференциальный кривошипный преобразующий механизмом 8, а на выходном валу редуктора 7 установлен дифференциальный кривошипный преобразующий механизм 9. Выходные валы редукторов соосны и обращены навстречу друг другу. На ведущих кривошипах 10 и 11 преобразующих механизмов подвижно установлены натяжные шкивы 12 и 13 или крепежные блоки 21. Передаточные числа редукторов и размеры плеч кривошипов равны между собой, а кривошипы 10 и 11 установлены в одинаковом исходном положении, то есть находятся в одной фазе. Стойка 14 установлена на основании так, что ее ось находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной к осям выходных валов редукторов 5 и 7. На стойке установлена перекладина 15 с расположенными на ее концах направляющими шкивами 16 и 17. В первом варианте крепления гибкого элемента в нижней части перекладины 15 подвижно установлен на оси блок полиспаста 18, который охватывается гибким элементом 19, а далее гибкий элемент одной ветвью огибает установленный на ведущем кривошипе 10 натяжной шкив 12, а другой ветвью огибает установленный на ведущем кривошипе 11 натяжной шкив 13 и через установленные на перекладине направляющие шкивы связан с подвеской устьевого блока 20. В этом варианте крепления гибкого элемента размеры плеча перекладины со стороны редукторов в два раза меньше размеров плеча перекладины со стороны подвески устьевого штока. В другом варианте крепления гибкого элемента одна его ветвь крепится непосредственно к установленному на ведущем кривошипе 10 крепежному блоку 21, а другая ветвь к такому же блоку, установленному на ведущем кривошипе 11. В этом варианте крепления гибкого элемента размеры плеч перекладины равны между собой. Все элементы конструкции располагаются так, что ветви гибкого элемента занимают вертикальное положение. Для уравновешивания станка-качалки на ведущем кривошипе 10 устанавливаются грузы 23, а на ведущем кривошипе 11 устанавливаются грузы 24. Тормозное устройство, площадки для обслуживания и ограждения условно не показаны.

Станок-качалка работает следующим образом.

Вращение от электродвигателя 3 посредством клиноременной передачи 4 через параллельно соединенные валом 6 редукторы 5 и 7 и установленные на выходных валах редукторов центральные кривошипы 8 и 9 передается на выходные валы этих кривошипов, на которых установлены ведущие кривошипы 10 и 11 с натяжными шкивами 12 и 13. При этом натяжные шкивы 12 и 13 получают вертикальное прямолинейное возвратно-поступательное движение и через охватывающий их своими ветвями гибкий элемент 19 и установленный в нижней части перекладины подвижный блок 18 и направляющие шкивы 16 и 17 передают его подвеске устьевого штока 20. При этом подвеска устьевого штока перемещается на величину, в два раза превышающую величину перемещения натяжных шкивов на ведущих кривошипах за счет образования гибким элементом петли полиспаста. При креплении гибкого элемента непосредственно к подвижно установленным на ведущих кривошипах крепежным блокам 21 и далее через направляющие шкивы 16 и 17 к подвеске устьевого штока 20 длина хода остается равной длине хода, сообщаемой кривошипами, но при этом в два раза возрастает тяговое усилие на подвеске устьевого штока, поскольку оно складывается из усилий на ветвях гибкого элемента.

Поскольку ведущие кривошипы в исходном положении находятся в одной фазе, то они перемещаются синхронно, и каждый из них передает нагрузку только на одну ветвь гибкого элемента от своего редуктора и установленных на ведущем кривошипе уравновешивающих грузов, и, таким образом, тяговое усилие на ветвях гибкого элемента увеличивается в два раза.

Достоинства предлагаемого станка-качалки.

Главным достоинством предлагаемого станка-качалки является то, что в нем объединена работа двух параллельно установленных редукторов с установленными на их выходных валах дифференциальными кривошипными преобразующими механизмами. Это позволяет суммировать передаваемый редукторами крутящий момент, а также уравновешивающий момент от кривошипов и установленных на них грузов и увеличивать тем самым в два раза тяговое усилие, что позволяет создавать станки-качалки рациональной конструкции с большой длиной хода или большим тяговым усилием на подвеске устьевого штока.

Устройство предназначено для использования в технике добычи нефти из скважин для приводов штанговых скважинных насосов. В станке-качалке в качестве привода применен блок из двух параллельно установленных редукторов с соединенными общим валом входными валами. На выходном валу каждого редуктора установлен дифференциальный кривошипный преобразующий механизм. Гибкий элемент от подвески устьевого штока через установленные на перекладине стойки направляющие шкивы одной ветвью огибает натяжной шкив на ведущем кривошипе преобразующего механизма одного редуктора. Другой ветвью огибает натяжной шкив преобразующего механизма другого редуктора. Гибкий элемент охватывает подвижно установленный в нижней части перекладины шкив и образует петлю полиспаста. В другом случае каждая ветвь гибкого элемента крепится непосредственно к подвижному крепежному блоку на ведущем кривошипе. Передаточные числа редукторов и длины плеч кривошипов равны друг другу, и кривошипы установлены в одинаковом исходном положении. Это обеспечивает синхронное вращение ведущих кривошипов. При этом на каждую ветвь гибкого элемента передается усилие от одного редуктора и кривошипа с уравновешивающими грузами, и в целом тяговое усилие увеличивается в два раза. Это позволяет создавать рациональные конструкции станков-качалок с большой длиной хода при наличии полиспаста или с большим тяговым усилием на подвеске устьевого штока при раздельном креплении ветвей гибкого элемента к крепежным блокам на ведущих кривошипах. 3 ил.

Станок-качалка, содержащий основание, тумбу, стойку с перекладиной и направляющими шкивами, ось которой находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси выходного вала редуктора, приводной электродвигатель, клиноременную передачу, редуктор, преобразующий дифференциальный кривошипный механизм, подвеску устьевого штока и гибкий элемент, отличающийся тем, что его привод содержит два параллельно установленных редуктора, у которых входные валы соединены общим валом, а на выходных валах каждого редуктора установлен дифференциальный кривошипный преобразующий механизм, причем ведущий кривошип каждого преобразующего механизма через натяжной шкив или крепежный блок связан только с одной ветвью гибкого элемента, при этом редукторы имеют одинаковое передаточное число, кривошипы установлены в одинаковом исходном положении, имеют равные друг другу радиусы, а стойка расположена симметрично по отношению к редукторам так, что ветви гибкого элемента занимают вертикальное положение.