Привод штанговой скважинной насосной установки Российский патент 2024 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к технике для добычи нефти из скважин и может быть использовано в качестве привода штанговых скважинных насосов для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

Известен станок-качалка (Патент на изобретение № RU 2270367 С2, кл. F04B 47/02), содержащий основание, тумбу, электродвигатель, связанный через клиноременную передачу с редуктором. Преобразующий дифференциальный кривошипный механизм установлен на выходном валу редуктора с одной стороны и содержит два взаимосвязанных через планетарную передачу кривошипа - центральный, жестко установленный на выходного валу редуктора, и ведущий кривошип, установленный на выходном валу центрального кривошипа. Подвеска устьевого штока расположена с другой стороны редуктора. Между подвеской устьевого штока и натяжным шкивом установлена стойка с перекладиной, на которой подвижно установлены направляющие шкивы. На ведущем кривошипе установлен натяжной шкив. Стойка установлена на тумбе или непосредственно на основании станка-качалки над редуктором так, что ее ось, продольная ось перекладины, ось подвески устьевого штока и точка крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе находятся в одной вертикальной плоскости, проходящей через ось выходного вала редуктора. Гибкий элемент огибает установленный на ведущем кривошипе натяжной шкив и через направляющие шкивы связан с подвеской устьевого штока. Для уравновешивания станка-качалки на ведущем и центральном кривошипах установлены грузы.

Однако такая конструкция привода содержит клиноременную передачу, недостатками которой являются более низкий КПД, низкая надежность и долговечность по сравнению с зубчатой передачей; необходимость обслуживания и регулярного контроля клиноременной передачи; сложность выравнивания шкивов клиноременной передачи и правильного натяжения ремней.

Известен привод станка-качалки (Патент на полезную модель № RU 119409 U1, кл. F04B 47/02), состоящий из опорной конструкции, на которой установлены балансирный механический привод, механический редуктор, приводной электродвигатель, соединенный кабелем со станцией управления. Ротор приводного электродвигателя установлен соосно и механически соединен с входным валом механического редуктора, статор и корпус приводного электродвигателя механически соединены с корпусом механического редуктора.

Недостатком данной конструкции является то, что балансирный механический привод, представляющий собой шарнирный четырехзвенник, имеет большие массогабаритные показатели, а также сложен в уравновешивании.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является механический привод скважинных насосов (Патент ЕАЭС 012103 B1, F04B 47/02), содержащий раму, трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, клиноременную передачу, ступенчатый редуктор, двухколодочный тормоз, кривошипы, шатуны, траверсу, противовес, верхнюю и нижнюю площадки, вышку с лестницей и ограждение, при этом выполнен в виде двух кривошипно-ползунных механизмов с планетарными передачами, с жестко закрепленными на корпусе редуктора, соосно с подшипниками скольжения зубчатыми колесами и сателлитами, установленными на кривошипах, а многоступенчатый редуктор, имеющий, по крайней мере, передаточное отношение 1:243, расположен на ведущем и ведомом валах, причем ведомый вал с жестко закрепленным зубчатым колесом связан с кривошипами, а ведущий вал одним концом закреплен к шкиву двухколодочного тормоза, а другим концом через ведомый шкив клиноременной передачи к валу электродвигателя, при этом общее число ступеней редуктора не более чем на одну ступень превышает общее число двухвенцовых блоков шестерен, расположенных по всей длине ведущего и ведомого валов с возможностью свободного вращения вокруг осей соответствующих валов, образующих двойной подшипник скольжения, при этом один из ползунов снабжен силоизмерительным двухсекционным пъезопреобразователем, первая секция которого, выполненная с возможностью возбуждения ультразвуковых колебаний, прикреплена к резонатору, установленному под башмаком шатуна, и соединена с генератором ультразвуковой частоты, а вторая секция цепью обратной связи через усилитель напряжения и устройство сравнения соединена с входом тиристорного регулятора напряжения, выход которого подключен к фазной обмотке асинхронного двигателя, подключенного к трехфазной сети переменного напряжения.

Недостатком прототипа является то, что механический привод скважинных насосов представляет собой два кривошипно-ползунных механизма, сложных в уравновешивании и соединенных с двигателем посредством двух планетарных передач, увеличивающих привод в осевом направлении.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание привода штанговой скважинной насосной установки, характеризующегося более высокими эксплуатационными характеристиками.

Техническим результатом является уменьшение габаритных размеров привода штанговой скважинной насосной установки в осевом направлении, а также более высокая уравновешенность.

