Установка для приводу об’ємних насосів або компресорів

Винахід відноситься до приводних пристроїв для надання робочим органам зворотньо – поступального руху переважно для силових установок об¢ємних насосів або компресорів по забезпеченню роботи різних пристроїв відповідно при свердлінні та освоюванні свердловини у нафто – газовій помисловості і може бути використаний у машинобудуванні, у гірничовидобувній та хімічній промисловостях , у стройіндустрії, а також у других галузях народного господарста. Відомі силові агрегати фірми “КОУБ” для забезпечення роботи зануряльних безштангових гідропоршневих насосних агрегатів [“Насосное оборудование блочных автоматизированных установок гидропоршневых насосов для добычи нефти”, Москва, 1984год]. У відомих пристроях привод робочого органа силового агрегата здійснюється за опомогою зв¢язаного з електродвигуном виконавчого шарнірно – важільного(кривошипно – шатунного) механізма. Недоліком відомих пристроїв є їхня висока питома енергомісткість. Відома насосна установка УН-1-630х70А з насосом 4Р-700(трьохплунжерний горизонтальний одинарної дії) для нагнітання різних рідин при гідравлічному розриві гірничого шару або при других роботах [Беззубов А. В. И др., Москва, “Недра”, 1986год]. Привод робочого органу відомої установки здійснюється за допомогою зв¢язанного з двигуном виконавчого шарнірно – важільного(кривошипно – шатунного) механізма. Недоліком відомого пристрою є його висока питома енергомісткість. Відомі приводні блоки довгоходових свердловинних установок фірми “МАРС”, а також “Bethelem Steel” [Длинноходовые скважинные насосные установки с гибкой штангой”. ЦНТИХимнефтемаш, Москва, 1988год]. Приводний блок довгоходової свердловинної насосної установки фірми “МАРС” містить: електродвигун, насос, гідромотор, щоглу, контрвагу, та канати. Приводний блок довгоходової свердловинної насосної установки фірми “Bethelem Steel”, “Alha-1” містить: електродвигун, редуктор, канати та розташовану у шурфу контрвагу. Недоліком установок є їхні високі енергомісткість та металомісткість, для них треба мати відповідно щоглу або шурф для контрваги. Використовують гідропривод, але механічний привод більш надійний чим гідропривод. Відомі компресорні установки Сумського МПО ім. М.В.Фрунзе(Україна) 4ВМ.2.5-25/8; 4М16-22, 4/23-64; 4ГМ16-45/35-55СМ2; 4М40-680/22-320 [Рекламные проспекты “Внешнеторгиздат”, Москва, 1981год]. У відомих компресорних установок привод робочого органу здійснюється зв¢язаним з електродвигуном кривошипно – шатунним механізмом. Недоліком вищеозначених відомих компресорних установок є їх висока питома енергомісткість, а у першої крім цього ще й висока металомісткість. Відомий станок – качалка СКН5-3012 [Станок – качалка СКН5-3012, Москва, 1981год], яка містить раму, стойку, балансир, головку бадансира, канатний підвіщувач, шатуни, редуктор, електродвигун і два кривошипа з чавунними противагами. Недоліком відомого пристрою є його високі енергомісткість та металомісткість, а також складність системи рівноваги. Найближчий по своїй суті до пропонованого виходу як прототип є силова система “Коліноважільного преса Біловицького” [патент України №44284, 2002] Прототип містить на несучій опорі станину з центральною колоною. Привод. Приводний механізм, у вигляді сполученого з приводом зубчастою передачею зубчастого поворотного сектора, проміжний механізм який має бути із багатоступеневих( по шість ступенів) правого та лівого колвноважільних трансформаторів сили(КВТС) з розподільником сили енергетичного потоку трансформаторів(РСЕПТ) виконаного у вигляді двоплечого важіля. Недоліком прототипа є надмірна кількість ступенів у КВТС, що знижує коефіцієнт корисної дії(ККД) пристрою і робить його