СТАНОК-КАЧАЛКА

Полезная модель относится к установкам, предназначенным для добычи нефти глубинными штанговыми насосами.
Известен станок-качалка (а. св. СССР №682668, авторы Киселев Н.Г. и др., опубл. 30.08.79, бюл. №32), установленный на фундаменте и содержащий раму со стрелой, стойку, балансир, канатную подвеску, головку балансира с роликовым узлом для крепления канатной подвески, и дополнительную стойку, установленную на фундаменте, взаимодействующую со стрелой и имеющую ось, на которой установлен шкив. Данный станок-качалка может применяться только в двухствольных скважинах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является станок-качалка (книга С.Л. Никишенко, «Нефтепромысловое оборудование», Учебное пособие, 2-ое издание, изд. «ИН-Фолио», Волгоград - 2008, Рис. 4.52, стр. 203), содержащий раму, стойку, балансир, головку балансира, два шатуна, канатную подвеску, редуктор с ведущим и ведомым валами, причем концы ведомого вала выступают наружу с редуктора. В качестве привода в этом станке-качалке используется кривошипно-шатунный механизм, соединенный с электродвигателем через редуктор. В вышеуказанном станке-качалке не вся энергия электродвигателя расходуется полностью. При приближении канатной подвески к крайним (верхнему и нижнему) положениям, из-за кинематической схемы кривошипно-шатунного механизма, нагрузка значительно уменьшается. Только в горизонтальном положении и ближе к этому положению кривошипа станок-качалка работает с полной нагрузкой. Работа станка-качалки с такой нагрузкой составляет меньше половины времени одного хода канатной подвески вверх или вниз.
Задачей полезной модели является повышение КПД станка-качалки.
Поставленная задача решается тем, что в станке-качалке, содержащем раму, стойку, балансир, головку балансира, два шатуна, канатную подвеску, редуктор с ведущим и ведомым валами, причем концы ведомого вала выступают наружу с редуктора, новым является то, что редуктор закреплен на полку П-образной опоры, установленную на раму, причем на оба конца ведомого вала неподвижно посажена шестерня зубчатой передачи, причем на нижний конец каждого шатуна закреплена короткой стенкой плита прямоугольной формы, причем обе плиты имеют одинаковые размеры и продольная ось каждой плиты, проходящая по середине коротких стенок плиты, расположена соосно оси соответствующего шатуна, соединенного с плитой, причем обе плиты расположены перпендикулярно оси поворота балансира, причем на обращенных друг к другу стенках плит выполнен продольный паз с параллельными боковыми стенками и с цилиндрическими выпуклыми боковыми стенками на концах, причем обе продольных паза имеют одинаковые размеры и удалены от краев стенки, на которой выполнен продольный паз, на одинаковые расстояния, причем на дно каждого продольного паза закреплена планка с параллельными боковыми стенками и с цилиндрическими выпуклыми боковыми стенками на концах, причем высота планки выбрана равной глубине продольного паза, а боковые стенки планки удалены от боковых стенок продольного паза на одинаковые расстояния, причем в средней части планки по его периметру имеется выступ прямоугольного поперечного сечения, причем на боковой стенке выступа по его периметру выполнены зубья зубчатой передачи, причем высота зубьев выбрана меньше ширины выступа, причем на каждой плите в продольном пазе находится шестерня ведомого вала, находящаяся в зацеплении с зубьями планки, причем на каждой плите по обе стороны шестерни, с возможностью вращения, на ведомый вал установлен каток, взаимодействующий боковой стенкой с боковыми стенками продольного паза, причем каток, обращенный к редуктору, на каждой плите зафиксирован от осевого перемещения продольной пластиной с цилиндрическими выпуклыми концами, закрепленной на лицевую сторону планки, причем каждая плита вместе с ведомым валом и шестерней находится внутри отдельного кожуха, герметично закрепленного на редукторе, причем каждый кожух оснащен съемной и подвижной крышками, причем съемная крышка герметично прикреплена к наружной боковой стенке своего кожуха, а каждая подвижная крышка установлена, с возможностью перемещения по горизонтали и фиксации от перемещения по вертикали, на верхней стенке своего кожуха, причем в середине каждой подвижной крышки имеется отверстие, содержащее шатун, а на верхних стенках кожухов имеется отверстие с диаметром, большим, чем диаметр отверстия подвижной крышки, причем в полости обоих кожухов имеется смазочное масло для смазки зубьев планки, а на съемных крышках кожухов имеется патрубок-горловина и наклоненный вверх патрубок для измерения уровня смазочного масла, причем патрубки закрыты крышками в форме колпака, причем на обоих концах ведомого вала нарезаны зубья зубчатой передачи, находящиеся в зацеплении с зубьями выступа соответствующей планки.
