БЕЗБАЛАНСИРНЫЙ СТАНОК-КАЧАЛКА
BEAMLESS PUMPING UNIT

Изобретение относится к устройствам для добычи нефти и природных битумов и может быть использовано в качестве привода штангового насоса.
Известен станок-качалка, содержащий раму, стойку, балансир с поворотной головкой, траверсу с шатунами, шарнирно подвешенную к балансиру и редуктор с кривошипами и противовесами (см. Е.И. Бухаленко, В.В. Вершковой, Ш.Т. Джафарова и др. «Нефтепромысловое оборудование», М.: Недра, 1990 г., стр.54, рис.2.2).
Недостатками известного станка-качалки являются сложность конструкции, цикличность нагрузки на редуктор и штанги, высокие пусковые моменты, большая металлоемкость и невозможность эксплуатации с их помощью наклонных и горизонтальных скважин.
Известен станок-качалка для нефтяных скважин, содержащий опору, электродвигатель, фрикционную передачу, состоящую из шкива и маховика с жестко укрепленной в его ступице гайкой, ходовой винт с ленточной нарезкой проходящей через гайку, образуя с ней винтовую пару, и штангу, присоединенную к нижнему концу ходового винта см. а.с. СССР №72020, МПК F04B 47/00, БИ №4, 1948 г.).
Недостатками данного решения являются низкая надежность и сложность управления работой электродвигателя из-за необходимости постоянного изменения направления вращения его вала при подъеме и опускании колонны штанг.
Известен безбалансирный станок-качалка, содержащий опору, мотор-редуктор, штангу, ходовой винт с выполненными попарно противоположно направленными ленточными нарезками, при этом в каждой паре верхние концы ленточных нарезок, как и нижние их выходы, выполнены с плавным переходом друг в друга, образуя бесконечную ленту, а в гайке выполнено сквозное, перпендикулярно продольной оси ходового винта, отверстие, в которое вставлена с возможностью вращения соосно расположенная цилиндрическая обойма с выполненным в ней прямоугольным пазом со стороны, обращенной к ходовому винту, а в пазу цилиндрической обоймы размещен с возможностью вращения ролик, причем выступающая из цилиндрической вставки часть ролика обкатывается по винтовым бесконечным нарезкам (см. патент РФ №2482332, опубл. 20.05.2013. Бюл. №14).
Данное техническое решение является наиболее близким и принято за прототип.
Недостатками прототипа являются низкая эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что вся нагрузка от веса поднимаемого столба жидкости и веса колонны штанг воспринимается гайкой и ходовым винтом, а также тем, что сам привод крепится к колонному фланцу скважины, большие высотные габариты.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности, простота и удобство обслуживания привода, уменьшение высотных габаритов, оптимизация силовой схемы привода путем дополнения конструкции уравновешивающим противовесом.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном безбалансирном станке-качалке, содержащем опору, мотор-редуктор, штангу, ходовой винт с выполненными попарно, противоположно направленными ленточными нарезками, при этом в каждой паре верхние концы ленточных нарезок, как и нижние их выходы, выполнены с плавным переходом друг в друга, образуя бесконечную ленту, а в гайке выполнено сквозное, перпендикулярно продольной оси ходового винта, отверстие, в которое вставлена с возможностью вращения соосно расположенная цилиндрическая обойма с выполненным в ней прямоугольным пазом со стороны, обращенной к ходовому винту, а в пазу цилиндрической обоймы размещен с возможностью вращения ролик, причем выступающая из цилиндрической вставки часть ролика обкатывается по винтовым бесконечным нарезкам, отличающийся тем, что он содержит дополнительный ходовой винт с гайкой, причем основной и дополнительный ходовые винты расположены соосно и диаметрально противоположно относительно штанги с возможностью согласованного их вращения от мотор-редуктора, при этом обе гайки жестко прикреплены к концам траверсы, закрепленной на штанге, а опора-стойка установлена рядом со скважиной, соосно продольной оси скважины, на расстоянии радиуса ролика уравновешивающего, закрепленного в верхней части опоры-стойки с возможностью вращения, так, чтобы гибкая связь, охватывающая ролик уравновешивающий, одним концом была прикреплена к траверсе, а другим - к противовесу уравновешивающему.
На фиг.1 схематически изображен безбалансирный станок-качалка, главный вид, на фиг.2 вид со стороны скважины, на фиг.3 - вид А.
Безбалансирный станок-качалка содержит стойку-опору 1, на которой установлен мотор-редуктор 2, ходовые винты 3, 4, соосные штанге и оси скважины, с установленными на них гайками 5, 6, которые жестко прикреплены к концам траверсы 7, закрепленной на штанге. В верхней части стойки-опоры 1, установлен вращающийся ролик уравновешивающий 9 с уложенной на нем гибкой связью 8, один из концов которой связан с траверсой 7, а другой - с противовесом уравновешивающим 10. На ходовых винтах 3, 4 выполнены диаметрально противоположно направленные ленточные нарезки 11, 12, при этом верхние концы ленточных нарезок, так же как и нижние концы, соединены между собой плавным переходом, образуя, бесконечную ленточную канавку. В гайках 5, 6 выполнены сквозные горизонтальные отверстия 14, 15, в которые вставлены с диаметрально противоположных сторон цилиндрические обоймы 16, 17 с возможностью вращения и с прямоугольным пазом, обращенным к ходовым винтам 3, 4. В пазах цилиндрических обойм 16, 17 размещены с возможностью вращения на осях 20, 21 ролики 18, 19, при этом выступающие наружу части роликов соответствуют в своем поперечном сечении форме ленточных канавок 12, 13, по которым они и обкатываются, обеспечивая возвратно-поступательное движение гаек относительно ходовых винтов.
Безбалансирный станок-качалка работает следующим образом.
Стойка-опора 1 установлена рядом со скважиной с опорой на грунт соосно продольной оси скважины на расстояние радиуса ролика уравновешивающего 9. От мотор-редуктора 2, вращение передается ходовым винтам 3, 4. Вращение ходовых винтов 3, 4 обеспечивает возвратно-поступательное движение гаек 5, 6, за счет выступающих частей роликов 18, 19, катящихся по ленточным канавкам 12, 13. В нижнем и верхнем концах ходовых винтов, выступающие части роликов 18, 19 за счет плавного перехода между двумя ленточными нарезками разворачиваются вместе с цилиндрическими обоймами 16, 17 и они начинают катиться по противоположной ленточной канавке, меняя направление движения гаек 5, 6 на противоположное, после завершения движения вниз начинается движение гаек 5, 6 вверх, без изменения направления вращения вала мотор-редуктора 2. В результате чего гайки 5, 6 совершают согласованное возвратно-поступательное движение совместно с траверсой 7. Траверса 7, в свою очередь, через гибкую связь 8 и ролик уравновешивающий 9 приводит в движение противовес уравновешивающий 10.
Технико-экономическая эффективность от использования предлагаемого решения достигается за счет повышения эксплуатационной надежности, простоты и удобства обслуживания привода, уменьшения габаритов, уменьшения потребляемой мощности электродвигателя мотор-редуктора.