Технический результат достигается приводом штанговой скважинной насосной установки, включающим корпус, в котором установлены входной и выходной валы, электродвигатель, соединенный с входным валом, зубчатые колеса, сателлит. На корпусе жестко закреплено неподвижное эллиптическое зубчатое колесо, на выходном валу установлено другое эллиптическое зубчатое колесо. Привод также содержит водило, соединенное через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, состоящего из эллиптического зубчатого колеса и эллиптической шестерни, повернутых на 180° относительно друг друга и соединенных валом. Эллиптическое зубчатое колесо сателлита соединено с неподвижным эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, а эллиптическая шестерня сателлита состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, при этом большие полуоси а всех эллиптических колес одинаковы. Все эллиптические колеса установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с₁, равном от центра делительного эллипса для одной пары колес, имеющей малую полуось b₁, и расстоянии с₂, равном для другой пары, имеющей малую полуось и таким образом достигается непрерывность их зацепления. На входном валу установлено цилиндрическое зубчатое колесо и соединено с водилом зубчатой передачей, при этом водило выполнено в виде цилиндрического зубчатого колеса, установленного на промежуточном валу и соединенного через вращательную кинематическую пару с валом сателлита. Неподвижное эллиптическое зубчатое колесо, промежуточный и выходной валы соосны. На водиле противоположно валу сателлита на расстоянии Н, равном расстоянию между осями вращения промежуточного вала и вала сателлита, установлен противовес, масса которого равна массе сателлита. На выходном валу жестко закреплено рабочее колесо, к которому посредством канатной подвески крепится колонна штанг.

Технический результат достигается за счет выполнения водила в виде зубчатого колеса и соединения его с двигателем через зубчатую передачу, что позволяет сделать привод штанговой скважинной насосной установки более компактным в осевом направлении, а также за счет отсутствия рычажных механизмов в приводе и применения на водиле противовеса, уравновешивающего односателлитный планетарный механизм. Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 приведена схема привода штанговой скважинной насосной установки (рабочее колесо и колонна штанг не показаны), на фиг. 2 изображен вид слева, на фиг. 3 изображен вид справа, на фиг. 4 представлен разрез А-А (корпус не показан), на фиг. 5 представлен разрез Б-Б (корпус не показан).

Привод штанговой скважинной насосной установки содержит электродвигатель 1, корпус исполнительного механизма 2, входной вал 3, жестко соединенный с валом электродвигателя 1, соосные промежуточный вал 4 и выходной вал 5. Неподвижное эллиптическое зубчатое колесо 6 жестко закреплено на корпусе соосно промежуточному валу 4. Эллиптическое зубчатое колесо 7 установлено на выходном валу 5. Цилиндрическое зубчатое колесо 8 установлено на входном валу 3 и соединено с водилом 9 зубчатой передачей. Водило 9 выполнено в виде цилиндрического зубчатого колеса, установленного на промежуточном валу 4 и соединенного через вращательную кинематическую пару с валом сателлита 10. Сателлит состоит из эллиптического зубчатого колеса 11 и эллиптической шестерни 12, повернутых на 180° относительно друг друга и соединенных валом 10 (фиг. 4, 5). Неподвижное эллиптическое зубчатое колесо 6 и эллиптическое зубчатое колесо 11 состоят в зацеплении и имеют одинаковые размеры, эллиптическая шестерня 12 и эллиптическое зубчатое колесо 7 также состоят в зацеплении и имеют одинаковые размеры, при этом большие полуоси а всех эллиптических колес одинаковы. Все эллиптические колеса установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии c₁, равном от центра делительного эллипса для пары колес 6 и 11, имеющей малую полуось b₁, и расстоянии c₂, равном для пары 7 и 12, имеющей малую полуось b₂, и таким образом достигается непрерывность их зацепления. На водиле противоположно валу сателлита 10 на расстоянии H, равном расстоянию между осями вращения промежуточного вала 4 и вала сателлита 10, установлен противовес 13, масса которого равна массе сателлита. На выходном валу жестко закреплено рабочее колесо 14, к которому посредством канатной подвески 15 крепится колонна штанг 16 (фиг. 3).

Привод штанговой скважинной насосной установки работает следующим образом.

