7.2.7. Уравновешивание балансирных станков-качалок

Как уже отмечалось, равномерная нагрузка приводного дви­гателя штанговой глубиннонасосной установки возможна толь­ко при наличии уравновешивающего устройства. В балансирных станках-качалках наиболее широко применяют уравновешиваю­щие устройства, состоящие из грузов, установленных на балансире и роторе.

* Под уравновешенностью установки подразумевается равенство ра­бот, совершаемых двигателем при ходе вверх и вниз, т.е. А_в = А_н.

Определим вес груза, устанавливаемого на балансире, при котором установка будет уравновешена. Воспользуемся для это­го элементарной теорией. Механическая работа сил инерции на полированном штоке будет равна нулю, так как при его разгоне силы инерции будут иметь положительный знак, а при тормо­жении — отрицательный.

При движении штанг вверх работа будет затрачиваться на перемещение штанг и жидкости

А_в = (7.6)

при ходе вниз

(7.7)

Полезная работа за двойной ход будет

При установке на балансире в точке В уравновешивающего груза G (рис. 7.56) механическая работа при ходе вверх и вниз будет соответственно равна (полагаем, что переднее плечо ба­лансира равно заднему)

A_в=(P_ж + P_щm)S-GS

А_н=-Р_штS ₊ GS (7.8)

Рис. 7.56. Кинематическая схема балансирного станка- качалки с балансирным уравновешиванием

Если в уравновешенном станке-качалке А_в = А_н, то, прирав­няв правые части уравнений, получим

(7.9)

Поскольку в реальных станках-качалках груз в точке В не устанавливают, то с учетом различных длин плеч балансира вес уравновешивающего груза будет равен

(7.10)

Данный способ уравновешивания называется балансирным, он прост, но его основным недостатком является появление допол­нительных инерционных сил, обусловленных наличием массы груза G. Инерционные силы отрицательно сказываются на ра­боте всех деталей установки.

От этого недостатка свободен роторный способ уравновеши­вания (рис. 7.57). Уравновешивающий груз G_p монтируют на кри­вошипе. При ходе штанг вверх и вниз совершенная двигателем работа будет равна

(7.11)

Приравняв правые части уравнений, получим (полагая, а = b)

(7.12)

а с учетом различной длины плеч балансира

(7.13)

При роторном уравновешивании постоянен вес грузов, кото­рые уравновешивают их перемещением по кривошипу, т.е. из­меняют радиус R.

Значение величины R определяется по формуле

(7.14)

Рис. 7.57. Кинематическая схема балансирного станка-качалки с роторным уравновешиванием

Рис. 7.58. Кинематическая схема балансирного станка-качалки с комбинированным уравновешиванием

При роторном уравновешивании инерционные усилия, воз­никающие при движении грузов, воспринимаются только под­шипниками кривошипного вала и при его постоянной угловой скорости вращения не передаются на другие детали установки.

При комбинированном уравновешивании на балансире уста­навливают уравновешивающий груз G (рис. 7.58).

Вес груза на роторе определяется следующим образом:

При ходе штанг вверх и вниз работа, затрачиваемая двигате­лем, равна

Определим величину груза G_p, задавшись значением веса гру­за G. Для этого приравняем правые части уравнений.

Тогда получим

Комбинированное уравновешивание применяют в основном на средних по мощности станках-качалках, где использование балансирного уравновешивания привело бы к появлению зна­чительных сил инерции от противовеса.

Уравновешенность установки контролируют замером вели­чины тока электродвигателя, максимальные значения которого при ходе штанг вверх и вниз должны быть одинаковыми.