Устройство для автоматического уравновешивания насосных нефтяных качалок Советский патент 1941 года по МПК F04B47/00 

Как известно, расход энергии на приведение в действие насосных нефтяных качалок сильно зависит от степени их уравновешенности, и при хорошо уравновешенном насосном станке экономия в расходе энергии составляет от 12 до 30%.

Так как, однако, в процессе работы скважины происходят значительные колебания ее режима (динамический уровень, газовые выбросы и т. п.), то качалка, будучи раз уравновешена, через некоторое время оказывается совершенно разбалансированной.

Уже делались попытки производить уравновешивание качалок посредством перемеш ения противовесов, но без автоматизации такого перемещения противовесов подобное уравновеши вание не достигает цели.

Изобретение ставит себе целью именно полную автоматизацию перемещения противовеса у насосных нефтяных качалок, в зависимости от изменений режима работы скважины, при помощи следящей системы, воздействующей на сервомотор, причем, согласно изобретению, для управления работой электрического сервомотора, перемещающего уравновешивающий

противовес, применен маятниковый регулятор.

При этом для осуществления регулирующего действия на электрический сервомотор маятник регулятора взаимодействует с контактным диском через траверзу с непрерывно вращающимися в противоположные стороны зубчатками, попеременно входящими в зацепление с зубчатым колесом, несущим контактные пальцы, приходящие в соприкосновение при повороте зубчатого колеса с контактами, укрепленными на следящем диске, увлекаемом при этом во вращение зубчатым колесом.

На чертеже фиг. 1 показывает общий вид насосной нефтяной качалки с устройством для автоматического уравновешивания согласно изобретению; фиг. 2 - схему этого устройства; фиг. 3 - одну из деталей устройства.

Балансиру Б обычной нефтяной насосной качалки, применяемой на нефтепромыслах, сидящему на оси стойки С, сообщается движение посредством щатуна П и кривощипного механизма от вала, связанного посредством ремня

или редуктора с электродвигателем, не показанным на чертеже.

Один конец балансира Б связан цепью Р Галля со штоком, переходящим далее в штанги Ш, идуш;ие вглубь скважины, где они оканчиваются плунжером глубинного насоса, подаюш;его нефть на поверхность по насосным трубам НТ.

Вес штанг и половины столба жидкости В насосных трубах уравновешен противовесом К.

Согласно изобретению, точка приложения 29 этого противовеса К к плечу балансира Б делается переставной, в зависимости от режима работы сква-жины при помош;и следящей системы, приводящей в движение сервомотор 26, который вызывает перемещение вдоль плеча балансира Б тележки 28, несущей на подвешенной к точке 29 тяге 35 качающийся па оси 36 противовес К.

Устройство для автоматического управления сервомотором 26 состоит из маятника 9, свободно подвешенного на оси 10, прикрепленной к балансиру Б (фиг. 1 и 2). При колебаниях балансира маятник сохраняет все время отвесное положение.

К тяге маятника прикреплена траверза 11, снабженная уступом (фиг. 3). К этой траверзе прилегает ролик 8, сидящий на конце дугообразной обоймы 7, которая поворотно укреплена на оси 2а и при помощи пружины 7а заставляет ролик 8 прижиматься к ребру траверзы 11 (фиг. 2 и 3).

Обойма 7 несет в себе четыре взаимно сцепляющиеся зубчатки 3, 2, 4 и 5, из которых зубчатка 2 является приводной и получает вращение от мотора 1 Уоррена, питаемого от сети, а зубчатка 4 является паразитной, так что зубчатки 3 и 5 вращаются в противоположные стороны.

При колебаниях балансира Б, на котором укреплено все устройство, представленное на фиг. 2, ролик 8 перекатывается по ребру траверзы 11, как показано на фиг. 3, и занимает положение, показанное сплошными линиями, или же положение, показанное пунктиром. JBo втором из них, соответствующем фиг. 2, зубчатка 3 входит в зацепление с зубчатым колесом

6 и заставляет его поворачиваться по направлению часовой стрелки, а в другом положении балансира, в зацепление с зубчатым колесом 6 приходит зубчатка 5 и заставляет его поворачиваться в противоположном направлении.

Таким образом, когда балансир Б начнет наклоняться в одну или другую сторону, зубчатое колесо 6 начнет поворачиваться соответственно также в одну или другую сторону.

На зубчатом колесе 6 укреплены два контактных пальца 12, заканчивающиеся контактами 14, приходящимися каждый между парой контактов 15 и 16 диска 13.

Контакты 14 через блокировочные контакты 30 крышки прибора присоединены к питающей сети.

Диск 13 вращается с некоторым трением, производимым нагруженным пружиной 18 фрикционным роликом 17, благодаря чему он может поворачиваться только под давлением контактов 14 на правые или левые следящие контакты 15, 16.

Реверсирующая траверза 11 маятника 9 обусловливает благодаря своей форме двухпозиционное смещение ролика 8 в моменты перехода балансира Б через горизонтальное положение.

