EA032268B1 - Безбалансирный станок-качалка штанговых насосных установок - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к оборудованиям, предназначенным для приведения в действие глубинного насоса при механизированной эксплуатации нефтяных скважин. Известен механический привод скважинного штангового насоса наиболее близкий по технической сущности, являющийся прототипом предложенного, который содержит раму, установленный на ней трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, связанный посредством клиноременной передачи с многоступенчатым редуктором, на входном валу которого с одной стороны установлен двухколодочный тормоз, а с другой ведомый шкив клиноременной передачи, выходной вал редуктора жестко связан с кривошипами с роторными грузами, траверсу, жестко соединенную с точкой подвеса штанги. Механический привод 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 кривошипе, а многоступенчатый редуктор состоит из двух ведущих и ведомых валов и двухвенцовых блоков шестерен, расположенных по всей длине ведущего и ведомого валов. Задача решена тем что, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное движение точки подвеса штанги посредством двух кривошипов, установленных на них роторных грузов, направляющих блоков, расположенных на передних стойках и охваченных непрерывными гибкими канатами, которые одним концом шарнирно соединены с кривошипами, а другим с узлом подвески штанги, симметрично расположенные относительно оси двухпоточного трехступенчатого редуктора, ведомый вал которого жестко связан с кривошипами, а ведущий вал одним концом закреплен к шкиву двухколодочного тормоза, а другим через ведомый шкив клиноременной передачи с валом электродвигателя, причем на кривошипах с двух сторон установлены роторные грузы, обеспечивающие возможность уравновешивания нагрузки при спуске и подъеме штанги, отличающийся тем, что он имеет уравновешивающую систему, состоящую из двух симметрично расположенных на задних стойках направляющих блоков, противовеса и параллельных канатов, соединенных одним концом с узлом подвеса штанги, а другим с противовесом, который выполнен в виде регулируемого подвижного противовеса, причем передние и задние стойки шарнирно соединены с его рамой и соединены регулируемыми винтовыми тягами.

Description

Изобретение относится к оборудованиям, предназначенным для приведения в действие глубинного насоса при механизированной эксплуатации нефтяных скважин. Известен механический привод скважинного штангового насоса наиболее близкий по технической сущности, являющийся прототипом предложенного, который содержит раму, установленный на ней трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, связанный посредством клиноременной передачи с многоступенчатым редуктором, на входном валу которого с одной стороны установлен двухколодочный тормоз, а с другой ведомый шкив клиноременной передачи, выходной вал редуктора жестко связан с кривошипами с роторными грузами, траверсу, жестко соединенную с точкой подвеса штанги. Механический привод 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 кривошипе, а многоступенчатый редуктор состоит из двух ведущих и ведомых валов и двухвенцовых блоков шестерен, расположенных по всей длине ведущего и ведомого валов. Задача решена тем что, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное движение точки подвеса штанги посредством двух кривошипов, установленных на них роторных грузов, направляющих блоков, расположенных на передних стойках и охваченных непрерывными гибкими канатами, которые одним концом шарнирно соединены с кривошипами, а другим с узлом подвески штанги, симметрично расположенные относительно оси двухпоточного трехступенчатого редуктора, ведомый вал которого жестко связан с кривошипами, а ведущий вал одним концом закреплен к шкиву двухколодочного тормоза, а другим через ведомый шкив клиноременной передачи с валом электродвигателя, причем на кривошипах с двух сторон установлены роторные грузы, обеспечивающие возможность уравновешивания нагрузки при спуске и подъеме штанги, отличающийся тем, что он имеет уравновешивающую систему, состоящую из двух симметрично расположенных на задних стойках направляющих блоков, противовеса и параллельных канатов, соединенных одним концом с узлом подвеса штанги, а другим с противовесом, который выполнен в виде регулируемого подвижного противовеса, причем передние и задние стойки шарнирно соединены с его рамой и соединены регулируемыми винтовыми тягами.

032268 В1

Изобретение относится к оборудованиям, предназначенным для приведения в действие глубинного насоса при механизированной эксплуатации нефтяных скважин.

Известен механический привод скважинного штангового насоса наиболее близкий по технической сущности, являющийся прототипом [1] предложенного, который содержит раму, установленный на ней трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, связанный посредством клиноременной передачи с многоступенчатым редуктором, на входном валу которого с одной стороны установлен двухколодочный тормоз, с другой - ведомый шкив клиноременной передачи, выходной вал редуктора жестко связан с кривошипами с роторными грузами, траверсу, жестко соединенную с точкой подвеса штанги, Механический привод 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 кривошипе, а многоступенчатый редуктор, имеющий передаточное отношение 1:125 состоит из двух ведущих и ведомых валов и двухвенцовых блоков шестерен, расположенных по всей длине ведущего и ведомого валов.

