Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Индивидуальные механические приводы

Поиск

 

В нефтедобывающей промышленности наибольшее распрос­транение получили приводы штангового скважинного насоса механического действия.

Как все приводы, так и механические бывают индивидуаль­ные и групповые. Основное применение в настоящее время имеют индивидуальные механические приводы. Они используются по их прямому назначению, т.е. как привод насоса, работающего в одной скважине. Кроме того, бывает, что этот же привод одно­временно является приводом других нефтепромысловых меха­низмов, как, например, лебедки для подземного ремонта, насо­са для закачки жидкости в скважину, подвесного компрессора для откачки газа из скважины и т.д.

Использование индивидуального привода насосов одновре­менно для других промысловых механизмов не всегда рацио­нально, так как, во-первых, конструкция привода усложняется, а во-вторых, глубинный насос и дополнительный механизм будут работать в одном режиме. Таким образом, при создании оп­тимального режима работы насоса дополнительный механизм будет работать не в оптимальном режиме, и наоборот.

Индивидуальные механические приводы выполняются по раз­личным принципиальным схемам в зависимости от конструктив­ного назначения. В основном они состоят из двух видов механиз­мов: для снижения скорости вращения вала двигателя до числа ходов точки подвеса штанг; для преобразования вращательного движения звена со сниженным числом оборотов в возвратно-по­ступательное движение точки подвеса штанг. Первая группа ме­ханизмов будет названа трансмиссией или передачей вращатель­ного движения, вторая группа — преобразующим механизмом.

Особое влияние на работу и конструкцию привода насоса оказывает принципиальная кинематическая схема преобразую­щего механизма.

По видам преобразующих механизмов механические приводы насосов делятся на две группы: балансирные и безбалансирные. В балансирном приводе вертикальное возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг осуществляется посредством ка­чающегося балансира (коромысла), а в безбалансирных приводах механического действия это движение осуществляется разными другими механизмами без применения качающегося балансира.

В нефтепромысловой практике балансирные индивидуальные приводы называют станками-качалками. Кроме трех общих па­раметров (максимальные значения: нагрузки в точке подвеса штанг Рmax, длины хода Smax и числа ходов nmax), индивидуальные механические приводы характеризуются еще максимальным до­пустимым значением крутящего момента Мmax на валу ведущего звена преобразующего механизма (то же самое, что и на ведо­мом валу трансмиссии). Так что максимальное значение этого момента является одним из основных параметров механических индивидуальных приводов.

 

По величине крутящего момента индивидуальные механичес­кие приводы могут быть классифицированы следующим обра­зом (кгс*м):

приводы с малым моментом при Мс < 1000

со средним при 1000 < Мс < 3000

с большим при 3000 < Мс < 6000

со сверхбольшим при Мс > 6000

Между крутящим моментом и параметрами Ртax, S и n суще­ствует определенная аналитическая зависимость. Общая класси­фикация механических приводов насосов представлена на рис. 7.5.

Существуют многочисленные конструкции станков-качалок, выполненные по различным кинематическим — схемам как трансмиссии, так и преобразующего механизма.

Балансиры станков-качалок на практике встречаются двух видов: как механизм двуплечего рычага (рычаг первого рода), так и механизм одноплечего рычага (рычаг второго рода).

По этому признаку все балансирные индивидуальные приво­ды (станки-качалки) могут быть подразделены на две группы: станки-качалки с двуплечим балансиром и одноплечим балан­сиром [9].

В станках-качалках с двуплечим балансиром (рис. 7.6) опора С качения балансира BD находится между точкой подвеса штанг D и точкой В сочленения балансира с шатуном 3. Применяемые станки-качалки в основном созданы по этой схеме.

В станках-качалках с одноплечим балансиром точка сочлене­ния В шатуна 3 с балансиром DC находится между точкой под­веса штанг D и опорой балансира С. Соединение станка-качал­ки (т.е. конца его балансира) с колонной штанг (с точкой подве­са штанг) производится двояко — непосредственно шарнирно (см. рис. 7.6, а и 7.7, а) или посредством гибкой связи 5 (см. рис. 7.6, б и 7.7, б).

В первом случае штанга подвешивается непосредственно к концу балансира в точке D, которая описывает дугу D1DD2 ради­усом K1 (см. рис. 7.6, а и 7.7, а). Общее отклонение оси сальни­кового полированного штока OD от вертикальной оси скважи­ны (или от оси сальника) будет равно величине стрелы h сегмен­та D1DD2 Такое отклонение оси сальникового штока отрица­тельно влияет на работу сальникового устройства. По этой при­чине такое соединение головки балансира станка-качалки с точ­кой подвеса штанг в настоящее время почти не применяется. Гибкое звено 5 в сочетании с дугообразной головкой балансира представляется прямолинейно направляющим механизмом. При этом конец балансира (головка балансира) выполняется так, что при работе станка-качалки гибкое звено 5, закрепленное одним концом в верхней части головки и другим концом к сальниково­му штоку, всегда огибает дугу радиусом К1 Таким образом, обеспечиваются прямолинейное движение точки подвеса штанг D и нормальная работа сальникового устройства.

