Привод скважинного штангового насоса Советский патент 1992 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к технике механизированной добычи нефти и предназначено для привода скважинного штангового насоса, может быть использовано преимущественно в нефтяной промышленности.

Известны балансирные и бесбалансир- ные приводы скважинного штангового насоса, включающие раму, стойку, на которой установлен балансир или направляющий шкив (ролик), приводной двигатель, редуктор, на ведомом валу которого установлен кривошип, кинематически связанный через поворотное звено с подвеской колонны штанг.

Недостатком этих известных приводов является создание при возвратно-поступательном движении штанг больших динамических нагрузок, увеличивающих максимальное значение и амплитуду изменения суммарной нагрузки в точке подвеса штанг, а также значительные колебания момента на ведомом валу редуктора, пиковые значения которого значительно превышает среднее его значение. Эти недостатки приводят к ухудшению условий работы штанг, нерациональной загрузке редуктора и привода в целом, снижая эффективность работы скважинно-насосной установки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является привод скважинного штангового насоса, содержащий раму, стойку, на которой в качестве поворотного звена установлен балансир, приводной двигатель, редуктор, на ведомом валу которого установлен кривошип, кинематически связанный через упругое звено (шатун-амортизатор) и балансир с подвесной колонны штанг.

Недостаток этого привода состоит в низкой надежности и недостаточно эффективной работе.

Обусловлено это тем, что пневматические амортизаторы на шатунах уменьшают надежность привода и при небольших скоростях откачки (менее 30 м/мин) ведут к потере длины хода устьевого штока. Кроме того, амортизаторы на шатунах, призванные реагировать на пиковые нагрузки в точке подвеса штанг, не реагируют на пиковые значения крутящего момента на ведомом валу редуктора, по фазе не совпадающие с пиковыми значениями нагрузки в точке подвеса штанг, в результате чего требуются не только более мощные редуктор и электродвигатель, но последний, будучи крайне неравномерно загруженным, работает при пониженном КПД и коэффициенте мощности Cos p , увеличивая удельные энергетические затраты.

Цель изобретения - повышение надежности и эффективности работы привода путем уменьшения максимальной величины крутящего момента, передаваемого ведомым валом редуктора, и снижения динами- ческой составляющей нагрузки в точке подвеса штанг.

В предложенном техническом решении благодаря выравниванию крутящего момента на ведомом валу редуктора и нагрузки в

0 точке подвеса штанг создается резерв по нагрузке и по крутящему моменту на редукторе, что позволяет существенно увеличить глубину подвески насоса и производительность скважинно-насосной установки с

5 предлагаемым приводом. Этому способствует также и уменьшение потери длины хода точки подвеса штанг от системы амортизирования. Выравнивание крутящего момента на ведомом валу редуктора ве0 дет к уменьшению мощности двигателя и более полной его загрузке, повышает эффективность его работы за счет повышения циклового КПД и коэффициента мощности (Cos p) его работы.

5 Замена пневматической системы амортизации механической повышает надежность ее работы и привода в целом Этому способствует также имеющаяся возможность постоянного контроля за нагрузкой на

0 редуктор.

Эта цель достигается тем, что привод, включающий раму со стойкой, в верхней части которой установлено поворотное зве- но(балансир или направляющий шкив), при5 водной двигатель, редуктор, на ведомом валу которого установлен кривошип, кинематически связанный через поворотное звено с подвеской колонны штанг, согласно изобретению редуктор и приводной двига0 тель установлены подвижно относительно рамы на опорах, относительно которых редукторе двигателем имеют возможность поворота вокруг оси ведомого вала, причем редуктор снабжен устройством, уравнове5 шивающим реактивный крутящий момент.

