RU169916U9

RU169916U9 - Sucker rod pump linear actuator

Info

Publication number: RU169916U9
Application number: RU2016148127U
Authority: RU
Inventors: Петър Петров Петков; Ани Петрова Петкова; Владимир Евгеньевич Брунман; Андрей Николаевич Волков; Ольга Владимировна Кочнева; Кирилл Владимирович Балабанов
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2017-06-05
Also published as: RU169916U1

Abstract

Полезная модель относится, в широком смысле, к технологии механизированной добычи нефти, а точнее к конструкции технических средств, обеспечивающих реализацию этой технологии.Сущность полезной модели заключается в том, что в линейном приводе ШГН, включающем вертикальный корпус с фланцем для связи с устьем скважины, снаружи которого смонтирован механизм привода, включающий реечную передачу, образованную взаимодействующими между собой рейкой и зубчатой шестерней, первая из которых посредством штанги связана с полированным штоком насоса, а вторая через трансмиссию кинематически связана с реверсивным двигателем, шестерня и контактные элементы рейки имеют форму и геометрические параметры, соответствующие звездочке и цепи стандартной цепной передачи, при этом рейка выполнена двухрядной.Технический результат полезной модели состоит в упрощении технологии изготовления рейки, повышении надежности ее работы и улучшении условий ремонта за счет выполнения ее контактных элементов по форме и геометрии контактных элементов стандартной цепной передачи. 3 ил.The utility model relates, in a broad sense, to the technology of mechanized oil production, and more specifically to the design of technical means that ensure the implementation of this technology. The essence of the utility model is that in the linear actuator SHGN, including a vertical housing with a flange for communication with the wellhead, on the outside of which a drive mechanism is mounted, including a rack and pinion gear formed by interacting racks and gears, the first of which is connected to the polished rod by means of a rod and the second through the transmission is kinematically connected with the reversing engine, the gear and contact elements of the rack have the shape and geometric parameters corresponding to the sprocket and chain of a standard chain transmission, while the rack is double-row. The technical result of the utility model consists in simplifying the technology of manufacturing the rack, increasing its reliability work and improving repair conditions by performing its contact elements in the shape and geometry of the contact elements of a standard chain drive. 3 ill.

Description

Полезная модель относится, в широком смысле, к технологии механизированной добычи нефти, а точнее - к конструкции технических средств, обеспечивающих реализацию этой технологии.The utility model relates, in a broad sense, to the technology of mechanized oil production, and more precisely to the design of technical means that ensure the implementation of this technology.

К настоящему времени наибольшее распространение в качестве установок привода штанговых глубинных насосов (ШГН) получили балансирные станки-качалки (СК). Данный тип привода имеет значительные преимущества, такие как высокая надежность, долговечность и энергоэффективность.To date, the most widely used as the installation of the drive sucker rod pumps (SHG) received balancing rocking machines (SK). This type of drive has significant advantages, such as high reliability, durability and energy efficiency.

Типичная конструкция СК содержит балансир с головкой, связанный с редуктором посредством кривошипов через шатуны с пальцами, и канатную подвеску полированного штока с винтами динамометрирования. Балансир установлен на основании с рамой. Правая часть балансира с противовесами, траверсой и шатунами, отсоединенными от кривошипов, всегда тяжелее левой части балансира с его головкой и канатом канатной подвески. В связи с этим вращающий момент балансира направлен по часовой стрелке и его компенсирует колонна штанг насоса, посаженная на зажим [SU 1333838].A typical SK design contains a balancer with a head connected to the gearbox through cranks through connecting rods with fingers, and a rope suspension of a polished rod with dynamometer screws. The balancer is installed on the base with the frame. The right side of the balancer with counterweights, traverse and connecting rods, disconnected from the cranks, is always heavier than the left part of the balancer with its head and rope suspension cable. In this regard, the balancer torque is clockwise and compensates for by the pump rod string mounted on the clamp [SU 1333838].