Электродвигатель 1 сообщает входному валу 3 вращательное движение, которое с помощью цилиндрического зубчатого колеса 8 передается водилу 9, благодаря этому эллиптическое зубчатое колесо 11 обкатывается по неподвижному эллиптическому зубчатому колесу 6, вращательное движение эллиптического колеса 11 через вал 10 и эллиптическую шестерню 12 передается эллиптическому зубчатому колесу 7 и выходному валу 5, при указанном соотношении размеров эллиптических колес выходной вал 5 через полный оборот промежуточного вала 4 и водила 9 оказывается в том же положении, однако благодаря переменным передаточным отношениям пар эллиптических колес 11 и 6, 12 и 7 совершает возвратно-вращательное движение. Данное движение передается жестко закрепленному на выходном валу 5 рабочему колесу 14 (фиг. 3), и посредством канатной подвески 15 преобразуется в возвратно-поступательное движение колонны штанг 16 и, соответственно, плунжера насоса. При работе привода нефтекачалки центр масс системы звеньев, включающей водило 9, вал сателлита 10, эллиптическое зубчатое колесо 11, эллиптическую шестерню 12, а также противовес 13, находится на оси вращения промежуточного вала, что обеспечивает высокую уравновешенность привода.

Таким образом, заявляемое изобретение является компактным и уравновешенным приводом штанговой скважинной насосной установки, позволяющим добывать нефть из скважин, что обеспечивает достижение технического результата.

Исследования выполнялись с использованием оборудования ЦКП «Исследовательский центр пищевых и химических технологий» КубГТУ (СКР_3111), развитие которого поддерживается Минобрнауки РФ (Соглашение №075-15-2021-679).

Изобретение относится к приводу штанговых скважинных насосов. Привод включает корпус, в котором установлены входной и выходной валы, электродвигатель, соединенный с входным валом, зубчатые колеса, сателлит. На корпусе жестко закреплено неподвижное эллиптическое зубчатое колесо. На выходном валу установлено другое эллиптическое зубчатое колесо. Привод содержит водило, соединенное через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, состоящего из эллиптического зубчатого колеса и эллиптической шестерни, повернутых на 180° относительно друг друга и соединенных валом. Эллиптическое зубчатое колесо сателлита соединено с неподвижным эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера. Эллиптическая шестерня сателлита состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера. Большие полуоси а всех эллиптических колес одинаковы. Все эллиптические колеса установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через фокус делительного эллипса, расположенного на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии c₁, равном от центра делительного эллипса для одной пары колес, имеющей малую полуось b₁, и расстоянии c₂,, равном для другой пары, имеющей малую полуось b₂, и таким образом достигается непрерывность их зацепления. На входном валу установлено цилиндрическое зубчатое колесо, соединенное с водилом зубчатой передачей. Водило выполнено в виде цилиндрического зубчатого колеса, установленного на промежуточном валу и соединенного через вращательную кинематическую пару с валом сателлита. Неподвижное эллиптическое зубчатое колесо, промежуточный и выходной валы соосны. На водиле противоположно валу сателлита на расстоянии, равном расстоянию между осями вращения промежуточного вала и вала сателлита, установлен противовес, масса которого равна массе сателлита. На выходном валу жестко закреплено рабочее колесо, к которому посредством канатной подвески крепится колонна штанг. Изобретение направлено на уменьшение габаритных размеров привода штанговой скважинной насосной установки в осевом направлении, а также на обеспечение более высокой уравновешенности. 5 ил.

Привод штанговой скважинной насосной установки, включающий корпус, в котором установлены входной и выходной валы, электродвигатель, соединенный с входным валом, зубчатые колеса, сателлит, отличающийся тем, что содержит жестко закрепленное на корпусе неподвижное эллиптическое зубчатое колесо, эллиптическое зубчатое колесо, установленное на выходном валу, водило, соединенное через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, состоящего из эллиптического зубчатого колеса и эллиптической шестерни, повернутых на 180° относительно друг друга и соединенных валом, причем эллиптическое зубчатое колесо сателлита соединено с неподвижным эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, а эллиптическая шестерня сателлита состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, при этом большие полуоси a всех эллиптических колес одинаковы, кроме того, все эллиптические колеса установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии c₁, равном от центра делительного эллипса для одной пары колес, имеющей малую полуось b₁, и расстоянии с₂, равном для другой пары, имеющей малую полуось b₂, и таким образом достигается непрерывность их зацепления, цилиндрическое зубчатое колесо на входном валу, соединенное с водилом зубчатой передачей, при этом водило выполнено в виде цилиндрического зубчатого колеса, установленного на промежуточном валу и соединенного через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, промежуточный вал, причем неподвижное эллиптическое зубчатое колесо, промежуточный и выходной валы соосны, противовес, установленный на водиле противоположно валу сателлита на расстоянии Н, равном расстоянию между осями вращения промежуточного вала и вала сателлита, и имеющий массу, равную массе сателлита, жестко закрепленное на выходном валу рабочее колесо, к которому посредством канатной подвески крепится колонна штанг.