громіздким. Крім того у прототипа приводний механізм виконаний у вигляді зубчатого поворотного сектора, який при роботі виконує часто зупинки, що неприпустимо для привода об¢ємних насосів або компресорів. В основу винахода поставлено задачу конструктивної зміни станини та силової системи: КВТС виконати чотирьохступеневими, змінити приводний механізм. Одержати наступного технічного результату: забезпечити можливість підвищення стискування і подавання нагнітанного середовища у широких межах, підвищити коефіцієнт корисної дії(ККД) силової системи, її надійність та довгостроковість, зменшити габарити станини і завдяки цьому підвищити його споживчі властивості порівняно до кращих аналогів – це є зменшення на один – два порядка питомої енергомісткісті при підвищенні тиску подаваного середовища та його продуктивності а також ремонтоздатності без підвищення питомої металомісткості. У другу чергу у завдання входить раціональне використовування вільного об¢єму станини для забезпечення можливості розташування більшої кількості робочиї циліндрів і завдяки цього забезпечити додаткове підвищення продуктивності насосів або компресорів, або забезпечити комплексне їх використовування тобто частину робочиї циліндрів використовувати як насос, а другу частину – як компресор. Інакше – поширити функціональні можливості пристрою. У третью чергу у завдання входить конструктивно змінити двоплечий важіль і змінити довжину ланок останніх ступенів коліноважільних трансформаторів сили в частковому випадку для станка – качалки та досягти технічного результату у вигляді забезпечення можливості одночасно експлуатувати дві свердловини, і у тому числі двуствольні, без проведення особливих засобів зрівноваження двоплечого важіля – балансира, а також без підвищення потужності електродвигуна привода. Внаслідок чого покращити споживчі властивості у вигляді підвищення продуктивності без підвищення його питомих енергомісткості та металомісткості. Поставлене завдання виконується тим, що в установці для привода об¢ємних насосів або компресорів приводний механізм має кривошипно – коромисловий механізм, у якого кривошип виконаний у вигляді маховика кінематично зв¢язаного з приводом, наприклад, ланцюговою передачею, а маховик через шатун з¢єднаний з коромислм виконаним у вигляді трьохшарнірної ланки, один шарнір якої установлений на центральній колоні, а два інших шарніра з¢єднані відповідно з кінцями перших ступенів правого та лівого чотирьохступеневиї коліноважільниї трансформаторів сили виконаних у вигляді тяг, кожна з яких своїм другим кінцем з¢єднана з середнім шарніром штовхаючого коліноважільного механізма, у кожного із яких крайній шарнір закріплений на несучій опорі, а другий крайній шарнір з¢єднаний з середнім шарніром тиснучого коліноважільного механізма, у кожного із яких один крайній шарнір закріплений на центральній колоні, а другий крайній шарнір з¢єднаний з середнім шарніром витискуючого коліноважільного механізма, у кожного із яких один крайній шарнір закріплений на боковій вертикальній стойці, а другий крайній шарнір з¢єднаний з двоплечим важілем, плечі якого кінематично зв¢язані з виконавчими механізмами об¢ємних насосів або компресорів. Поставлене завдання виконується тим, що в установці для привода об¢ємних насосів або компресорів двоплечий важіль забезпечений по кількості робочих циліндрів поздовжніми пазами, у яких рухомо установлені камні, які своїми цапфами шарнірно з¢єднані з штоками поршнів робочих циліндрів насосів або компресорів, наприклад, двосторонньої дії. Поставлене завдання виконується тим, що в установці, станку – точильці двоплечий важіль виконує роль балансира та має подовжені плечі з хвостовиками, на яких поставлені головки балансирів, кожна