Типичными недостатками практически любого СК являются:Typical disadvantages of almost any SC are:

1. Высокая металлоемкость и относительно высокая стоимость транспортировки;1. High metal consumption and relatively high cost of transportation;

2. Необходимость подготовки бетонного основания или свайного поля перед монтажом привода (капитальные затраты);2. The need to prepare a concrete base or pile field before mounting the drive (capital costs);

3. Высокая стоимость замены СК или ее узлов вследствие большой массы;3. The high cost of replacing the SC or its components due to the large mass;

4. Низкий срок службы редуктора из-за 100% продолжительности включения;4. Low gearbox life due to 100% on-time;

5. Неудовлетворительное центрирование канатной подвески, обусловленное неточностью изготовления головки балансира и приводящее к ускоренному износу устьевого уплотнения;5. Poor centering of the cable suspension due to inaccuracy in the manufacture of the head of the balancer and leading to accelerated wear of the wellhead seal;

6. Неудобство перестановки пальцев шатунов;6. The inconvenience of rearranging the fingers of the connecting rods;

7. Высокая трудоемкость перемещения противовесов в процессе уравновешивания;7. The high complexity of the movement of the balances in the process of balancing;

8. Наличие большого числа открытых движущихся механизмов.8. The presence of a large number of open moving mechanisms.

Последние десять лет ведутся интенсивные работы в направлении создания принципиально нового привода ШГН, отличающегося мобильностью, надежностью, невысокой стоимостью и простотой обслуживания. В этом плане представляется возможным выделить две идеологии, основанные на использовании различных принципов механического преобразования вращательного движения двигателя в возвратно-поступательное перемещение рабочего органа, под которым понимается полированный шток привода ШГН. Условно эти принципы можно определить как винтовой и реечный, т.е. заключающиеся в использовании винтового и реечного механизмов соответственно, которые совместно с двигателем и трансмиссиями образуют, так называемые, линейные приводы ШГН.Over the past ten years, intensive work has been carried out towards the creation of a fundamentally new SHGN drive, characterized by mobility, reliability, low cost and ease of maintenance. In this regard, it seems possible to distinguish two ideologies based on the use of various principles of mechanical conversion of the rotational movement of the engine into reciprocating movement of the working body, which is understood as the polished rod of the actuator SHGN. Conventionally, these principles can be defined as screw and rack, i.e. consisting in the use of screw and rack gears, respectively, which together with the engine and transmissions form the so-called linear drives of SHGN.

Известен линейный привод ШГН, содержащий опору, на которой установлен мотор-редуктор с жестко укрепленной на нижнем конце его ведомого вала гайкой и ходовой винт, жестко соединенный со штангой. На ходовом винте выполнены попарно противоположно направленные ленточные нарезки, при этом в каждой паре верхние выходы ленточных нарезок, как и нижние выходы, выполнены с плавным переходом друг в друга, образуя бесконечную ленту. В гайке напротив каждой нарезки ходового винта выполнено сквозное горизонтально расположенное отверстие, в которое вставлена с возможностью вращения соосно расположенная цилиндрическая обойма с выполненным на ней в форме горизонтального прямоугольника пазом со стороны ходового винта. В пазе цилиндрической обоймы размещен с возможностью вращения на оси горизонтально установленный ролик с выступающей наружу паза частью, которая введена в нарезку бесконечной ленты, состоящей из вышеупомянутых нарезок. Ведомый вал мотор-редуктора выполнен в виде трубы, а ходовой винт установлен в ведомом валу коаксиально, причем длина ведомого вала больше длины прямого или обратного хода ходового винта. Ведомый вал установлен в опоре на подшипниках [RU патент №2482332].Known linear actuator SHGN, containing a support on which a gear motor is mounted with a nut rigidly attached to the lower end of its driven shaft and a lead screw rigidly connected to the rod. On the lead screw, oppositely directed tape cuts are made in pairs, while in each pair the upper outputs of the tape cuts, as well as the lower outputs, are made with a smooth transition into each other, forming an endless ribbon. In the nut opposite each thread of the lead screw there is a through horizontal hole, into which a coaxially located cylindrical ferrule with a groove made on it in the form of a horizontal rectangle from the lead screw side is inserted for rotation. In the groove of the cylindrical cage, a horizontally mounted roller with an outwardly protruding part of the groove, which is inserted into a cut of an endless tape consisting of the above cuts, is rotatably rotated on the axis. The driven shaft of the gearmotor is made in the form of a pipe, and the lead screw is installed coaxially in the driven shaft, and the length of the driven shaft is greater than the length of the forward or reverse lead screw. The driven shaft is mounted in a bearing on bearings [RU patent No. 2482332].

