Привод скважинного штангового насоса Советский патент 1984 года по МПК F04B47/02 

Изобретение касается техники добычи нефти, в частности нривода скважинных штанговых насосов, и может быть использовано нреимущественно в нефтяной промышленности.

Известен привод скважинного штангового насоса, преобразующий механизм которого состоит из реверсивного барабана с прикрепленными к нему и намотанными в противоположные стороны двумя гибкими звеньями, к одному из которых подвешена колонна штанг, связанная с плунжером, а к другомупротивовесы, причем реверсирование барабана осуществлено как с помощью специальных автоматических реверсирующих устройств, так и посредством реверсирования самого двигателя 1.

Недостатком известного привода скважинного штангового насоса является низкая надежность, обусловленная малыми сроками службы гибких звеньев (канатов) и сложностью конструкции реверсирующих устройств.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является привод скважинного щтангового насоса, содержащий размешенные на стойке редуктор с кривошипами на ведомом валу и направляющие шкивы с перекинутыми через них гибкими звеньями, один конец каждого из которых связан с подвеской колонны штанг 2.

Однако ввиду значительного отклонения закона изменения крутящего момента на кривошипах, создаваемого нагрузкой в точке подвеса штанг, от простого синусоидального закона крутящий момент на валу кривошипов после его уравновешивания, воспринимаемый редуктором и двигателем, имеет большие колебания, пиковые значения которого значительно превышают среднее, а сдвиг эпюры скорости подвески штанг, будучи направленным в сторону нижнего ее положения, ухудшает кинематические показатели привода. Это в свою очередь приводит к нерациональной загрузке привода, сжимающей его производительность и КПД и уменьшаюшей глубину откачки жидкости, а также препятствует увеличению длины хода.

Цель изобретения - повышение производительности и КПД привода путем повышения его уравновешенности и улучшения кинематических показателей.

Указанная цель достигается тем, что в приводе скважинного штангового насоса, содержащем размешенные на стойке редуктор с кривошипами на ведомом валу и направляющие шкивы с перекинутыми через них гибкими звеньями, один конец каждого из которых связан с подвеской колонны штанг, каждый кривошип снабжен по меньшей мере одним свободно вращающимся относительно своей оси натяжным щкивом, охваченным гибким звеном с V-образным расположением его ветви.

Причем, кривошип снабжен установленным на нем брусом, на котором размещены натяжные шкивы.

При этом брус либо жестко связан с кривошипом, либо установлен на кривошипе, с возможностью поворота.

На фиг. 1 схематично представлен привод скважинного штангового насоса с передним расположением приводных гибких звеньев, общий вид; на фиг. 2 - то же, с верхним

расположением гибких звеньев.

Привод скважинного щтангового насоса содержит размещенные на стойке 1 редуктор 2 с L-образными кривошипами 3 на ведомом валу (не обозначен) и направляющие

5 шкивы 4 с перекинутыми через них гибкими звеньями 5, один конец каждого из которых связан с подвеской 6 колонны штанг. Каждый из L-образных кривошипов 3 снабжен по меньшей мере одним свободно вращающимся вокруг своей оси натяжным шкивом 7,

0 охваченным гибким звеном 5 с V-образным расположением его ветви 8, конец которой неподвижно прикреплен к нижней части стойки 1. Кривошип 3 снабжен установленным на нем брусом 9, на котором располо5 жен натяжной шкив 7. Брус 9 служит для изменения расположения натяжных шкивов 7 относительно друг друга .и центра вращения кривошипа 3. Брус 9 либо жестко связан с кривошипом 3, либо установлен на кривошипе посредством пальца 10 с воз0 можностью поворота.

Для уменьшения нагрузки на приводные гибкие звенья 5 и оси натяжных шкивов 7 привод дополнительно снабжен противовесом 11, подвешенным на канате 12, второй конец которого перекинутый через дополнительный шкив (не обозначен) и связан с подвеской 6 колонны штанг.

Вариант конструкции привода скважинного штангового насоса с верхним расположением приводных гибких звеньев 5 (фиг. 2)

0 имеет одноплечий кривошип 3 и дополнительную стойку 13, на которой размешены шкивы 14. Подвеска 6 колонны штанг в этом случае может быть расположена и между направляюшими шкивами 4 и 14, а шкивы 4 при этом могут быть объединены в один,

5 что имеет значение при стесненных условиях на устье.

Привод по этому варианту может иметь и иную оснастку приводным гибким звеном 5, которое, например, после направляюшего шкива огибает натяжные шкивы 7 и своим концом закрепляется на выступе 13 стойки 1, тогда необходимость в шкивах 14 отпадает.