Основными недостатками предложенной конструкции является то, что уравновешивание станкакачалки выполняется только кривошипным уравновешиванием. Известно что, сущность уравновешивания станков-качалок, заключается в обеспечении равномерной загрузки редуктора и приводного двигателя при ходе точки подвеса штанги вверх и вниз. В этой конструкции при ходе точки подвеса штанги вверх редуктор и двигатель нагружаются положительным моментом для подъема колонн штанг и столба жидкости. А при ходе вниз колонны штанг, редуктор и двигатель нагружаются отрицательным моментом. Изменение вращающего момента на кривошипном валу редуктора, а, следовательно, и на валу двигателя происходит по синусоиде, что не допустимо. Такой режим работы требует максимальное увеличение массы груза на кривошипе или увеличения расстояния установки грузов на кривошипах от оси их вращения. Поэтому при возвратно поступательном движении растут и инерционные силы, которые воспринимаются подшипниками ведомого вала редуктора. Кроме этого, в конструкции ползуны совершают возвратно-поступательное движение по оси двух цилиндрических направляющих стоек. Это создает дополнительный расход энергии и приводит к изнашиванию направляющих стоек. С другой стороны с увеличением длины хода точки подвеса штанги, резко увеличиваются габаритные размеры (высота) станкакачалки. В известной установке (станке-качалке) многоступенчатый редуктор, приводится в движение посредством электродвигателя большей мощности с низкой частотой вращения. Это существенно увеличивает расход электроэнергии, а также габаритные размеры установки, снижает ее надежность и коэффициент полезного действия.

Задачей изобретения является энергосбережение, обеспечение стабильности движения точки подвеса штанги, уменьшение габаритных размеров, повышение уровня надежности станка-качалки.

Задача изобретения решена тем, что безбалансирный станок-качалка штанговых насосных установок, содержащий раму, установленный на ней трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, траверсу, жестко соединенную с точкой подвеса штанги, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное движение точки подвеса штанги посредством двух кривошипов, установленных на них роторных грузов, направляющих блоков, расположенных на передних стойках и охваченных непрерывными гибкими канатами, которые одним концом шарнирно соединены с кривошипами, а другим - с узлом подвески штанги, симметрично расположенные относительно оси двухпоточного трехступенчатого редуктора, ведомый вал которого жестко связан с кривошипами, а ведущий вал одним концом закреплен к шкиву двухколодочного тормоза, а другим через ведомый шкив клиноременной передачи - с валом электродвигателя, причем на кривошипах с двух сторон установлены роторные грузы, обеспечивающие возможность уравновешивания нагрузки при спуске и подъеме штанги, отличающийся тем, что он имеет уравновешивающую систему, состоящую из двух симметрично расположенных на задних стойках направляющих блоков, противовеса и параллельных канатов, соединенных одним концом с узлом подвеса штанги, а другим - с противовесом, который выполнен в виде регулируемого подвижного противовеса, причем передние и задние стойки шарнирно соединены с его рамой и соединены между собой регулируемыми винтовыми тягами.

Предложенная конструкция механического привода скважинных насосов, за счет выполнения преобразующего механизма в виде кривошипно-блочного механизма, обладает лучшей характеристикой движения точки подвеса штанг. При этом отклонения законов движения точки подвеса штанги от гармонического колебания намного меньше, а, следовательно, меньше и инерционные нагрузки в установке. Уравновешивание станка-качалки выполняется комбинированным, то есть посредством подвижных и роторных противовесов. Роторные противовесы установлены на кривошипах, а подвижной противовес соединен гибким канатом с траверсой штанги колонны. Последний позволяет существенно снизить нагрузки на кривошипы, а следовательно на валы редуктора привода.

Это показывает, что вышеперечисленные признаки относятся к существенным и влияют на достигаемый результат обеспечения требуемого закона изменения пути, скорости и ускорения точки подвеса штанги, энергосбережение, уменьшение габаритных размеров, повышение уровня надежности механического привода скважинных насосов.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема механического привода скважинных насосов вид сбо

- 1 032268 ку;

на фиг. 2 - вид спереди;

на фиг. 3 - вид сзади.

Механический привод содержит два кривошипа 7, жестко закрепленный с двух сторон на выходных концах ведомого вала многоступенчатого редуктора 4. Многоступенчатый редуктор, расположен на двух валах, имеет передаточное отношение 1:125.

Общее число ступеней указанного редуктора на одну ступень превышает общее число двухвенцовых блоков шестерен, которые расположены по всей длине ведущего и ведомого валов с возможностью свободного вращения вокруг осей соответствующих валов, образующих двойной подшипник скольжения.

На одном конце ведущего вала редуктора установлен ступенчатый ведомый шкив 6 клиноременной передачи 3, на другом выходном конце ведущего вала редуктора установлен двухколодочный тормоз 5.

Механический привод содержит раму 1, выполненную из профильного проката в виде двух продольных полозьев, соединенных поперечными связями, двух кронштейнов для соединения передних стоек 18, двух кронштейнов для соединения задних стоек 19, а также двух кронштейнов для соединения передних тяг 16 и двух кронштейнов для соединения задних тяг 17. На раме совместно с редуктором установлен трехфазный асинхронный электродвигатель 2.