Благодаря выполнению ходового винта с попарно противоположно направленными ленточными нарезками, образующими бесконечную ленту, отпадает необходимость изменять направление вращения электродвигателя. Однако предлагаемая конструкция ходового винта представляется технологически сложно выполнимой и в условиях длительной, практически безостановочной эксплуатации - малонадежной. Износ ролика и ленточных нарезок способен значительно повлиять на работоспособность привода.Thanks to the implementation of the lead screw with pairwise oppositely directed tape cuts forming an endless tape, there is no need to change the direction of rotation of the electric motor. However, the proposed design of the lead screw is technologically difficult to perform and in conditions of prolonged, almost non-stop operation - unreliable. Wear of the roller and tape cuts can significantly affect the performance of the drive.

Использование реечного механизма в приводе ШГН в сравнении с винтовым выглядит более перспективным особенно в плане реализации вышеназванных требований, предъявляемых к приводам ШГН.The use of the rack and pinion mechanism in the SHGN drive in comparison with the screw one looks more promising especially in terms of the implementation of the above requirements for SHGN drives.

Известен линейный привод ШГН, который содержит неподвижно установленный на устье скважины и жестко связанный с последней посредством фланцевого соединения вертикальный корпус, снаружи которого смонтирован механизм привода, включающий зубчатую реечную передачу, образованную взаимодействующими зубчатой рейкой и зубчатой шестерней, первая из которых посредством штанги связана с полированным штоком насоса, а вторая через трансмиссию кинематически связана с реверсивным двигателем [US патент №8555984].A linear SHG drive is known, which comprises a vertical housing rigidly mounted on the wellhead and rigidly connected to the latter by means of a flange connection, the drive mechanism is mounted on the outside, including a rack and pinion gear formed by interacting gear rack and gear gear, the first of which is connected to a polished rod the pump rod, and the second through the transmission is kinematically connected with a reversing engine [US patent No. 85555984].

Несмотря на очевидные достоинства описанного привода ШГН, последний обладает рядом недостатков:Despite the obvious advantages of the described SHGN drive, the latter has several disadvantages:

1. Технологическая сложность изготовления рейки с модулем значительной величины, что требует использования специального зуборезного и шлифовального оборудования, а также специальной термической поверхностной обработки зубьев;1. The technological complexity of manufacturing rails with a module of significant magnitude, which requires the use of special gear-cutting and grinding equipment, as well as special thermal surface treatment of the teeth;

2. Значительный износ (несмотря на применяемые материалы и термообработку) зубьев шестерни и рейки, являющийся следствием характера их взаимодействия, основанном на трении скольжения, что усугубляется значительными нагрузками на привод ШГН, что в конечном итоге приводит к существенному снижению его надежности;2. Significant wear (despite the materials and heat treatment used) of the gear teeth and racks, which is a consequence of the nature of their interaction, based on sliding friction, which is aggravated by significant loads on the SHGN drive, which ultimately leads to a significant decrease in its reliability;

3. Низкая ремонтоспособность, выражающаяся в необходимости замены всей рейки при разрушении или недопустимом износе хотя бы одного зуба.3. Low maintainability, expressed in the need to replace the entire rail when the destruction or unacceptable wear of at least one tooth.

Таким образом, задачей полезной модели является упрощение технологии изготовления реечной передачи, а также повышение надежности ее работы и улучшение условий проведения ремонтных работ.Thus, the objective of the utility model is to simplify the manufacturing technology of rack and pinion transmission, as well as increase the reliability of its operation and improve the conditions for repair work.

