Результат интеллектуальной деятельности: ЦЕПНОЙ ПРИВОД СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может найти применение при добыче нефти механизированным способом, в частности к цепным приводам для скважинного штангового насоса.

Известен привод скважинного штангового насоса, содержащий установленный на единой раме с корпусом двигатель, редуктор, помещенный в корпусе механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и включающий ведущую и ведомую звездочки, охваченные замкнутой тяговой цепью, связанной с кареткой, соединенной с противовесом, выполненным П-образной формы в поперечном сечении и установленным в направляющих корпуса с размещением цепи в его открытой полости, соединенным через связывающий элемент с узлом подвески штанг, вертикальные оси симметрии преобразующего механизма, противовеса и связующего элемента расположены в непосредственной близости от одной вертикальной плоскости, ведомая звездочка установлена в корпусе с возможностью ограниченного перемещения вдоль оси преобразующего механизма для регулирования натяжения цепи, а нижняя часть корпуса снабжена устройством для смазывания тяговой цепи (Патент РФ №2283969, кл. F04B 47/02, опубл. 20.09.2006 г.).

Известный привод имеет недостатки:

- отсутствие регулирования положения противовеса относительно направляющих корпуса привода, что по этой причине не обеспечивается работа тяговой цепи в оптимальных условиях нагружения, что отрицательно сказывается на надежности и долговечности работы привода;

- большая металлоемкость, а его изготовление сопряжено с трудностями технологического характера;

- отсутствие системы торможения при аварийных ситуациях;

- сложность конструкции узла связывающего элемента противовеса с узлом подвески штанг, требующий большой точности регулирования гибкого звена;

- отсутствие устройств для перемещения привода в горизонтальной плоскости и по оси, перпендикулярной к оси перемещения от устья скважины, а также отсутствие возможности регулирования редуктора и ведущей звездочки по двум перпендикулярным осям, что вызывает определенные трудности при настройке привода, связанные с затратой времени.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является привод цепной скважинного штангового насоса, включающий установленные на основании на единой раме корпус, двигатель, редуктор, помещенный в корпусе механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и включающий ведущую и ведомую звездочки, охваченные замкнутой тяговой цепью, связанной с кареткой, соединенной с противовесом, выполненным П-образной формы в поперечном сечении и установленным в направляющих корпуса с размещением цепи в его открытой полости, соединенным через связывающий элемент с узлом подвески штанг, вертикальные оси симметрии преобразующего механизма, противовеса и связующего элемента расположены в непосредственной близости от одной вертикальной плоскости, механизм для отката привода от устья скважины, ведомая звездочка установлена в корпусе с возможностью ограниченного перемещения вдоль оси преобразующего механизма для регулирования натяжения цепи, а нижняя часть корпуса снабжена устройством для смазывания тяговой цепи. Связывающий элемент противовеса с узлом подвески штанг выполнен в виде ленты из гибкого неметаллического эластичного материала, а связь противовеса с узлом подвески лентой выполнена с использованием барабана, установленного с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, а направляющие ролики катков противовеса выполнены из неметаллического материала, корпуса которых снабжены болтами для регулирования положения противовеса относительно направляющих корпуса привода, перемещая его вперед или назад, влево или вправо, для обеспечения работы тяговой цепи в оптимальных условиях нагружения, при этом рама привода смонтирована на фундаментной плите, снабженной отжимными устройствами для перемещения привода в горизонтальной плоскости и по оси, перпендикулярной к оси перемещения привода от устья скважины, редуктор привода снабжен закрепленной к его корпусу электромеханической системой торможения при аварийных ситуациях, при этом плита подредукторная и плита под опорой ведущей звездочки снабжены болтами для регулирования положения их по двум взаимно перпендикулярным осям (Патент РФ на полезную модель №67657, опубл. 27.10.2007 - прототип).

