Станок-качалка

Соктз СоветскмкСоцнапнстмческнкРеспубики ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТО В СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ3)Приоритет по делан иэабретенк и открытки) УДК 621. ,651(088.8) Дата опубликования описания 18.02(51) СТАНОК-КАЧАЛКА 10 ое лиИзобретение относится к привоам скважинных штанговых насосов частности к станкам-качалкам и можетбыть использовано при эксплуатации нефтяных скважин,Известны станки-качалки, содержащие основание, опорную стойку, балан сир, связанный с установленным на опорной стойке подшипником, электродвигатель, уравновешивающий элемент в виде противовесов, расположенных на шатунно-кривошипном механизме при роторном уравновешивании или непосредственно на балансире при балансирном уравновешивании, и тормозное устройство 1 1.Цель изобретения - повышение эффективности работы станка-качалки пу тем облегчения и ускорения процессов изменения длины хода и числа качаний, а также снижения мощности электродвигателя.Эта цель достигается тем, чт электродвигатель выполнен в вид нейного асинхронного двигателя с реверсивным возвратно-поступательно движущимся рабочим органом, расположенного на балансире, который снаб- .ажен направляющими и установленными в них с возможностью перемещения, по меньшей мере, одним набором грузов, связанным с возвратно-поступательно движущимся рабоцим органом двигате" ля.На фиг. 1 схематично представленстанок-качалка с роторным уравновешиванием и возвратно-поступательно движущимся статором линейного асин" хронного двигателя; на фиг. 2 - стат 5нок"качалка с роторным уравновешиванием 1 т возвратно-поступательно дви- .жущимся ротором линейного асинхронного двигателя; на фиг. 3 - станоккацалка с балансирным уравновешивани ем и возвратно-поступательно движущимся ротором линейного асинхронного двигателя, с установленными по обе стороны ротора грузами; на фиг.905511 3станок-качалка с балансирным уравновешиванием и возвратно-поступательно движущимся ротором линейного асинхронного двигателя, с установленными по одну сторону от ротора грузами.Станок-качалка (на фиг. 1) состоит из установленных на раме основанияопорной стойки 2, на которой расположен балансир 3 с шар нирно закрепленной к нему головкой 4, связанный с установленным на опорной стойке 2 подшипником 5, а также опорной стойки 6 кривошипного вала 7, на котором расположены кривошипы 8, 1 з связанные с шатунами 9 и обрарующие кривошипно-шатунный механизм (не обозначен), взаимодействующий посредством траверсы 10 с балансиром 3. На кривошипах 8 кривошипно-шатунного ме ханизма установлены уравновешивающие элементы-противовесы 11 для уравновешивания всей системы станка-качалки во время его работы, а на балансире 3 - линейный асинхронный элект родвигатель (ЛАД) 12 со статором 13 и ротором 14.Балансир 3, в свою очередь, снабжен направляющими 15 и установленным в них .с возможностью перемещения, по 30 меньшей мере, одним набором грузов 16, расположенных на стойке 17, и связанным с возвратно-поступательно движущимся рабочим органом-статором .13 (фига 1) или РОтОРОм 14 (фиГ 2) 3 электродвигателя 12. Корпус возвратно-поступательно движущегося рабочего органа (не показан) статора 13(фиг.1) или ротора 14 (фиг. 2) установлен в направляющей 15 с помощью опор каче ния 18. На балансире установлены упорные стойки 19 и 20 и концевые отключатели 21 и 22, а на раме основания 1 - тормозное устройство 23, при-чем опорная стойка 2 балансира 3 снабжена амортизаторами-отключателями 24 и 25 хода балансира с вмонтированными в них концевыми включателями (не показаны).Головка 4 балансира 3 посредством канатной подвески 26 соединена с траверсой 27 полированного штока и колонной насосных штанг в скважине (не показаны):На фиг. 1 ротор 14 электродвигате- з ля 12 неподвижно закреплен в упорных стойках 19 и 20, а его статор 13 имеет возможность возвратно-поступа 4тельного перемещения по направляющим 15 балансира 3 с помощью опор качения 18 совместно с набором грузов 16,На фиг, 2 статор 13 электродвигателя 12 неподвижно закреплен над местом установки балансира 3 на его опорной стойке 2, в то время как ротор14 с прикрепленными к его концамстойками 17 .