Привод штангового глубинного насоса

Полезная модель относится к приводу штангового глубинного насоса, предназначенного для добычи нефти или иных жидкостей из глубинных скважин.
Известен привод штангового насоса (US 1588784), содержащий противовесы, установленные в т-образных пазах, выполненных в кривошипе. Перемещением противовесов вдоль т-образных пазов регулируют параметры работы качалки. В кривошипе выполнено отверстие для пальца шарнира для соединения с шатуном. При работе кривошипа происходит износ отверстий, в которые вставляется палец шарнира. Ремонт включает в себя снятие кривошипа с качалки, расточка отверстий, завтуливание, чистовая расточка или замену кривошипа.
Известен привод штанговых скважинных насосов (SU 174077), содержащий кривошипы с противовесами. Шатуны соединены траверсой с балансиром. Кривошип содержит два упора, ограничивающих поворот противовеса относительно ведомого вала, и две пружины, установленные с возможностью взаимодействия с противовесом с двух противоположных сторон в плоскости его вращения.
Его недостатками являются сложность кривошипно-шатунного механизма, состоящего, по сути, из двух механизмов. При сломе пружин, при прохождении точек 0° и 180° будут происходить удары кривошипа, что приведет к износу зубьев редуктора и увеличению нагрузки на колонну штанг. Кривошип имеет свободный ход в точке 180°, что может травмировать при обслуживании привода. В приводе отсутствует возможность изменения длины хода. Требуется дополнительные приспособления и механизмы для безопасного монтажа кривошипа на вал редуктора. Замена кривошипа возможна только в базовых условиях, тем самым ухудшается оперативность ремонта
Известен привод штангового глубинного насоса станок-качалка (заявка RU 94038406, дата подачи 11.10.1994), содержащий балансир и кривошипно-шатунный механизм, который имеет место для крепления пальцев кривошипа. Геометрическая ось отверстия под палец размещена под углом к оси кривошипа. Кривошип соединяется с шатуном с помощью пальца, выполненного в виде ползуна с наклонной поверхностью, соприкасаемой с одной из наклонных поверхностей кривошипа. Фиксация пальца обеспечивается конусным пальцем, расположенным в конических отверстиях противоположной с наклонной поверхностью ползуна на кривошипе. Такое конструктивное решение обеспечивает точную установку ползунов, несущих палец шатуна, в кривошипах и жесткую их фиксацию при разных длинах ходов.
Недостатками известного устройства являются: сложность изготовления, связанная с необходимостью точной обработки пазов для крепления пальцев; малый диапазон изменения длины хода; смещение веса кривошипа происходит только при максимальной длине хода; при прохождение отметки (точки) 170°-180° нагрузка на электродвигатель растет; при износе ползуна отсутствует возможность замены т.к. необходимо индивидуальная подгонка ползуна кривошипа (исключается взаимозаменяемость). При работе кривошипа происходит износ отверстий, в которые вставляется палец с разжимной втулкой и износ планки. Ремонт включает в себя снятие кривошипа с качалки, расточка отверстий, завтуливание, чистовая расточка. Фрезеровка планки, изготовление планки, установка на кривошип.
Известен привод штангового глубинного насоса, включающий кривошипно-шатунный механизм, в кривошипе которого выполнены т-образные пазы для установки, в них противовесов, и включающий узел шарнира кривошипно-шатунного механизма, состоящий из части с пальцем шарнира, снабженной прижимными элементами, выполненными с возможностью установки в сквозной паз, выполненный в кривошипе (US 4505162, выбран в качестве прототипа). Его недостатком является необходимость изготовления, дополнительного, сквозного паза в кривошипе. Размеры сквозного паза существенно ограничены шириной кривошипа, это ограничивает диапазон регулировки узла шарнира.
Техническим результатом полезной модели является упрощение изготовления привода штангового глубинного насоса путем создания узла кривошипно-шатунного механизма, устанавливаемого в т-образном пазе кривошипа.
Технический результат достигается в приводе; штангового глубинного насоса, включающем кривошипно-шатунный механизм, в кривошипе которого выполнен т-образный паз, и включающем узел шарнира кривошипно-шатунного механизма, состоящий из части с пальцем; шарнира, снабженной прижимными элементами, выполненными с возможностью установки в т-образный паз кривошипа. Палец шарнира может быть установлен в установочном месте для пальца шарнира, например, в сквозном отверстии для пальца шарнира, снабженном втулкой. Прижимные элементы выполнены в виде болтов, установленных в отверстиях в указанной части, и гаек. Т-образный паз выполнен продольным, вдоль тела кривошипа. В т-образном пазе установлен Противовес, и, по крайней мере, одна дополнительная деталь с прижимным элементом. Ось шарнира кривошипно-шатунного механизма смещена относительно центральной оси кривошипа.
Полезная модель поясняется рисунками:
фиг. 1 - привод штангового глубинного насоса;
фиг. 2 - узел шарнира кривошипно-шатунного механизма с пальцем шарнира;
фиг. 3 - узел шарнира кривошипно-шатунного механизма с отверстием для пальца шарнира;
фиг. 4 - разрез узла шарнира кривошипно-шатунного механизма, установленного в т-образном пазе;
фиг. 5 - узел шарнира кривошипно-шатунного механизма с частью с установочным местом для пальца шарнира, выполненной из двух деталей.
