RU23927U1 - Привод кривошипный безбалансирный скважинного штангового насоса - Google Patents

Description

ровно через 180° поворота кривошипа. При идеальном совпадении фаз этих моментов, обе точки пересечения каждой из этих кривых оси абсцисс соответственно совпадают между собой (что соответствует нулевому значению крутящего момента на редукторе в этот момент). Однако, на практике, фазы изменения крутящего момента на кривошипе и изменения уравновешивающего момента - не совпадают. На графике это отображается следующим образом. Одна из точек пересечения указанных выше кривых оказывается выше оси абсцисс, а другая - ниже этой оси, т.е в области отрицательных значений крутящего момента на редукторе.

Известен также кривошипный безбалансирный привод, содержащий размещенные на стойке приводные кривошипы с брусьями на которых установлены свободно вращающиеся натяжные шкивы с огибающими их гибкими звеньями одни концы каждого из которых перекинуты через направляющие шкивы и связаны с подвеской колонны штанг, а другие, огибая расположенные на кривошипах натяжные шкивы соединены со стойкой и образуют V - образно расположенные ветви, см., патент РФ №1106922, F04B 47/02, 1982г., выданный на имя Я.Ф. Коршуна (вариант изобретения, касающийся выполнения кривошипа с двумя свободно вращающимися натяжными шкивами). (4).

Однако, реализация такого привода с длиной хода менее 5м практически невозможна, что обусловлено малым сроком службы гибких звеньев, быстро выходящих из строя изза усталостного разрушения при изгибах на шкивах малого диаметра. Удовлетворительный срок службы этих звеньев, выполненных, например, из стального каната, достигается только при диаметре шкивов, по крайней мере, в бОраз большем диаметра огибающего каната. Это обуславливает значительные габариты и массу данного аналога, который может быть реализован только в приводах станков с длиной хода более 5м.

Прототипом заявленной полезной модели является привод скважинного штангового насоса, содержащий установленные на стойке приводные кривошипы со свободно вращающимся натяжными шкивами, а также направляющие шкивы с перекинутыми через них гибкими звеньями, одни концы которых связаны с подвеской колонны насосных штанг, а другие, огибая натяжные шкивы, связаны со стойкой и образуют V-образные ветви, см.(4), изобретения с одним натяжным шкивом.

в прототипе (по сравнению с первым аналогом), показатель кинематического несовершенства близок к единице т.е. динамическая составляющая нагрузки, действующей на штанги и привод, имеет меньшие значения. Крутящий момент на редукторе также менее подвергнут колебаниям и имеет меньшие абсолютные значения. Это повышает эффективность работы привода, снижает его габариты и массу.

Однако и в этом приводе возникают отрицательные значения крутящего момента как на редукторе, так и двигателе в момент изменения направления хода подвески колонн штанг в одной из крайних точек возврата. Это обусловлено примерным равенством продолжительности хода подвески штанг вверх и вниз, причем на фоне более ровного крутящего момента на редукторе этот недостаток выражен более ощутимо.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение эффективности работы привода за счет исключения отрицательных значений крутящего момента на редукторе и двигателе в момент изменения направления хода подвески колонны штанг, посредством увеличения продолжительности рабочего хода (ход вверх) и сокращения холостого хода (ход вниз).

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что привод кривошипный безбалансирный скважинного штангового насоса, содержащий стойку с приводные кривошипами, снабженными натяжными шкивами, направляющие шкивы с перекинутыми через них гибкими звеньями, один конец которых связан с подвеской колонны насосных штанг, а другой, через натяжной шкив связан со стойкой, образуя V-образно расположенные ветви, согласно полезной модели, в плоскости вращения кривошипа, центр вращения направляющего шкива и точка связи со стойкой гибкого звена расположены на разных удалениях от центра вращения кривошипа, причем отношение этих удалений составляет не менее 1,1.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого кривошипного безбалансирного привода (вариант с боковым расположением V-образного расположенных ветвей гибкого звена); на фиг. 2 - то же (вариант с верхним расположением гибкого звена); на фиг. 3 - графики изменения крутящего момента за цикл и уравновешивающего момента предлагаемого привода.

1.Стойка (условно показана с дополнительными позициями 1о, 1а, 1б, показывающие места установки на стойке узлов преобразующего механизма.

2.Приводной кривошип.

3.Натяжной шкив.

4.Направляющий шкив.

5.Гибкое звено.

6.Подвеска колонны насосных штанг.

7.Противовес. Обозначение на фиг. 3.

1.Примерная кривая изменения крутящего момента на кривошипе (за цикл).

2.Синусоида изменения уравновешивающего момента (за цикл).

3.Кривая изменения крутящего момента на редукторе (за цикл), как результирующая кривая кривых 1 и 2.

4.Точки пересечения кривых 1 и 2 между собой.

Предлагаемый кривошипный безбалансирный привод скважинного штангового насоса содержит установленные на стойке 1 (условно показана как неподвижные звенья шарнирных соединений) и закрепленные в точке 1о два приводных кривошипа 2 (обычно такие приводы выполняются в виде пар с симметричным расположением одинаковых элементов) со свободно вращающимся натяжными шкивами 3. На стойке 1, в точке 1а закреплены направляющие шкивы 4, через которые перекинуты гибкие звенья 5, одни концы которых связаны с подвеской 6 колонны насосных штанг (не показано), а другие, огибая натяжные шкивы 3 связаны со стойкой в точке 1б, образуя V-образно расположенные ветви - 5а и 5б. Варианты выполнения, приведенные на фиг.1 и 2 отличаются между собой местоположением кривошипа 2 относительно оси вращения (точка 1о) и V-образных ветвей 5а и 5в гибкого звена 5. В варианте, см, фиг. 1, V-образные ветви имеют боковое расположение, а в варианте, изображенном на фиг. 2, V-образные ветви гибкого звена 5 имеют верхнее расположение.