Устройство, уравновешивающее реактивный крутящий момент, выполнено в виде упругого звена, связывающего редуктор с рамой. Это устройство может быть также

0 выполнено в виде рычажного или канатно- роликового механизма, снабженного грузом.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый привод

5 отличается тем, что редуктор и п- вводной двигатель установлены подвижно относительно рамы на опорах, относительно которых редуктор с двигателем имеет возможность поворота вокруг оси ведомого

вала, причем редуктор снабжен устройством, уравновешивающим реактивный крутящий момент.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого привода, в котором в качестве поворотного звена на стойке применен балансир; на фиг.2 - привода, в котором в качестве поворотного звена на стойке применен направляющий шкив; на фиг.З - привод с рычажным уравновешивающим устройством реактивного крутящего момента; на фиг.4 - привод с канатно-роликовым уравновешивающим устройством реактивного крутящего момента,

Привод скважинного штангового насоса содержит базовую раму 1 (показаны только места присоединения), стойку 2, на которой установлен в качестве поворотного звена 3 балансир, приводной двигатель 4, редуктор 5, на ведомом валу 6 которого установлены кривошипы 7, кинематически связанные через шатуны 8 и балансир с канатной подвеской 9 колонны штанг (не показана). Редуктор 5, расположенный с приводным двигателем 4 на одной платформе 10, установлен подвижно относительно базовой рамы 1 на опорах 11, расположенных на консольных концах (не обозначены) ведомого вала 6 и позволяющих редуктору 5 с двигателем 4 поворачиваться вокруг оси ведомого вала 6. При этом для уравновешивания реактивного крутящего момента, действующего на редуктор 5, платформа 10 своим плечом 12 шарнирно соединена с упругим звеном (амортизатором) 13, содержащим пружину 14, Это звено шарнирно соединено с базовой рамой 1. Пружинное звено С амортизатор) 13 может быть расположено и поперек плеча 12 и соединяется с ним и со стойкой 2 без шарниров. При этом для двустороннего действия упругое звено 13 может состоять из двух пружин 14, расположенных по одну и другую сторону плеча 12.

Для визуального определения нагрузки на редуктор по степени отклонения плеча 12 имеется шкала 15, а во избежание поломки редуктора 5 из-за случайной его перегрузки ( порыве штанг, недостатка или избытка момента от противовесов 16) установлены концевые выключатели 17. Показания нагрузки на редукторе и сигнал об аварийном отключении могут быть задействованы в систему телемеханики.

Привод работает следующим образом. Канатная подвеска 9 вместе с подвешенной к ней колонной штанг (не показана), приводимая в действие от приводного двигателя 4, связанного через клиноременную передачу (не обозначена) с редуктором 5, совершает вертикальное возвратно-поступательное движение, испытывая при этом не только изменяющуюся от направления движения статическую нагрузку, но и налагаемые на нее знакопеременные динамические нагрузки, увеличивающие максимальную нагрузку на штанги и неравномерность крутящего момента на ведомом валу 6 редуктора 5 даже при полном уравно0 вешивании привода. При этом выравнивание крутящего момента на ведомом валу 6 редуктора 5 и нагрузки в точке подвеса штанг происходит следующим образом. При пиковом возрастании крутящего

5 момента, передаваемого вращающимся, например, по часовой стрелке, ведомым валом 6 редуктора 5, редуктор 5 с приводным.дви- гателем 4, преодолевая усилие пружины 14, уравновешивающей реактивный крутящий

0 момент, поворачивается против часовой стрелки, т.е. навстречу вращению ведомого вала 6 с кривошипами 7 (крайнее положение показано штрихами), замедляя мгновенную скорость вращения последних. Уменьшение

5 мгновенной скорости вращения кривошипов 7 относительно стойки 2 замедляет скорость движения подвески с колонной штанг, снижая пиковые значения крутящего момента на ведомом валу 6 редуктора 5 и уси0 лия, действующие на штанги. И наоборот, при снижении крутящего момента на ведомом валу 6 редуктора 5 потенциальная энергия сжатой пружины упругого звена 13 поворачивает редуктор 5 с приводным дви5 гателем4 по часовой стрелке, т.е. по направлению вращения ведомого вала 6 с кривошипами 7, в результате чего скорость вращения кривошипов 7 и, следовательно, скорость поступательного движения штанг

0 возрастает, увеличивая уменьшающийся момент на ведомом валу 6 редуктора 5 и нагрузку в точке подвеса штанг. Таким образом, за счет снижения пиковых и увеличения минимальных значений крутящего

