БЕЗБАЛАНСИРНЫЙ ПРИВОД ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА Российский патент 2008 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти и может быть использовано для создания возвратно-поступательного движения штангового насоса.

Известен привод длинноходового глубинного насоса, содержащий электролебедку, трос которой соединен с насосом, и гидроаккумулятор, выполняющий роль противовеса и запасающий энергию при опускании насоса. При подъеме насоса эта энергия частично компенсирует затраты электроэнергии привода [авт. свид. SU №1321915].

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная наличием гидроаккумулятора с большой энергоемкостью, системы блоков и тросов, что в свою очередь снижает его надежность, а также невозможность регулирования в широких пределах параметров работы привода и насоса, что уменьшает его универсальность.

Наиболее близким к заявляемому по конструктивным параметрам и достигаемому результату является привод штангового глубинного насоса, содержащего электропривод, систему преобразования вращения в возвратно-поступательное движение, соединенную с насосом, маховичный аккумулятор для утилизации энергии при движении насоса вниз, гибкую связь, соединяющую все элементы привода с насосом, выполненную в виде цепной двойной передачи, снабженной механизмом реверса [пат. RU №2160852].

Недостатком известного устройства, принятого в качестве прототипа заявляемого технического решения, является сложность конструкции, обусловленная наличием двойной цепной передачи, механизма реверса, регулируемого электропривода, что снижает его надежность.

Решаемая предлагаемым изобретением задача и ожидаемый технический результат заключаются в упрощении конструкции и снижении энергоемкости, а также в повышении надежности.

Поставленная задача решается тем, что в безбалансирном приводе штангового глубинного насоса, содержащем электропривод, соединенную с насосом систему преобразования вращения в возвратно-поступательное движение, маховичный аккумулятор для утилизации энергии при движении насоса вниз, цепную передачу, соединяющую привод с насосом, в отличие от прототипа система преобразования вращения в возвратно-поступательное движение выполнена в виде редуктора с двумя параллельными выходными валами, вращающимися в противоположных направлениях, на валах установлены роторы, каждый из которых содержит два свободно вращающихся вокруг своих осей ролика, расположенных симметрично относительно оси вращения роторов, цепная передача выполнена в виде отрезка цепи, один конец которой закреплен неподвижно, а свободный конец пропущен между роликами роторов и соединен с насосом.

На фиг.1 приведен общий вид устройства.

На фиг.2 показана опорная часть устройства.

На фиг.3 показан электропривод и механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

Опорная часть привода штангового глубинного насоса состоит из трех опорных плит 1, на которые опирается рама 2 и опора 3 с помощью шаровых опор 4. Опора 3 снабжена винтовым механизмом 5 для центровки привода относительно устья скважины. Для обеспечения жесткости опорной части привода шаровые опоры 4 соединены тягами 6. Для центровки опорной части относительно устьевой арматуры скважины шаровые опоры соединены центрирующими тягами 7 с кольцом 8, закрепляемым на устье скважины. Опорные плиты 1 соединены между собой соединительными элементами 9 с помощью болтов 10. На раме 2 размещен редуктор 11, на параллельных выходных валах которого установлены роторы 12, на каждом из которых закреплены с возможностью свободного вращения вокруг собственных осей ролики 13. Между роликами пропущена цепь 14, перекинутая через опорную звездочку 15 и оканчивающаяся головкой 16, служащей для соединения с полированным штоком насосной установки. Привод снабжен электродвигателем 17, который клиноременной передачей соединен с маховиком 19, вал которого цепной передачей 20 соединен через вал 21 и цепную передачу 22 с входным валом редуктора 11. Цепь 14 снабжена натяжным винтом 23 с гайкой 24. На раме 2 симметрично относительно ее вертикальной оси размещены два упора 25.

Привод работает следующим образом.

Опорные плиты 1 размещаются вокруг устьевой арматуры, тягами 6 и 7 соединяются между собой и центрируются относительно устья скважины. Между собой опорные плиты 1 соединены элементами 9 болтами 10. Площадь опорных плит выбрана такой, чтобы удельное давление на грунт при полной нагрузке 12 тонн не превышала 0,2 кг/см². Поэтому привод может быть установлен на любом грунте, вплоть до заболоченного, без использования свайного фундамента.

С помощью винтового механизма 5 головка 16 центрируется относительно оси полированного штока насоса, после чего головка 16 винтами соединяется с фланцем полированного штока. Для выборки слабины цепь 14 натягивается натяжным винтом 23 и гайкой 24.

