СТАНОК-КАЧАЛКА
PUMPING UNIT

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к технике добычи нефти из скважин и предназначено для использования при эксплуатации скважин.
Известен станок-качалка, содержащий основание, опорную стойку, на которой расположен балансир с шарнирно прикрепленной к нему головкой, связанный с установленным на опорной стойке подшипником. Дополнительная уравновешивающая система выполнена в виде груза, соединенного с полированным штоком гибкой тягой, перекинутой через роликовый блок. Дополнительная уравновешивающая система имеет опору, выполненную в виде трубы, установленной на самостоятельном фундаменте, внутри которой подвешен и перемещается груз. В боковой поверхности трубы предусмотрены на уровне груза - люк и выше крайней нижней точки хода груза - разгрузочное устройство. Опора дополнительной уравновешивающей системы расположена в одной плоскости с полированным штоком, перпендикулярной оси станка-качалки. Роликовый блок состоит из трех роликов, расположенных относительно друг друга под углом 90 градусов (RU 2317444 C1, 20.02.2008 г.).
Недостатком известного станка-качалки является сложность конструкции, обусловленная наличием дополнительной уравновешивающей системы, разгрузочного устройства, подвижных частей, и как следствие, относительно невысокая надежность.
Известен станок-качалка, содержащий основание, тумбу, электродвигатель, связанный через клиноременную передачу с редуктором. Преобразующий дифференциальный кривошипный механизм установлен на выходном валу редуктора с одной стороны и содержит два взаимосвязанных через планетарную передачу кривошипа - центральный, жестко установленный на выходного валу редуктора, и ведущий кривошип, установленный на выходном валу центрального кривошипа. Подвеска устьевого штока расположена с другой стороны редуктора. Между подвеской устьевого штока и натяжным шкивом установлена стойка с перекладиной, на которой подвижно установлены направляющие шкивы. На ведущем кривошипе установлен натяжной шкив. Стойка установлена на тумбе или непосредственно на основании станка-качалки над редуктором так, что ее ось, продольная ось перекладины, ось подвески устьевого штока и точка крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе находятся в одной вертикальной плоскости, проходящей через ось выходного вала редуктора. Гибкий элемент огибает установленный на ведущем кривошипе натяжной шкив и через направляющие шкивы связан с подвеской устьевого штока. Для уравновешивания станка-качалки на ведущем и центральном кривошипах установлены грузы (RU 2270367 C1, 20.02.2006 г.).
Недостатком известного станка-качалки является применение сложных механизмов: преобразующий дифференциальный кривошипный механизм, планетарная передача, два кривошипа: центральный и ведущий, а также условие нахождения нескольких осей (ось стойки, продольная ось перекладины, ось подвески устьевого штока) и точки крепления в одной вертикальной плоскости, проходящей через ось выходного вала редуктора. Надежность этого станка-качалки при длительной эксплуатации небольшая, в тоже время усложнено его обслуживание, что ставит под сомнение экономическую эффективность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является станок-качалка с плавным регулированием производительности, который содержит колонну насосных штанг, опорную вышку, полиспаст, направляющие и отклоняющие шкивы, домкрат, лебедку с двумя асинхронными двигателями. Последние связаны между собой электрически последовательным соединением статорных обмоток и механически общим валом бицилиндроконического канатного барабана лебедки. Отклоняющие шкивы выполнены с возможностью перемещения. Бицилиндроконический барабан выполнен составным в виде двух цилиндрических частей с возможностью поворота их относительно друг друга и общего вала и двух конических частей, выполненных с возможностью перемещения вдоль цилиндрических частей (RU 2270366 C1, 20.02.2006 г.).
Недостатком прототипа является сложность его конструкции; реверс движения насосных штанг достигается за счет изменения сил на ведущем валу, обусловленное разностью диаметров спиральных канавок на цилиндрическом и оптическом барабанах, а также загрузкой правого и левого электродвигателей. В этом сложном механизме не учтены факторы проскальзывания каната на шкивах и в электродвигателях. Очень сложны регулировочные работы по изменению амплитуды и частоты колебаний, которые выполняются вручную.