5 момента на ведомом валу 6 происходит выравнивание нагрузки на редуктор и колонну штанг. При этом величина перемещения точки подвеса штанг от величины угла покачивания в опорах 11 редуктора 5 с привод0 ным двигателем 4-относительно оси ведомого вала 6 будет разной в зависимости от местоположения кривошипа 7. В самом начале и в самом конце движения точки подвеса штанг вверх, т.е. когда кривошип 7 и

5 шатун 8 вытянуты в одну линию или близки к ней, это перемещение будет минимальным, а в средней части хода точки подвеса штанг - максимальным. Следовательно, в начальный период движения точки подвеса штанг вверх или вниз, когда происходит удлинение или сокращение колонны штанг, наложение в это время на основное движение перемещения от поворота редуктора 5 с кривошипами 7 будет минимальным, в связи с чем и потери хода точки подвеса штанг от упругого звена (амортизатора) 13 будут значительно меньшими, чем в случае установки амортизатора на колонне штанг или шатунах 8.

Предложенное техническое решение в одинаковой степени реализуется и в безба- лансирных приводах, когда на стойке 2 в качестве поворотного звена 3 установлены направляющие шкивы (ролики) с перекинутыми через них канатами подвески 9 штанг, связанные через натяжные шкивы 18 с кривошипами 7, концы которых играют роль шатунов 8 (фиг.2). В отличие от описанного выше привода здесь упругое звено (амортизатор) 13 расположен поперек плеча 12, яв- ляющегося продолжением платформы 10, и содержит две пружины 14, расположенные по одну и другую стороны плеча 12. Пружина 14 может быть спакетирована и по-другому. В остальном этот привод соответствует фиг.1,

Кроме описанных выше вариантов, на фиг.З и 4 представлены примеры выполнения привода с грузовым уравновешивани- ем реактивного крутящего момента, действующего на редуктор 5. На фиг.З достигается это за счет подсоединения к плечу 12 рычага 19 с грузом 20 на конце, при этом другой конец рычага имеет шарнирное сое- динение.2

J

8

На фиг.4 уравновешивание реактивного крутящего момента достигается за счет присоединенного к платформе 10 и перекинутого через ролик 21 каната 22 с грузом 14.

Формула изобретения

1.Привод скважинного штангового насоса, включающий раму со стойкой, в верхней части которой установлено поворотное звено (балансир или направляющий шкив), приводной двигатель, редуктор, на ведомом валу которого установлен кривошип, кинематически связанный через поворотное звено с подвеской колонны штанг, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности и эффективности путем уменьшения динамической составляющей нагрузки в точке подвеса штанг за счет уменьшения максимальной величины крутящего момента, передаваемого ведомым валом, редуктор и приводной двигатель установлены подвижно относительно рамы на опорах, относительно которых редуктор с двигателем имеет возможность поворота вокруг оси ведомого вала, причем редуктор снабжен устройством, уравновешивающим реактивный крутящий момент.

2.Привод по п.1.отличающийся тем, что устройство уравновешивания реактивного крутящего момента выполнено в виде упругого звена, связывающего редуктор с рамой.

3.Привод по п.1,отличающийся тем, что устройство уравновешивания реактивного крутящего момента выполнено в виде рычажного или канатно-роликового механизма, снабженного грузом.

15

Фиг.2

I

Изобретение относится к технике механизированной добычи нефти, предназначено для привода скважинного штангового насоса и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности. Целью изобретения является увеличение надежности и эффективности путем уменьшения динамической составляющей нагрузки в точке подвеса штанг. Привод скважинного штангового насоса включает раму 1 со стойкой 2, в верхней части которой установлено поворотное звено 3, приводной двигатель 4, редуктор 5, на ведомом валу которого установлен кривошип 7. Редуктор 5 и приводной двигатель 4 установлены подвижно относительно оси рамы на опорах 11. Редуктор 5 имеет возможность поворота вокруг оси ведомого вала и снабжен устройством, уравновешивающим реактивный крутящий момент. Устройство уравновешивания может быть выполнено в виде упругого звена, связывающего редуктор с рамой, либо в виде рычажного или канатно-роликового механизма, снабженного грузом. 2 з.п.ф-лы, 4 ил СЛ С Xj СО -4 о 00 00 Фиг1

18

//

&.

21