ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА ДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к техническим средствам для подъема штанговыми глубинными насосами (ШГН) нефтяной жидкости из добывающей скважины и может быть использована для подъема любой другой жидкости из глубин.
Известен безбалансирный станок-качалка (патент РФ №2482332, 20.05.13 г., класс МПК F04B 47/02 с приводным устройством, расположенным на поверхности земли). Он содержит опору, мотор-редуктор с жестко укрепленной на нижнем конце его ведомого вала гайкой и ходовой винт с ленточной нарезкой, присоединенный нижним концом к штанге. Ведомый вал мотор - редуктора выполнен в виде трубы, ходовой винт установлен в ведомом валу снизу коаксиально.
Существует станок-качалка (патент РФ №2462617, 27.09.2012 г., класс МПК F04B 47/02 с приводным устройством, расположенным на поверхности земли). Данный привод содержит установленный на основании корпус с единой рамой, на которой смонтирован двигатель, редуктор, муфта, опора, соединяющая выходной вал редуктора с ведущей звездочкой. В корпусе помещен механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и включающий ведущую и ведомую звездочки, охваченные замкнутой цепью, связанной с кареткой, соединенной с противовесом. Противовес выполнен П-образной формы в поперечном сечении и связан через гибкое звено с узлом подвески штанг.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, принятым нами в качестве наиболее близкого аналога, т.е. прототипа, является станок-качалка (патент РФ №2449171, 27.04.12 г., класс МПК F04B 47/02 с приводным устройством, расположенным на поверхности земли).
Он содержит раму, балансир с противовесом и головкой, установленный на стойке, а также механизм для преобразования вращения двигателя в возвратно-поступательное движение, выполненный в виде пары винт-гайка качения. Привод соединен шарниром с балансиром и реверсивным электродвигателем, сочлененным шарниром с рамой.
Общим недостатком всех приведенных технических решений является наличие в их приводах таких громоздких агрегатов и узлов, как многоручейковая клиноременная передача, двухступенчатый цилиндрический редуктор, кривошипно-шатунный механизм, траверса с опорами, балансир с поворотной головкой и опорой, а также недостаточно надежная цепная передача.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции электромеханического привода ШГН добывающей скважины, в результате чего значительно снижаются его массогабаритные размеры, и упрощается технология технического обслуживания и ремонта.
Поставленная задача решается предлагаемым нами электромеханическим приводом добывающей скважины, который содержит электродвигатель, сварную стальную раму, рабочий винт, направляющий валик, неподвижный кронштейн с шариками-фиксаторами, гибкий трос и механизм противовеса. На верхней площадке сварной стальной рамы установлен ролик, обод которого выполнен в виде полукруглой ячейки, и через него перекинут гибкий трос, правый свисающий конец его связан с верхним концом направляющего валика, а левый свисающий конец - с противовесом, установленным в специальных направляющих каретках. Возвратно-поступательное движение штанги ШГН обеспечивается электрической системой конечных переключающих устройств.
Электромеханический привод устанавливается на устье скважины.
Новым является то, что внутри ротора электродвигателя, геометрической осью вращения вертикально смонтированного на сварной стальной раме, размещен рабочий винт с шарико-винтовой передачей (ШВП) с рециркулирующими шариками, непосредственно преобразующей вращательное движение ротора электродвигателя в вертикальное возвратно-поступательное движение штанги ШГН.
Новым является и то, что верхний конец рабочего винта соединен с нижним концом направляющего валика, движущегося внутри неподвижно прикрепленного к стальной сварной раме неподвижного кронштейна с шариками-фиксаторами, позволяющего рабочему винту совершать только возвратно-поступательное движение «вверх-вниз» без вращения вокруг своей геометрической оси.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведен общий вид электромеханического привода ШГН добывающей скважины.
На фиг. 2 приведено устройство электродвигателя со встроенной ШВП.
Предлагаемый электромеханический привод ШГН (фиг. 1) содержит электродвигатель 2, нижний конец рабочего винта 4 которого соединен с выступающим из устья скважины 5 концом штанги 1, сварную стальную раму 3, рабочий винт 4, направляющий валик 6, неподвижный кронштейн 7 с шариками-фиксаторами 8, гибкий трос 9, ролик 10, механизм противовеса 11.
Электродвигатель 2 (фиг. 2) состоит из неподвижного статора 12, вращающегося ротора 13 со встроенной ШВП с рециркулирующими шариками 18, подшипниковых опор 14, 15 и 16, гайки 17, рабочего винта 4, направляющего валика 6 и муфтового соединения 19.