Привод штангового глубинного насоса (далее - привод) представляет собой станок-качалку (фиг. 1): включает стойку 1, на которой шарнирно установлен балансир 2 с головкой 3, на которой установлен устьевой шток. Балансир 2 через шатун 4 при помощи пальца 5 шарнира, соединен с кривошипом 6. На верхней и нижней поверхностях кривошипа (на торцах) выполнены продольные т-образные пазы 8, вдоль тела кривошипа 6, которые используются для установки противовеса 7. Под т-образными пазами здесь понимается любая форма паза, имеющего расширения на некоторой глубине этого паза, в обе стороны, позволяющие завести с торца деталь, которая будет удерживаться в т-образном пазе сужениями стенок этого паза. Как правило, привод выполняется с двумя кривошипно-шатунными механизмами (по два шатуна 4, кривошипа 6 и противовеса 7, как показано на рисунке). Передвижением противовесов 7 в т-образных пазах 8 происходит регулировка момента силы, в соответствии с параметрами работы двигателя, вращающего кривошип 6.
В т-образный паз 8 кривошипа 6 установлены прижимные элементы узла шарнира кривошипно-шатунного механизма (далее - узел шарнира). Узел шарнира, кроме того, состоит из части 9 (металлическая деталь 9) с пальцем 5 шарнира, выполненном как единое целое с частью 9 с пальцем 5 шарнира (фиг. 2). Часть 9 с пальцем 5 шарнира могут быть выполнены раздельными, например, палец 5 шарнира может быть установлен в установочном месте для пальца 5 шарнира, выполненном в виде отверстия 12 для пальца 5 шарнира, снабженном втулкой 13 (фиг. 3).
Кроме того, часть с установочным местом для пальца 5 шарнира может быть выполнена в виде бугеля (бугельного соединения), как показано на фиг. 5, может быть образована из двух деталей 16, 17, которые, при соединении, образуют установочное место 18 (конфигурация которого совпадает с конфигурацией отверстия 12) для пальца 5 шарнира.
Прижимные элементы выполнены в виде болтов 10, установленных в отверстиях в части 9, и гаек 11. Головки 14 болтов имеют форму, позволяющую перемещать часть 9 вдоль т-образного паза 8 и, вместе с тем, позволяющую прижимать часть 9 к кривошипу 6 при затяжке гаек 11).
Для исключения осевого смещения, при некачественной затяжке крепления узла шарнира используются дополнительные стопорные (тормозные) детали с обеих сторон узла шарнира. В т-образном пазе 8 устанавливается, по крайней мере, одна дополнительная деталь 15 с прижимным элементом, выполненном аналогично прижимным элементам части 9, в виде болта 16 с гайкой. Как правило, устанавливают две дополнительные детали 15, с обеих сторон части 9. Дополнительные детали 15 служат для ограничения хода части 9 при ее обслуживании (при раскрученных гайках 11).
Благодаря расположению пальца 5 на части 9, установленной на торце кривошипа 6, ось шарнира кривошипно-шатунного механизма оказывается смещена относительно центральной оси 16 кривошипа 6. Это позволяет изменить кинематику привода, кривошип 6 начинает работать на подъем жидкости за счет смещения центра веса кривошипа 6 и обеспечивает плавность хода плунжера в точках 0 и 180 градусов. При этом создаются условия увеличения коэффициента заполнения насоса. Центр тяжести кривошипа 6 смещается от центральной оси 16 примерно на 9 градусов. То есть ось шарнира (центр пальца 5) попадает в точку 180 градусов, когда головка 3 балансира начинает идти вверх, а кривошип 6 с противовесами 7 запаздывает на 9 градусов. Когда штанги идут вверх, на растяжение, закрываются клапаны в насосе, начинается подъем жидкости и только в этот момент кривошип, 6 приходит в точку 180 градусов и начинает работать на подъем жидкости, а установленный палец 5 в этот момент уже находится в точке 189 градусов. Благодаря этому, уменьшается потребляемая мощность привода примерно на 15%, которая до этого работала на балансировку нагрузки электродвигателя. Кроме того, коэффициент заполнения насоса вырастает с 0,7 до 0,7 4 при максимальной длине хода плунжера насоса, повышается КПД, увеличивается диапазон изменения длины хода.
Узел шарнира устанавливается на кривошип 6 по направлению вращения, таким образом, пазы кривошипа 6 не работают на разрушение, нагрузку от узла шарнира принимает вся конструкция кривошипа 6, тем самым исключается осевое смещение вдоль т-образного паза.8.
При выполнении геолого-технических мероприятий, при изменении длины хода привода, узел шарнира позволяет установить любую длину хода за счет бесступенчатого хода вдоль т-образного паза 8.
Описаный узел шарнира позволяет безопасно производить ремонт и обслуживание пальца 5 кривошипа 6 (нижнего пальца). Исключается разъединение пальца 5 от кривошипа 6, тем самым исключается риск травматизма персонала в полевых условиях. При выходе из строя пальца кривошипа или узла шарнира кривошипно-шатунного механизма нет необходимости проведения капитального ремонта (закупки или реставрации кривошипа), необходимо лишь произвести замену узла шарнира кривошипно-шатунного механизма.