В составе преобразующего механизма, имеются также канаты 13, 14 и блоки 11, 12. На одном конце параллельных канатов с помощью траверсы 9 подвешена колонна штанг 10, оканчивающаяся в скважине плунжером насоса, а в другом конце закреплены кривошипы с противовесом 8. С другой стороны траверса соединена с параллельными канатами 14 подвижного противовеса 15, дающий выигрыш в силе. Штанга, жестко связанная с траверсой, соединена с поршнем насоса. Передние и задние стойки шарнирно соединены на кронштейнах рамы. С другой стороны эти стойки соединены между собой передними тягами, имеющими участки с правой и левой резьбой каждый. Кроме этого задние стойки с помощью задних тяг шарнирно соединены на кронштейнах рамы.

Передние и задние тяги обеспечивают изменение углов наклона передних и задних стоек. Эти стойки могут быть изготовлены телескопическими для регулирования высоты стойки в зависимости от хода точки подвеса штанги. Нижние концы (основание) передних и задних стоек крепятся к кронштейну на шарнирной опоре с возможностью отклонения вправо или влево с помощью передних тяг для освобождения пространства вокруг устья скважины при ремонте и для точного регулирования траектории движения точки подвеса штанги по вертикальной линии. Кроме этого, соединение стоек к кронштейну на шарнирной опоре дает возможность полностью раскладывать передние и задние стойки при транспортировке в место установки станка-качалки.

Для снижения нагрузок на элементы преобразующего механизма, с помощью гибкого звена на траверсу дополнительно закреплен подвижной противовес.

Механический привод работает следующим образом.

После включения трехфазного асинхронного электродвигателя ступенчатый ведущий шкив клиноременной передачи получает вращательное движение и приводит во вращение ведомый шкив, установленный на ведущем валу многоступенчатого редуктора. Через многоступенчатый редуктор вращение передается на ведомый вал редуктора с требуемой частотой вращения. Одновременно вращаются и кривошипы, установленные на выходном валу редуктора. Шарнирно соединенные с кривошипами канаты, совершая сложное движение и проходящие через направляющие блоки, охваченные непрерывным гибким элементом приводит к возвратно-поступательному движению траверсы. Жестко соединенная с траверсой последняя в свою очередь передает возвратно-поступательное движение штанге а, следовательно, поршню насоса.

При этом изменение перемещения, скорости и ускорения точки подвеса штанги происходит более близко к гармоническому закону, чем балансирные станки-качалки с преобразующим механизмом в виде кривошипно-ползунного механизма.

Разработан, изготовлен и испытан лабораторный образец предлагаемого нового конструктивного решения механического привода скважинных насосов нефтяной скважины, включающий в свой состав канатно-кривошипный механизм и трехступенчатый редуктор.

Установлено, что предлагаемая конструкция механического привода штанговых насосов нефтяных скважин имеет оригинальную конструкцию и обеспечивает следующие преимущества перед другими видами нефтедобывающего оборудования:

1) потребляет электроэнергии примерно в 1,5-1,7 раза меньше, чем обычные балансирные стайкикачалки.

2) увеличивает срок эксплуатации редуктора, за счет отсутствия отрицательных вращающих моментов на выходном валу;

3) не требует сплошного и высокого фундамента;

4) менее чувствительна к неравномерной осадке фундамента;

5) отсутствует массивный качающийся балансир и громоздкая поворотная головка у балаисирной качалки.

- 2 032268

6) увеличивает срок службы колонны штанг, так как практически нет динамических нагрузок, вибрации за счет работы по симметричному циклу;

7) имеет небольшие габариты;

8) имеет возможность для освобождения пространства вокруг устья скважины при монтаже, ремонте и точного регулирования траектории движения точки подвеса штанги по вертикальной линии;

9) Имеет возможность полностью раскладывать передние и задние стойки при транспортировке в месте установки станка-качалки.

Литература:

1. Абдуллаев А.И., Наджафов А.М., Гасымов Р.М. Евразийская патентная организация. Евразийское патентное ведомство. Патент № 012103, 2009.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Безбалансирный станок-качалка штанговых насосных установок, содержащий раму, установленный на ней трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, траверсу, жестко соединенную с точкой подвеса штанги, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное движение точки подвеса штанги посредством двух кривошипов, установленных на них роторных грузов, направляющих блоков, расположенных на передних стойках и охваченных непрерывными гибкими канатами, которые одним концом шарнирно соединены с кривошипами, а другим - с узлом подвески штанги, симметрично расположенные относительно оси двухпоточного трехступенчатого редуктора, ведомый вал которого жестко связан с кривошипами, а ведущий вал одним концом закреплен к шкиву двухколодочного тормоза, а другим через ведомый шкив клиноременной передачи - с валом электродвигателя, причем на кривошипах с двух сторон установлены роторные грузы, обеспечивающие возможность уравновешивания нагрузки при спуске и подъеме штанги, отличающийся тем, что он имеет уравновешивающую систему, состоящую из двух симметрично расположенных на задних стойках направляющих блоков, противовеса и параллельных канатов, соединенных одним концом с узлом подвеса штанги, а другим - с противовесом, который выполнен в виде регулируемого подвижного противовеса, причем передние и задние стойки шарнирно соединены с его рамой и соединены между собой регулируемыми винтовыми тягами.