Привод скважинного штангового насоса

Привод скважинного штангового насоса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s F 04 В 47/02

ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

10 (21) 4763281/29 (22) 30,11.89 (46) 07.05.92.Бюл. N 17 (71) Всесоюзн ы и научно-исследо вател ьский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения (72) Я.Ф.Коршун, В.Н.Калинин, С,В.Ловчев, В.Н.Мартынов, Г.И.Онгемах и Ю,А,Левочкин (53) 621.651(088.8) (56) Молчанов Г.И., Молчанов А.Г.Машины и оборудование для добычи нефти и газа. М.:

Недра, 1984, с.140-141, 142-186. (54) ПРИВОД СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА (57) Изобретение относится к технике механизированной добычи нефти, предназначено для привода скважинного штангового насоса и может быть использовано в нефте„„, Ж„„1731988 А1 добывающей 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.

1731988

Изобретение относится к технике механизированной добычи нефти и предназначено для привода скважинного штангового насоса, может быть использовано преимущественно в нефтяной промышленности, Известны балансирные и бесбалансирные-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 веромым валом редуктора, и снижения динамической составляющей нагрузки в точке подвеса штанг.

В предложенном техническом решении благодаря выравниванию крутящего момента на ведомом валу редуктора и нагрузки в 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 предлагаемым приводом. Этому способствует также и уменьшение потери длины хода точки подвеса штанг от системы амортизирования. Выравнивание крутящего момента на ведомом валу редуктора ведет 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.

Замена пневматической системы амортизации механической повышает надежность ее работы и привода в целом, Этому способствует также имеющаяся возможность постоянного контроля за нагрузкой на редуктор, Эта цель достигается тем, что привод, 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, согласно изобретению редуктор и приводной двигатель установлены подвижно относительно рамы на опорах, относительно которых редуктор с двигателем имеют возможность поворота вокруг оси ведомого вала, причем редуктор снабжен устройством, уравновешивающим реактивный крутящий момент.

Устройство, уравновешивающее реактивный крутящий момент, выполнено в виде упругого звена, связывающего редуктор с рамой. Это устройство может быть также выполнено в виде рычажного или канатнороликового механизма, снабженного грузом, Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый привод отличается тем, что редуктор и и. иводной двигатель установлены подвижно относительно рамы на опорах, относительно которых редуктор с двигателем имеет возможность поворота вокруг оси ведомого

1731988

15

30

40

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

На фиг.1 изображена и ринци пиал ьная 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.3— 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 (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 уравновешивании 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 момента, передаваемого вращающимся, например, по часовой стрелке; ведомым валом

6 редуктора 5, редуктор 5 с приводным.двигателем 4, преодолевая усилие пружины 14, уравновешивающей реактивный крутящий 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 мгновенной скорости вращения кривошипов 7 относительно стойки 2 замедляет скоростьдвижения подвески с колонной штанг, снижая пиковые значения крутящего момента на ведомом валу 6 редуктора 5 и усилия, 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 двигателем 4 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 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 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 приводным 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 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 уд1731988

17 линение 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 безбалансирных 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, являющегося 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 уравновешиванием реактивного крутящего момента, действующего на редуктор 5. На фиг.3 достигается это за счет подсоединения к плечу

12 рычага 19 с грузом 20 на конце, при этом другой конец рычага имеет шарнирное соединение. 2

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

5 Формула изобретения

1, Привод скважинного штангового насоса, включающий раму со стойкой, в верхней части которой установлено поворотное звено (балансир или направляющий шкив), 10 приводной двигатель, редуктор, на ведомом валу которого установлен кривошип, кинематически связанный через поворотное звено с подвеской колонны штанг, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения

15 надежности и эффективности путем уменьшения динамической составляющей нагрузки в точке подвеса штанг за счет уменьшения максимальной величины крутящего момента, передаваемого ведомым ва20 лом, редуктор и приводной двигатель установлены подвижно относительно рамы на опорах, относительно которых редуктор с двигателем имеет возможность поворота вокруг оси ведомого вала, причем редуктор

25 снабжен устройством, уравновешивающим реактивный крутящий момент.

2. Привод по п.1. отличающийся тем, что устройство уравновешивания реактивного крутящего момента выполнено в ви30 де упругого звена, связывающего редуктор с рамой, 3. Приводпоп1,отл ича ю щийся тем, что устройство уравновешивания реактивного крутящего момента выполнено в ви35 де рычажного или канатно-роликового механизма, снабженного грузом.

1731988

Составитель Я.Коршун

Техред М.Моргентал

Корректор О.Ципле

Редактор Л.Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1566 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5