Недостатками прототипа являются большие осевые и изгибающие нагрузки на элементы конструкции, приводящие к перекашиванию деталей, повышению затрачиваемой мощности электродвигателя, износу частей установки, снижению срока службы устройства.

В предложенном изобретении решается задача ликвидации осевых и изгибающих нагрузок на элементы конструкции.

Задача решается тем, что в цепном приводе скважинного штангового насоса, включающем установленные на основании на единой раме корпус, двигатель, редуктор, помещенный в корпусе механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и включающий ведущую и ведомую звездочки, охваченные замкнутой тяговой цепью, связанной с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих корпуса, соединенным через связывающий элемент с узлом подвески штанг, механизм для отката привода от устья скважины, согласно изобретению каретка снабжена коническими подшипниками, а две оси каретки из четырех выполнены с эксцентриком, привод дополнительно содержит соединенную с кареткой скалку со скобой с щеками и зевом, большим величины отклонения по вертикали одной звездочки относительно другой, с шириной щеки, обеспечивающей стабильность скалки от искривления при контакте с цепью, с конусной штангой и коническим подшипником, ближайшим к скобе большего размера и дальним от скобы меньшего размера, при этом соотношение ширины зева к ширине щеки и к толщине скобы составляет соответственно 1:(0.48-0.50):(1.50-1.53).

Сущность изобретения

Существующие цепные приводы скважинного штангового насоса обладают несколькими недостатками. Невозможность выставить в одной вертикальной плоскости верхнюю и нижнюю звездочки вызывает перекос, напряжения изгиба и кручения цепи, звездочек и элемента, передающего движение к противовесу. Дополнительные напряжения приводят к частым поломкам, износу частей привода, повышенному расходу электроэнергии для преодоления возникающих сопротивлений. В предложенном изобретении решается задача ликвидации осевых и изгибающих нагрузок на элементы конструкции. Задача решается следующим образом.

В конструкции привода, включающего установленные на основании на единой раме корпус, двигатель, редуктор, помещенный в корпусе механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и включающий ведущую и ведомую звездочки, охваченные замкнутой тяговой цепью, связанной с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих корпуса, соединенным через связывающий элемент с узлом подвески штанг, механизм для отката привода от устья скважины, каретка снабжена коническими подшипниками, а две оси каретки из четырех выполнены с эксцентриком, привод дополнительно содержит соединенную с кареткой скалку со скобой с щеками и зевом, большим величины отклонения по вертикали одной звездочки относительно другой, с шириной щеки, обеспечивающей стабильность скалки от искривления при контакте с цепью, с конусной штангой и коническим подшипником, ближайшим к скобе большего размера и дальним от скобы меньшего размера, при этом соотношение ширины зева к ширине щеки и к толщине скобы составляет соответственно 1:1:(0.48-0.50):(1.50-1.53).

Применение скалки с зевом, большим величины отклонения по вертикали одной звездочки относительно другой, дает возможность перемещения цепи по валику, выполняется компенсация несоосности звездочек и отсутствие осевых нагрузок на скалку и прочие элементы. Ширина щеки, обеспечивающая стабильность скалки от искривления при контакте с цепью, дает большую стабильность скалки от искривления при контакте с цепью. Ширина щеки подбирается экспериментально из условия нулевых деформаций при возникающих нагрузках. Увеличена толщина скобы, что приводит к увеличению прочности и надежности узла в целом, особенно при авариях. Применение конусных подшипников на каретке и на штанге обеспечивает возможность восприятия осевых нагрузок без разрушения конструкции. Выполнение двух осей каретки из четырех с эксцентриком обеспечивает необходимый размер между крайними точками роликов каретки. Соотношение ширины зева к ширине щеки и к толщине скобы, составляющее соответственно 1:(0.48-0.50):(1.50-1.53), выявлено экспериментально. Это соотношение обеспечивает устойчивость скалки к вибрациям, определяет неизменность конструкции при всех имеющихся нагрузках в приводе, приводит к максимальной компенсации напряжений паразитных нагрузок в приводе.