Привод скважинного щтангового насоса работает следующим образом. Кривошип 3 приводимый в действие через трансмиссию от двигателя (не обозначены), вращаясь с постоянной скоростью, своими натяжными шкивами 7 натягивает охватывающую их V-образную ветвь 8 гибкого звена 5. Так как один конец этой ветви неподвижно закреплен относительно стойки 1 то другой, перекинутый через направляющий шкив 4, совершает возвратно-поступательное движение с циклом, равным полному обороту кривошипа 3, приводя в действие связанную с ним посредством подвески 6 колонну штанг с плунжером насоса (не показаны). При жестком закреплении бруса 9 на кривошипе 3 натяжные шкивы 7 вступают в контакт с Охватывающей их ветвью гибкого звена 5 поочередно с некоторым совмещением времени, накладывая на основное движение дополнительное движение с двойной частотой, величина и сдвиг фаз которого относительно основного регулируется изменением угла наклона бруса 9 к кривошипу 3 и расстоянием друг от друга натяжных шкивов 7. При свободном вращении бруса 9 на пальце 10 кривошипа 3 оба натяжные шкива 7 постоянно находятся в контакте с охватывающей их ветвью 8 гибкого звена 5. Использование изобретения позволяет за счет изменения за цикл угла V-образно расположенной, разграниченной натяжными шкивами 7 ветви 8 гибкого звена 5 от максимального его значения (при нахождении подвески штанг в нижней части своего хода) до минимального (при нахождении этой подвески в верхней части своего хода) приводит к значительному уменьшению отклонения момента на кривощипах за цикл, создаваемого нагрузкой в точке подвеса штанг, от простого синусоидального закона, в результате чего момент на валу кривошипов, воспринимаемый редуктором и через трансмиссию двигателем, после уравновешивания получается более ровным с меньшим отклонением пиковых значений от номинального, и к смещению эпюры скорости подвески штанг в сторону верхнего ее положения, что улучщает и кинематические показатели привода. Кроме того, при неподвижном относительно кривощипа брусе с двумя натяжными шкивами на нем происходит изменение и величины радиуса кривошипа за цикл, т. е. на основное движение накладывается дополнительное движение с удвоенной частотой. Изменяя величину и сдвиг фаз этого движения изменением расстояния между натяжными шкивами и наклоном бруса к кривошипу, представляется возможным качественно изменять закон движения подвески штанг в широких пределах и- получать в том числе трапециевидный характер изменения скорости этой подвески при движении ее вверх с увеличением продолжительности этого полуцикла за счет сокращения времени холостого хода. При свободном вращении относительно кривошипа бруса с двумя шкивами возможно получить (как и при одном шкиве на кривошипе) симметричный цикл движения подвески штанг, близкий к гармоническому синусоидальному звену. Таким образом, за счет улучшения кинематических показателей привода доля статической (полезной) нагрузки в точке подвеса щтанг увеличивается, что позволяет без увеличения максимальной нагрузки на подвеску поднять производительность посредством увеличения площади поперечного сечения плунжера или увеличить глубину откачки жидкости, а оставщийся при этом резерв мощности редуктора по крутящему моменту, образованный более полной уравновешенностью привода, позволяет увеличить обшую нагрузку на подвеску штанг или увеличить длину ее хода, что в свою очередь дополнительно увеличивает в первом случае производительность или глубину откачки жидкости, а во втором облегчает условия работы штанг (уменьшить число обрывов) за счет уменьшения в единицу времени числа циклов. При этом энергетические затраты на единицу добываемой продукции снижаются. При наличии на кривошипе двух натяжных шкивов, увеличивая длину хода точки подвеса штанг с одновременным приданием ей трапециевидного характера изменения скорости при движении вверх, возможно увеличить производительность станка и снизить энергетические затраты на единицу добываемой продукции примерно на 10- 20%.

Фиг. 2.

1. ПРИВОД СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА, содержащий размещенные на стойке редуктор с кривощипами на ведомом валу и направляющие щкивы с перкинутыми через них гибкими звеньями, один конец каждого из которых связан с подвеской колонны штанг, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и КПД, каждый кривошип снабжен по меньшей мере одним свободно вращающимся относительно своей оси натяжным шкивом, охваченным гибким звеном с V-образным расположением его ветви. 2.Привод цо п. 1, отличающийся тем, что кривошип снабжен установленным на нем брусом, на котором расположен натяжной шкив. 3.Привод по п. 1, отличающийся тем, что брус жестко связан с кривошипом. 4.Привод по п. I, отличающийся тем, что брус установлен на кривошипе с возi можностью поворота. (Л о О5 со ND to