Балансирный станок качалка. Курсовая работа

Изобретение относится к приводу скважинных штанговых насосов, и частности к станкам-качалкам, и может быть использовано при эксплуатации нефтяных скважин.
Цель изобретения - повышение надежности путем улучшения динамики привода и упрощение конструкции.
Станок-качалка, содержащий основание, установленные на основании асинхронный электродвигатель и опорную стойку с размещенным на ней посредством подшипника балансиром, который кинематически связан с валом ротора электродвигателя, кривошипно-шатунный механизм, a также установленный с возможностью перемещения противовес отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем улучшения динамики и упрощения конструкции асинхронный электродвигатель выполнен дугостаторным, противовес установлен в роторе, а кинематическая связь вала ротора с балансиром выполнена непосредственно через кривошипно-шатунный механизм. Чертеж представлен на листе 03.00.000 СБ

Несмотря на свои минусы у балансирного станка-качалки есть еще и свои плюсы по сравнению с конструкцией безбалансирного станка-качалки. Такие как благоприятная динамика, снижающая пиковые нагрузки в крайних положениях и улучшает эксплутационные условия, удлиняет срок службы штанг, силовых узлов и деталей привода. У безбалансирного станка-качалки главным недостатком яв¬ляется работа на износ канатов и их шкивов. Что приводит к длительному ремон¬ту, демонтажу изношенных шкивов и канатов, это приводит к длительному про¬стою, что крайне недопустимо. Что делает балансирный станок — качалку конку¬рентоспособным и рентабельным со станками-качалками безбалансирного типа. А также балансирный станок-качалка отличается своей высокой степенью надежно¬сти и высоким запасом прочности как всего изделия в целом, так и его составных частей.Назначение привода - придание плунжеру скважинного штангового насоса возвратно-поступательного движения посредством колонны насосных штанг.
Отличительной особенностью безбалансирного кривошипно-шкивного привода ПНКШ является оригинальная конструкция механизма, преобразующего вращательное движение кривошипов, установленных на ведомом валу редуктора, в возвратно-поступательное движение ходовой траверсы, являющейся выходным (исполнительным) звеном привода.
Суть этого преобразующего механизма состоит в том, что кривошипы 2 снабжены натяжными шкивами 3 с огибаемыми их канатами 5, нижние концы которых шарнирно присоединены к стойке 1 (раме) в точке А, а к верхним, перекинутым через направляющие шкивы 4, расположенные в верхней части стойки 1 (стреле), подвешена ходовая траверса 6, при этом ветви канатов, отходящие от натяжных шкивов, расположены V-образно (под углом g). Особенностью данного преобразующего механизма является и то, что он, в отличие от других кривошипных механизмов с гибким звеном, способен, при определенных геометрических соотношениях звеньев, генерировать возвратно-поступательные движения, с асимметричным (дезаксиальным) циклом.
Работает привод следующим образом. Кривошипы 2, совершая вращательное движение по направлению, указанном стрелкой, своими натяжными шкивами 3 воздействуют на огибающие их канаты 5. Так как одни концы этих канатов закреплены неподвижно, то другие, перекинутые через направляющие шкивы, вместе с ходовой траверсой 6 совершают возвратно-поступательные движения, приводя в действие посредством колонны штанг, находящийся на глубине, скважинный штанговый насос. При этом, угол g между V-образно расположенными ветвями каната за каждый цикл работы привода меняет свое значение от большего к меньшему при ходе ходовой траверсы вверх и, наоборот, от меньшего к большему при ходе ее вниз.
Такое изменение угла между V-образно расположенными ветвями каната, наличие оптимального дезаксиала оказывает значительное положительное влияние на характер изменения крутящего момента на кривошипе, создаваемого скважинной нагрузкой, действующей на ходовую траверсу привода, приближая закон изменения этого крутящего момента к синусоидальному, поддающемуся более полному погашению (уравновешиванию) его кривошипным уравновешиванием, изменяющимся за цикл строго по синусоиде. В результате этого остаточный после уравновешивания крутящий момент, воспринимаемый редуктором в приводах ПНКШ, при прочих равных условиях, снижается более, чем на четверть, а во многих случаях и на треть, не только по отношению к своему предшественнику, безбалансирному кривошипному приводу типа СБМ, но еще в большей степени по отношению к обычным (стандартным) балансирным станкам-качалкам.
Из сказанного следует, что удельная длина хода, приходящаяся на каждый кНм крутящего момента на редукторе, в приводах ПНКШ, при прочих равных условиях, примерно в 1,5 раза больше, чем в обычных (стандартных) балансирных станках-качалках. Это обстоятельство, а также компактность кривошипно-шкивного преобразующего механизма, позволяет, при той же мощности, по крутящему моменту редуктора реализовать длинноходовые приводы типа ПНКШ с длиною хода до 6 м, при этом горизонтальные габариты этих станков не превышают габариты балансирных станков-качалок с длиною хода в полтора раза меньшей.
Значительное снижение и выравнивание крутящего момента на редукторе, практическое отсутствие отрицательных его значений ведет к существенному снижению эффективной мощности электродвигателя и к одновременному повышению к.п.д. и cos j его работы.


