Верстат-качалка

Винахід відноситься до галузі нафтопромислового устатк ування і може бути використаний для механізованого видобутку газу, нафти штанговими свердловинними насосними установками. Відомий ряд стандартних станков - качалок для механізованого видобутку на фти штанговими глибинними насосними установками, конструктивно виконаних з різним балансирним зрівноважуванням колони штанг у свердловині противагами, установленими на кінці балансира або на кривошипах [див. Чичеров Я.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы. М.: Недра, 1983, с. 117 і 129]. До недоліків цих станков-качалок варто віднести - нерівномірність обертаючих моментів, на валах кривошипів, обумовлених прискореннями й інерційними силами хитких у процесі роботи колони штанг, що приводить до збільшення потужності приводного двигуна і як результат до збільшення витрати енергії при роботі таких станков-качалок. Відомо також використання як акумулюючого пристрою для поліпшеного зрівноважування колони штанг у нафтовидобувній свердловині додаткової ідентичної колони штанг сусідньої нафтовидобувної свердловини через додаткові гнучку підвіску і відомий роторний балансир, з'єднаний з ведучим балансиром гнучкою тягою, а на вихідному валу редуктора на кривошипах установлені компенсуючи можливу неідентичність свердловин невеликі противаги [див. патент РФ №2135832, МПК6 F04В47/02, 2000]. Однак цей пристрій хоча і є кращим у порівнянні з вище описаним аналогом зрівноважуванням колони штанг, але може бути використаний тільки при кущовій експлуатації свердловин і має обмежене застосування. Найбільш близьким прототипом є станок - качалка, що містить основу, стояк на якому установлений двуплечий роторний балансир, переднє плече якого має голівку з канатною підвіскою гирлового штока, траверсу із шатунами, кривошипи з противагами і редуктор з електродвигуном [див. Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудования для добычи нефти и газа. М.: Недра, 1984, с. 166]. Така конструкція станка - качалки не має обмежень в області застосування. Окрім того, при практичному використанні відзначається краща характеристика руху підвіски штанг - вона ближче до гармонічного коливання, і тому, забезпечуються і менші інерційні навантаження на вали кривошипа. Але в них також не досягається необхідного зрівноважування і при вертикальному положенні кривошипів (у період підняття колони штанг) зрівноважувальний момент, від противаг відносно осі обертання кривошипів стає рівним нулю і для збільшення обертаючого моменту на кривошипах необхідно збільшувати динамічні навантаження на привід, що також значно збільшує енергетичні витрати. В основу винаходу поставлене завдання удосконалення конструкції противаг для збільшення обертаючого моменту, на кривошипах у період підняття колони штанг, що забезпечить вирівнювання динамічного навантаження на привід і зменшить енергетичні витрати при роботі станка-качалки. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомому станку-качалці, що містить основу, стояк, двуплечий роторний балансир із гнучкою підвіскою гирлового штока, траверсу із шатунами, кривошипи з противагами і редуктор з електродвигуном, відповідно до винаходу, у корпусі противаги, передньої за напрямком їх руху, виконаний поздовжній паз, що обладнаний напрямними і, встановленим у ньому з можливістю переміщення перпендикулярно осі обертання кривошипа, диском - вантажем, причому маса такої передньої противаги дорівнює масі противаги задньої за напрямком руху. Крім того, диск - вантаж можна фіксувати в поздовжньому пазу передньої противаги за допомогою упорного штиря, встановленого в отворах у корпусі передньої противаги і диска - вантажу. Виконання станка-качалки в сукупності з всіма суттєвими ознаками, включаючи відмітні, дозволяє виконати противагу, яка розташована передньою за напрямком руху, з перемінним центром важкості при зміні кута нахилу від вертикального положення за рахунок переміщення диска - вантажу в подовжньому пазу. Це сприяє значному збільшенню обертаючого моменту, на валах кривошипів при їхньому вертикальному положенні, що відповідає підняттю колони штанг, і вирівнюванню динамічних навантажень на привід електродвигуна, що значно