Качалка станок 7СК8-3,5-4000 (черчеж общего вида)

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 оборудованием 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.

3.2 Техническая характеристика
Станок-качалка представляет собой механизм с одной степенью свободы и является индивидуальным механическим приводом нефтяных штанговых скважинных насосов, в умеренном и холодном микроклиматических районах и обладает следующими техническими параметрами (таблица 3.2.1).

Таблица 3.2.1 - Техническая характеристика 7СК 8-3,5-4000
Номинальная нагрузка на устьевом штоке, Р, кН 80
Длина ходов устьевого штока, м 3,5; 3,0; 2,50; 2,10; 1,675;
Максимальный крутящий момент (на выходном валу редуктора), кН м 40
Число качаний балансира в мин. 12,1; 10,8; 9,6; 8,6; 7,7;
Мощность электродвигателя, кВт не более 30
Длина переднего плеча балансира, мм 3500
Продолжение таблицы 3.2.1 - Техническая характеристика 7СК 8-3,5-4000
Длина заднего плеча балансира, мм 2500
Длина шатуна, мм 3000
Наибольший радиус кривошипа, мм 1200
Диаметр шкива редуктора, мм 1000
Система уравновешивания  кривошипная
Частота вращения электродвигателя, об/мин 1500
Габаритные размеры, мм не более
- длина
- ширина
- высота 
8450
2000
6000
Масса станка-качалки, кг не более 13700

В настоящее время на нефтяных промыслах России и в том числе Татарстана в эксплуатации имеются СК различных типоразмеров и конструкций. И данный тип СК, выпускаемый по ГОСТ 5866 – 66, не является исключением. Но в свое время данный ГОСТ предусматривал выпуск 20 типоразмеров станков-качалок, но фактически в серийное производство вышли лишь 9 моделей, из которых в ОАО «Татнефть» сейчас эксплуатируются лишь 5. В зависимости от нагрузки они имеют как роторное, так и комбинированное уравновешивание, а весь типоразмерный ряд базируется на двухступенчатых редукторах типа Ц2НС и Ц2НШ. Причем редуктора типа Ц2НШ отличаются тем, что имеют зубчатую пару, выполненную с зацеплением Новикова, где быстроходная ступень представляла собой раздвоенный шеврон, а тихоходная - шевронную с канавкой [1].
На модернизируемый станок-качалку 7СК 8-3,5-4000 собственно было предложено установить редуктор типа Ц2НШ-750Б, имеющий следующие технические характеристики (таблица 3.2.2).

Таблица 3.2.2 - Техническая характеристика редуктора Ц2НШ-750Б
Наибольший допускаемый крутящий момент на ведомом валу, кН*м 40
Передаточное число 37,18
Тип редуктора Цилиндрический двухступенчатый шевронный

Продолжение таблицы 3.2.2 - Техническая характеристика редуктора Ц2НШ-750Б
Зубчатое зацепление Система Новикова с исходным контуром по ГОСТ 15023-76
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота 
1505
1930
908
Масса (сухая), кг не более 2925

Электродвигатели для привода станков-качалок находят применение на нефтепромыслах и представляют собой одно-, двух- и четырехскоростные трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.
Основное (базовое) исполнение – асинхронный трехфазный электродвигатель, предназначенный для режима работы S1, от сети переменного тока 50 Гц напряжением 380В. Климатическое исполнение и категория размещения У1 или УХЛ1, степень защиты IP54. Электродвигатели для привода станков имеют технические характеристики, указанные в таблице 3.2.3, изготавливаются только в монтажном исполнении IM1081 и имеют вводное устройство с одним штуцером К-3-1. Подшипники позволяют сочленять эти электродвигатели с приводным механизмом при помощи клиноременной передачи.

Таблица 3.2.3 - Электродвигатели для станков качалок односкоростные

Используемый двигатель АОП2-82-6
Номинальная мощность, кВт 28
Синхронная частота вращения, об/мин 1000
Коэффициент полезного действия, % 89,5
Коэффициент мощности 0,87
Отношение пускового момента к номинальному 7
Тормоз барабанный
Передача клиноременная
Тип ремня В 4000 ГОСТ 1284-68
Максимальное количество ремней (одной группы), шт  6
Диаметры шкива редуктора, мм 800
Масса двигателя 190
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».