УСТАНОВКА ПРИВОДНАЯ ШТАНГОВОГО ВИНТОВОГО НАСОСА

Полезная модель относится к оборудованию для добычи нефти и предназначена для организации вращения колонны насосных штанг и через них ротора винтового насоса, спущенного в нефтяную скважину, а также восприятия осевой нагрузки от веса колонны штанг и поднимаемого столба нефти.
Известен винтовой насос (патент на полезную модель Китая № 2286247, МПК F04B 47/02, опубл. 15.07.1998 г.), содержащий фланцевый корпус, двигатель, размещенный сбоку фланцевого корпуса, приводной механизм, полированный шток, шарнирно закрепленный на фланцевом корпусе, и ряд уплотнительных узлов, соединенных с нижним концом полированного штока, автоматический механизм предотвращения реверсивного хода, при этом передаточный механизм включает в себя небольшой шкив на конце вала двигателя, зубчатый вторичный редуктор, трансмиссионный вал и муфту с зубчатым зажимом; несколько односторонних внутренних клиновых канавок равномерно распределены на внутренней стороне малого шкива на конце вала двигателя. В канавки встроены ролики или шарики, которые образуют одностороннее сцепление со ступицей тормоза. Между лопастями тормозного колеса и передней крышкой двигателя образовано несколько полостей. В каждую полость встроены стальные шарики одинакового веса.
Недостатком известного решения является нестабильная и ненадежная работа механизма тормоза при температурах ниже нуля, т.к. примерзание шариков после остановки двигателя приводит к износу обечайки тормозного колеса, а износ или поломка шариков - к заклиниванию механизма тормоза, что обуславливает необходимость частого и обязательного технического обслуживания при отрицательных температурах эксплуатации.
Известна приводная головка для штокового узла с вращающимся приводом, в частности для привода песчаного насоса (патент на полезную модель Канады № 2308164, МПК E21B 43/12; F04B 47/02; F04C 14/28; F04C 15/00, опубл. 20.05.1999 г.), содержащая корпус (12) с каналами (24, 26) для штокового узла (10) и втулку (30) с приводом вращения, которая расположена в корпусе (12), тормоз обратного вращения (70). Втулка (30) окружает секцию штокового узла (10) и соединена с ним муфтой (40). Тормоз обратного вращения (70) включает ротор (74), который приводится в движение посредством втулки (30), и статор (76), который опирается на корпус (12). Вращение статора (76) относительно корпуса (12) предотвращается блокировкой (82), которая может быть снята только тогда, когда узел (10) по существу свободен от энергии кручения.
Недостатком известного решения является сложность конструкции, большие габариты тормоза, а также возможность реализации данной схемы только в редукторных приводах, когда входной вал, на котором установлен тормоз, смещен от оси колонны штанг и крутящий момент от колонны штанг значительно снижается на величину передаточного числа зубчатой передачи редуктора. Конструкция сложна в обслуживании из-за необходимости регулировки, настройки, демонтажа стопорных элементов для повторного запуска.
Наиболее близким аналогом является механизм для вращения труб или штанг (патент на полезную модель №109809, МПК F04C 29/00, опубл. 27.10.2011 г.), содержащий электродвигатель, вращатель, грузовой и ведущий шпиндели, элемент для подвешивания колонны труб или штанг, центрирующую вставку и сальниковый узел, при этом механизм для вращения труб или штанг снабжен одним или двумя электродвигателями, радиально-осевой опорой, приводным валом и клиноременной передачей, электродвигатели размещены на устройстве для подвески, регулировки электродвигателей и натяжки клиноременной передачи, которое жестко связано с вращателем, причем приводной вал размещен в радиально-осевой опоре и снабжен регулируемым тормозным устройством, размещенным между вращателем и шкивом клиноременной передачи, ведущий шпиндель выполнен цельным и установлен в полости грузового шпинделя, а элемент для подвешивания труб или штанг закреплен к валу сальникового узла, регулируемое тормозное устройство имеет две полости, герметизированные между собой, причем одна из полостей сообщается с полостью радиально-осевой опоры, образуя общую гидравлическую полость, и все эти полости герметизированы относительно других элементов механизма для вращения труб или штанг.
Недостатком известного решения является сложность монтажа, обусловленная необходимостью обязательного использования подгоночных штанг и наличия нескольких различных комплектов штанг при монтаже привода.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании установки приводной штангового винтового насоса с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в упрощении и ускорении технического обслуживания приводной установки.
Технический результат достигается тем, что установка приводная штангового винтового насоса содержит закрепленный на стойке корпус привода и электродвигатель со шкивом, установленный на раме, закрепленной на корпусе привода, корпус привода содержит подвешенный в нем на подшипниковых опорах полый приводной вал, выполненный с возможностью прохождения через него полированного штока и гидравлический тормоз, на полом приводном валу установлен шкив привода, корпус привода содержит подшипниковые опоры, стойка содержит съемный узел уплотнения полированного штока, в нижней части полого приводного вала выполнен узел съемного комбинированного манжетно-сальникового уплотнения, шкив электродвигателя и шкив привода закреплены на соответствующих валах посредством конусных втулок с центральной гайкой и соединены друг с другом комплектом клиновых ремней, при этом шкив электродвигателя выполнен с возможностью перемещения вдоль вала электродвигателя совместно с конусной втулкой, а на раме установлен подпружиненный натяжной ролик.