с грузами 16 имеет возможность возвратно-поступательногоперемещения вдоль балансира 3,Станок-качалка, представленныйна фиг. 3, содержит те же элементы1-5 и 11-27 в той же самой взаимосвязи, что и станок-качалка на фиг. 1и 2. Кроме того, упомянутый станоккачалка на фиг. 3 содержит вторуюголовку 28,расположенную на другомконце балансира 3, противоположномустью скважины (не показано), дополнительную канатную подвеску 29, связанную со второй головкой 28 балансира 3, траверсу 30 дополнительнойканатной подвески 29, держатель 31противовесов 11, а также ось 32, подшипник 33, и направляющую 34 держателя 31. Вторая головка 28 балансира3, также как и его первая головка 4,посредством дополнительной канатнойподвески 29 соединена с траверсой 30,сочлененной с держателем 31 противовесов 11. Противовесы 11 опираются на ось 32 держателя 31, укрепленную перпендикулярно вертикальному стержню держателя, на который одеты противовесы. На концах оси 32 установлены подшипники 33 для возможности возвратно-поступательного перемещения держателя 31 с противовесами 11 вверх и вниз по двум направляющим 34 таврового профиля при работе станка- качалки.Станок-качалка (на фиг. 4) содержит элементы 1-5 и 11-34 в той же самой взаимосвязи, что и станок-качалка на фиг, 3. В то же время станок-качалка на фиг. 4 содержит дополнительно моторную головку 35 балансира 3, вторую дополнительную канатную подвеску 36, траверсу 37 второй дополнительной канатной подвески 36, ротор 38 и статор 39 дополнительного линейного асинхронного двигателя 40, установленного в опорных стойках 41 и 42,5 90551Моторная головка 35 параллельно совмещена с дополнительной головкой 28 таким образом, что последняя расположена внутри моторной головки 35, а щеки (не обозначены) этих головок жестко скреплены между собой. Передняя плоскость головки 35 имеет прорезь (на фиг. 1 не показана) для прохода дополнительной канатной подвески 29 при опускании заднего конца 10 балансира 3 со спаренными головками 28 и 35. Моторная головка 35 посредством второй дополнительной канатной подвески 36 соединена с тра" версой 37, связанной с ротором 38 15 дополнительного ЛАДа 0, статор 39 которого неподвижно укреплен в стойках М 1 и 12.Набор грузов 16 может быть при- КРЕйЛЕН И К ОДНОМУ Иэ КОНЦОВ ВОЗ- г 0 вратно-поступательно движущегося ротора 1 электродвигателя 12, в то время, как другой его конец остается свободным, причем в этом случае соответственно изменяется количество противовесов, например, на правом плече балансира 3 (см. фиг. ч). 30 жине. 35 40 45 50 55, ЛАД 12, перемещающий набор грузов 16 по направляющим 15 балансира 3 станка-качалки, в случае необходимости, может быть установлен и не на балансире, а на каком-либо отдель ном основании, размещенном в стороне от станка-качалки. При этом связь перемещаемых по направляющим 15 балансира 3 наборов грузов 16 непосредственно с двигателем 12 в каждом конкретном случае осуществляется известными конструктивными приемами.Станки-качалки работают следующим образом.После уравновешивания всей системы станка-качалки по фиг. т посредством установки и закрепления противовесов 11 выклюцается тормозное уст ройство 23 и включается ЛАД 12.Статор 13 электродвигателя с установленными на стойке 17 его корпуса набором грузов 16 начинает перемещаться по направляющим 15 с помощью опор качения 18 справа налево по балансиру 3 станка-качалки вдоль неподвижно прикрепленного к упорным стойкам 19 и 20 ротора 14.Дойдя до левого концевого отклюцателя 21, корпус статора 13 нажимает на него и, повернув, отключает ЛАД 12. Таким образом, статор 13 1 6ЛАДа 12 с грузами 1 Ь оказывается в крайнем левом положении на балансире 3.