Результат интеллектуальной деятельности: Усилитель траверсы привода глубинного штангового насоса

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышлености, а именно к предохранительным устройствам устьевых приводов глубинных штанговых насосов.

Известна система предупреждения аварийных ситуаций привода штанговых скважинных насосов (патент RU № 2680276, МПК E21B 47/009, F04B 49/00, опубл. 19.02.2019 Бюл. № 5) (ПШСН), включающая датчики контроля состояния, размещенные на узлах, агрегатах ПШСН, устьевой арматуре и связанные с управляющим блоком проводником электрической цепи, причем датчиками контроля состояния служат датчики пространственного положения, датчики относительного положения и датчики давления, при этом датчики пространственного положения закреплены на траверсе и полке стойки ПШСН, датчик относительного положения – на балансире и головке балансира ПШСН, датчик давления или система датчиков – на устьевой арматуре, а управляющий блок выполнен с возможностью остановки привода ПШСН путем замыкания электрической цепи при превышении уставочных величин хотя бы одного из датчиков, при этом система имеет кнопку тестирования в блоке управления с возможностью проверки ее работоспособности без необходимости демонтажа, при этом на балансире и головке балансира установлено страховочное приспособление, удерживающее головку балансира от падения.

Недостатками данной системы являются пассивная защита (только индикация превышения нагрузки и остановка привода) – не предотвращающая разрушения траверсы, соединяющая балансир устьевого привода (станка-качалки) с противовесом редуктора, необходимость замены перегруженных узлов привода после остановки для дальнейшей работы.

Наиболее близким является привод штанговых глубинных насосов (патент RU № 2614315, МПК F04B 47/02, опубл. 24.03.2017 Бюл. № 9), включающий основание со стойкой и механизм качания, содержащий балансир с поворотной головкой и траверсу, механизм поворота головки балансира, включающий входную торцевую часть вала червячного редуктора, устройство фиксации головки балансира в рабочем положении с фиксирующими болтами и стопорными гайками на них, устройство фиксации балансира при монтаже и ремонте привода, содержащее стяжку регулируемой длины, а также систему автоматической защиты привода, включающую концевые выключатели, закрепленные на балансире, и упоры, закрепленные на траверсе, причем входная торцевая часть вала червячного редуктора и головки фиксирующих болтов кинематически сведены на раздаточную коробку, закрепленную на балансире с расположением на ней штурвальной колонки, рулевого колеса и рукоятки включения соединительных муфт на последовательность выполнения операций фиксации головки, элемент стопорения фиксирующих болтов, установленный в раздаточной коробке и сблокированный с рукояткой на включение соединительной муфты для работы этими болтами, а регулировочная длина стяжки устройства фиксации балансира выполнена составной из стержня, нижний конец которого с шарнирной подвижностью закреплен на стойке основания с расположением внутри ограждения, исключающего опрокидывание стяжки вниз, на верхний конец установлена шайба, ограничивающая увеличение длины стяжки, ниже которой установлен элемент стопорения сборной конструкции, выполненный из двух одинаковых малых раздвижных стяжек, на каждой из которых установлена с шарнирной подвижностью стержневая стяжка, на верхней части ее установлен фиксирующий наконечник с конической поверхностью для сочленения с балансиром, малые раздвижные стяжки установлены на стержне с помощью пружины, а стягивание растяжных стяжек выполнено с помощью штурвального колеса, установленного на стягивающем валике, при этом на одной из раздвижных стяжек установлен ограничитель укладки раздвижных стяжек в сложенном положении при сжатом состоянии пружины.

Недостатками данной систем являются пассивная защита (только индикация превышения нагрузки и остановка привода) – не предотвращающая разрушения траверсы, соединяющая балансир устьевого привода (станка-качалки) с противовесом редуктора, необходимость замены перегруженных узлов, в том числе и траверсы, привода после остановки для дальнейшей работы.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание усилителя траверсы привода глубинного штангового насоса, позволяющего упрочнять конструкцию траверсы без разборки и замены и активно защищать ее от разрушения при росте нагрузок.

