Модернизация станка 7СК8-3,5-4000 заменой редуктора (дипломный проект)

Дипломный проект на тему: «Модернизация станка 7СК8-3,5-4000 заменой редуктора».

Объектом исследования является дочернее предприятие «Башнефти» - ППО НГДУ «Туймазанефть» ООО «Башнефть-добыча».

Пояснительная записка содержит 79 страниц машинописного текста, 7 таблиц, 17 рисунков и список использованных источников – 16 наименований, конструкторской документации по штанговой скважинной насосной установки в графической части проекта.
МОДЕРНИЗАЦИЯ, СТАНОК-КАЧАЛКА, ЗАМЕНА, РЕДУКТОР, ШАТУН, ТРАВЕРСА, ПОДРЕДУКТОРНАЯ ПОДСТАВКА, УНИФИКАЦИЯ, УВЕЛИЧЕНИЕ, МЕЖРЕМОНТНЫЙ ПЕРИОД и т.д.
Объектом исследования является станок-качалка, входящий в состав штанговой скважинной насосной установки.
Цель проекта – модернизация привода штангового насоса заменой редуктора старого образца на новый (аналогичный), имеющий завод-изготовитель и улучшенные технические характеристики.
Разработана последовательность модернизации станка-качалки:
 замена редуктора, траверсы и подредукторной подставки;
 укорочение шатуна на 100 мм;
 расточка конусного отверстия в шкивах редуктора до ∅80 мм, с соответствующей долбежкой шпоночного паза.
Область применения: модернизация приводов штанговой скважинной насосной установки при добыче нефти, исключающий демонтаж и монтаж оборудования, и внедрение проекта на предприятиях, осуществляющих капитальный и текущий ремонт на нефтяных и газовых скважинах.



Содержание
Введение ......
1. Обзор и анализ аналогичного оборудования
2. Обоснование выбора темы
3. Назначение, техническая характеристика и описание принципа дей-ствия оборудования
3.1. Назначение
3.2. Техническая характеристика
3.3. Конструкция и принцип действия
4. Анализ усовершенствования
5. Монтаж, обслуживание и ремонт оборудования
5.1. Монтаж ...
5.2. Обслуживание
5.3. Ремонт ...
6. Безопасность жизнедеятельности
6.1. Мероприятия, проводимые на предприятиях НГДП в целях охраны труда и окружающей среды
6.1.1. Охрана труда
6.1.2. Охрана окружающей среды
6.2. Анализ основных опасностей и вредностей, возникающих при экс-плуатации ШСНУ. Требования безопасности при эксплуатации привода
6.3. Расчет колодочного тормоза
7. Экономическая часть...
7.1. Анализ ранее внедренных организационно технических мероприятий в ООО «ТМС групп»
7.2. Методика расчета экономической эффективности от внедрения но-вой техники и технологии
7.3. Расчет экономической эффективности от модернизации станка 7СК8-3,5-4000 заменой редуктора
8. Выводы и предложения...
9. Расчетная часть
9.1. Определение нагрузок на головку балансира
9.2. Силовой расчет станка-качалки 7СК8-3,5-4000
9.3. Прочностной расчет станка-качалки 7СК8-3,5-4000
9.4. Расчет уравновешивания станка-качалки
Список использованной литературы...