Под действием веса колонны шланг в скважине и веса статора 13 со стойкой 17 и набором грузов 16, передний конец балансира 3 с головкой Й нацинает опускаться, а задний конец его с противовесами 11 - подниматься. Дойдя до левого амортизатора-ограничителя 2 с вмонтированным в него концевым включателем, переднее плечо балансира 3 нажимает на подушку амортизатора-ограницителя и включает электродвигатель 12, При этом статор 13 с установленным на стойке .17 его корпуса набором грузов 16 начинает перемещаться по направляющим 15 по балансиру 3 в обратном направлении до упора в правый концевой отключатель 22; при нажиме статора 13 на отклюцатель 22 происходит отключение ЛАДа 12 и статор 13 со стойкой 17 и набором грузов 16 оказывается в крайнем правом положении на балансире 3. Под действием противовесов 11 и веса статора 13 со стойкой 17 и набором грузов 16 задний конец балансира 3 нацинает опускаться а передний его конец с головкойЭч идут вверх, увлекая за собой колонну насосных штанг, плунжер скважиН- ного насоса и столб жидкости в скваДойдя до правого амортизатора-ограничителя 25 с вмонтированным в него концевым включателем, заднее пле" чо балансира нажимает на подушку амортизатора-ограничителя и включает электродвигатель 12. Далее работа станка-кацалки осуществляется в той же последовательности. Работа станков-качалок, изображенных соответственно на фиг. 2 и 3, осуществляется аналогичным образом с той лишь разницей, цто при не подвижно закрепленном статоре 13 электродвигателя 12, возвратно-поступательное перемещение вдоль направляющих 15 балансира 3 станка- качалки совершает его ротор 14 совместно со стойками 17 и установленными на них наборами грузов 16; в этом случае попеременное переключение концевых отклюцателей 21 и 22 осуществляется указанными стойками 17, 90551В вышеописанных вариантах станков-качалок по фиг. 1 и 2 при качании балансира 3 кривошипы 8 с противовесами 11 совершают возвратнокацательное движение по дуге, не превышающей 175 ц .Работа станка-качалки (по фиг,4) осуществляется следующим образом.Посредством противовесов 11 почти уравновешивается колонна штанг 1 О в скважине (вес противовесов немного меньше веса колонны штанг в жидкости скважины), а электродвигатель 40, связанный с моторной головкой 35, выбирается таким, чтобы момент силы, 1 з создаваемый его силой тяги, полностью был равен моменту силы, возникающему от действия веса поднимаемого в скважине столба жидкости при ходе колонны штанг вверх. 26Восле этого выключается тормозное устройство 23 и включается ЛАД 12, расположенный на балансире 3 станка- качалки. Ротор 14 этого электродвигателя совместно со стойкой 17 и набо- И ром грузов 16 начинает перемещаться в сторону передней головки 4. Дойдя до крайнего левого положения, стоика 17 с набором грузов 16 нажимает на правый концевой отключатель 22 зо и выключает электродвигатель 12 на балансире 3, Оод действием веса колонны штанг в скважине передний конец балансира 3 с головкой 4 начинает опускаться, а задний конец ба-з лансира 3 со спаренными головками 28 и 35 идет вверх, увлекая за собой соответственно противовесы 11 и ротор 38 отключенного электродвигателя 40, связанного с моторной головкой 35Дойдя до левого амортизатора- ограничителя 24 с вмонтированным в него концевым включателем, левое плечо балансира 3 нажимает на подушку амортизатора и включает электродвигатель 12, расположенный на балансире 3, ротор 14 со стойкой 17 и набором грузов 16 начинает перемещаться в обратном направлении, в сторону заднего конца балансира 3;Дойдя до крайнего правого положения на балансире 3, бурт ротора 14 нажимает на левый концевой отключатель 21 и выключает электродвига- фф тель 12, расположенный на балансире 3, одновременно происходит включение электродвигателя 40, связанного с моторной головкой 35, и задний конец балансира 3 под действием набора грузов 16, противовесов 11 и силы тяги ротора 38 электродвигателя 40, связанного с моторной головкой 35, начинает опускаться, а передний конец балансира 3 с головкой 4 пойдет вверх, увлекая за собой колонну насосных штанг, плунжер скважинного насоса и столб жидкости в скважине. Дойдя до правого амортизатора-ограничителя 25 с вмонтированным в него концевым включателем, правое плечо балансира 3 нажимает на подушку амортизатора и включает электродвигатель 12, расположенный на балансире 8, одновременно происходит выключение электродвигателя 40, связанного с моторной головкой 35,и ротор 14 со стойкой 17 и набором грузов 16 начинает перемещаться опять в сторону передней головки 4, Далее работа станка-качалки осуществляется в той же последовательности.