СТАНОК-КАЧАЛКА

Полезная модель относится к установкам, предназначенным для добычи нефти глубинными штанговыми насосами.
Известен станок-качалка (а. cв. СССР №682668, авторы Киселев Н.Г. и др., опубл. 30.08.79, бюл. №32), установленный на фундаменте и содержащий раму со стрелой, стойку, балансир, канатную подвеску, головку балансира с роликовым узлом для крепления канатной подвески, и дополнительную стойку, установленную на фундаменте, взаимодействующую со стрелой и имеющую ось, на которой установлен шкив. Данный станок-качалка может применяться только в двухствольных скважинах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является станок-качалка (Рис. 4.21, стр. 151, книга С.Л. Никишенко, «Нефтепромысловое оборудование», изд. «ИН-Фолио», Волгоград - 2008), содержащий раму, стойку, балансир, головку балансира и канатную подвеску. В качестве привода в этом станке-качалке используется кривошипно-шатунный механизм, соединенный с электродвигателем через редуктор. В вышеуказанном станке-качалке не вся энергия электродвигателя расходуется полностью. При приближении канатной подвески к крайним (верхнему и нижнему) положениям, из-за кинематической схемы кривошипно-шатунного механизма, нагрузка значительно уменьшается. Только в горизонтальном положении и ближе к этому положению кривошипа станок-качалка работает с полной нагрузкой. Работа станка-качалки с такой нагрузкой составляет меньше половины времени одного хода канатной подвески вверх или вниз.
Задачей полезной модели является повышение КПД станка-качалки.
Поставленная задача решается тем, что в станке-качалке, содержащем раму, стойку, балансир, головку балансира и канатную подвеску, новым является то, что на одну боковую стенку головку балансира неподвижно закреплена дугообразная плита, имеющая цилиндрические стенки, расположенные соосно оси поворота балансира, причем концы дугообразной плиты выполнены с цилиндрическими выпуклыми стенками, причем диаметр каждой цилиндрической выпуклой стенки равен разности наружной и внутренней радиусов цилиндрической стенки дугообразной плиты, причем по периметру дугообразной плиты выполнены зубья зубчатой передачи, а на открытой части стенки головки балансира рядом с линией, проходящей по вершинам зубьев, выполнено углубление прямоугольной формы в поперечном сечении, с одинаковой глубиной и шириной на всей длине, причем к стойке закреплена дополнительная стойка, направленная к головке балансира и расположенная напротив дугообразной плиты, причем на вершину дополнительной стойки установлено горизонтально стальное полотно, содержащее электродвигатель, причем вал электродвигателя направлен перпендикулярно дугообразной плите и содержит ведущий шкив ременной передачи, причем напротив шкива, соосно ему, расположена втулка, посаженная с возможностью поворота на ось, закрепленной кронштейном на полотне, причем на боковую стенку втулки одним торцом прикреплена сваркой планка, направленная вверх, причем на второй торец планки прикреплена сваркой другая втулка, расположенная параллельно первой втулке и несущая вал, причем на один конец вала закреплен ведомый шкив ременной передачи, а на другой конец вала с помощью двух шарикоподшипников установлен каток в форме полого цилиндра, причем каток установлен в углубление головки балансира, причем между катком и втулкой на вал неподвижно установлена зубчатая шестерня, находящаяся своими зубьями в зацеплении с зубьями дугообразной плиты, причем на ведущий и ведомый шкивы накинут клиновой ремень, причем на полотно установлен мотор-редуктор с ведущим шкивом, связанным клиновым ремнем с ведомым шкивом ременной передачи, причем на дугообразной плите с лицевой стороны выполнены цилиндрические выборки, причем со дна этих выборок выполнены отверстия, а на головке балансира напротив каждого отверстия выполнена резьбовая выборка, причем через каждое отверстие проходит болт, завернутый на резьбу головку балансира, и с головкой, утопленной в цилиндрической выборке плиты.
На фиг. 1 схематично изображен общий вид станка-качалки; на фиг. 2 - вид Б фиг. 1 (вал с катком, шестерней и ведомым шкивом условно не показаны); на фиг. 3 - разрез В-В с валом, катком, шестерней и ведомым шкивом; на фиг. 4 - вид А фиг. 1.
