ДЛИННОХОДОВАЯ ШТАНГОВАЯ УСТАНОВКА НА ОСНОВЕ ПОЛИСПАСТА С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к техническим средствам для подъема жидкости из скважины, и может быть использована для добычи нефти скважинными штанговыми насосами.
Предпосылки для создания полезной модели.
Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее.
Известен безбалансирный станок-качалка. Он содержит установленные на раме и связанные клиноременной передачей электродвигатель и редуктор, механизм для преобразования вращательного движения выходного вала редуктора в возвратно-поступательное движение подвески устьевого штока, состоящий из кривошипов, размещенных на выходном валу редуктора с двух сторон, шарнирно связанных с кривошипами шатунов, которые через траверсу связаны с гибким элементом, а последний через установленный на стойке направляющий шкив связан с подвеской устьевого штока (ГОСТ 51763-2001, Приводы штанговых скважинных насосов. Общие технические требования. Госстандарт России, М., с.4, рис.2).
Недостатком такого станка-качалки является то, что точка крепления шатуна на кривошипе совершает вращательное движение. Поэтому шатуны раскачиваются с большой амплитудой, а действующие на шатуны переменные усилия раскачивают металлоконструкцию, и поэтому создаются условия, неблагоприятные для работы станка-качалки.
Недостатком является также то, что для получения большой длины хода требуется значительно увеличивать радиусы кривошипов, поскольку длина хода у них равна сумме только двух радиусов кривошипов.
Существует также дифференциальный длинноходовой станок-качалка. Он содержит установленные на основании стойку, тумбу, связанные клиноременной передачей электродвигатель и редуктор, установленный на выходном валу редуктора дифференциальный кривошипный механизм, преобразующий вращательное движение выходного вала редуктора в вертикальное возвратно-поступательное движение точки крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе.
Стойка и дифференциальный кривошипный механизм расположены с одной стороны редуктора, и ось стойки находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси выходного вала редуктора. На стойке установлена перекладина с подвижно установленными на ее концах направляющими шкивами, к нижней части перекладины подвижно крепится шкив полиспаста. Гибкий элемент огибает его и далее охватывает подвижно установленный на ведущем кривошипе натяжной шкив, образует петлю полиспаста с вертикальными ветвями и через установленные на перекладине стойки направляющие шкивы, связан с подвеской устьевого штока. При этом радиусы кривошипов равны друг другу, а длины плеч перекладины обратно пропорциональны усилиям, прилагаемым к концам перекладины(Патент РФ №2267649, кл. F04В 47/02).
Недостатком такого станка-качалки является то, что при увеличении длины хода подвески устьевого штока в два раза, за счет образования гибким элементом петли полиспаста, для достижения на подвеске устьевого штока такого же тягового усилия, как и без увеличения длины хода, необходимо также в два раза увеличить тяговое усилие на натяжном шкиве ведущего кривошипа, и следовательно, в два раза должен быть увеличен крутящий момент на выходном валу редуктора, а также уравновешивающий момент от кривошипов и грузов. Такая конструкция станка-качалки приводит к необходимости применять редуктор с большим крутящим моментом на выходном валу, приводит к увеличению длины ведущего кривошипа и массы устанавливаемых на него уравновешивающих грузов. Все это усложняет конструкцию привода, делает невозможным применение редуктора сравнительно небольшого типоразмера, а также кривошипа сравнительно небольшой длины.
Известен станок-качалка, содержащий основание, тумбу, стойку с перекладиной и направляющими шкивами, ось которой находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси выходного вала редуктора, приводной электродвигатель, клиноременную передачу, редуктор, преобразующий дифференциальный кривошипный механизм, подвеску устьевого штока и гибкий элемент. Гибкий элемент огибает натяжной шкив одного редуктора одной ветвью, а другой ветвью - другого редуктора. Гибкий элемент охватывает подвижно установленный в нижней части перекладины шкив и образует петлю полиспаста (Патент РФ №2308616, кл. F 04 В 47/02).
Недостатками вышеуказанного станка-качалки являются низкая надежность и долговечность, а также значительная трудоемкость и сложность монтажа и обслуживания, обусловленные наличием следующих узлов и деталей: перекладины, крепежного блока, грузов, двух параллельно установленных редукторов с соединенными общим валом входными валами, и направляющих и натяжных шкивов.