На фиг. 1 схематично изображен общий вид станка-качалки (одна плита условно не показана); на фиг. 2 - вид А фиг.1 без кожуха в разрезе; на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В-В фиг. 1; на фиг. 5 схематично изображена верхняя часть кожуха; на фиг. 6, 7, 8 и 9 изображены виды на станок-качалку, поясняющие принцип его работы. Станок-качалка содержит раму 1 (фиг. 1), стойку 2, балансир 3, головку балансира 4, два шатуна 5, канатную подвеску 6, редуктор 7 с ведущим 8 и ведомым 9 валами. Ведущий вал 8 клиноременной передачей соединен со шкивом электродвигателя. Редуктор 7 закреплен на полку П-образной опоры 10. Концы ведомого вала 9 выступают наружу с редуктора 7. На оба конца ведомого вала 9 неподвижно (с помощью шпонки и прессовой посадки) посажена шестерня 11 зубчатой передачи. На нижний конец каждого шатуна 5 закреплена короткой стенкой плита 12 прямоугольной формы. На нижнем конце обоих шатунов 5 выполнена наружная резьба, с помощью которой шатун завернут в резьбовую выборку, выполненную на плите 12. Обе плиты имеют одинаковые размеры. Продольная ось плиты 12, проходящая по середине коротких стенок этой плиты, расположена соосно оси соответствующего шатуна 5, соединенного с плитой. Обе плиты 12 расположены перпендикулярно оси 13 поворота балансира 3. На обращенных друг к другу стенках 14 плит 12 выполнен продольный паз 15 с параллельными боковыми стенками 16 и с цилиндрическими выпуклыми боковыми стенками 17 на концах. Обе продольных паза 15 имеют одинаковые размеры и удалены от краев 18 стенки 14, на которой выполнен продольный паз 15, на одинаковые расстояния. На дно каждого продольного паза закреплена планка 19 с параллельными боковыми стенками 20 и с цилиндрическими выпуклыми боковыми стенками 21 на концах. Каждая планка 19 закреплена болтами, пропущенными через отверстия, просверленные на плите 12 и завернутыми в резьбовые выборки, выполненные на планке 19. Высота планки 19 выбрана равной глубине продольного паза 15, а боковые стенки 20 и 21 планки удалены от боковых стенок 16 и 17 продольного паза 15 на одинаковые расстояния s. В средней части планки 19 по его периметру имеется выступ 22 прямоугольного поперечного сечения. На боковой стенке выступа 22 по его периметру выполнены зубья 23 зубчатой передачи. Высота зубьев 23 выбрана меньше ширины h выступа 22. На каждой плите 12 в продольном пазе 15 находится шестерня 11 ведомого вала 9, находящаяся в зацеплении с зубьями 23 планки 19. На каждой плите 12 по обе стороны шестерни 11, с возможностью вращения, на ведомый вал 9 установлен каток 24 и 25. Они взаимодействуют боковой стенкой с параллельными боковыми стенками 16 и цилиндрическими выпуклыми боковыми стенками 17 продольных пазов 15. Каток 24, обращенный к редуктору 7, на каждой плите 12 зафиксирован от осевого перемещения продольной пластиной 26 с цилиндрическими выпуклыми концами. Продольная пластина 26 закреплена на лицевую сторону планки 19 болтами, пропущенными через отверстия, просверленные на этой пластине и завернутыми в резьбовые выборки, выполненные на планке 19. Каждая плита 12 вместе с выступающим с редуктора 7 концом ведомого вала 9 и шестерней 11 находится внутри отдельного кожуха 27, закрепленного на редукторе 7. Каждый кожух оснащен съемной крышкой 28 (фиг. 3) и подвижной крышкой 29. Съемные крышки 28 герметично прикреплены к наружным боковым стенкам 30 кожуха с помощью плоских резиновых прокладок (на фиг. не показаны), гаек и болтов (фиг. 5). Болты пропущены через отверстия, выполненные на этих крышках 28 и стенках 29 кожуха 27. Каждая подвижная крышка 29 установлена, с возможностью перемещения по горизонтали и фиксации от перемещения по вертикали, на верхней стенке 31 своего кожуха 27. Для обеспечения перемещения по горизонтали длина и ширина каждой подвижной крышки 29 выбраны меньше длины и ширины верхней стенки 31 кожуха 27. От перемещения по вертикали подвижные крышки 29 фиксируется полками 32 двух Г-образных пластин 33, приваренных к стенкам кожухов 27. В середине каждой подвижной крышки 29 имеется отверстие 34, содержащее шатун 5, а на верхних стенках 31 кожухов имеется отверстие 35, диаметр которого больше диаметра отверстия 34. В полости обоих кожухов 27 имеется смазочное масло для смазки зубьев 23 планки 19. На съемных крышках 28 кожухов 27 имеется патрубок-горловина и наклоненный вверх патрубок для измерения уровня смазочного масла. Патрубки (на фиг. не показаны) закрыты крышками в форме колпака. В другом варианте исполнения устройства на обоих концах ведомого вала 9 нарезаны зубья зубчатой передачи, находящиеся в зацеплении с зубьями 23 соответствующей планки 19.
