МЕХАНИЗМ ДЛЯ ВРАЩЕНИЯ ТРУБ ИЛИ ШТАНГ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к общему машиностроению, в частности, к насосостроению и может быть использована для добычи нефти, например, в установках винтового погружного насоса с поверхностным приводом.
Известен привод штангового винтового насоса, используемый в оборудовании для добычи нефти для привода штанговых глубиннонасосных установок, который содержит корпус, полый приводной вал колонны штанг, два или более двигателей, редуктор и обгонную муфту (Патент RU №2101568, F04B 47/02, публ. 10.01.1998 г.). Недостатком данной конструкции является сложность конструкции, низкая надежность и отсутствие регулирования производительности погружного винтового насоса.
Известен поверхностный привод погружного винтового насоса, содержащий редуктор с вертикально расположенными входным и выходным валами, двигатель, расположенный на боковой поверхности корпуса редуктора, с возможностью перемещения, клиноременную передачу крутящего момента и тормозное устройство отличающийся тем, что, тормозное устройство включает две полости, герметизированные между собой, в одной, заполненной маслом установлен вал редуктора с обгонной муфтой, размещенной на нем, во второй полости, не заполненной маслом, размещено фрикционное устройство, состоящее из фрикционного элемента и диска, который одновременно является корпусом обгонной муфты, причем для регулировки тормозного момента предусмотрено регулировочное устройство, воздействующее на фрикционный элемент (Патент RU №2253753 C1, F04С 2/107, F04В 47/02, публ. 02.10.2003 г.).
Недостатком данной конструкции является громоздкость и сложность конструкции.
Наиболее близким, выбранным авторами за прототип, является механизм для вращения труб или штанг (Патент RU №2330992 F04С 29/00, публ. 10.08.2008 г.).
Механизм для вращения труб или штанг, обеспечивающий привод погружного скважинного насоса, содержит два полых шпинделя, грузовой и ведущий, элемент для подвешивания колонны труб, центрирующую вставку и сальниковый узел, причем грузовой шпиндель снабжен полым валом, установленным в полости ведущего шпинделя, элемент для подвешивания колонн закреплен в верхней части полого вала, посредством вставок, причем грузовой шпиндель, полый вал и элемент для подвешивания колонн образуют гидравлическую полость, с одной стороны связанную с напорной областью скважинного насоса, а с другой стороны ограниченную уплотнением, установленным между полым валом и элементом для подвешивания труб или штанг.
Недостатком данной конструкции является низкая надежность, большие габариты и сложность конструкции.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эффективности за счет упрощения конструкции, уменьшение габаритов и повышения надежности привода.
Технический результат достигается за счет того, что механизм для вращения труб или штанг, содержащий электродвигатель, вращатель, грузовой и ведущий шпиндели, элемент для подвешивания, труб или штанг, центрирующую вставку и сальниковый узел, согласно полезной модели, по первому варианту, новым является то, что 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, и относительно других элементов механизма для вращения труб или штанг, 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; по второму варианту новым является то, что 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, ведущий шпиндель выполнен цельным и установлен в полости грузового шпинделя, а элемент для подвешивания труб или штанг закреплен к валу сальникового узла.
Кроме того, элемент для подвешивания труб или штанг может быть выполнен составным в виде набора отдельных подгоночных штоков.
Кроме того, вращатель может быть выполнен в виде планетарного редуктора.
Кроме того, центрирующая вставка может быть снабжена крышками с образованием герметичной полости.
По первому варианту, в отличие от прототипа, механизм для вращения труб или штанг снабжен одним или двумя электродвигателями, что позволяет повысить эксплуатационные характеристики и уравновесить конструкцию механизма для вращения труб или штанг.
Наличие радиально - осевой опоры позволяет повысить надежность работы приводного вала и клиноременной передачи в целом.
Электродвигатели размещены на устройстве для подвески, регулировки электродвигателей и натяжки клиноременной передачи, которое жестко связано с вращателем, что позволяет равномерно произвести натяжку клиноременной передачи, тем самым повышая ее надежность и ресурс работы, а также позволяет в широком диапазоне изменять частоту вращения приводного вала, за счет большого набора типоразмеров сменных шкивов.
Приводной вал размещен в радиально - осевой опоре и снабжен регулируемым тормозным устройством, размещенным между вращателем и шкивом клиноременной передачи, что позволяет плавно гасить большой реактивный момент вращательной колонны и предотвращая, тем самым отворот резьбовых соединений.
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, и относительно других элементов механизма для вращения труб или штанг, 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, что позволяет упростить конструкцию и уменьшить габариты механизма. Такое устройство механизма для вращения труб или штанг более пригодно для работы в условиях больших реактивных моментов вращательной колонны.
По второму варианту, в отличие от прототипа, 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, что позволяет упростить конструкцию механизма за счет отсутствия регулируемого тормозного устройства, при эксплуатации механизма для вращения труб или штанг в условиях небольших реактивных моментов вращательной колонны. Такое устройство механизма для вращения труб или штанг более пригодно для работы в условиях небольших реактивных моментов вращательной колонны.
Ведущий шпиндель выполнен цельным и установлен в полости грузового шпинделя, что позволяет уменьшить габариты.
Элемент для подвешивания труб или штанг закреплен к валу сальникового узла, что позволяет упростить конструкцию.
Кроме того, элемент для подвешивания труб или штанг выполнен составным в виде набора отдельных подгоночных штоков, что позволяет облегчить монтаж устройства.
Кроме того, в качестве вращателя используется планетарный редуктор, что позволяет существенно уменьшить габариты механизма.
Кроме того, центрирующая вставка снабжена крышками с образованием герметичной полости, что позволяет предотвратить разбрызгивания добываемой жидкости в окружающую среду, улучшая тем самым экологию промысла, также повышается безопасность условий труда, за счет недоступности вращающихся частей механизма.