з яких має канатну підвіску гірлового сальникового штока зануряльного штангового насоса, при цьому сама установка, двоплечий важіль – балансир та головки балансира відповідно виконані з можливістю регелювання та фіксації їхнього взаємного положення, для забезпечення канатних підвісок відповідно осей гірл відповідних свердловин будь-яким знайомим способом. На фіг.1 показаний загальний вид установки для привода насосів або компресорів; На фіг.2 - то же вид зверху, без показа силової системи; На фіг.3 показаний загальний вид станка - качалки; На фіг.4 – то же вид зверху без показа силової системи. Установка для привода об¢ємних насосів або компресорів має станину 1, яка установлена на несучій опорі 2. Станина 1 включає центральну колону 3 з розміщеними у неї приводом 4 та приводним механізмом 5. Центральна колона 3 за допомогою балок 6 та 7 твердо зв¢язана з боковими вертикальними стойками 8 та 9. Кожна пара вертикальних стойок 8 та 9 має проміжні поперечини 10 та 11(дивись фіг.2). На несучій опорі 2 установлені крайні робочі циліндри 12 та 13, а також проміжні робочі циліндри 14 та 15. У робочих циліндрах 12, 13, 14 та 15 розташовані поршні відповідно 16, 17, 18, та 19, які за допомогою штоків кінематично зв¢язані з силовою системою установки. Силова система установки має електромеханічний привод 4, який кінематично зв¢язаний, наприклад, за допомогою ланцюгової передачі 20, з маховиком 21 приводного механізма 5, який має вигляд кривошипно – коромислового механізму, у якого кривошип виконаний у вигляді маховика 21, а маховик 21 через шатун 22 з¢єднаний з коромислом виконаним у вигляді трьохшарнірної ланки 23, один шарнір якої установлений на центральній колоні 3, а два інших шарніри з¢єднані відповідно з кінцями перших ступенів правого та лівого чотирьохступеневих коліноважільних трансформаторів сили виконаних у вигліді тяг 24 та 25, кожна із яких своїм другим кінцем з¢єднана з відповідним середні шарніром штовхаючого коліноважільного механізма 26, 27, у кожному із яких один крайній шарнір закріплений на несучій опорі 2, а другий крайній шарнір з¢єднаний з середнім шарніром відповідного тиснучого коліноважільного механізма 28, 29, у кожного із яких один крайній шарнір закріплений на центральній колоні 3, а другий крайній шарнір з¢єднаний з середнім шарніром відповідного вижимаючого коліноважільного механізма 30, 31, у кожного із яких один крайній шарнір закріплений на відповідній боковій вертикальній стойці 8, 9, а другий крайній шарнір з¢єднаний з двоплечим важілем 32. Двоплечий важіль 32 иає по кількості робочих циліндрів, наприклад, 12, 13, 14 та 15 насоса або компресора, або їхнього сполучення, повздовжніми пазами відповідно 33, 34, 35 та 36, у яких рухомо установлені камні відповідно 37, 38, 39 та 40, які своїми цапфами шарнірно з¢єднані з відповідними штоками 41, 42, 43 та 44 відповідних поршнів 16, 17, 18 та 19 робочих циліндрів, наприклад, двосторонньї дії відповідно 12, 13, 14 та 15 насоса або компресора, або їхнього сполучення. Штоки 41, 42, 43 та 44 розташовані відповідно у сальниках 465, 46(47 та 48 не позначені). У якості рпиклада умовно показані робочі циліндри 12, 13, 14 та 15. Вони мають регулюючі клапани відповідно 49, 50, 51 та 52; 53, 54, 55 та 56; 57, 58, 59 та(60не позначений); 61, 62(63 не позначений) та 64, які за допомогою трубопроводів( не показані) гідравлічно пов¢язані з необхідними для роботи пристроями гідравлічної системи( не показано) у випадку використання установки для привода об¢ємних насосів. Аналогічно подібні клапани за допомогою трубопроводів газодинамічно пов¢язані з необхідними пристроями пневмосистеми у разі виконання вищеназваних робочих циліндрів у якості пневмоциліндрів установки