2765.Оборудование для добычи нефти и газа Часть 2

Рис. 7.4. Общая классификация индивидуальных приводов штанговых скважинных насосов

По числу ходов птлх точки подвеса штанг приводы насосов могут быть следующими:

Тихоходные Со средним числом ходов Быстроходные

По величине потребляемой мощности. Выше мы классифици­ ровали приводы в укрупненном виде по величине основных па­ раметров. Произведение этих параметров Р- s- п представляет собой работу, выполненную в единицу времени (в течение од­ ной минуты), т.е. мощность.

С учетом величины потребляемой мощности N, кВт, индивиду­ альные приводы насосов можно разделить на четыре категории.

Общая классификация индивидуальных приводов штанговых глубинных насосов представлена на рис. 7.4 и 7.5.

Индивидуальные механические приводы

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

Как все приводы, так и механические бывают индивидуаль­ ные 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 одно­ временно является приводом других нефтепромысловых меха­ низмов, как, например, лебедки для подземного ремонта, насо­ са для закачки жидкости в скважину, подвесного компрессора для откачки газа из скважины и т.д.

Использование индивидуального привода насосов одновре­ менно для других промысловых механизмов не всегда рацио­ нально, так как, во-первых, конструкция привода усложняется, а во-вторых, глубинный насос и дополнительный механизм бу­

дут работать в одном режиме. Таким образом, при создании оп­ тимального режима работы насоса дополнительный механизм будет работать не в оптимальном режиме, и наоборот.

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

Особое влияние на работу и конструкцию привода насоса оказывает принципиальная кинематическая схема преобразую­ щего 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 ка­ чающегося 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 па­ раметров (максимальные значения: нагрузки в точке подвеса штанг Ртт, длины хода 5тах и числа ходов wmax), индивидуальные механические приводы характеризуются еще максимальным до­ пустимым значением крутящего момента Мтах на валу ведущего звена преобразующего механизма (то же самое, что и на ведо­ мом валу трансмиссии). Так что максимальное значение этого момента является одним из основных параметров механических индивидуальных приводов.

По величине крутящего момента индивидуальные механичес­ кие приводы могут быть классифицированы следующим обра­ зом (кгс-м):

приводы с малым моментом со средним с большим

со сверхбольшим

Между крутящим моментом и параметрами Рта, S и п суще­ ствует определенная аналитическая зависимость. Общая класси­ фикация 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 приво­ ды (станки-качалки) могут быть подразделены на две группы: станки-качалки с двуплечим балансиром и одноплечим балан­ сиром [9].

Встанках-качалках с двуплечим балансиром (рис. 7.6) опора

Скачения 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.

Встанках-качалках с одноплечим балансиром точка сочлене­ ния В шатуна 3 с балансиром DC находится между точкой под­ веса штанг D и опорой балансира С. Соединение станка-качал­ ки (т.е. конца его балансира) с колонной штанг (с точкой подве­ са штанг) производится двояко — непосредственно шарнирно (см.

рис. 7.6, а и 7.7, а) или посредством гибкой связи 5 (см. рис. 7.6, 6

и7.7, б).

Впервом случае штанга подвешивается непосредственно к концу балансира в точке D, которая описывает дугу DlDD2ради­ усом Кх(см. рис. 7.6, а и 7.7, а). Общее отклонение оси сальни­ кового полированного штока OD от вертикальной оси скважи­ ны (или от оси сальника) будет равно величине стрелы Л сегмен­ та D\DDr Такое отклонение оси сальникового штока отрица­ тельно влияет на работу сальникового устройства. По этой при­ чине такое соединение головки балансира станка-качалки с точ­ кой 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 сальниково­ му штоку, всегда огибает дугу радиусом Ку Таким образом, обес-

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. 7.8. представлена клас­ сификация механических балансирных приводов скважинных Штанговых насосов (станков-качалок) [9].

при одинаковых параметрах. На рис. 7.9 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. 7.9 видно, что при одноплечих балансирах отношение кг 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 = r'/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 стан ков-качалок наоборот) [9].

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

по