Принцип работы электромеханического привода состоит в следующем.
Периодическое возвратно-поступательное движение штанги 1 (фиг. 1) ШГН вверх или вниз реализуется электродвигателем 2, геометрической осью вращения его ротора 13 вертикально прикрепленным к сварной стальной раме 3, с помощью встроенной внутри ротора 13 ШВП с рециркуляцией шариков 18 (фиг. 2), преобразующей вращательное движение ротора 13 в возвратно-поступательное движение рабочего винта 4. Нижний конец последнего соединен с верхним концом штанги 1, выступающим из устья скважины 5. При этом, вертикальное прямолинейное возвратно-поступательное движение рабочего винта 4 поочередно вверх и вниз, создаваемое вращающимся ротором 13 со встроенной ШВП, передается направляющему валику 6. Его задачей является лишение рабочего винта 4 возможности вращаться вокруг своей геометрической оси. Для этого к сварной стальной раме 3 прикреплен неподвижный кронштейн 7 с шариками-фиксаторами 8. Последние своей одной половиной находятся в гнездах (на фиг. 2 не обозначены) неподвиж-ного кронштейна 7, а другой - в продольно вырезанных канавках (на фиг. 2 не обозначены) направляющего валика 6, чем и обеспечивается движение рабочего винта 4 ШВП вверх или вниз без его вращения. Движение верхнего конца направляющего валика 6 передается через гибкий трос 9 и ролик 10, установленный на верхней площадке сварной стальной рамы 3, механизму противовеса 11, периодически поднимающемуся и опускающемуся в такт движениям рабочего винта 4 ШВП. Его подъем и спуск осуществляется в специальных направляющих каретках (на фиг. 2 не обозначены). Ротор 13 со встроенной ШВП электродвигателя 2 вращается в подшипниковых опорах 14, 15 и 16. В центральном отверстии ротора 13 жестко закреплена гайка 17 ШВП, между которой и рабочим винтом 4 находятся рециркулирующие шарики 18, передающие и напрямую преобразующие вращение ротора 13 в вертикальное прямолинейное движение рабочего винта 4 в направлении поочередно вверх и вниз, причем рабочий винт 4 поднимается вверх при вращении ротора 13 в одном направлении и вниз - при его вращении в противоположном направлении. Такое возвратно-поступательное движение создают конечные электрические переключатели, установленные на верхнем и нижнем ограничительных концах привода (на фиг. 2 не показаны), периодически изменяющие направление вращения ротора 13.
Устройство и принципы действия электрических и гидравлических конечных переключателей общеизвестны. Они нашли широкое применение в станкостроении (например, в плоскошлифовальных, строгальных, долбежных станках, в приводах кузнечно-прессового оборудования, в строительных кранах и др.) Далее, прямолинейное движение рабочего винта 4 сообщается направляющему валику 6 через муфтовое соединение 19 (фиг. 2).
Шарико-винтовая передача с рециркуляцией шариков является одной из разновидностей механических передач. Благодаря компактным размерам и простоте конструкции она легко интегрируется в различные машины и механизмы. Она обладает хорошими кинематическими и энергетическими показателями: имеет высокую точность, нагрузочную способность, жесткость, значительную долговечность, плавность хода и др. Ее к.п.д. находится в пределах 0,85…0,9.
Кинематические и прочностные характеристики ШВП с рециркуляцией шариков, приводимые в специальных источниках, следующие:
- номинальный диаметр винта - от 6 до 150 мм;
- статическая грузоподъемность - 2,2 до 125 m (для сравнения она у станка-качалки СКД12-3,0 равна 12 m);
- динамическая грузоподъемность - 1.9 до 37,5 m;
- прямолинейная скорость - до 110 м/мин.
ШВП обладает очевидными достоинствами, и предлагаемая полезная модель позволяет избавиться от таких громоздких агрегатов и узлов серийного станка-качалки, как многоручейковая клиноременная передача, двухступенчатый цилиндрический редуктор с зубчатым зацеплением Новикова, кривошипно-шатунный механизм, траверса с опорой, балансир с поворотной головкой и опорой.
Таким образом, данное техническое решение упрощает конструкцию электромеханического привода за счет значительного снижения ее массогабаритных размеров и это позволяет снизить эксплуатационные расходы и затраты на дополнительные ремонты и техническое обслуживание, обеспечивает долговечную работу привода ШГН станка-качалки.