Когда балансир совершает верхний полупериод Ti своего колебания, то с зубчатым колесом 6 сцеплена зубчатка 3. При переходе балансира в нижний полупериод TS колебания ролик 8, катясь по траверзе, опускается, обойма 7 под действием пружины 7а поворачивается, и, вместо зубчатки 3, с зубчатым колесом 6 сцепляется зубчатка 5, вследствие чего зубчатое колесо 6 начинает вращаться в обратную сторону.

Так как число оборотов зубчаток 3 и 5 одинаково, то длительность полупериодов Ti и Та колебаний балансира Б при уравновешенном состоянии должна быть одинаковой.

Вследствие некоторого расстояния между контактами 14 и 15и соответственно 14 и 16 получается известная зона нечувствительности (угол застоя), в пределах которого и происходят колебания балансира Б при его нормальной работе.

Если, однако, вследствие изменения режима работы скважины произойдет разбалансировка, то величина угла поворота задающих контактов 14 в- одну сторону будет больше, чем в другую, и контакты 14 скоро выйдут за пределы угла застоя, и произойдет соприк01Сновение их со следящими контактами 5 или 16.

При соприкосновении контактов 14, например, с контактами 15, что происходит при повороте зубчатого колеса 6 против часовой стрелки, замыкается цепь: фаза А-30-14-15-23Ь -сервомотор 26-23а-15-14-30-фаза В. ФазаС сервомотора включена постоянно. Сервомотор 26 начинает вращать винт 27, по которому перемещается тележка 28, несущая тягу 35 противовеса К, благодаря чему изменяется в нужную сторону длина правого плеча балансира Б (фиг. 1),

Так как задающие контакты непрерывно находятся в движении, поворачиваясь на некоторый угол и на такой же угол обратно, то соприкосновение контактов продолжается каждый раз лишь короткое время, равное разности Ti-То. Вследствие этого получается импульсное (прерываемое) регулирование, причем длительность импульсов соответствует величине имеющегося отклонения от нормальной величины.

В случде чрезмерного отклонения от нормальной работы вследствие аварии, например, обрыва штанг, буксирования ремня, обрыва противовеса и т. п. диск 13 поворачивается на больший угол в одпу сторону, вследствие чего один из кулачков 19, установленных в прорези 20 диска 13, нажимая на ролик 17, заставляет штифт 21 замкнуть контакт 22. Последний включен в схему телеуправления и осуществляет выключение электропривода станка-качалки.

Однако ролик 17 не может удержаться на выступающем кулачке 19 и соскальзывает с него (перескакивает), чем размыкает контакт 22, позволяя произвести повторный пуск.

Если при повторном пуске балансир Б остается резко неуравновешенным, то, вследствие дальнейшего поворота зубчатки 6, произойдет замыкание контактов 32-31, и осуществится вторичное аварийное выключение агрегата. Теперь уже для повторного пуска необходимо будет вмешательство персонала и возвращение следящей системы в нормальное положение вручную.

Всякая механическая авария станкакачалки (обрыв ремня, поломка балансира и т. п.) сопровождается остановкой балансира Б в каком-то определенном положении, следовательно, маятник 9 также остановится, но мотор Уоррена, получая питание с клемм электродвигателя качалки, будет продолжать вращаться, и зубчатое колесо 6, вращаясь теперь только в одну CTOpcJну, быстро вызовет замыкание аварийных остановочных контактов и выключение электропривода.

Может случиться, что вес противовеса К не будет лежать в области номинальной величины, и регулятор не уравновесит качалку. Поэтому для обслуживающего персонала необходимо наличие простейшей сигнализации, что в предлагаемом устройстве осуществляется лампочками 25.

Когда вес противовеса К оказывается малым или настолько большим, что регулятор не может уравновесить качалки, тележка 28 доходит до одного из своих крайних положений и производит размыкание конечных ртутных опрокидных контактов 23 или 24. Так как задающие контакты 14 еще сомкнуты со следящими контактами, то загорятся лампочки 25, сигнализируя этим ненормальный вес контргруза, а сервомотор 26 остановится.

Нужно ли в этом случае прибавить или убавить вес противовеса, можно определить по положению подвески контргруза и надписи на шкале, укрепленной на следящем диске 13.

Если во время не будут приняты меры, то качалка, будучи неуравновешенной, автоматически остановится с подачей сигнала об этом диспетчеру.

Предмет изобретения.

1. Устройство для автоматического уравновешивания насосных нефтяных качалок посредством перемещения противовесов, отличающееся тем, что для управления работой электрического сервомотора, перемещающего

уравновешивающий противовес, применен маятниковый регулятор.

2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью осуществления регулирующего действия на электрический сервомотор 26, маятник 9 регулятора выполнен

взаимодействующим с контактным диском 13 через траверзу 11 с зубчатками 2, 3, 4 и 5, попеременно входящими в зацепление с зубчатым колесом 6, связанным с диском 13 включающими контактами 14, укрепленными на стержнях 12.

ф иг 1

ге, f%f

ч.

ii v74-..,fJrS:rc5r; s Pr 4 «r} йА

ф иг 3

OJ

(