для привода об¢ємних компресорів( не показано). Якщо частина робочих циліндрів установки виконана для роботи у ролі насоса, а друга частина – у ролі компресора, то вони зв¢язані з відповідною пневмо – гідравлічною системою( не показано). У пропонованому пристрою передбачена можливість регулювання подачі та тиску у широких межах, наприклад, установленням змінних плунжерів(поршнів) та втулок різного діаметру. Також передбачені спеціальні пристрої з¢єднання плунжерів(поршнів) з штоками для компенсації їхньої насосності, наприклад, по типу фірми “КОУБ”. У крмплексі насосного агрегата передбачений депульсатор, наприклад, кульовий кінематичний типа фірми “Пайсенко”, який установлюють на нопорній лінії і т. д. Оскільки автором поставлено завдання удосконалити тільки механічну(приводну) частину установки для привода насосів або компресорів, а не гідравлічного(насосного або компресорного) блока. То на фіг.1 та 2 18 гідравлічного(насосного) блока показана тільки його частина, тобто; механізм подачі поршневого насоса який забезпечує зворотньо – поступальний рух поршнів(витискувачів) та вузол розподілення рідини, який забезпечує постачання робочим циліндром рідини у процесі усмоктування та витискування її під час робочого ходу у нагнітальну магістраль(торцеве розподілення) та й то умовно. Не показано: вузол регулювання для зміни кількості подачі рідини, вузол вирівнювання подачі на вході насоса шляхом установки на відповідному трубопроводі пневмогідравлічного компенсатора(акумулятора); система охолодження та інше. Установка об¢ємних насосів або компреспрів яка показана на фіг.1 та 2 працює наступним образом. Після включення електродвигуна привода 4, його ведуча зірочка приводить у рух ланцюгову передачу 20. Ланцюгова передача 20 крутить маховик 21 кривошипно – коромислового механізма 5. Зв¢язаний з маховиком 21 шатун 22 повертає, виконуючи роль коромисла трьохшарнірну ланку 23 праворуч униз ліворуч. Повертаючись трьохшарнірна ланка(коромисло) 23 тягне на себе першу ступень правого коліноважільного трансформатора сили(КВТС) тобто тягу 24 та натискує на тягу 25, яка є першою ступінню лівого КВТС. Переміщуючись, тяга 24 тягне за собою середній шарнір другої ступені 26 правого КВТС, а його верхня ланка тягне за собою униз середній шарнір третьої ступені 28 правого КВТС. Права ланка третьої ступені 28 правого КВТС тягне ліворуч та униз середній шарнір четвертої(останньої) ступені правого КВТС. У цей момент верхня ланка четвертої ступені 30 правого КВТС тягне униз праве плече двоплечого важіля 32. У початковий момент при укладанні ланок коліноважільних механізмів правого КВТС, по закону розкладання сили у ромбі, у них виникають великі зусилля, особливо у четвертій(основній) ступені 30 правого КВТС, від чого двоплечий важіль 32 повертається униз по годинні стрільці на заданий кут. Одночасно ліве плече двоплечого важіля 32 повертаючись по годинній стрільці тягне за собою уверх усі чотири ступені лівого КВТС. При цьому тяга 25 лівого КВТС натискує з зростаючою силою на середній шарнір товкаючого коліноважільного механізма 27. Верхня ланка товкаючого коліноважільного механізма 27 штовхає уверх та ліворуч середній шарнір тиснучого коліноважільного механіма 29. Ліва ланка тиснучого коліноважільного механізма 29 тисне на середній шарнір вижимаючого коліноважільного механізма 31. Вижимаючий коліноважільний механізм 31 випрямовуючись до заданої межі кута a(кут між лінією яка з¢єднує крайні шарніри коліноважільного механізма та його ланками) вижимає уверх ліве плече двоплечого важіля 32 до заданого положення. При повертанні двоплечого важіля 32 та трьохшарнірної ланки(коромисла) 23 відповідно на задані кути, маховик 21 кривошипно – коромислового