Технический результат - упрощение конструкции станка-качалки, повышение его надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что в станке-качалке, содержащем стойку, основание и привод, шток рабочего цилиндра соединен с канатом штанги скважинного насоса, а шток цилиндра привода, состоящего из редуктора и электродвигателя - с шатуном кривошипно-шатунного механизма с ассиметричной передаточной функцией, один клапан рабочего цилиндра обеспечивает связь его с атмосферой, а другой при помощи шланга - с входным клапаном цилиндра привода, имеющим второй клапан, связывающий его с атмосферой, действие клапана рабочего цилиндра, связывающего его с атмосферой, обеспечивается электромагнитом, управляемым контактным переключателем с реле времени, срабатываемым при воздействии на него упора, закрепленного на штоке рабочего цилиндра, а поршень рабочего цилиндра снабжен пружиной сжатия.
На чертеже показана конструкция станка-качалки.
Станок-качалка состоит из следующих деталей и сборочных единиц: стойка 1, основание 2, цилиндр рабочий 3, поршень 4, шток 5, пружина 6, пневмоцилиндр 7, шток цилиндра привода, редуктор 9, электродвигатель 10, кривошипно-шатунный механизм с ассиметричной передаточной функцией, электромагнит 12, клапан 13, 14, 15, 16, шланг 17, контактный переключатель с реле времени 18, упор 19, канат 20.
На основание 2 устанавливаются и закрепляются стойка 1, пневмоцилиндр 7, редуктор 9 с электродвигателем 10. К стойке 1 крепится электромагнит 12, цилиндр рабочий 3, контактный переключатель с реле времени 18. На выходной вал редуктора 9 устанавливается кривошипно-шатунный механизм 11 с ассиметричной передаточной функцией, шатун кривошипно-шатунного механизма соединен со штоком 8 цилиндра привода. Клапан 13 соединен с клапаном 16 шлангом 17. Упор 19 закрепляется на штоке 5. Пружина 6 устанавливается в отверстие поршня 4. Клапан 14 соединен с электромагнитом 12. Канат закреплен на штоке 5, а клапан 15 закреплен на корпусе цилиндра 7.
Работает станок-качалка следующим образом.
После включения электродвигателя 10 начинает вращаться выходной вал редуктора 9, а вместе с ним приходит в движение кривошипно-шатунный механизм 11, причем шток 8 цилиндра привода 7 получает следующие движения: справа-налево ускоренное движение (воздух через клапан 15 вытесняется из цилиндра наружу), а слева-направо замедленное движение (в цилиндре 7 образуется разрежение, воздух из цилиндра 3 через клапан 13, шланг 17 поступает в цилиндр 7). Таким образом, выполняется один цикл цилиндра привода (клапан 14 закрыт).
В рабочем цилиндре 3 образуется разрежение, которое определяет движущую силу, направленную вверх (она равна разности атмосферного давления, направленного на поршень 4 снизу и остаточного (разрежения), действующего сверху).
Под действием движущей силы поршень 4 начинает движение вверх (клапан 14 закрыт). Пружина 6 предупреждает удар поршня 4 о торцовую стенку цилиндра. Вместе со штоком 5 перемещается упор 19; в конце хода упор 19 нажимает на рычаг контактного переключения 18, который остается во включенном состоянии в течение времени, установленном реле; электромагнит 12 открывает клапан 14 и соединяет цилиндр 3 с атмосферой. Цилиндр привода 7 продолжает откачивать воздух из рабочего цилиндра 3. Давление атмосферы на поршень 4 усиливается при откачивании воздуха из цилиндра 3. Поршень 4 вместе со штоком 5 опускается вниз, занимая исходное нижнее положение; вместе со штоком канат 20 совершает цикл подъема и опускания.
Таким образом, совершается цикл движения вверх-вниз; этот цикл повторяется столько, сколько времени работает станок-качалка.
Преимущество предлагаемой конструкции станка-качалки заключается в отсутствии сложных механизмов, барабанов, шкивов, открытых соединений подвижных деталей, а также сил инерции, возникающих при изменении направления движения деталей; простота конструкции облегчает обслуживание станка-качалки и повышает его надежность.