При одинаковой нагрузке на редукторе и одинаковой скорости откачки (т. е. при произведении Sn=const) приводы ПНКШ, имея при этом значительно большую длину хода, потребляют электроэнергии примерно в 1,5 раза меньше, чем обычные балансирные станки-качалки, при этом 30-35% экономии электроэнергии достигается за счет совершенства привода, позволяющего обеспечить более высокую степень уравновешивания, и 10-15% - за счет увеличения длины хода, повышающей коэффициент подачи насосной установки и снижающей динамическую составляющую в скважинной нагрузке. Приведенные здесь данные подтверждаются замерами на нефтепромыслах.
Полуторакратное увеличение длины хода, с одновременным снижением числа ходов, при сохранении подачи насосной установки в прежнем объеме, более чем в 1,7 раза увеличивает срок службы штанг, связанный с усталостными явлениями в металле, как за счет снижения числа циклов нагружения в единицу времени, так и за счет снижения приведенного напряжения в штангах. Увеличение длины хода и снижение числа циклов работы насосной установки ведет, также, и к увеличению срока службы НКТ и скважинного насоса.
Наличие возможности создавать на штанговращателе (в случае его применения) высокие крутящие моменты, без опасения скручивания канатов подвески штанг между собой, исключает отворот штанг и обеспечивает равномерный износ, увеличивая тем самым срок их службы.
Увеличение длины хода создает условия для применения стеклопластиковых штанг и полимерных НКТ в глубоких скважинах, а тихоходный режим откачки позволяет более успешно откачивать высоковязкую нефть.
Привод имеет высокую технологичность регулирования и обслуживания, включая:
- механизированный отвод стрелы от устья скважины, при необходимости выполнения подземного ремонта скважины, при этом величина отвода составляет более 1 м;
- мгновенное торможение привода и последующее механическое стопорение, обеспечивающее безопасное выполнение работ при обслуживании механизмов;
- удобный доступ к механизму натяжения клиновых ремней;
- изменение длины хода (перестановка натяжного шкива), перемещение противовесов осуществляется с помощью приспособлений, входящих в комплект поставки.
Для установки приводов не требуется сплошного и высокого фундамента, что ускоряет и удешевляет работы по их установке, а сами приводы менее чувствительны к неравномерной осадке фундамента (свай).
Значительно меньше габариты, по сравнению с другими кривошипными приводами, позволяют рационально использовать ПНКШ в стесненных условиях морских площадок и при кустовом расположении скважин.
Ниже приводится номенклатурный ряд приводов ПНКШ, способных обеспечить подъем жидкости при любых условиях эксплуатации и при самых низких энергетических затратах и самым продолжительным межремонтным периодом работы, по сравнению с другими кривошипными приводами.