Станок-качалка
Владельцы патента RU 2776693:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к оборудованию для эксплуатации нефтяных скважин и может быть использовано для управления процессом пуска станка-качалки. Станок-качалка содержит балансир 11, шатуны 10, противовесы 9, редуктор 6, электродвигатель 1. Передача механического момента от электродвигателя 1 к ведущему валу 6 редуктора 7 осуществляется при помощи автоматической коробки передач 3. Нижняя передача коробки 3 имеет передаточное число, обеспечивающее момент и усилие, достаточное для страгивания глубинного насоса. Верхняя передача соответствует установленному оптимальному режиму откачки и удовлетворяет определенному условию. Изобретение направлено на повышение энергоэффективности приводов штанговых насосов за счет использования менее мощных двигателей при помощи ступенчатого регулирования момента на редукторе станка-качалки при запуске насоса, а также регулирования режимов добычи нефти. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к оборудованию для эксплуатации нефтяных скважин и может быть использовано для подъема нефти из скважин, оборудованных штанговыми насосами.
Известна глубинно-насосная установка, содержащая штанговый насос, наземный привод с электродвигателем и пускорегулирующей аппаратурой (RU №1413239, кл. Е21В 43/00).
Недостатком известного устройства является невозможность регулирования, передаваемого на ведомый вал механического момента.
Известен многоскоростной биротативный привод станка-качалки со ступенчатым регулированием скорости, содержащем асинхронный электродвигатель с устройством управления, выполненный в виде блока биротативных двигателей, содержащих общий корпус статора, внутри которого размещены две статорные обмотки и два ротора, причем вал одного из роторов соединен муфтой с асинхронным двигателем, а вал второго - с нагрузкой, муфта снабжена фрикционным тормозом, приводимым в действие электромагнитом (Патент РФ №2229622).
Недостатком этого технического решения, принятого в качестве прототипа, является невозможность изменения передаваемого механического момента на ведомый вал, что затрудняет вывод скважины из фазы накопления к фазе откачки, т.к. моменты страгивания глубинного насоса в этот максимальны.
Известно устройство станка-качалки балансирного типа (Патент РФ №2260713), содержащий основание, стойку, двуплечий роторный балансир с гибкой подвеской устьевого штока, траверсу с шатунами, кривошипы с противовесами и редуктор с электродвигателем, отличающийся тем, что в корпусе противовеса, переднего по направлению их движения, выполнен продольный паз, который снабжен направляющими и установленным в нем с возможностью перемещения перпендикулярно оси вращения кривошипа диском-грузом, причем масса такого переднего противовеса выполнена равной массе противовеса заднего по направлению движения.
Недостатком этого технического решения является невозможность изменения скорости вращения привода без перемонтажа ременной передачи, что затрудняет переключение режимов работы штангового насоса.
Техническая проблема заключается в создании станка-качалки с достижением следующего технического результата: повышение энергоэффективности приводов штанговых насосов за счет использования менее мощных двигателей при помощи ступенчатого регулирования момента на редукторе станка-качалки при запуске насоса, а также регулирования режимов добычи нефти.
Задача решается тем, что в станке-качалке, содержащем балансир, шатуны, противовесы, редуктор, электродвигатель, согласно изобретению, передача механического момента от электродвигателя к ведущему валу редуктора осуществляется при помощи автоматической коробки передач, нижняя передача которой имеет передаточное число NH, обеспечивающее момент и усилие, достаточное для страгивания глубинного насоса
Nн>(Mmax-стр / Мmax-дв),
а передаточное число Nв верхней передачи соответствует установленному оптимальному режиму откачки и удовлетворяет условию:
Nв>(Mmax-раб / Мmax-дв),
где Mmax-стр, Mmax-дв и Mmax-раб - максимальные моменты, соответственно, при страгивании глубинного насоса, электродвигателя и рабочий, соответствующий установленному оптимальному режиму работы глубинного насоса.
Коробка передач на верхней передаче имеет на выходном валу частоту вращения F, соответствующую технологической частоте качаний станка качалки Nкач.
Автоматическая коробка передач включает в себя гидротрансформатор, гидроблок, планетарный механизм и электронный блок управления.
В качестве автоматической коробки передач может быть использована роботизированная коробка передач, включающая в себя планетарный механизм и электронный блок управления, или бесступенчатая автоматическая коробка передач, включающая в себя вариативный механизм, гидротрансформатор и электронный блок управления.
На фигуре представлен станок-качалка.
Станок-качалка содержит электродвигатель 1, промежуточный вал 2, коробку передач 3, имеющую выходной вал 4, на который посажен шкив клиноременной передачи 5, ведущий вал 6 редуктора 7, кривошипы 8 с противовесами 9, шатуны 10, балансир 11 и головка балансира 12.
Передача механического момента от электродвигателя 1 осуществляется при помощи промежуточного вала 2 к коробке передач 3, на выходном валу 4 которого посажен шкив клиноременной передачи 5, приводящей во вращение ведущий вал 6 редуктора 7, на ведомом валу которого жестко посажены кривошипы 8 с противовесами 9; далее вращательный момент передается при помощи шатунов 10 балансиру 11 и через головку балансира 12 преобразуется в возвратно-поступательное движение колонне штанг (не показано).
При пуске электродвигателя 1 включается нижняя передача коробки передач 3, создавая момент вращения на выходном валу 4 коробки передач 3, достаточный, чтобы в совокупности с перечисленными узлами 5-11 создать усилие на головке балансира 12 для страгивания глубинного насоса.
После страгивания глубинного насоса, усилие, требуемое для работы глубинного насоса, уменьшается, и коробка передач 3 переключается на верхнюю передачу соответствующую оптимальному режиму откачки при крутящем моменте Mmax-раб на валу электродвигателя.
1. Станок-качалка, содержащий балансир, шатуны, противовесы, редуктор, электродвигатель, отличающийся тем, что передача механического вращательного момента от электродвигателя к редуктору осуществляется при помощи автоматической коробки передач, нижняя передача которой имеет передаточное число Nн, достаточное для страгивания глубинного насоса
Nн>(Mmax-стр / Мmax-дв),
а передаточное число Nв верхней передачи удовлетворяет условию:
Nв>(Mmax-раб / Мmax-дв),
где Mmax-стр, Mmax-дв и Mmax-раб - максимальные моменты соответственно при страгивании глубинного насоса, электродвигателя и рабочий, соответствующий установленному оптимальному режиму работы глубинного насоса.
2. Станок-качалка по п. 1, отличающийся тем, что автоматическая коробка передач на верхней передаче имеет на выходном валу частоту вращения, соответствующую технологической частоте качаний станка качалки.
3. Станок-качалка по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве автоматической коробки передач используется роботизированная коробка передач, включающая в себя планетарный механизм и электронный блок управления.
4. Станок-качалка по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве автоматической коробки передач используется бесступенчатая автоматическая коробка передач, включающая в себя вариативный механизм, гидротрансформатор и электронный блок управления.