2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕМЫ
В настоящее время в ОАО «Татнефть» в эксплуатации находятся большое количество приводов типа 7СК8. Средний возраст их составляет свыше 40 лет. При выходе из строя редуктора Ц2НС-750, скважина простаивает и возникает проблема в оперативном запуске. До настоящего времени была возможность решения данного вопроса заменой неисправного редуктора за счет ОФ, имею-щегося в ООО «МехСервис-НПО», что так же приводило в процессе ремонта к полной остановке привода 7СК8 и дальнейшему простою скважины. После анализа оборудования было обнаружено, что характерными деталями редук-тора Ц2НС, часто выходящими из строя, являлись конические подшипники, установленные в качестве опор его валов и требовавшие периодического об-служивания по протяжке.
Впоследствии так же были обнаружены следующие проблемы:
1) Недостаточное количество редукторов типа Ц2НС-750 для его замены в процессе ремонта привода 7СК8-3,5-4000;
2) Частый выход из строя (износ) Ц2НС-750, невозможность его ремонта и отсутствие поставщиков данного типа редуктора;
3) Необходимость замены 7СК8 и закупка нового, при выходе из строя ре-дуктора по причинам указанным выше.
Для решения выше указанных проблем нами было предложено провести модернизацию привода 7СК8 под СК-8 путем замены редуктора типа Ц2НС-750 на альтернативный редуктор Ц2НШ-750Б с использованием траверс, ша-тунов, шкивов соответствующего размера, а также модернизацией подредук-торной подставки, имеющей другие присоединительный размеры.
Объектом ремонта (модернизации) стал станок-качалка 7СК8-3,5-4000. Но анализ показал, что такая модернизация так же может распространяться и на станки-качалки типа 7СК12-2,5-4000, так как 7СК12 является базовой моделью станков ГОСТа 5866-66, а 7СК8 – модификацией. А сама модернизация пред-полагает замену редуктора старого образца Ц2НС на более совершенный ре-дуктор типа Ц2НШ, имеющий лучшие технические характеристики (меньшую массу, меньший расход материала, большую нагрузочную способность и КПД) и не требующий больших затрат на техническое обслуживание, чем у редукто-ра Ц2НС.
3 НАЗНАЧЕНИЕ, ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОПИСАНИЕ
ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ОБОРУДОВАНИЯ
3.1 Назначение
Штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ) предназначены для подъема пластовой жидкости из скважины на дневную поверхность. И для их привода используются станки-качалки, которые в составе с насосным оборудо-ванием выполняют следующие функции [1]:
• преобразование вращательного движения вала двигателя в возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг;
• снижение скорости вращения (числа оборотов) вала двигателя до числа двойных ходов точки подвеса штанг;
• пуск и остановка глубинного насоса и всей установки;
• регулирование режима откачки жидкости за счет изменения длины и числа ходов точки подвеса штанг;
• уравновешивание установки;
• распределение энергии (при спаренных и групповых установках);
• контроль работы скважин динамометрированием.



3.3 Конструкция и принцип действия
Штанговая насосная установка ШСНУ (рисунок 3.3.1) состоит из наземного и подземного оборудования. Подземное оборудование включает: штанговый скважинный насос (ШСН) со всасывающем клапаном 1 (неподвижный) на нижнем конце цилиндра и нагнетательным клапаном 2 (подвижный) на верхнем конце поршня-плунжера, насосные штанги 3 и трубы. Кроме того, подземное оборудование может включать различные защитные устройства (газовые и песочные якоря, хвостовики), присоединяемые к приемному патрубку ШСН и улучшающие его работу в осложненных условиях (песок, газ).

1 - всасывающий клапан; 2 - нагнетательный клапан; 3 - насосные штанги;
4 - устьевая обвязка и тройник; 5 - устьевой сальник; 6 - балансир; 7 - кривошип;
8 - шатун; 9 – электродвигатель
Рисунок 3.3.1 - Общая схема штанговой насосной установки
В наземное оборудование входит станок-качалка (СК), состоящий из электродвигателя 9, кривошипа 7, шатуна 8, балансира 6, устьевого сальника 5, устьевой обвязки и тройника 4.
Станок-качалка (рисунок 3.3.2) является важным видом нефтегазового оборудования и используется для механического привода к нефтяным скважинным штанговым (плунжерным) насосам, сообщая штангам возвратно-поступательное движение. Станки качалки в основном изготавливаются в двух исполнениях [8]:
 СК, т.е. аксиальные станки-качалки (выпускаются семи типоразмеров);
 СКД (дезаксиальные, которые выпускаются шести типоразмеров).