На фиг.1, фиг.2 представлен общий вид предложенного привода, на фиг.3, фиг.4 и фиг.5 показан узел каретки со скалкой.

Привод включает установленные на основании 1 на единой раме 2 корпус 3, двигатель 4, редуктор 5, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и включающий ведущую 6 и ведомую 7 звездочки, охваченные замкнутой тяговой цепью 8, связанной с кареткой 9, соединенной с противовесом 10, установленным в направляющих 11 корпуса 3, соединенным через связывающий элемент 12 с узлом подвески штанг 13. Привод снабжен механизмом для отката 14 привода от устья скважины 15. Каретка 9 снабжена коническими подшипниками 16, а две оси 17 каретки 9 из четырех выполнены с эксцентриком. Каретка 9 соединена со скалкой 18, величина зева 20 размером «X» больше ширены тяговой цепи 8 на размер допуска плоскостности одной звездочки 7 относительно другой 6. Скалка выполнена с шириной щеки 21 скобы 19, обеспечивающей стабильность скалки 18 от искривления при контакте с цепью 8. Скалка 18 имеет конусную штангу 22 с коническими подшипниками 23 и 24. Ближайший к скобе 19 конический подшипник 23 выполнен большего размера, дальний 24 от скобы 19 - меньшего размера. Соотношение ширины зева 20 к ширине щеки 21 и к толщине скобы 19 составляет соответственно 1:(0.48-0.50):(1.50-1.53).

Привод работает следующим образом.

Привод доставляют к устью скважины и устанавливают на основании 1 так, чтобы ось рамы 2 совмещалась с осью скважины 15. Выполняют монтаж всех элементов конструкции. Перемещая ведомую звездочку 7 влево или вправо относительно ее оси, добиваются минимального отклонения плоскости цепи 8 от плоскости вращения звездочек 7 и 6.

Привод включает установленный на основании 1 на единой раме 2 корпус 3. Вращение от двигателя 4 через редуктор 5 передается на механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, т.е. от ведущей звездочки 6 через тяговую цепь 8 к ведомой звездочке 7. Цепь 8 передает движение каретке 9, которая в свою очередь перемещает противовес 10 по направляющим 11 корпуса 3. Движение через связывающий элемент 12 передается узлу подвески штанг 13. Каретка 9, а вместе с ней и противовес 10 совершают возвратно-поступательные перемещения вверх и вниз и вправо и влево. Вслед за кареткой 9 перемещаются противовес 10, связывающий элемент 12 и узел подвески штанг 13.

Коническими подшипниками 16 каретки 9 обеспечивают передачу осевых усилий на противовес 10. Две оси 17 каретки 9 за счет эксцентриков позволяют выставить каретку и ликвидировать зазоры. Каретка 9 и скалка 18 за счет скобы 19 с зевом и размера «X» зева 20 больше ширены тяговой цепи 8 на размер допуска плоскостности одной звездочки 6 относительно другой 7 позволяют ликвидировать осевые нагрузки от несовпадения по вертикали звездочек 6 и 7, а также от появления при работе привода деформаций и появляющихся несовпадений по вертикали звездочек 6 и 7. Скалка 18, выполненная с шириной щеки 21 скобы 19, обеспечивает стабильность скалки 18 от искривления при контакте с цепью 8 и отсутствие искривлений в смежных элементах привода. Соотношение ширины зева 20 к ширине щеки 21 и к толщине скобы 19, составляющее соответственно 1:(0.48-0.50):(1.50-1.53), обеспечивает устойчивость скалки 18 к вибрациям, определяет неизменность конструкции при всех имеющихся нагрузках в приводе, приводит к максимальной компенсации напряжений паразитных нагрузок в приводе.

Применение предложенного привода позволит решить задачу ликвидации осевых и изгибающих нагрузок на элементы конструкции.