Выполнение вариантов полезной модели с указанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет получить механизм для вращения труб или штанг (варианты) с повышенной эффективностью за счет упрощения конструкции, уменьшения габаритов и повышенной надежностью привода.
Предлагаемый механизм для вращения труб или штанг, который обеспечивает привод погружного винтового насоса, поясняется чертежами Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3. и Фиг.4.
На Фиг.1 изображен механизм для вращения труб или штанг по первому варианту.
На Фиг.2 изображен механизм для вращения труб или штанг по второму варианту.
На Фиг.3 показано устройство для подвески, регулировки электродвигателей и натяжки клиноременной передачи.
На Фиг.4 показано выполнение центрирующей вставки.
Механизм содержит один или два электродвигателя 1; клиноременную передачу 2; шкивы клиноременной передачи 3; приводной вал 4; вращатель 5, внутри которого находится ведущий шпиндель 6, который жестко связан с грузовым шпинделем 7 и находится в его внутренней полости D; к которому крепится вал 8 сальникового узла 9, служащий для передачи крутящего момента вращательной колонне 10, через элемент для подвешивания труб или штанг, выполненный в виде набора отдельных подгоночных штоков 11;
опорой грузового шпинделя 7 служит опорный подшипник 12. Корпус грузового шпинделя 13 жестко связан с сальниковым узлом 9, при помощи центрирующей вставки 14, которая имеет крышки 28 и образует герметичную полость Е, внутри сальникового узла 9 находится стакан 15 с внутренней перегородкой, разделяющей полость сальника на две камеры 16 и 17, имеющие независимые элементы поджима. На приводном валу 4 расположено регулируемое тормозное устройство 18, состоящее из обгонной муфты 19, тормозного диска 20, фрикционных элементов 21, регулировочных винтов 22 и пружин 23, а также радиально-осевая опора 24. Регулируемое тормозное устройство 18 имеет две полости А и С, герметизированные между собой, причем полость А сообщается с полостью В радиально-осевой опоры, образуя единую гидравлическую полость. Полости А, В, С выполнены герметичными относительно других элементов механизма.
На Фиг.3, а также на Фиг.1 и Фиг.2 показано устройство для подвески, регулировки электродвигателей и натяжки клиноременной передачи, которое состоит из: кронштейнов 25 для подвески одного или двух электродвигателей 1, с их регулировкой по высоте, которые крепятся с возможностью перемещения по горизонтали к раме 26, жестко связанной с вращателем 5 и системы натяжки 27, в виде винтов и упоров, жестко связанных с кронштейнами 25, служащей для равномерной натяжки клиноременной передачи 2. На Фиг.3 показан элемент для подвешивания труб или штанг 11, выполненный составным в виде набора отдельных подгоночных штоков.
На Фиг.4 показана центрирующая вставка 14 с крышками 28, которые образуют герметичную полость Е.
Работа механизма по первому варианту происходит следующим образом: от электродвигателей 1 крутящий момент передается через клиноременную передачу 2, на шкив клиноременной передачи 3 через приводной вал 4 к вращателю 5, внутри которого находится ведущий шпиндель 6, передающий вращение через грузовой шпиндель 7 на вал 8 сальникового узла 9 и через элемент для подвешивания труб или штанг, выполненный в виде набора отдельных подгоночных штоков 11, которые также служат для регулирования положения винта насоса относительно обоймы, соединяется с вращательной колонной 10 и далее крутящий момент передается винту винтового погружного насоса (не показан). Осевая нагрузка от винта насоса и веса вращательной колонной 10 воспринимается упорным подшипником 12 через элемент для подвешивания труб или штанг 11, вал 8 и грузовой шпиндель 7. Герметизация напорной полости осуществляется сальниковым узлом 9, расположенном в герметичной полости, образуемой центрирующей вставкой 14 и крышками 28, конструкция которого, позволяет менять сальниковую набивку в камере 16, при зажатом сальнике 17, без стравливания давления в напорной полости. При остановке двигателей 1 реактивный момент вращательной колонны 10, вызванный закручиванием колонны во время работы, начинает раскручивать вращательную колонну 10 в обратную сторону и передается через выходной вал вращателя 5 к приводному валу 4, и далее через обгонную муфту 19 и тормозной диск 20 к неподвижным фрикционным элементам 21, где за счет сил трения происходит плавное гашение реактивного момента вращательной колонны 10, а наличие возможности изменять величину тормозного момента дает возможность оперативно регулировать величину тормозного момента трения посредством регулировочных винтов 22 с пружинами 23, что предотвращает отворот резьбовых соединений вращательной колонны 10. Для восприятия радиальной нагрузки от веса и дисбаланса шкива клиноременной передачи 3 служит радиально-осевая опора 24. Механизм для вращения труб или штанг по первому варианту более пригоден для работы в условиях больших реактивных моментов вращательной колонны 10.
Работа механизма по второму варианту аналогична первому варианту, за исключением отсутствия на приводном валу 4 регулируемого тормозного устройства 18. Данный механизм по второму варианту более пригоден для работы в условиях малых реактивных моментов вращательной колонны 10.
Достигаемый технический результат предлагаемых вариантов механизма для вращения труб или штанг, описанных выше, одинаков.
Таким образом, предлагаемые варианты механизма для вращения труб или штанг обладают повышенной эффективностью за счет упрощения конструкции, простоты монтажа, малых габаритов, обеспечивают надежность, создают благоприятные условия работы и улучшают экологию промысла, за счет исключения утечек и разбрызгивания добываемой жидкости в окружающую среду, повышают безопасность условий труда, за счет недоступности вращающихся частей механизма для вращения труб или штанг.