механізма 5 продовжує обертання, а шатун 22 змінює направлення повороту трьохшарнірної ланки(коромисла) 23 у другу сторону та робота коліноважільних трансформаторів сили змінюється у зворотному порядку. За один повний оборот маховика 21 кінці двоплечого важіля 32 виконують коливальні рухи уверх та униз відповідно. Далі цикл повторюється безперервно без зупинки. При повороті двоплечого важіля 32 рухомо установлені в його пазах 33, 34, 35 та 36 камні 37, 38, 39 та 40 своїми цапфами(не показані) роблять силове діяння на штоки 41, 42, 43 та 44, які азом з відповідними поршнями 16, 17, 18 та 19 роблять зворотньо – поступальні рухи передаючи свою енергію текучому середовищу верхніх та нижніх порожнин циліндрів 12, 13, 14 та 15 насосів або компресорів, клапани яких підключені до відповідної гідросистеми або пневматичної системи, або пневмо – гідравлічної системи по заданій для конкретного випадка схемі(не показано). Окремий випадок Установка станок – качалка для привода штангових зануряльних насосів(дивись фіг.3 та 4) виконана по тому ж принципу, що й описана вище для загального випадку установка для привода об¢ємних насосів або компресорів(дивись фіг.1 та2). Станина, несуча опора та силова система, яка забезпечена приводом, приводним та проміжним механізмами, станка – качалки виконаної аналогічно. Станок – качалка відрізняється від вище описаної для загального випадку установки для привода насосів або компресорів тільки знайомим виконавчим механізмом, який по іншому перетворює качальні рухи двоплечого важіля – балансира проміжного механізма у зворотньо-поступальний рух канатної підвіски гірловинних сальникових штоків та поршнів із штангами зануряльних штангових насосів. Установка, станок – качалка для привода зануряльних штангових насосів містить станину 1, яка установлена на несучій опорі 2. Станина 1 включає центральну колону 3 з розміщеними у неї приводом 4 та приводним механізмом 5. Центральна колона 5 за допомогою балок 6 та 7 твердо зв¢язана з боковими вертікальними стойками 8 та 9. Кожна пара вертікальних стойок 8 та 9 має проміжні поперечини 10 та 11(дивись фіг.4). Силова система установки, станка – качалки включає електромеханічний привод 4, який кінематично зв¢язаний, наприклад, за допомогою ланцюгової передачі 20 з маховиком 21 приводного механізма 5, який має вигляд кривошипно – коромислового механізма, у якого кривошип виконаний у вигляді маховика 21, а маховик 21 через шатун 22 з¢єднаний з коромислом виконаним у вигляді трьохшарнірної ланки 23, один шарнір якої установлений на центральній колоні 3, а два інших шарніра з¢єднані відповідно з кінцями перших ступенів правого та лівого чотирьохступеневих коліноважільних трансформаторів сили(КВТС) проміжного механізма виконаних у вигляді тяг 24 та 25, кожна із яких своїм другим кінцем з¢єднана з відповідним шарніром товкаючого коліноважільного механізма 26, 27, у кожного з яких один крайній шарнір закріплений на несучій опорі 2, а другий крайній шарнір з¢єднаний з середнім шарніром відповідного тиснучого коліноважільного механізма 28, 29 у кожного із яких один крайній шарнір закріплений на центральній колоні 3, а другий крайній шарнір з¢єднаний з середнім шарніром відповідного вижимаючого коліноважільного механізма 30, 31 у кожного із яких один крайній шарнір закріплений на відповідній боковій вертикальній стойці 8 та 9, а другий крайній шарнір з¢єднаний з виконуючим роль розподільника сили енергетичного потоку трансформаторів сили, двоплечим важілем – балансиром 32. Двоплечий важіль – балансир 32 має подовжені плечі з хвостовиками 65(66 не показаний) на кожному із яких відповідно поставлена головка балансира 67, 68 з зрівнювальним блоком(не показано), на якій підвішена