1458

Рис. 2.7. Сравнительная схема станков-качалок

сдвуплечим и одноплечим балансиром

а— с шарнирной головкой; б — с дуговой головкой

печиваются прямолинейное движение точки подвеса штанг D и нормальная работа сальникового устройства.

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

Учитывая, что в нефтяной промышленности в основном при­ меняются станки-качалки с четырехзвенным кривошипно-ко- ромысловым преобразующим механизмом, будем называть их обычными станками-качалками. На рис. 2.8. представлена клас­ сификация механических балансирных приводов скважинных штанговых насосов (станков-качалок) [26].

Впоследние годы на нефтепромыслах страны стали появ­ ляться станки-качалки с перенесенным вперед четырехзвенным механизмом, в которых шарнирный четырехзвенник располо­ жен между скважиной и опорой балансира. Такие приводы при­ нято называть станками-качалками с одноплечим балансиром.

Вчисле основных достоинств'подобных станков-качалок —

компактность по сравнению с обычными станками-качалками

Рис. 2.8. Классификация механических балансирных приводов скважинных штанговых насосов

Рис. 2.10. Общая классификация уравновешивания привода скважинного штангового насоса

при одинаковых параметрах. На рис. 2.9 представлена совме­ щенная сравнительная схема механизма с двуплечим и однопле­ чим балансиром.

Для механизма с одноплечим балансиром параметры обозна­ чены индексом-штрихом. В приводах с двуплечим балансиром отношение переднего и заднего плеч балансира обычно состав­ ляет k jk = 1,0—1,2 и даже в вышедших из применения стан­ ках-качалках не превышало 1,4—1,5. Из схемы на рис. 2.9 видно, что при одноплечих балансирах отношение kv выполняющего роль переднего плеча, К к! (заднее плечо) существенно больше, т.к. длина заднего плеча составляет лишь часть длины передне­ го плеча балансира. Поэтому во втором случае одним и тем же кривошипом можно получить намного больший ход головки балансира или, при одинаковой длине хода, сократить габари­ ты станка-качалки по сравнению с обычной. При этом все ос­ новные геометрические отношения звеньев остаются теми же (г/1 = г '//’, г/к — г'/к'). Одновременно решается проблема ог­ раничения массы кривошипов, противовесов и установки в целом, т.к. сокращается и потребная длина фундамента. Фак­ тически в станках-качалках с механическим уравновешивани­ ем отношение k jk ' составляет не очень большую величину, т.к. из стремления получить другие преимущества точка В' со­ пряжения шатунов с траверсой (с балансиром) переносится ближе к головке балансира.

Применение кинематической схемы с одноплечим баланси­ ром позволяет улучшить динамические характеристики станкакачалки, т.е. уменьшить динамические нагрузки и смягчить виб­ рации насосных штанг; при этом кривошипы должны вращать­ ся против часовой стрелки при устье скважины слева от наблю­ дателя (для обычных станков-качалок наоборот) [27].

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

Условия уравновешивания станков-качалок с одноплечим балансиром позволяют применять в них фигурные кривошипы.

Схема станка-качалки является очень удобной для примене­ ния пневматического, гидравлического или комбинированного

уравновешивания, которые используются в тяжелых мощных установках. В этих случаях соответствующий цилиндр помеща­ ется 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 ба­ лансиру, а шток к основанию. Система уравновешивания полу­ чается сложной, т.к. помимо цилиндро-поршневой группы тре­ буется целый комплекс оборудования. Например, при пневма­ тическом уравновешивании с гидрозатвором необходимы комп­ рессор, ресивер, масляный компенсационный насос, емкость с маслом и др. (рис. 2.10).

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 группо­ вые 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 исполь­ зовался для эксплуатации малодебитных скважин и в настоящее время не применяется. В индивидуальном механическом приво­ де трансмиссия уменьшает частоту вращения вала двигателя до числа оборотов, соответствующего числу двойных ходов точки подвеса штанг.

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

Трансмиссия, используемая в индивидуальном приводе, обыч­ но состоит из ременной передачи от двигателя к входному валу редуктора. Редуктор выполняется двухили трехступенчатым с зубчатыми зацеплениями различных типов.

Наибольшее влияние на конструкцию установки оказыва­ ют тип и кинематическая схема преобразующего механизма.

По видам преобразующих механизмов механические приводы делятся на две группы: балансирные и безбалансирные. В пер­ вых возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг достигается использованием качающегося рычага — баланси­ ра, который соединяется с выходным валом трансмиссии по­ средством кривошипно-шатунного механизма. В свою очередь кривошипно-шатунный механизм может быть со звеньями имеющими постоянную или переменную длину, изменяющу­ юся в пределах времени одно цикла работы установки.

В безбалансирных приводах возвратно-поступательное дви­ жение точки подвеса штанг обеспечивается за счет использова­ ния механизмов с гибкими элементами (канаты или цепи).

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

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

2.2.1 Л. Балансирные станки-качалки

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

Стандартом 1966 г. было предусмотрено 20 типо-разме- ров станков-качалок (СК) грузоподъемностью от 1,5 до 20 т (см. табл. 2.1) [28]. Типовая конструкция СК представлена на рис. 2.11. Впервые в стране был начат выпуск приводов, в кото­ рых редуктор был поднят и установлен на подставке.

При создании размерного ряда учитывалась унификация уз­ лов и элементов с той целью, чтобы свести к минимуму разно­ образие быстроизнашивающихся узлов и тем самым упростить изготовление, ремонт, обслуживание и снабжение оборудова­ ния запасными элементами. Для этого из 20 типов станков-ка­ чалок 9 — были выполнены как базовые, а остальные 11 — в виде их модификаций. Модификации заключались: 1) в измене­ нии соотношений длин переднего и заднего плеч балансира пу­ тем замены головки балансира или всего балансира, что приво­ дило к изменению грузоподъемности и длины хода станка-ка-

Рис. 2.11. Схема станка-качалки по ГОСТ 5866-66

чалки; 2) в применении редуктора с другим крутящим момен­ том; 3) в одновременной замене балансира и редуктора.

Фактически в серийный выпуск пошли только 9 — моделей, включая 7 базовых и 2 модифицированных. Условное обозначе­ ние 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 кгсм. Начиная с этого стандарта, в числе важнейших параметров

стал регламентироваться крутящий .момент редуктора вместо числа качаний балансира.

Основные типоразмеры СК, выпускаемых по разным стан­ дартам, приведены в таблице 2.1—2.12.

Указанные станки-качалки имеют редукторы следующих ти­ пов (см. табл. 2.7).

Вусловных 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).

Станки-качалки по ГОСТ 5866-76

Из намечавшихся к выпуску 30 типо-размеров про­ изводством было освоено 7 моделей представленных в таблице 2.3.

Условное обозначение на примере СК5-3-2500 расшифровы­ вается следующим образом:

СК5 — станок-качалка с максимальной нагрузкой на головку балансира 5 т;

3 — максимальная длина хода устьевого штока 3 м;

2500 — максимальный крутящий момент на ведомом валу редуктора 2500 кгс м.

Встанках-качалках применяются редукторы следующих типов: СКЗ-1,2-630 Ц2НШ-315 (/ = 39,868)

СК5-3-2500 Ц2НШ-450 (/ = 39,924) СКб-2,1- 2500 Ц2НШ-450 (/ = 39,924) СК8-3,5-4000 Ц2НШ-750Б (/ = 37,18) СК8-3,5-5600 Ц2НШ-560 (/ = 40,315) СК10-3-5600 Ц2НШ-560 (/ = 40,315) СК12-2.5-4000 Ц2НШ-750Б (/= 37,18).