Станок-качалка содержит раму 1 (фиг. 1), стойку 2, балансир 3, головку 4 балансира и канатную подвеску 5. На одну боковую стенку 6 головку 4 балансира неподвижно закреплена дугообразная плита 7 (фиг. 2). Она имеет цилиндрические стенки 8 и 9, расположенные соосно оси поворота 10 балансира 3. Концы дугообразной плиты 7 выполнены с цилиндрическими выпуклыми стенками 11 и 12. Диаметр каждой цилиндрической выпуклой стенки равен разности наружной и внутренней радиусов цилиндрических стен 8 и 9 дугообразной плиты 7. По периметру дугообразной плиты 7 выполнены зубья 13 (фиг. 3) зубчатой передачи. На открытой части 14 стенки головки 4 балансира рядом с линией, проходящей по вершинам зубьев 13, выполнено углубление 15 прямоугольной формы в поперечном сечении, с одинаковой глубиной и шириной на всей длине. К стойке 2 закреплена дополнительная стойка 16, направленная к головке 4 балансира и расположенная напротив дугообразной плиты 7. На вершину дополнительной стойка 16 установлено горизонтально стальное полотно 17 (фиг. 4), содержащее электродвигатель 18. Вал электродвигателя направлен перпендикулярно дугообразной плите 7 и содержит ведущий шкив 19 ременной передачи. Напротив этого шкива, соосно ему, расположена втулка 20, посаженная с возможностью поворота на ось 21, закрепленной кронштейном 22 на полотне 17. На боковую стенку втулки 20 одним торцом прикреплена сваркой планка 23, направленная вверх. На второй торец планки 23 прикреплена сваркой другая втулка 24, расположенная параллельно первой втулке 20 и несущая вал 25. На один конец вала 25 закреплен ведомый шкив 26 ременной передачи. На другой конец вала 25 с помощью двух шарикоподшипников установлен каток 27 в форме полого цилиндра. Каток 27 установлен в углубление 15 головки 4 балансира. Между катком 27 и втулкой 24 на вал 25 неподвижно установлена зубчатая шестерня 28, находящаяся своими зубьями в зацеплении с зубьями 13 дугообразной плиты 7. На ведущий 19 и ведомый 26 шкивы накинут клиновой ремень 29. В другом варианте исполнения устройства на полотно установлен мотор-редуктор 30 (на фиг.4 показан пунктирной линией) с ведущим шкивом 19, связанным клиновым ремнем 29 с ведомым шкивом 26 ременной передачи. На дугообразной плите 7 с лицевой стороны выполнены цилиндрические выборки 31. Со дна этих выборок выполнены отверстия 32, а на головке 4 балансира напротив каждого отверстия 32 выполнена резьбовая выборка. Через каждое отверстие 32 проходит болт 33, завернутый на резьбу головки балансира. Головка болта 33 утоплена в цилиндрической выборке 31 дугообразной плиты 7. В мотор-редукторе 30 обороты ведущего шкива 19 ременной передачи меньше, чем в электродвигателе, и скорость хода канатной подвески не значительная. Поэтому станок-качалка с мотор-редуктором может применяться при добыче нефти из низкодебитных скважин. Крепление дугообразной плиты 7 с помощью болтов 33, головки которых утоплены в цилиндрической выборке 31, позволяет крепить планку 29 ближе к этой дугообразной плите и - уменьшить длину вала 25.
Принцип работы станка-качалки заключается в следующем. После пуска электродвигателя 18 или мотор-редуктора 30 вращение от ведущего шкива 19 передается через ременную передачу ведомому шкиву 26 и валу 25. Допустим, что вал 25 вращается по часовой стрелке (по фиг. 1) и каток 27 находится в левой части углубления 15 (на фиг. 5 каток показан пунктирной линией). Вместе с валом 25 вращается по часовой стрелке шестерня 28, находящаяся своими зубьями в зацеплении с зубьями 13 дугообразной плиты 7, расположенными на цилиндрической стенке 8. От действия шестерни 28 дугообразная плита 7 и головка 4 балансира поворачивается относительно оси поворота 10 балансира 3 по часовой стрелке. При этом каток 27 катится по боковой стенке 34 углубления 15 и удерживает шестерню 28 в зацеплении с зубьями 13 дугообразной плиты 7. После достижения шестерней 28 зубьев 13, расположенных на цилиндрической выпуклой стенке 11, каток 27 переходит в правую часть углубления 15, а шестерня 28 взаимодействует с зубьями 13, расположенными на цилиндрической стенке 9. При переходе катка 27 с левой части углубления 15 в правую часть, планка 29 наклоняется на оси 21 по часовой стрелке. Далее от действия шестерни 28 дугообразная плита 7 и головка 4 балансира поворачивается относительно оси поворота 10 балансира 3 против часовой стрелки. При этом каток 27 катится по боковой стенке 35 углубления 15 и удерживает шестерню 28 в зацеплении с зубьями 13 дугообразной плиты 7. После достижения шестерней 28 зубьев 13, расположенных на цилиндрической выпуклой стенке 12, каток 27 переходит в левую часть углубления 15, а шестерня 28 взаимодействует с зубьями 13, расположенными на цилиндрической стенке 8. При переходе катка 27 с правой части углубления 15 в левую часть, планка 29 наклоняется на оси 21 против часовой стрелке. Далее от действия шестерни 28 дугообразная плита 7 и головка 4 балансира поворачивается относительно оси поворота 10 балансира 3 по часовой стрелки и принцип работы станка-качалки происходит аналогично вышеописанному.
В предлагаемом станке-качалке, по сравнению с прототипом, значительно повышается КПД. В станке-качалке, выбранного в качестве прототипа, не вся энергия электродвигателя расходуется полностью. При приближении канатной подвески к крайним положениям, из-за кинематической схемы кривошипно-шатунного механизма, нагрузка электродвигателя значительно уменьшается. Только в горизонтальном положении и ближе к этому положению кривошипа станок-качалка работает с полной нагрузкой. В предлагаемом станке-качалке работа электродвигателя с неполной нагрузкой составляет примерно одну десятую часть времени хода канатной подвески вверх или вниз при длине дугообразной плиты, равном 2 метрам и среднем диаметре шестерни, равном 200 мм. Поэтому в предлагаемом станке-качалке повышается КПД.
Перечень использованной информации: а. св. СССР №682668, авторы Киселев Н.Г. и др., опубл.30.08.79, бюл. №32;
книга С.Л. Никишенко, «Нефтепромысловое оборудование», изд. «ИН-Фолио», Волгоград -2008, Рис. 4.21, стр. 151.