ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-БАЛАНСИРНЫЙ СТАНОК-КАЧАЛКА
DIFFERENTIALLY BALANCED PUMPING UNIT

Изобретение относится к технике добычи нефти из скважин и может быть использовано для привода штанговых скважинных насосов.
Известен станок-качалка с балансирным пореобразующим механизмом. Он содержит раму, стойку, связанные клиноременной передачей электродвигатель и редуктор, балансирный механизм для преобразования вращательного движения выходного вала редуктора в возвратно-поступательное движение подвески устьевого штока. Такой механизм состоит из кривошипов, размещенных на выходном валу редуктора с двух сторон, шарнирно связанных с кривошипами шатунов, которые через траверсу связаны с подвижно установленным на стойке двуплечим качающимся балансиром с головкой, на которой закреплен гибкий элемент с подвеской устьевого штока (ГОСТ 51763-2001, Приводы штанговых скважинных насосов, ГОССТАНДАРТ РОССИИ, Москва, с.3, рис.1).
Недостатком такого станка-качалки является то, что преобразующий механизм содержит качающиеся шатуны и траверсу, что приводит к знакопеременным горизонтально направленным усилиям, действующим на стойку и раскачивающим металлоконструкцию, а в случае обрыва одного из шатунов к повреждению металлоконструкции.
Известен также станок-качалка с дифференциальным кривошипным преобразующим механизмом, содержащий основание, тумбу с установленными на ней редуктором и стойкой с перекладиной и направляющими шкивами, приводной электродвигатель, клиноременную передачу. У такого станка-качалки на выходном валу редуктора, с одной стороны, установлен дифференциальный кривошипный преобразующий механизм, ведущий кривошип которого связан посредством гибкого элемента, через направляющие шкивы перекладины, с подвеской устьевого штока, которая расположенна с другой стороны редуктора, чем кривошиный механизм (RU 2270367 С2, 20.02.2006).
Недостатком такого станка-качалки является то, что направляющие шкивы имеют сравнительно небольшие диаметры, что несколько снижает срок службы гибкого элемента, а также то, что конструкция перекладины усложняется в связи с необходимостью применения специального механизма для поворота и фиксации положения перекладины при выполнении на скважине ремонтных работ.
Задачей настоящего изобретения является создание станка-качалки с преобразующем механизмом в котором исключаются недостатки, присущие станкам-качалкам с балансирным и дифференциальным преобразующими механизмами.
Эта задача достигается тем, что на стойке подвижно установлен балансир с двумя неподвижными головками на его концах, причем головка балансира со стороны дифференциального кривошипного преобразующего механизма посредством гибкого элемента связана с натяжным шкивом ведущего кривошипа этого механизма, а другая головка, со стороны подвески устьевого штока, посредством уже другого гибкого элемента связана с подвеской устьевого штока, при этом стойка и балансир выполнены с возможностью поворота балансира вокруг его оси, а при повороте в сторону кривошипов - до занятия им вертикального положения.
При этом плечи балансира могут быть равны и не равны друг другу. Тогда при неизменных радиусах кривошипов, если длина плеча балансира со стороны подвески устьевого штока больше длины плеча балансира со стороны кривошипов, то увеличивается длина хода, и наоборот, если длина плеча балансира со стороны подвески устьевого штока меньше, чем со стороны кривошипов, то увеличивается тяговое усилие.
Такая конструкция станка-качалки проста и надежна. По сравнению с известным станком-качалкой с дифференциальным преобразующим механизмом с перекладиной и направляющими шкивами увеличивается радиус изгиба гибкого элемента, что увеличивает его долговечность. Исключается механизм для поворота и фиксации перекладины, что упрощает конструкцию станка-качалки. По сравнению с известным станком-качалкой с балансирным преобразующим механизмом упрощается конструкция и повышается надежность, так как нет качающихся шатунов, траверсы и поворотной головки балансира, а стойка нагружена только вертикальными усилиями.
Описываемый станок-качалка может быть выполнен также по схеме, когда стойка и дифференциальный кривошипный преобразующий механизм расположены с одной стороны редуктора и ось стойки и продольная ось балансира находятся в вертикальной плоскости, проходящей через ось выходного вала редуктора.