Задачей полезной модели является создание рациональной конструкции установки с большой длиной хода, обеспечивающей лучшие технические характеристики, повышение производительности и упрощение конструкции установки.
Поставленная задача решается заявляемой длинноходовой штанговой установкой на основе полиспаста с гидравлическим приводом.
Полезная модель содержит опорную плиту, несущую конструкцию, направляющий шкив, канатную подвеску, полированный шток и колонну насосных штанг. Несущая конструкция выполнена из двух параллельных стоек со сплошными прорезями. На несущей конструкции смонтированы два блока канатных шкивов - один блок жестко, другой с осью в сплошных прорезях несущей конструкции; они образуют полиспаст с неподвижной и подвижной ветвями каната. Тяговая ветвь каната через большой шкив наверху несущей конструкции связана с канатной подвеской, полированным штоком и колонной насосных штанг. К оси подвижного блока канатных шкивов шарнирно прикреплены штоки двух гидравлических цилиндров, которые снизу шарнирно крепятся к опорной плите установки. Перемещение штоков гидравлических цилиндров и подвижного блока канатных шкивов вверх и вниз обеспечивается попеременным усилием штоков на ось блока канатных шкивов от давления в гидравлических цилиндрах и нагрузкой от массы колонны насосных штанг. При этом за счет кратности полиспаста длина хода тяговой ветви каната и полированного штока увеличена.
Длинноходовая штанговая установка на основе полиспаста с гидравлическим приводом поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично представлена установка, вид спереди;
на фиг.2 - то же, вид сбоку;
на фиг.3-фото установки (макет).
Длинноходовая штанговая установка на основе полиспаста с гидравлическим приводом представляет собой (фиг.1 и 2) несущую конструкцию из двух параллельных стоек 1 на опорной плите 2. В обеих параллельных стойках 1 в нижней части выполнены сплошные прорези 3, в которых перемещается ось подвижного блока канатных шкивов 4. В верхней части параллельных стоек 1 закреплена ось неподвижного блока канатных шкивов 5. Оба блока канатных шкивов 4 и 5 оснащены канатом 6. Неподвижный конец 7 каната 6 прикреплен к нижнему, подвижному блоку канатных шкивов 4, а тяговая ветвь 8 огибает большой направляющий шкив 9 и крепится к канатной подвеске 10, с которой соединен полированный шток 11, проходящий через устьевой сальник 12 скважины и соединенный нижним концом с колонной насосных штанг (на фиг. не указана). Ось подвижного блока канатных шкивов 4 соединена с двумя штоками 13 гидравлических цилиндров 14.
Длинноходовая штанговая установка работает следующим образом.
Перемещение подвижного блока канатных шкивов 4 вверх и вниз обеспечивается переменным усилием штоков 13 на ось блока при создании в гидравлических цилиндрах 14 давления и нагрузкой от массы колонны насосных штанг. В результате осуществляется соответствующее движение тяговой ветви 8 каната 6 вместе с канатной подвеской 10, полированным штоком 11 и колонной насосных штанг. При этом за счет кратности (передаточного числа) полиспаста величина перемещения подвижного блока канатных шкивов 4 трансформируется в увеличенную длину хода полированного штока 11 при небольшой высоте установки. Так, если кратность полиспаста установки составляет 8 и, следовательно, как показано на фигурах длина хода полированного штока 11 будет превышать расстояние Н (фиг.2) перемещения подвижного блока канатных шкивов 4 в 8 раз. Для увеличения хода полированного штока 11 большой направляющий шкив 9 должен располагаться на соответствующей высоте.
Применение заявляемой длинноходовой штанговой установки на основе полиспаста с гидравлическим приводом позволяет существенно упростить конструкцию установки, уменьшить металлоемкость, повысить универсальность, увеличить надежность и долговечность конструкции, значительно увеличить межремонтный период, что гарантирует ее высокую работоспособность и безопасность эксплуатации.
Для наглядности и подтверждения реальной возможности работы установки в длинноходовом режиме по описанной схеме изготовлен действующий (в ручном управлении) макет установки, фото которого показано на фиг.3.