Почти во всех станках-качалках в качестве преобразующего механизма используется четырехзвенный шарнирный кривошипно-коромысловый механизм. Имеются также станки-качалки, в которых в качестве преобразующего применяются другие виды механизмов.

Учитывая, что в нефтяной промышленности в основном при­меняются станки-качалки с четырехзвенным кривошипно-коромысловым преобразующим механизмом, будем называть их обычными станками-качалками. На рис. 7.8. представлена клас­сификация механических балансирных приводов скважинных штанговых насосов (станков-качалок) [9].

Рис. 7.5. Общая классификация механических приводов

 

 

Рис. 7.6. Кинематическая схема обычных станков-качалок с одноплечим балансиром:

а — с шарнирной головкой; б — с другой головкой

 

 

 

Рис. 7.7. Сравнительная схема станков-качалок с двуплечим и одноплечим балансиром:

а — с шарнирной головкой; б — с дуговой головкой

 

В последние годы на нефтепромыслах страны стали появ­ляться станки-качалки с перенесенным вперед четырехзвенным механизмом, в которых шарнирный четырехзвенник располо­жен между скважиной и опорой балансира. Такие приводы при­нято называть станками-качалками с одноплечим балансиром.

В числе основных достоинств подобных станков-качалок — компактность по сравнению с обычными станками-качалками при одинаковых параметрах. На рис. 7.9 представлена совме­щенная сравнительная схема механизма с двуплечим и однопле­чим балансиром.

Рис. 7.8. Классификация механических балансирных приводов скважинных штанговых насосов

Рис. 7.9. Сравнительная схема станков-качалок с двуплечим и одноплечим балансиром

Рис. 7.10. Общая классификация уравновешивания привода скважинного штангового насоса

Для механизма с одноплечим балансиром параметры обозна­чены индексом-штрихом. В приводах с двуплечим балансиром отношение переднего и заднего плеч балансира обычно состав­ляет k1/k = 1,0—1,2 и даже в вышедших из применения стан­ках-качалках не превышало 1,4—1,5. Из схемы на рис. 7.9 видно, что при одноплечих балансирах отношение k1, выполняющего роль переднего плеча, kk’ (заднее плечо) существенно больше, т.к. длина заднего плеча составляет лишь часть длины передне­го плеча балансира. Поэтому во втором случае одним и тем же кривошипом можно получить намного больший ход головки балансира или, при одинаковой длине хода, сократить габари­ты станка-качалки по сравнению с обычной. При этом все ос­новные геометрические отношения звеньев остаются теми же (r/l = r'/l’, r/k = r'/k'). Одновременно решается проблема ог­раничения массы кривошипов, противовесов и установки в целом, т.к. сокращается и потребная длина фундамента. Фак­тически в станках-качалках с механическим уравновешивани­ем отношение k1 k' составляет не очень большую величину, т.к. из стремления получить другие преимущества точка В со­пряжения шатунов с траверсой (с балансиром) переносится ближе к головке балансира.

Применение кинематической схемы с одноплечим баланси­ром позволяет улучшить динамические характеристики станка-качалки, т.е. уменьшить динамические нагрузки и смягчить виб­рации насосных штанг; при этом кривошипы должны вращать­ся против часовой стрелки при устье скважины слева от наблю­дателя (для обычных станков-качалок наоборот) [9].

В числе недостатков рассматриваемых станков-качалок по­ниженная боковая устойчивость, затрудненность обслуживания и ремонта, повышенная опасность обслуживания приводов с кривошипным уравновешиванием вследствие того, что скважи­на оказывается между кривошипами.

Условия уравновешивания станков-качалок с одноплечим балансиром позволяют применять в них фигурные кривошипы. Схема станка качалки является очень удобной для примене­ния пневматического, гидравлического или комбинированного уравновешивания, которые используются в тяжелых мощных установках. В этих случаях соответствующий цилиндр помеща­ется между траверсой и головкой балансира. Цилиндр может быть неподвижным, когда он крепится к основанию, а шток поршня к балансиру, или подвижным, если сам крепится к ба­лансиру, а шток к основанию. Система уравновешивания полу­чается сложной, т.к. помимо цилиндропоршневой группы тре­буется целый комплекс оборудования. Например, при пневма­тическом уравновешивании с гидрозатвором необходимы комп­рессор, ресивер, масляный компенсационный насос, емкость с маслом и др. (рис. 7.10).