Техническая задача решается усилителем траверсы привода глубинного штангового насоса, включающим П-образный симметричный корпус, выполненный с возможностью плотной симметричной установки снизу на траверсу привода с натяжением и фиксацией в средней части стяжками и состоящий расположенных снизу силовых перемычек и боковых пластин, между которыми выше силовых перемычек симметрично относительно вертикальной оси расположены опорные перемычки, выполненные с возможностью взаимодействия снизу с траверсой в местах наименьшей нагрузки.

На фиг. 1 изображен усилитель траверсы с осевым продольным разрезом.

На фиг. 2 изображен вид сверху усилителя траверсы привода.

На фиг. 3 изображена траверса с установленным усилителем в изометрии.

Усилитель траверсы 1 (фиг. 3) привода глубинного штангового насоса (не показаны) состоит из П-образного симметричного корпуса 2 (фиг. 1 и 2), состоящего из расположенных снизу силовых перемычек 3 и боковых пластин 4 и 5. Между боковыми пластинами 4 и 5 выше силовых перемычек 3 симметрично относительно вертикальной оси 6 (фиг.1) расположены опорные перемычки 7 (фиг. 1 и 2).

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность усилителя и привода, на фиг. 1 - 3 не показаны или показаны условно. На форму боковых пластин 4 и 5 и перемычек 3 и 7 авторы не претендуют, это определяют в каждом конкретном случае в зависимости от достижения необходимой прочности траверсы 1, исходя из прочностных расчетов.

Усилитель траверсы работает следующим образом.

Предварительно проводят расчеты нагрузок, действующих на траверсу 1 (фиг. 3) устьевого привода, которая соединяется сверху штоком 8 с балансиром (не показан) привода, а снизу тягами 9 с противовесом (не показан), образуя кривошипно-шатунный механизм. Исходя из расчетов, определяют критическую нагрузку, приводящую к разрушению траверсы 1, а построением эпюр нагрузок определяют наименее нагруженные участки по длине траверсы, которые расположены симметрично относительно вертикальной оси 6 (фиг. 1) на расстоянии L (фиг. 2). Шток 8 (фиг. 3) оснащают датчиком нагрузки (не показан) для контроля за нагрузками, действующими на траверсу 1. После этого изготавливают П-образный корпус 2 (фиг. 1 и 2), для этого боковые пластины 4 и 5 располагают параллельно на расстоянии Н (фиг. 2), соответствующем толщине траверсы 1 (фиг. 3) и снизу боковые пластины 4 и 5 (фиг. 2) фиксируют силовыми перемычками 3 (например, сваркой, болтами или т.п. – не показано), обеспечивающими прочную конструкцию корпуса 2. На расстоянии L симметрично относительно вертикальной оси 6 (фиг. 1) и выше силовых перемычек 3 располагают и фиксируют (сваркой, болтами или т.п. – не показано) опорные перемычки 7. При росте максимальной нагрузки, действующей на шток 8 (фиг. 3), и приближении к критической привод останавливают и снизу траверсы 1 симметрично надевают корпус 2 до упора опорных перемычек 7 (фиг. 1) снизу в траверсу 1 (фиг. 3) с последующей натяжением и фиксацией в средней части стяжками 10, изготовленными, например, в виде пластин (плоских или П-образных) или хомутов, стянутых болтами с гайками, шпильками с гайками или т.п. При этом создается изгибающая нагрузка на траверсу 1 от опорных перемычек 7 (фиг. 1), направленная вверх на концах траверсы 1 (фиг. 3) вверх, а от стяжек 10 – вниз в средней части, распределяя нагрузку во время работы более равномерно по длине траверсы 1 и уменьшая критическую нагрузку, действующую в средней части траверсы 1. В зависимости от силы натяжения стяжек 10 пересчитывают критическую нагрузку, действующую на траверсу 1 для контроля датчиком нагрузки штока 8. Обычно на установку корпуса 2 на траверсу 1 затрачивается 15 – 40 мин. в зависимости от количества обслуживающего персонала без разборки и замены конструктивных элементов привода, а срок работы привода глубинного штангового насоса увеличивается как минимум в два раза за счет упрочнения траверсы 1 корпусом 2 усилителя.

Предлагаемый усилитель траверсы привода глубинного штангового насоса позволяет упрочнять конструкцию траверсы без разборки и замены и активно защищать ее от разрушения при росте нагрузок.