Поставленная задача достигается за счет того, что в линейном приводе ШГН, включающем вертикальный корпус с фланцем для связи с устьем скважины, снаружи которого смонтирован механизм привода, включающий реечную передачу, образованную взаимодействующими между собой рейкой и зубчатой шестерней, первая из которых посредством штанги связана с полированным штоком насоса, а вторая через трансмиссию кинематически связана с реверсивным двигателем, шестерня и контактные элементы рейки имеют форму и геометрические параметры, соответствующие звездочке и цепи стандартной цепной передачи, при этом вращающиеся ролики цепи смонтированы на неподвижных осях, закрепленных на рейке, выполненной по меньшей мере, двухрядной. Привод, при этом, снабжен парой звездочек, установленных на его выходном валу, каждая из которых взаимодействует с роликами своего ряда рейки.The problem is achieved due to the fact that in the linear actuator SHGN, including a vertical housing with a flange for communication with the wellhead, outside of which a drive mechanism is mounted, including a rack and pinion gear formed by interacting racks and gears, the first of which is connected to the rod a polished pump rod, and the second is kinematically connected through a transmission to a reversible motor, the gear and contact elements of the rack have a shape and geometric parameters corresponding to the rider and the chain of a standard chain drive, while the rotating rollers of the chain are mounted on fixed axles mounted on a rail made of at least two rows. The drive, in this case, is equipped with a pair of sprockets mounted on its output shaft, each of which interacts with the rollers of its row of rails.

Технический результат полезной модели состоит в упрощении технологии изготовления рейки, повышением надежности ее работы и улучшении условий ремонта за счет выполнения ее контактных элементов по форме и геометрии контактных элементов стандартной цепной передачи.The technical result of the utility model consists in simplifying the manufacturing technology of the rail, increasing the reliability of its operation and improving the repair conditions by performing its contact elements in the shape and geometry of the contact elements of a standard chain drive.

На фиг. 1 дано схематическое изображение общего вида штангового глубинного насоса.In FIG. 1 is a schematic representation of a general view of a sucker rod pump.

На фиг. 2 дано изображение поперечного сечения ШГН.In FIG. 2 shows an image of the cross section of the SHG.

На фиг. 3 дано схематическое изображение поперечного сечения рейки ШГН.In FIG. 3 is a schematic representation of the cross section of the SHGN rail.

Линейный привод ШГН содержит несущий корпус 1, выполненный в виде полой цилиндрической трубы, которая снабжена фланцем 2. соединяемым посредством болтового соединения 3 с устьем скважины, представленной трубой 4. Снаружи несущего корпуса 1 в его средней части смонтирован механизм привода ШГН, который включает реечную передачу, преобразующую вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательное движение рейки. Реечная передача образована звездочкой 5 и рейкой 6. Обе детали изготавливаются в соответствии с существующими стандартами на ценные передачи. Так звездочка 5, а точнее ее форма и геометрические параметры выбраны по ГОСТ 591-69, а элементы рейки, такие как ось 7 и ролики 8, соответствуют ГОСТ 13568-97 на роликовые цепи. Рейка 6 выполнена двухрядной, а оси 7 являются общими для обоих рядов (фиг. 3). На каждой оси 7 установлено по паре роликов 8, взаимодействующих со звездочками 5, объединенными в единый блок 9. Последний жестко связан с выходным валом 10 приводного механизма, включающего механическую трансмиссию 11 и реверсивный двигатель 12. Рейка 6 установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющих 13 и связана с помощью штанги 14 с полированным штоком (на чертежах не показан). Следует отметить, что форма и параметры деталей цепной передачи, использованные в предлагаемой конструкции, в совокупности образуют одну из разновидностей цевочной передачи, однако при этом отличны от нее. Параметры цевочной передачи по форме и геометрии регламентируются Руководящими техническими материалами по цевочному зацеплению (РТМ 31, 4005-76, Центральное бюро научно-технической информации Министерства морского флота, Москва, 1977, с. 81).The linear actuator SHGN comprises a supporting housing 1 made in the form of a hollow cylindrical pipe, which is equipped with a flange 2. connected by means of a bolt connection 3 to the wellhead, represented by a pipe 4. Outside of the bearing housing 1, a drive mechanism SHGN is mounted in its middle part, which includes a rack and pinion transmission transforming the rotational motion of the electric motor into the reciprocating motion of the rail. The rack and pinion gear is formed by an asterisk 5 and rail 6. Both parts are manufactured in accordance with existing standards for valuable gears. So an asterisk 5, or rather its shape and geometric parameters are selected according to GOST 591-69, and the rail elements, such as axis 7 and rollers 8, correspond to GOST 13568-97 on roller chains. The rail 6 is made double-row, and the axis 7 are common to both rows (Fig. 3). On each axis 7, a pair of rollers 8 are installed, interacting with sprockets 5 combined into a single unit 9. The latter is rigidly connected to the output shaft 10 of the drive mechanism, including a mechanical transmission 11 and a reversing engine 12. The rack 6 is mounted with the possibility of reciprocating movement guides 13 and is connected using a rod 14 with a polished rod (not shown in the drawings). It should be noted that the shape and parameters of the chain drive parts used in the proposed design together form one of the varieties of the pin drive, however, they are different from it. The parameters of the pinwheel transmission in shape and geometry are regulated by the Guiding technical materials for pinwheel gearing (RTM 31, 4005-76, Central Bureau of Scientific and Technical Information of the Ministry of the Navy, Moscow, 1977, p. 81).