Особенностью конструкции данного привода является то, что в плоскости вращения кривошипа 2, ось вращения направляющего шкива 4 и точки 1а, 1б закрепления гибкого звена 5 на стойке, расположены на разном удалении от оси вращения кривошипа (точка 1о), причем расстояние от оси вращения кривошипа до оси вращения направляющего шкива, т.е. полюсное расстояние - ра примерно в 1,4 раза (фиг.1) превышает расстояние от оси вращения кривошипа до точки закрепления гибкого звена со стойкой - полюсное расстояние Ре.. В варианте, изображенном на фиг.1 - Ра/Рв 1,4 , а для варианта, см. фиг. 2 - Рв/Ра 1,2.

При работе привода, кривошипы 2, непрерывно вращаясь вокруг своей оси, посредством натяжных шкивов 3, воздействуют на гибкие звенья 5, вследствие чего подвеска 6 с колонной штанг, совершают вертикальные возвратно-поступательные движения, приводя в действие скважинный штанговый плунжерный или поршневой насос.

Далее работа предложенного привода поясняется на основе графического анализа.

По существу кривошипный привод скважинного штангового насоса является генератором циклических возвратно-поступательных движений с продолжительностью цикла, равной одному обороту кривошипа вокруг оси своего вращения. За один цикл подвеска колонны штанг (точка подвеса штанг) совершает один двойной ход: ход вверх (рабочий ход) и ход вниз (холостой ход). За начало цикла, как правило, принимается нижняя точка возврата точки подвеса штанг, в которой поступательная скорость равна нулю. Применительно к предложенному приводу это соответствует моменту, когда рабочее плечо кривошипа 2 направлено вдоль биссектрисы угла между V-образно расположенными ветвями 5а и 5б гибкого звена 5, так как именно в этот момент в этой точке мгновенные перемещения и поступательная скорость равны нулю. Крутящий момент, действующий на кривошип, в этот момент также равен нулю, так как равнодействующая сил, направленных вдоль V-образных ветвей гибкого звена 5, по направлению также совпадает с направлением рабочего плеча кривошипа 2.

Аналогичная картина будет и в верхней точке возврата точки подвеса штанг, так как в этот момент рабочее плечо кривошипа 2 также совпадает с направлением биссектрисы, но в данном случае уже с внешней стороны и уже с новым углом между V-образно расположенными ветвями 5а и 5б гибкого звена 5 (на фиг. 1 и 2 такое положение кривошипа изображено штрихами).

Из фиг.1 и 2 видно, что в предложенном приводе упомянутые выше биссектрисы, соответствующие нижней и верхней точкам возврата точки подвеса штанг, не совпадают (не находятся на одной линии), как это имело бы место при равенстве полюсных расстояний Ра и Ре, а образуют угол 9 (угол асимметрии или дезаксиала). В этом случае, при вращении кривошипа 2 от начала цикла, когда его рабочее плечо совпадает с биссеетрисой, соответствующей нижней точке возврата точки подвеса штанг, (по чертежу - по часовой стрелке) до совпадения этого плеча с биссектрисой, соответствующей верхней точке возSM n4wo . врата точки подвеса штанг, он опишет угол фв, который по своему значению больше угла Фн1 который кривошип опишет при дальнейшем вращении в том же направлении до возврата его в исходное положение т.е. фв - Фн 9Приняв угловую скорость вращения кривошипа в течении цикла за постоянную величину с учетом предыдущей зависимости, можно заключить, что в предложенном приводе продолжительность хода вверх (рабочий ход) больше продолжительности хода вниз (холостой ход). Выше отмечалось, что в точках возврата точки подвеса штанг, крутящий момент на кривошипе равен нулю. Отсюда следует, что продолжительность действия крутящего момента на кривошип при ходе вверх больше чем продолжительность его действия при ходе вниз, причем в той же пропорции, что и продолжительность хода. Уравновешивая этот крутящий момент противовесами на кривошипах, крутящий момент от которых изменяется по синусоиде, зеркально расположенной по отношению к уравновешиваемому моменту, обеспечивают положение обеих точек пересечения этих кривых между собой выше оси абсцисс, т.е. в положительном поле координат (см. фиг.З). Это означает, что крутящий момент на редукторе и двигателе в момент изменения направления хода подвески штанг, как в нижней, так и в верхней точках возврата, не имеют отрицательных значений (кривая 3 фиг.З). За счет этого, а также за счет снижения общей нагрузки на привод из-за увеличения продолжительности хода вверх и снижения коэффициента кинематического несовершенства показателя т, эффективность работы привода и штанг возрастает. Кроме этого повышается КПД, а также созф при работе электродвигателя. Предложенная полезная модель обеспечивает возможность создания легких, компактных и надежных приводов скважинных штанговых насосов с длиной хода 3,5 -5м.

Claims (1)

1. Привод кривошипный безбалансирный скважинного штангового насоса, содержащий стойку с приводными кривошипами, снабженными натяжными шкивами, направляющие шкивы с перекинутыми через них гибкими звеньями, один конец которых связан с подвеской колонны насосных штанг, а другой, через натяжной шкив связан со стойкой, образуя V-образно расположенные ветви, отличающийся тем, что в плоскости вращения кривошипа центр вращения направляющего шкива и точка связи со стойкой гибкого звена расположены на разных удалениях от центра вращения кривошипа, причем отношение этих удалений составляет не менее 1,1.