1- подвеска устьевого штока; 2 – балансир с опорой; 3 – стойка; 4 – шатун;
5 – кривошип; 6 – редуктор; 7 – ведомый шкив; 8 – клиноременная передача;
9 – электродвигатель; 10 – ведущий шкив; 11 – ограждение; 12 – поворотная плита;
13 – рама; 14 – противовес; 15 – траверса; 16 - тормоз
Рисунок 3.3.2 – Конструкция станка-качалки
Отличительной особенностью станков-качалок СКД являются:
 несимметричная (дезаксиальная) кинематическая схема преобразующего механизма с повышенным кинематическим отношением;
 меньшие габариты и масса;
 редуктор, установленный непосредственно на раме станка-качалки.
Промышленностью выпускается большое число станков-качалок различных типоразмеров (так называемого нормального ряда) грузоподъемностью на головке балансира от 10 до 200 кН, в соответствии с широким диапазоном глубин и дебитов скважин, которыми оборудуются штанговые насосные установки. Типоразмеры СК и их основные параметры регламентируются государственным стандартом.
Данный станок-качалка 7СК8 относится к станкам аксиальным. К нему, в основном, прикрепляют вставные насосы типа НВ1Б, состоящие из длинного (2 - 4 м) цилиндра той или иной конструкции. На нижнем конце цилиндра укреплен неподвижный всасывающий клапан, открывающийся при ходе вверх. Цилиндр подвешивается на трубах. В нем перемещается поршень-плунжер, выполненный в виде длинной (1 - 1,5 м) гладко обработанной трубы, имеющей нагнетательный клапан, также открывающийся вверх.
Плунжерный насос приводится в действие от станка-качалки, где вращательное движение, получаемое от электродвигателя, при помощи редуктора, кривошипно-шатунного механизма и балансира, преобразуется в возвратно-поступательное движение, передаваемое плунжеру штангового насоса через колонну штанг.
При ходе плунжера вверх под ним снижается давление и жидкость из межтрубного пространства через открытый всасывающий клапан поступает в цилиндр насоса, а жидкость над нагнетательным клапаном проталкивается вверх.
При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, нагнетательный - открывается и жидкость из цилиндра переходит в пространство над плунжером.
При непрерывной работе насоса уровень жидкости в НКТ повышается, жидкость доходит до устья скважины и через тройник переливается в выкидную линию. И далее процесс повторяется еще раз.















4 АНАЛИЗ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
Объектом модернизации является качалка 7СК8-3,5-4000 (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Станок-качалка 7СК8-3,5-4000
Замена редуктора Ц2НС производится на редуктор типа Ц2НШ (рисунок 4.2), а модернизация станка-качалки происходит непосредственно на скважине.

Рисунок 4.2 - Редуктор типа Ц2НШ
Редукторы типа Ц2НШ являются двухступенчатыми, с цилиндрической шевронной зубчатой передачей с зацеплением Новикова. Ведущий и промежуточные валы устанавливаются на радиальных роликоподшипниках; ведомый вал - на сферических роликоподшипниках. На концах ведущего вала садятся ведомый шкив клиноременной передачи и шкив тормоза. На оба конца ведомого вала - кривошипы. Корпус редуктора с горизонтальным разъемом по осям валов образует масляную ванну, а для контроля за уровнем масла, корпус снабжается двумя контрольными пробками и дыхательным клапаном. Смазка зацепления - картерная, окунанием. Смазка опор промежуточного и ведомого валов - принудительно картерная, быстроходного — картерная [1].
Для придания 7СК8 соответствующего конструктивного исполнения, на 100 мм укорачиваются шатуны, криворогая траверса заменяется на новую (рисунок 4.3). Далее производится расточка конусного отверстия в шкивах редуктора до ∅80 мм с соответствующей долбежкой шпоночного паза.

Рисунок 4.3 – Прямая траверса
Вышеуказанные редукторы имеют разные присоединительные размеры. По этой причине новая подредукторная подставка, имеющая необходимые присоединительные размеры, предварительно изготавливается в цеху, а затем приваривается электросваркой на имеющиеся поперечины рамы станка-качалки по контуру сопряжения. Для присоединения тормоза с ведущим валом редуктора существующую стойку тормоза сдувают газорезкой и заново приваривают в соответствующее положение.
После проведенной модернизации производится проверка уровня масла в редукторе, наличие смазки в опорах, окраска частей деталей станка. Подготовка модернизированного станка-качалки к работе и его пуск производится в соответствии с «Инструкцией по эксплуатации станков-качалок 7СК».