Далее полезная модель поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - общий вид установки приводной штангового винтового насоса;
фиг. 2 - вид сверху установки приводной штангового винтового насоса.
Приводная установка включает установленный на стойке над устьем скважины корпус (1) привода с подвешенным в нем на подшипниковых опорах (2, 3) полым валом (4) для привода штанг с помощью коаксиально проходящего через него полированного штока (5), гидравлический тормоз (6), установленный в корпусе (1) над стойкой (7), шкив (8) привода и электродвигатель (9), установленный на раму (10), закрепленную сбоку к стойке (7) и корпусу (1) привода. На втулке (11), установленной на валу электродвигателя (9) установлен шкив (12), соединенный ременной передачей со шкивом (8).
Стойка (7) выполнена в виде сварной конструкции из стандартного металлического профиля и содержит съемный узел уплотнения (13) с полостью и отверстием для размещения внутри съемного узла уплотнения (13) полированного штока (5). Съемный узел уплотнения (13) полированного штока (5) выполнен с возможностью установки его на устье скважины фланцевым или резьбовым креплением и закреплен к стойке (7) болтовым, шпоночным или резьбовым соединением. Такое исполнение стойки (7) со съемным узлом уплотнения (13) позволяет упростить и ускорить обслуживание приводной установки при необходимости ее установки на скважину с другим диаметром полированного штока. Для этого необходимо только заменить узел уплотнения (13)под другой диаметр штока. Повышается технологичность изготовления, расширяется вариабельность исполнения стойки (7) и узла уплотнения (13), появляется возможность быстрой коррекции размеров и типов стойки (7) и узла уплотнения.
Корпус (1) привода выполнен с возможностью установки и закрепления на стойке (7), например, болтовым, шпоночным или резьбовым соединением.
Подшипниковые опоры включают верхнюю и нижнюю опоры (2 и 3 соответственно), удерживающие полый приводной вал (4), и расположены в корпусе (1) приводной установки в радиально-осевом направлении. Подшипниковая опора (2) расположена в верхней, отъемной части корпуса (1) для повышения технологичности изготовления и контроля корпуса.
В верхней опоре (2) используется шариковый радиальный закрытый подшипник, имеющий большую динамическую грузоподъемность. Применение закрытого типа подшипника исключает необходимость использования смазки и уплотнения в этом узле, что упрощает техническое обслуживание приводной установки.
В нижней опоре (3) используется упорно-радиальный тип подшипника, что позволяет в два раза увеличить допускаемую осевую нагрузку от веса колонны штанг, снизить при этом диаметральные размеры полого приводного вала (4). За счет применения данного типа подшипников увеличивается межремонтный интервал замены подшипника, уменьшаются затраты на ремонт.
Подшипниковые опоры (2, 3) обеспечивают самоустановку вала (4) для снижения влияния технологической точности изготовления деталей, позволяют легко проводить техническое обслуживание приводной установки и ее сборку.
Дополнительно на раме (10) возможна установка глазкового устройства (14), позволяющего контролировать горизонтальность положения приводной установки при монтаже и эксплуатации.
Гидравлический тормоз (6) установлен в корпусе (1) на полом валу (4) ниже подшипниковой опоры (3). Гидравлический тормоз состоит из обгонной муфты, установленной в роторе тормоза. Ротор имеет радиальные пазы, в которых перемещаются подпружиненные лопатки тормоза. Гидравлическая полость тормоза имеет сообщение с общей гидравлической полостью корпуса (1) посредством отверстий расположенных в корпусе нижней подшипниковой опоры (3).
В нижней части приводного вала (4) выполнен узел уплотнения (15). Узел уплотнения (15) представляет собой съемное комбинированное манжетно-сальниковое уплотнение. Замена уплотнения возможна без разборки всего корпуса (1) и может производиться непосредственно на скважине. Появление незначительных подтеков масла через манжетные уплотнения до их замены может быть на некоторое время устранено подтяжкой сальниковой набивки уплотнения.
Захват и удержание на определенной глубине колонны насосных штанг производится зажимом (16) полированного штока (5). Зажим (16) представляет собой разрезанную вдоль на две части втулку с возможностью крепления этих частей между собой на полированном штоке (5) болтовым соединением. Зажим (16) легко и быстро снимается и крепится благодаря своей конструкции. Для удаленной визуализации функционирования приводной установки на зажим (16) дополнительно может быть установлен специальный флажок (17) с нанесенным покрытием разного цвета.
Сбоку корпуса (1) приводной установки возможна установка визирного глазкового маслоуказателя (18) большого диаметра, имеющего усиленный металлический корпус, для контроля уровня масла в корпусе (1).