канатна підвіска відповідно 69, 70 відповідних гірлових сальникових штоків(не показано) зануряльних штангових насосів(не показано). При цьому сама установка, її двоплечий важіль – балансир 32 та головка балансира 67 та 68 відповідно виконані з можливістю регулювання та фіксації їхнього взаємного положення, для забезпечення положення канатних підвісок 69 та 70 відповідно осей гірл відповідних свердловин(не показано) будь-яким знайомим способом. Для забезпечення потрібної довжини хода точки підвіса гірлового сальникового штока зануряльних штангових насосів до 4,5м та більше без збільшення потужності привода, конструкція пропонованої установки, станка – качалки. Має можливість додаткового подовження двоплечого важіля – балансира 32 та ланцюгів останніх(четвертих) ступенів 30, 31 коліноважільних механізмів правого та лівого КВТС з переміною міста кріплення кінців їхніх нижніх ланцюгів на відповідних вертикальних стойках 8 та 9 та других заходів. Конструкція пропонованого пристрою має можливість одночасно експлуатувати дві двохствольні свердловини. Наявність у пристрою правого та лівого КВТС запезпечує надійне урівноваження системи. Установка, станок – качалка, для привода зануряльних штангових насосів працює наступним образом. Після включення електродвигуна привода 4 його ведуча зірочка приводить у рух ланцюгову передачу 20. Ланцюгова передача 20 крутить маховик 21 кривошипно – коромислового механізма 5. Зв¢заний з маховиком 21 шатун 22 повертає трьохшарнірну ланку(коромисло) 23 справа униз наліво. Повертаючись, трьохшарнірна ланка(коромисло) 23 тягне за собою першу ступень правого коліноважільного трансформатора сили(КВТС) тобто тягу 24 та натискує на тягу 25, яка є першою ступенью лівого КВТС. Переміщуючись, тяга 24 тягне за собою середній шарнір другої ступені 26 правого КВТС, а його верхня ланка тягне за собою униз середній шарнір третьої ступені 28 правого КВТС.Права ланка третьої ступені 28 правого КВТС тягне уліво та униз середній шарнір четвертої(останньої) ступені 30 правого КВТС. У цей момент верхня ланка четвертої ступені 30 правого КВТС тягне униз праве плече двоплечого важіля – балансира 32. У початковий момент при складанні ланок коліноважільних механізмів, по закону розкладання сили у ромбі, у них виникають великі зусилля особливо у четвертій(останній) ступені 30 правого КВТС, від чого двоплечий важіль – балансир 32 повертається по годинниковій стрільці на заданий кут. Одночасно ліве плече двоплечого важіля – балансира 32 повертаючись по годинній стрільці тягне за собою усі чотири ступені лівого КВТС. При цьому тяга 25 лівого КВТС натискає на середній шарнір товкаючого коліноважільного механізма 27. Верхня ланка товкаючого коліноважільного механізма 27 штовхає уверх та уліво середній шарнір тиснучого кодіноважільного механізма 29. Ліва ланка тиснучого коліноважільного механізма 29 тисне на середній шарнір вижимаючого коліноважільного механізма 31. Вижимаючий коліноважільний механізм 31 випрямовуючись до заданої межі вижимає уверх ліве плече двоплечого важіля 32 до заданого положення. При повертанні двоплечого важіля – балансира 32 та трьохшарнірної ланки(коромисла) 23 відповідно на задані кути, маховик 21 кривошипно – коромислового механізма 5 продовжує обертання, а шатун 22 зміняє направлення повороту трьохшарнірної ланки(коромисла) 23 у другу сторону та робота коліноважільних трансформаторів сили повторюється у зворотному порядку. За один повний оборот маховика ці кінці двоплечого важіля – балансира 32 виконують коливальні рухи уверх та униз відповідно. При цьому точка підвішування канатних підвісок 69 та 70 відповідно роблять по вертикалі зворотньо – поступальні рухи та цикли повторюються безперервно без зупинок.