Привід штанговий насосної установки з нереверсивним інерційно-вантажним зрівноважуванням

Привід штанговий насосної установки з нереверсивним інерційно-вантажним зрівноважуван 3 39867 Штангова насосна установка з нереверсивним інерційно-вантажним зрівноважуванням містить основу 1. На основі 1 встановлений привід установки, який включає електродвигун 2, що виробляє механічну енергію, необхідну для підйому рідини із свердловини заглибинним насосом (не показаний). Вал електродвигуна 2 з'єднаний через муфту 3 з валом 4 маховика 5 і клино-пасовою передачею 6 з редуктором 7, призначеним для отримання заданого числа обертів. Привід установки має кривошипно-шатунні механізми 8, призначені для перетворення обертального руху вихідного вала редуктора 7 на зворотно-поступальний рух шатунів. Установка містить також противаги 9, призначені для врівноважування ваги штанг у свердловині (не показано); шатуни 10 призначені для передачі їх зворотно-поступального руху на плунжер насосу через балансир 11, головку балансира 12, канатну підвіску 13. Установка забезпечена також опорою установки 14. Противаги 9 забезпечують утворення урівноважуючого моменту на вихідному вала редуктора 7, значення якого дорівнює сумі моментів від дій ваги штанг та половини ваги рідини у свердловині. Навантаження на електродвигун 2 пропорційне сумарному моменту, значення якого набуває пікового значення двічі за робочий цикл, що потребує при використанні традиційного приводу установки використання електродвигуна 2 із завищеною потужністю, а тому веде до суттєвого зниження коефіцієнта корисної дії (ККД) всієї установки. Щоб зменшити рівень навантажень на електродвигун 2 пропонований привід установки містить також маховик 5, виготовлений у вигляді відцентрованого диску, який разом зі шківом клино-пасової передачі 6, встановлений на вала 4 маховика 5. Вал 4 маховика 5 з двох протилежних боків встановлений у підшипниках опор вала 4 маховика 5. Корпус кожної опори 15 жорстко прикріплений до основи 1. Вали електродвигуна 2 і маховика 5 з'єднані між собою за допомогою стандартної муфти 3. Наявність клино-ремінної передачі дозволяє захистити кінематику установки від перевантаження, наприклад, при заклинюванні плунжера насосу або штанг. Електродвигун 2 з'єднаний з джерелом живлення, забезпеченим пристроєм для регулювання швидкості обертання вала електродвигуна (не показаний). Згаданий пристрій - серійний перетворювач частоти струму живлення електродвигуна 2, призначений для збереження постійного значення моменту на вала електродвигуна 2 під час його роботи. Серійний перетворювач частоти забезпечує запуск установки 3 використанням реверса-розгойдування шатунів 10 за принципом коливання маятника годинника до її виходу на повний цикл і наступної зміни напрямку обертання вала електродвигуна 2. Привід установки також забезпечений дисковими аварійними гальмами /не показано/. Пропонований привід працює так. Попередньо визначають масу маховика 5, який встановлюють в підшипниках опор 15 і відцентровують. Потім за допомогою муфти 3 з'єднують вали електродвигуна 2 і 4 маховика 5. Під час роботи приводу енергія маховика 5 використовується 4 лише при зміні числа обертів електродвигуна 2. Привід забезпечений серійним перетворювачем частоти електричного струму, яким живиться електродвигун 2 і забезпечує запуск установки за рахунок реверса-розгойдування за принципом маятника годинника до виходу на повний цикл і перехід на обертання електродвигуна 2 в одну сторону. При цьому оберти вала електродвигуна 2 (і маховика 5) при русі штанг вниз збільшуються, а енергія руху штанг вниз акумулюється у маховику 5. Під час підйому штанг вверх - оберти вала електродвигуна 2 зменшуються, і енергія маховика 5 використовується під час підйому штанг. Підтриманням сталого моменту на електродвигуні 2 підвищується ККД установки на 40-60% порівняно з традиційними. Серійний перетворювач частоти забезпечує автоматичне регулювання величини рушійного моменту на вала електродвигуна 2, обмежує до заданого значення швидкість його обертання, а також створює необхідні види захисту. При зупинці електродвигуна 2 противаги залишаються внизу, а тому під час запуску електродвигуна 2 необхідно подолати дію на його вал опору сил, утворених половиною ваги рідини у свердловині, інерцією маси штанг і противаг. За початок циклу умовно прийняте положення, коли противаги знаходяться знизу (це їх статичне положення). Установка в роботі. Електродвигун 2 почав обертання вала. Момент рушійний більший за момент опору. Оберти наростають, але в міру збільшення кута повороту кривошипу 8, момент опору збільшується, а рушійний момент залишається постійним. Перетворювач частоти, забезпечуючи стабілізацію значення моменту на вала електродвигуна 2, знижує оберти вала електродвигуна 2 до 0, після чого змінює напрямок обертання вала. В даному випадку до рушійного моменту електродвигуна 2 додається рушійний момент від ваги штанг, а тому швидкість вала електродвигуна 2 збільшується, але після того, як кут повороту кривошипу почне знову збільшува тися після переходу через статичне положення і зростання гальмівного моменту від штанг, оберти вала електродвигуна 2 знову будуть зменшуватись до 0, але вже при більшому значенні кута кривошипу. Таке розгойдування буде тривати до ти х пір, поки кривошип досягне значення у 90°, а вал електродвигуна 2 почне обертання в одному напрямку доки не досягне заданої швидкості. Серійний перетворювач частоти, що має ККД 98-99%, дозволяє змінювати частоту живлючого електродвигун 2 струму від 10 до 100Гц, що відповідає обертам вала електродвигуна 2 від 20% до 200%, а значення коефіцієнта потужності Cosj має значення 0,98-0,99. Наявність клино-пасової передачі дозволяє захистити кінематику установи від перевантаження при заклинюванні плунжера насосу або штанг, а встановлення вала 4 маховика 5 в опорах 15 усуває напруження згину у вала електродвигуна 2, що підвищує надійність пропонованого приводу і ресурс установки в цілому. 5 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 39867 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601