Шкив (12) электродвигателя (9) и шкив (8) привода закреплены на валу электродвигателя (9) и полом приводном валу (4) соответственно посредством конусных втулок (11) и (19) с одной центральной гайкой. Конусные втулки (11) и (19) с центральной гайкой имеют уменьшенный диаметральный размер, за счет чего повышена технологичность изготовления деталей. Такая конструкция также позволяет упростить и ускорить процесс технического обслуживания приводной установки за счет уменьшения количества резьбовых элементов крепления шкива к конусной втулке.
Приводной шкив (8) установлен на центральный полый вал (4) всегда в одном положении, что исключает необходимость перемещать тяжелый приводной шкив (8) с применением грузоподъемной техники. Перемещение электродвигателя (9) производится вручную, используя конструктивно встроенные винтовые тяги. При этом регулировка положения шкивов (8, 12) относительно друг друга может производиться перемещением конусной втулки (11) вместе со шкивом (12) электродвигателя (9) по валу электродвигателя (9) или при необходимости перемещением по высоте всего электродвигателя (9) вместе с конусной втулкой (11) и шкивом (12). За счет этого длина вала (4) укорочена, повышена технологичность изготовления такого вала. Регулировка положения шкивов (8, 12) относительно друг друга позволяет упростить процесс подготовки перед вводом в эксплуатацию установки после ее технического обслуживания.
В ременной передаче применены отдельные клиновые ремни (20) в комплекте. Имеется возможность производить замену отдельно каждого ремня (20) и использование при необходимости на малых крутящих моментах не полный комплект ремней (20), например, 1-2 шт. вместо 3 шт. Применение комплекта клиновых ремней (20) помимо экономической целесообразности позволяет облегчить техническое обслуживание.
.
Натяжение ремней (20) ременной передачи производится подпружиненным натяжным роликом (21), установленным на раме (10) Электродвигатель (9) максимально приближен к центральной оси приводной установки и закреплен на раме (10) в одном положении. Таким образом, изгибающие усилия на устье скважины сведены к минимуму и исключена необходимость дополнительных подпорок электродвигателя (9). При этом натяжение ремней (20) постоянно и регулируется усилием поджатия. Повышается стойкость ременной передачи, облегчается монтаж и техническое обслуживание ременной передачи.
Установка работает следующим образом.
Вращение от шкива (12) электродвигателя (9) передается клиновой ременной передачей на приводной шкив (8), установленный на полом приводном валу (4). Полый вал (4) удерживается верхней опорой (2) и нижней опорой (3). Нижняя опора (3) дополнительно воспринимает всю осевую нагрузку от веса колонны штанг. Гидравлический тормоз (6) со встроенной в него обгонной муфтой, установленный на полом валу (4), предохраняет от самоотворота резьбовые соединения колонны штанг при остановке привода. Передача крутящего момента от полого приводного вала (4) на полированный шток (5) организована в верхней части вала (4) через имеющийся шип вала (4) и паз специального зажима (16), крепящегося на полированный шток (5). Данный зажим (16) кроме передачи крутящего момента также выполняет передачу осевой нагрузки от подвешенной в скважине колонны штанг к полому приводному валу (4).
Техническое обслуживание приводной установки осуществляется следующим образом.
Смену шкивов (8, 12) осуществляют откручиванием центральной гайки конусных втулок (11) и (19). При необходимости выполняют замену конкретного изношенного ремня (20) из комплекта.
Замену узла уплотнения (13) производят откручиванием болтов в нижней части стойки без разборки или отсоединения корпуса от стойки. Перед вводом в эксплуатацию после проведенного технического обслуживания проводят регулировку шкивов перемещением конусной втулки (11) вместе со шкивом (12) электродвигателя (9) по валу электродвигателя (9) или перемещением по высоте всего электродвигателя (9) вместе с конусной втулкой (11) и шкивом (12).
Устранение подтеков масла в нижней части корпуса (1) устраняется подтяжкой сальниковой набивки узла уплотнения (15) или полной заменой всего узла уплотнения. Замену узла уплотнения возможно произвести непосредственно на скважине без разборки всего корпуса (1).
Контроль горизонтальности положения привода на скважине при монтаже и эксплуатации производится при помощи встроенного глазкового устройства (14).
Контроль уровня масла в корпусе (1) производится при помощи визирного глазкового маслоуказателя (18), увеличенного диаметра.
Преимущества заявляемой полезной модели:
легкий монтаж и техническое обслуживание;
высокая надежность установки в работе, увеличенная допускаемая осевая нагрузка в 2-2,5 раза;
высокие тактико-технические характеристики установки;
высокая технологичность изготовления деталей;
низкие затраты на ремонт и замену деталей установки;
удобство мониторинга технического состояния;
обеспечение удаленной визуализации работы привода;
возможность контроля уровня масла в корпусе привода;
возможность контроля горизонтальности положения приводной установки при монтаже и эксплуатации.