Шариковинтовой привод штангового глубинного насоса

Область техники
Заявляемая полезная модель относится к области нефтяного машиностроения, а именно к насосным системам для добычи нефти с помощью установок штанговых глубинных насосов.
Уровень техники
Известен безбалансирный станок-качалка (патент RU 2482332 С1, 20.05.13). Он содержит опору, мотор-редуктор с жестко укрепленной на нижнем конце его ведомого вала гайкой и ходовой винт с ленточной нарезкой, присоединенный нижним концом к штанге. Ведомый вал мотор-редуктора выполнен в виде трубы, ходовой винт установлен в ведомом валу снизу коаксиально.
Недостатком является механизм гайки, являющийся единично изготавливаемым узлом, и поэтому обладает высокой стоимостью и низкой надежностью. Узел гайки так же обладает низкой грузоподъемностью, так как количество роликов ограничено их габаритами, и нагрузка воспринимается консольно ободом ролика. Так же при такой компоновке оборудования для замены полированного штока необходимо полностью демонтировать привод.
Наиболее близким техническим решением является электромеханический привод штангового глубинного насоса добывающей скважины (патент RU 160381 U1, 20.03.2016), который содержит электродвигатель, сварную стальную раму, рабочий винт, направляющий валик, неподвижный кронштейн с шариками-фиксаторами, гибкий трос и механизм противовеса. На верхней площадке сварной стальной рамы установлен ролик, обод которого выполнен в виде полукруглой ячейки, и через него перекинут гибкий трос, правый свисающий конец его связан с верхним концом направляющего валика, а левый свисающий конец - с противовесом, установленным в специальных направляющих каретках. Возвратно-поступательное движение штанги ШГН обеспечивается электрической системой конечных переключающих устройств. Внутри полого ротора электродвигателя размещен рабочий винт с шариковинтовой передачей (ШВП). Верхний конец рабочего винта соединен с нижним концом направляющего валика, движущегося внутри неподвижно прикрепленного к стальной сварной раме неподвижного кронштейна с шариками-фиксаторами, позволяющего рабочему винту совершать только возвратно-поступательное движение «вверх-вниз» без вращения вокруг своей геометрической оси.
Недостатком здесь является наличие большой стальной рамы для поддержания конструкции и противовеса, также необходимость фундамента для установки привода.
Раскрытие технического решения
Задачей, на решение которой направлена данная модель, является упрощение конструкции, снижение массы и габаритов привода, отказ от строительства фундамента для установки привода.
Поставленная цель достигается шариковинтовым приводом штангового глубинного насоса (ШВП ШГН), состоящим из основания, электропривода, шариковинтовой равно как роликовинтовой передачи, состоящей из винта и гайки с телами качения, направляющей винта, узла присоединения полированного штока штанговой колонны. Электропривод имеет выходной вал со сквозным отверстием. Основание расположено концентрично полому валу привода, что позволяет установить его на фланце колонной головки. Сквозной полый вал привода и позволяет винту проходить на сквозь, что в сочетании с полым винтом, позволяет разместить устьевой шток внутри установки, это обеспечивает возможность его замены через верхнюю крышку без демонтажа всего привода.
Совокупность конструктивных решений позволяет сделать простой, легкий и малогабаритный привода, и отказаться от строительства фундамента для привода. Это повысить надежность привода, снизить стоимость изготовления, транспортировки, установки и обслуживания.
Привод может дополнительно содержать следующие элементы:
- штанговращатель, предназначенный для принудительного вращения штанг;
- устройство рекуперации энергии при помощи противовеса;
- устройство рекуперации энергии при помощи пневмоаккумулятора;
- устройство рекуперации энергии при помощи пружины;
- устройство рекуперации энергии, посредством работы двигателя в генераторном режиме при движении колонны штанг вниз.
Описание чертежей
На фигуре представлен разрез шариковинтового привода штангового глубинного насоса, в соответствии с заявляемой полезной моделью.
В схеме приняты следующие обозначения:
1 - опора
7 - направляющая
2 - основание
8 - гайка
3 - устьевой шток
9 - винт
4 - электродвигатель
10 - вал
5 - корпус
11 - упорный подшипник
6 - крышка
12 - демпфер
Осуществление полезной модели
Привод насоса устанавливается непосредственно на устье скважины на фланце колонной головки и крепится при помощи опоры 1 шпильками. Основание 2 предназначено для установки корпуса электродвигателя 5 на заданной высоте, и служит масляной ванной. Реверсивный электродвигатель 4 имеет полый ротор, соединенный с полым валом 10, приводящим во вращение гайку ШВП 8. Гайка приводит в возвратно-поступательное движение винт 9, который имеет сквозное отверстие для размещения устьевого штока 3. Во время каждого хода винт смазывается погружением в масло, налитое в основание 2. Устьевой шток 3 устанавливается на направляющей 7, которая ходит в пазах крышки 6, и служит для восприятия реактивного момента на винте. Устьевой шток не фиксирован вдоль оси, и способен двигаться внутри винта в случае прихвата штока или насоса. Демпфер 9 предназначен для опоры винта в нижнем положении при остановках ремонтах, и для предотвращения выхода ее за пределы рабочего диапазона в случае отказа оборудования.