Принцип работы станка-качалки заключается в следующем. После пуска электродвигателя 36 вращение передается через ременную передачу ведущему валу 8 редуктора 7. От редуктора 7 ведомым валом 9 вращаются шестерни 11, неподвижно посаженные на концы этого вала 9. Допустим, что шестерни 11 вращаются по часовой стрелке (по фиг. 1) и эти шестерни 11 вместе с катками 24 и 25 находятся в правых полостях Г (фиг. 2) продольного паза 15, а балансир 3 расположен горизонтально (фиг. 6). При этом зубья шестерни 11, действуя на зубья 23 планки 19, поднимают вверх плиты 12 и шатуны 5. Зубья 23 планки 19 постоянно находятся в зацеплении с зубьями шестерни 11 благодаря каткам 24 и 25, которые боковыми стенками упираются на боковые стенки 16 и 17 продольных пазов 15 и катятся по этим стенкам 16 и 17. Шатуны 5 поднимают вверх левый конец балансира 3, а правый конец балансира 3 с головкой балансира 4 опускается вниз. После встречи зубьев шестерни 11 с зубьями 23, расположенными на нижних цилиндрических выпуклых боковых стенках выступа 22 планок 19, плиты 12, плавно замедляясь, доходят до верхнего крайнего положения (фиг. 7). Далее, по мере вращения шестерни 11, плиты 12 перемещаются вправо и вниз. При этом шестерни 11 располагаются в левых полостях Д продольных пазов 15 и балансир принимает горизонтальное положение после достижения средней части планок 19 с шестернями 11 (фиг. 8). Далее, шестерни 11, так же вращаясь по часовой стрелки, и взаимодействуя на зубья планок 19, перемещают плиты 12 и шатуны 5 вниз. Шатуны 5 опускают вниз левый конец балансира 3, а правый конец балансира 3 с головкой балансира 4 поднимается вверх. После встречи зубьев шестерни 11 с зубьями 23, расположенными на верхних цилиндрических выпуклых боковых стенках выступа 22 планок 19, плиты 12, плавно замедляясь, доходят до нижнего крайнего положения (фиг. 9). В нижнем крайнем положении плит 12 нижние зубья выступов 22 планок 19 окунаются в смазочное масло, которое наносится шестернями 11 на другие зубья выступов 22. Далее, по мере вращения шестерни 11, плиты 12 перемещаются влево и затем вверх. При этом шестерни 11 располагаются в правых полостях Г продольного паза 15 и балансир принимает горизонтальное положение после достижения средней части планок 19 с шестернями 11 (фиг. 6). Далее, шестерни 11, вращаясь по часовой стрелке, и взаимодействуя на зубья планок 19, перемещают плиты 12 и шатуны 5 вверх до достижения плит 12 верхнего крайнего положения (фиг. 7). Далее работа станка-качалки происходит аналогично вышеописанному.
В предлагаемом станке-качалке, по сравнению с прототипом, значительно повышается КПД. В станке-качалке, выбранного в качестве прототипа, не вся энергия электродвигателя расходуется полностью. При приближении канатной подвески к крайним положениям, из-за кинематической схемы кривошипно-шатунного механизма, нагрузка электродвигателя значительно уменьшается. Только в горизонтальном положении и ближе к этому положению кривошипа станок-качалка работает с полной нагрузкой. В предлагаемом станке-качалке время работы электродвигателя с неполной нагрузкой значительно меньше, чем в прототипе и составляет примерно одну десятую часть времени хода канатной подвески вверх или вниз при длине хода канатной подвески, равном 2 метрам и делительном диаметре шестерен, равном 200 мм. Поэтому в предлагаемом станке-качалке повышается КПД.
Перечень использованной информации: а. св. СССР №682668, авторы Киселев Н.Г. и др., опубл. 30.08.79, бюл. №32;
книга С.Л. Никишенко, «Нефтепромысловое оборудование», Учебное пособие, 2-ое издание, изд. «ИН-Фолио», Волгоград - 2008, Рис. 4.52, стр. 203.