На фиг.1 схематично представлен предлагаемый дифференциально-балансирный станок-качалка; на фиг.2 схематично представлен вид сбоку; на фиг.3 представлен вариант исполнения станка-качалки, когда стойка и дифференциальный преобразующий механизм расположены с одной стороны редуктора и ось стойки и продольная ось балансира находятся в вертикальной плоскости, проходящей через ось выходного вала редуктора.
Станок-качалка содержит основание 1, тумбу 2, электродвигатель 3, связанный через клиноременную передачу 4 с редуктором 5, преобразующий дифференциальный кривошипный механизм, который установлен на выходном валу редуктора с одной стороны и содержит два взаимосвязанных через планетарную передачу кривошипа - центральный 6, жестко установленный на выходном валу редуктора 5, и ведущий кривошип 7, установленный на выходном валу центрального кривошипа 6. Подвеска устьевого штока 8 расположена с другой стороны редуктора. Стойка 9 расположена непосредственно на тумбе над редуктором, а на ней подвижно установлен качающийся балансир 10 с двумя жестко установленными на его концах головками 11 и 12. Натяжной шкив 13, установленный на ведущем кривошипе, связан с первой головкой 11 балансира посредством гибкого элемента 14, а подвеска устьевого штока 8, посредством гибкого элемента 15, связана с другой головкой 12 балансира. При этом стойка 9 установлена так, что ее ось, продольная ось балансира 10, ось подвески устьевого штока 8 и точка крепления натяжного шкива 13 на ведущем кривошипе 7 находится в одной вертикальной плоскости, проходящей через ось выходного вала редуктора 5. Для уравновешивания станка-качалки на ведущем кривошипе установлены грузы 16. На входном валу редуктора также установлено тормозное устройство 17. Ограждения и площадки для обслуживания станка-качалки условно не показаны.
Станок-качалка работает следующим образом.
Вращение от электродвигателя 3 посредством клиноременной передачи 4 и редуктора 5 передается центральному кривошипу 6 и через шестерни ведущему кривошипу 7 с натяжным шкивом 13 дифференциального кривошипного преобразующего механизма. При этом натяжной шкив на ведущем кривошипе получает вертикальное прямолинейное возвратно-поступательное движение и через гибкий элемент 14 и головку балансира 11 поворачивает тело балансира 10, а через головку 12 балансира и гибкий элемент 15 передает вертикальное движение подвеске устьевого штока 8. При этом тяговое усилие при подъеме подвески устьевого штока 8 складывается из усилия от уравновешивающих грузов, кривошипов и крутящего момента, передаваемого редуктором, а при опускании тяговое усилие уже со стороны подвески устьевого штока передается через балансир и гибкие элементы на натяжной шкив ведущего кривошипа и, объединяясь с усилием от крутящего момента, передаваемого редуктором, осуществляет подъем кривошипов.
Достоинства станка-качалки состоят в предельно компактной и надежной конструкции. Отсутствуют такие слабые звенья как шатуны, траверса, поворотная головка, присущие известным балансирным станкам, стойка нагружена только вертикальными усилиями, и поэтому нет сил раскачивающих конструкцию. Кривошипы вращаются встречно, поэтому и динамические усилия сведены к минимуму. Головки балансира жестко связаны с телом балансира и имеют большие радиусы, что благоприятно для увеличения срока службы гибких элементов. Обеспечивается удобство обслуживания при выполнении ремонтных работ за счет простого поворота тела балансира вместе с его головками в сторону кривошипов до занятия им вертикального положения. При этом положении балансира края головок балансира со стороны скважины находятся в вертикальной плоскости, отстоящей от устья скважины на некотором расстоянии, и образуется свободное пространство для проведения на скважине ремонтных работ. При этом не требуется фиксация вертикального положения балансира, так как он будет удерживаться в этом положении за счет неуравновешенной относительно вертикальной оси стойки массы.
Представляет практический интерес также вариант исполнения станка-качалки, когда стойка с балансиром находятся со стороны кривошипов и ось стойки и продольная ось балансира расположены в вертикальной плоскости, проходящей через ось выходного вала редуктора. В этом случае стойка с балансиром, фактически, установлены на скважине стационарно и связаны с приводом только гибким элементом. Поэтому это удобно для обслуживания и проведения ремонтных работ привода станка-качалки, а также при необходимости замены редуктора при ремонте, или установки редуктора с другим передаточным числом, при необходимости резкого изменения частоты качаний станка-качалки.