В конструкциях с чисто механическим уравновешиванием траверса обычно располагается не в средней части балансира, а переносится ближе к головке балансира, чем обеспечивается определенный эффект.

Известны индивидуальные механические приводы и группо­вые приводы для эксплуатации нескольких скважин.

Приводы первого типа включают двигатель, трансмиссию — преобразующий механизм, и обеспечивают движение только одной колонны насосных штанг. В настоящее время почти все приводы, СШНУ относятся к этому типу.

Приводы второго типа служат для эксплуатации нескольких (от 2 до 40) скважин, расположенных близко друг от друга и имеющих сопоставимые параметры. Групповой привод исполь­зовался для эксплуатации малодебитных скважин и в настоящее время не применяется. В индивидуальном механическом приво­де трансмиссия уменьшает частоту вращения вала двигателя до числа оборотов, соответствующего числу двойных ходов точки подвеса штанг.

Механизм для преобразования вращательного движения вы­ходного звена трансмиссии в возвратно-поступательное движе­ние точки подвеса колоны штанг обеспечивает кинематическую связь, уравновешивающего устройства с точкой подвела штанг.

Трансмиссия, используемая в индивидуальном приводе, обыч­но состоит из ременной передачи от двигателя к входному валу редуктора. Редуктор выполняется двух- или трехступенчатым с зубчатыми зацеплениями различных типов.

Наибольшее влияние на конструкцию установки оказыва­ют тип и кинематическая схема преобразующего механизма. По видам преобразующих механизмов механические приводы делятся на две группы: балансирные и безбалансирные. В пер­вых возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг достигается использованием качающегося рычага — баланси­ра, который соединяется с выходным валом трансмиссии по­средством кривошипно-шатунного механизма. В свою очередь кривошипно-шатунный механизм может быть со звеньями имеющими постоянную или переменную длину, изменяющу­юся в пределах времени одно цикла работы установки.

В безбалансирных приводах возвратно-поступательное дви­жение точки подвеса штанг обеспечивается за счет использова­ния механизмов с гибкими элементами (канаты или цепи).

Рассмотрим основные типы механических индивидуальных приводов с точки зрения их кинематических схем.

Тип кинематической схемы определяется конструкцией ба­лансира, исполняемого в виде двуплечного или одноплечного рычага.

 

Балансирные станки-качалки

 

Станки-качалки с двуплечным балансиром. В этой конструк­ции опора балансира находится между точками подвеса штанг и сочленения балансира с шатуном. Усилия к балансиру передает­ся через шатун соединенные с балансиром траверсой.

Стандартом 1966 г. было предусмотрено 20 типо-размеров станков-качалок (СК) грузоподъемностью от 1,5 до 20 т (см. табл. 7. 1) [10].Типовая конструкция СК представлена на рис. 7.11. Впервые в стране был начат выпуск приводов, в кото­рых редуктор был поднят и установлен на подставке.

При создании размерного ряда учитывалась унификация уз­лов и элементов с той целью, чтобы свести к минимуму разно­образие быстроизнашивающихся узлов и тем самым упростить изготовление, ремонт, обслуживание и снабжение оборудова­ния запасными элементами. Для этого из 20 типов станков-ка­чалок 9 — были выполнены как базовые, а остальные 11 — в виде их модификаций. Модификации заключались: 1) в измене­нии соотношений длин переднего и заднего плеч балансира пу­тем замены головки балансира или всего балансира, что приво­дило к изменению грузоподъемности и длины хода станка-качалки; 2) в применении редуктора с другим крутящим момен­том- 3) в одновременной замене балансира и редуктора.

Фактически в серийный выпуск пошли только 9 моделей, включая 7 базовых и 2 модифицированных. Условное обозначе­ние на примере 4СКЗ-1,2-700 расшифровывается следующим образом:

4СК — станок-качалка 4 — базовой модели;

3 — допускаемая нагрузка на головку балансира 3 т;

1,2 — наибольшая длина хода точки подвеса штанг 1,2 м;

700 — допускаемый крутящий момент на редукторе 700 кгс*м.

Начиная с этого стандарта, в числе важнейших параметров стал регламентироваться крутящий момент редуктора вместо числа качаний балансира.

Основные типоразмеры СК, выпускаемых по разным стан­дартам, приведены в таблице 7.1—7.12. Указанные станки-качалки имеют редукторы следующих ти­пов (см. табл. 7.7).

В условных обозначениях редукторов указано:

Ц — цилиндрический;

2 — двухступенчатый;

Н — нормального ряда;

С — суммарное осевое расстояние в мм;

Ш — шевронное зацепление (этот признак был положен в основу отличия станков-качалок с одинаковыми параметрами).

 

Рис. 7.11. Схема станка-качалки по ГОСТ 5866-66



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-08-26; просмотров: 1544; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.119.255.183 (0.008 с.)