Работа линейного привода ШГН заключается в придании возвратно-поступательного перемещения цевочной рейке 6, а значит и связанному с ней штангой 14 полированному штоку насоса за счет реверсивного вращения электродвигателя 12 с частотой, задаваемой системой управления линейным приводом, которая отвечает и за длину хода.The operation of the linear actuator SHG consists in imparting reciprocating movement to the pin bar 6, and hence the polished rod of the pump connected to it 14, by reversing the rotation of the electric motor 12 with a frequency set by the linear actuator control system, which is also responsible for the stroke length.

Предложенное техническое усовершенствование воплощено в опытном образце, испытания которого позволили выявить следующие преимущества в сравнении с ШГН, снабженным традиционным реечным механизмом:The proposed technical improvement is embodied in a prototype, tests of which revealed the following advantages in comparison with SHG equipped with a traditional rack and pinion mechanism:

1. Уменьшается стоимость изготовления за счет использования более дешевых материалов (корпус рейки можно изготовить из конструкционной стали обыкновенного качества взамен легированных сталей);1. The manufacturing cost is reduced due to the use of cheaper materials (the rail body can be made of structural steel of ordinary quality instead of alloyed steels);

2. Упрощается технология изготовления рейки - вместо дорогостоящей операции нарезания зубьев с использованием специального оборудования и инструмента можно применять универсальные оборудование и инструменты;2. The manufacturing technology of the staff is simplified - instead of the expensive operation of cutting teeth using special equipment and tools, universal equipment and tools can be used;

3. Используемые оси и ролики весьма технологичны, а их достаточное количество обеспечивает серийность производства;3. The axles and rollers used are highly technological, and their sufficient number ensures serial production;

4. Уменьшается материалоемкость и масса конструкции рейки;4. The material consumption and the mass of the rail structure are reduced;

5. Повышается ремонтопригодность за счет обеспечения возможности быстрой и легкой замены элементов рейки (осей и роликов) при выходе их из строя вследствие перегрузок или по иным причинам;5. Maintainability is improved by providing the ability to quickly and easily replace rail elements (axles and rollers) when they fail due to overloads or for other reasons;

6. Уменьшается износ в процессе работы за счет трения качения в передаче;6. Reduced wear during operation due to rolling friction in the gear;

7. Обеспечивается возможность передачи больших усилий за счет увеличения рядности передачи.7. It is possible to transfer large efforts by increasing the transmission row.

Claims

The linear actuator of the sucker rod pump, including a vertical housing with a flange for communication with the wellhead, on the outside of which a drive mechanism is mounted, including a rack and pinion gear, formed by a rack and gear gear interacting with each other, the first of which is connected to the polished pump rod by the rod, and the second through the transmission is kinematically connected with a reversing engine, characterized in that the gear and contact elements of the rack have the shape and geometric parameters corresponding to the sprockets ke and chains of a standard chain drive, while the chain rollers, which are rotatable, are mounted on fixed axes mounted on a rail made of at least two rows, and the drive is equipped with a pair of sprockets mounted on its output shaft, each of which interacts with rollers of their row reiki.