Из всех существующих конструкций станков-кацалок станок-качалка, изображенный на фиг. 4, является наиболее уравновешенной системой. В этом станке-качалке применен принцип распределения нагрузки как в системе уравновешивания, так и в системе его привода, т.е. часть функции уравновешивания приходится на двигатель, а часть - на грузы, то же имеет место в приводе станка-качалки.Таким образом, в обоих случаях используется сила граЪитации как движущая сила, причем в приводе двигатель перемещает грузы по наклонной плоскости (угол наклона которой не превышает 30 ф), а не по вертикали, что дает возможность применить двигатель малой мощностиДвигатель, работающий в системе уравновешивания станка-качалки, эа счет применения вышеуказанного прин.ципа распределения нагрузки, также имеет небольшую мощность, а суммарная мощность обоих двигателей таким образом меньше мощности электродвигателя существующего станка-качалки той же грузоподъемности.Изменение длины хода станка-качалки в четырех представленных вариантах может быть осуществлено пу;тем перестановки и закрепления в нужном положении концевых отключателей 21 и 22 на балансире 3 и аморти10 905511 Формула изобретения 9заторов-ограничителей 24 и 25 на опорной стойке 2.Плавное изменение чисел качания балансира в широких пределах в предлагаемых вариантах станка-качалки может быть достигнуто плавным увеличением или уменьшением скорости возвратно-поступательного перемещения статора или ротора электродвигателя посредством известных компактных, легких тиристорных преобразователей частоты электрического тока.При необходимости осуществления спуско-подъемных операций статор 13 электродвигателя 12 (фиг. 1) или ротор 14 электродвигателя 12 (фиг,2- 4) с набором грузов 16 переводится в крайнее левое положение на балансире 3, двигатели отключаются и станок-качалка затормаживается в этом положении посредством тормозного устройства 23; с головки 4 балансира снимается канатная подвеска 26, головка поворачивается в сторону от оси скважины, после цего постепенно разводятся тормозные колодки (не показаны) тормозного устройства 23, удерживающие тормозной шкив (не показан), и балансир опускается на правый амортизатор-ограничитель 25.При этом статор электродвигателя или его ротор с набором грузов не смогут опуститься по балансиру станка-качалки вниз, так как удерживаются магнитными боковыми колодками (не показаны), вступающими в мгновенное (после выключения двигателя на балансире) сцепление с направляющими 15. Вообще же самопроизвольный выход электродвигателя с набором грузов за пределы балансира невозможен (даже при выходе из строя его тормозной системы), так как его положение на балансире ограничено с боков двумя направляющими 15, а на концах балансира упорными стойками 19 и 20. Станок-качалка, содержащий основание, опорную стойку, балансир, сея 15 занный с установленным на опорнойстойке подшипником, электродвигатель,противовесы и тормозное устройство,о т л и ц а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения эффективности егощ работы путем облегчения и ускоренияпроцессов изменения длины хода ичисла качаний, а также снижения мощности электродвигателя, последнийвыполнен в виде линейного асинхронд ного двигателя с реверсивным возвратно-поступательно движущимся рабочим органом, расположенного на балансире, который снабжен направляющимии установленным в них с возможностьюЗО перемещения, по меньшей мере, однимнабором грузов, связанным с возвратно-поступательно движущимся рабочиморганом двигателяИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе351. Приводы штанговых глубинных насосов, Каталог-справочник.ЦИНТИХИИНЕФТЕИАШ, И., 1969, с. 7-12,рис. 1, 2, 4.905511 Составитель Э, Гинзбургактор Н. Горват Техред А.Бабинец Корректор Г, НазароваФеее е еееее е е ее ее е е е е Заказ 328/49 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 е еееТираж 6708 НИИПИ Госудпо делам и33035, Москва Подписноерственного комитета СССРобретений и открытий3-35, Раущская наб д. 4/5