знижує енергетичні витрати при роботі самого пристрою. Для зрівноважування станка-качалки в початковий момент запуску пристрою диск - вантаж можна фіксувати упорним штирем. На фіг.1 показаний загальний вид запропонованого станка-качалки; на фіг.2 - положення фіксації диска вантажу упорним штирем; фіг. 3 - конструкція диска - вантажу і динаміка зміни центра важкості передньої противаги. Станок-качалка містить (фіг.1) основу 1, на якій встановлені стояк 2 із шарнірно закріпленим на ньому двуплечим роторним балансиром 3 із гнучкою підвіскою 4 гирлового штока 5, траверсу 6 шарнірно встановлену на двуплечем балансирі 3 , шатуни 7, які кінематичне зв'язують траверсу 6 і кривошипи 8 з переднім і заднім за напрямком руху противагами 9, 10 відповідно. У корпусі противаги 9, що є передньою за напрямком руху, виконаний поздовжній паз 11. Поздовжній паз 11 постачений напрямними 12, 13 і встановленим у поздовжньому пазу 11 з можливістю переміщення перпендикулярно осі кривошипа 8 диском - вантажем 14, обід якого гумований резиною. Маса передньої противаги 9 дорівнює масі задньої за напрямком руху противаги 10. На основі 1 також встановлений приводний електродвигун 15, з'єднаний клиноремінною передачею 16 з редуктором 17. Для проведення в початковий момент робіт по зрівноважуванню станка-качалки диск - вантаж 14 фіксують у пазу 11 за допомогою упорного штиря 18, що встановлений в отворах корпуса передньої противаги 9 і диска вантажу 14 (фіг.2). Станок-качалка працює таким чином. Після запуску в роботу електродвигуна 15, обертаючий момент від нього через клиноремінну передачу 16 передається на ведучий вал редуктора 17 і далі через його вихідний вал на кривошипи 8 із противагами 9, 10, переднім і заднім за напрямком їхнього руху ( напрямок руху зазначений стрілкою на фіг.1) і зв'язані з ним шатуни 7, приводячи тим самим у рух двуплечий роторний балансир 3 із гнучкою підвіскою 4 гирлового штока 5. У початковий момент запуску для зрівноважування станка - качалки диск - вантаж 14, що розміщений у поздовжньому пазу 11 передньої за напрямком руху противаги 9, фіксують упорним штирем 18, встановленим в отворах корпуса передньої противаги 9 і самого диска - вантажу 14. У такому режимі станок - качалка працює до остаточного його зрівноважування, потім при виключеному електродвигуні 15 упорний штир 18 виймають з отворів у корпусі передньої противаги 9 і диска - вантажу 14. Після чого пристрій запускають, включаючи електродвигун 15. При обертанні кривошипів 8 у такому зрівноваженому станку - качалки кривошипи 8 із противагами 9, 10 займають наступні положення (див. фіг.3). При вертикальному верхньому положенні кривошипів 8, що відповідає підняттю колони штанг гирловим штоком 5, під дією відцентрових сил диск - вантаж 14 починає переміщатися в поздовжньому пазу 11 по напрямним 12, 13 перпендикулярно осі кривошипа 8, переміщаючи таким чином центр важкості передньої противаги 9. При цьому відбувається плавне збільшення обертаючого моменту, на кривошипах 8. Далі при зміні кута нахилу кривошипів 8 диск - вантаж 14 під дією відцентрових сил і достатнього обертаючого моменту, переміщається в нижнє ліве положення, що відповідає початку підняття колони штанг гирловим штоком 5. Після завершення підняття колони штанг гирловим штоком 5, що відповідає крайньому нижньому положенню кривошипів 8 диск - вантаж 14 знаходиться в крайнім правому положенні у поздовжньому пазу 11. При незначній зміні кута нахилу кривошипів 8 від вертикалі при опусканні колони штанг гирловим штоком 5 диск - вантаж 14 переміщається у ви хідне ліве положення у поздовжньому пазу 11 і працює як звичайний контр вантаж. Потім під дією обертаючого моменту, на кривошипах 8 диск - вантаж 14 починає піднімання нагору, накопичуючи потенційну енергію. Таким чином, таке плавне, без прискорень і інерційних сил, змінювання обертаючого моменту, на кривошипах 8, значно збільшене в період підняття колони штанг гирловим штоком 5, за рахунок виконання передньої противаги 9 з перемінним центром важкості, сприяє вирівнюванню навантаження на привід електродвигуна 15, що і забезпечує зменшення витрати енергії при експлуатації конструкції станка - качалки, підвищуючи його економічність.