При включении электродвигателя 17 вращение передается клиноременной передачей 18 на маховик 19, который цепной передачей 20, валом 21 и цепной передачей 22 соединен с ведущим валом редуктора 11. Вращение выходных валов редуктора в противоположных направлениях поворачивает роторы 12 с роликами 13, наматывая участок цепи 14 на роторы и укорачивая тем самым ее свободный конец и поднимая шток насоса. После достижения цепью 14 верхней предельной точки электродвигатель 17 по сигналу датчика отключается. Тогда под действием веса насос начинает опускаться, через кинематическую цепь редуктор 11 - цепная передача 22 - вал 21 - цепная передача 20 раскручивая маховик 19, который запасает энергию спускающегося груза, его момент инерции определяет скорость спуска. После достижения нижней предельной точки маховик 19, продолжая вращаться в прежнем направлении под действием запасенной кинетической энергии, начинает вращать роторы 12, поднимая насос. После того как энергия маховика будет израсходована, включается электродвигатель 17 и поднимает цепь 14 до верхней предельной точки, после чего цикл повторяется. Таким образом осуществляется поддержание незатухающих колебаний крутильного маятника, причем электроэнергия затрачивается только на компенсацию потерь в колебательной системе.

При необходимости обеспечения доступа к устьевой арматуре скважины можно с помощью винтового механизма 5 удлинить опору 3, тем самым рама 2 откидывается назад и становится на упоры 25. После этого опора 3 разделяется на две части путем разъема винтового механизма 5 и открывает доступ к устью скважины.

Предлагаемая схема привода позволяет для подъема подвижной части насоса с жидкостью использовать энергию, запасенную при его спуске. Расчеты и исследование макета установки позволяют сделать вывод, что использование энергии, запасенной маховиком, позволяет поднять подвижную часть насоса с жидкостью на 65-70% от максимальной высоты подъема, т.е. мощность, затрачиваемая на компенсацию потерь, не превышает 35% от полной мощности цикла.

По сравнению с известными приводами аналогичного назначения, например выпускаемым предприятием «Уралтрансмаш» (г.Екатеринбург) приводом балансирного типа ПШГНТ 12-3, предлагаемая конструкция при сравнимых основных параметрах обладает следующими преимуществами:

- затраты электроэнергии на подъем скважинной жидкости в 3-5 раз меньше;

- масса в 6 раз меньше;

- не требуется фундамент, может быть установлен на грунте любого типа, удельное давление на грунт не превышает 0,2 кг/см²;

- имеет возможность плавного регулирования числа двойных ходов - от 0,5 до 8 качаний в минуту;

- бесступенчатое регулирование длины хода от 1,5 до 3,5 метров.

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти и может быть использовано для создания возвратно-поступательного движения штангового насоса. Привод содержит электропривод, соединенную с насосом систему преобразования вращения в возвратно-поступательное движение, маховичный аккумулятор для утилизации энергии при движении насоса вниз, цепную передачу, соединяющую привод с насосом. Система преобразования вращения в возвратно-поступательное движение выполнена в виде редуктора с двумя параллельными выходными валами, вращающимися в противоположных направлениях. На валах установлены роторы, каждый из которых содержит два свободно вращающихся вокруг своих осей ролика, расположенных симметрично относительно оси вращения роторов. Цепная передача выполнена в виде отрезка цепи, один конец которой закреплен неподвижно, а свободный конец пропущен между роликами роторов и соединен с насосом. Привод осуществляет движение по принципу крутильного маятника, энергия спускающегося под действием веса насоса преобразуется во вращение маховика, запасенная энергия используется для подъема насоса. Это позволяет в 2,5-4 раза снизить затраты энергии на нефтеизвлечение. 3 ил.

Безбалансирный привод штангового глубинного насоса, содержащий электропривод, соединенную с насосом систему преобразования вращения в возвратно-поступательное движение, маховичный аккумулятор для утилизации энергии при движении насоса вниз, цепную передачу, соединяющую привод с насосом, отличающийся тем, что система преобразования вращения в возвратно-поступательное движение выполнена в виде редуктора с двумя параллельными выходными валами, вращающимися в противоположных направлениях, на валах установлены роторы, каждый из которых содержит два свободно вращающихся вокруг своих осей ролика, расположенных симметрично относительно оси вращения роторов, цепная передача выполнена в виде отрезка цепи, один конец которой закреплен неподвижно, а свободный конец пропущен между роликами роторов и соединен с насосом.