книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти

центр вращения кривошипа находится между скважиной и ли­ нией В{В2. Следовательно, в этом случае длина L преобразующе­ го механизма будет меньше, чем длина при симметричной схеме.

Таблица 2.18

Одним из основных экономических показателей современ­ ных машин и механизмов является компактность и легкость их конструкции. Поэтому увеличение длины хода точки подвеса штанг за счет увеличения габаритных размеров, а следовательно и веса, нерационально. Рациональным в данном случае спосо­ бом увеличения длины хода, на первый взгляд, является увели­ чение значений кинематических отношений г/1, r/к и кх/к.

По формулам 2.124 для этого случая подсчитаны значения звеньев к{ = к, г и / для значений г/1 и г/к от 0,1 до 0,5, зане­ сенные в табл. 2.18, а также по этим значениям длин звеньев достроены кинематические схемы механизма, показанные на рис. 2.65.

Из рассмотрения табл. 2.18 и рис. 2.65 наглядно видно резкое влияние значении кинематических отношении г/1 и r/к на вели­ чины длин звеньев и на габариты преобразующего механизма станка-качалки.

Теперь рассмотрим, как влияет отношение плеч балансира k jk на габариты и длины звеньев преобразующего механизма к.

Как видно из формул 2.122 и 2.123, длины звеньев k, г, I и р четырехзвенного механизма обратно пропорциональны отноше­ нию k jk , а габаритные размеры для симметричной схемы име­ ют следующие зависимости:

где

В табл. 2.19 показаны значения длин звеньев г, I, к и кхпод­ считанные по формулам 2.123 для значений кх/к = 1,0—2,0 че­ рез 0,1 при S = 1, г/1 = 0,4 и г/к = 0,5.

ki/S 0,954 0,954 0,954 0,954 0,954 0,954 0,954 0,954 0,954 0,954 0,954

k/S 0,954 0,867 0,796 0,735 0,682 0,635 0,597 0,562 0,530 0,502 0,477

r/S 0,477 0,433 0,397 0,366 0,341 0,318 0,298 0,280 0,264 0,250 0,239

l/S 1,193 1,085 0,995 0,920 0,855 0,796 0,745 0,703 0,663 0,630 0,597

Рис. 2.66. Зависимость размеров преобразующего механизма от отношений плеч балансира к^/к

По данным табл. 2.19 построены кинематические схемы пре­ образующего механизма при 5 = 1 , рис. 2.66.

Из рис. 2.66 видно, что увеличение k j k приводит к уменьше­ нию продольного, и, особенно, высотного габарита преобразу­ ющего механизма.

2.2.8.2. Выбор рациональных значений отношений длин звеньев

Выше была показана зависимость длин звеньев и габаритных размеров станков-качалок от величин отношений длин звеньев г/1, r/к и kjk. С точки зрения габарита, веса, а следовательно, удобства в транспортировке, монтаже, демонта­ же и эксплуатации, чем больше значения этих отношений, тем лучше.

Если бы кинематические отношения г/1 и г/к не влияли на работу отдельных узлов и деталей механизма станка-качалки, а также на работу глубиннонасосной установки, можно было бы принимать значения этих отношений весьма большими — даже большими, чем приведенные в табл. 2.19. Но ввиду того, что теоретическими и экспериментальными исследованиями [48, 25] установлено заметное влияние значений кинематических отно­ шений г/1 и r/к на величину усилий в точке подвеса штанг и в других узлах привода и на форму кривой крутящего момента требуется всесторонний анализ для выявления оптимальных зна­ чений отношении г/1 и г/к.

Характерным является то обстоятельство, что отношения г/1 и r/k по-разному влияют на работу привода. Установлено, что с увеличением значения ///величина усилий в точке подвеса штанг, на опоре балансира и в точке сочленения шатуна с балансиром увеличивается, а с увеличением значения r/k величины этих же усилий уменьшаются. Это дает возможность, соответствующим образом увеличивая отношения г/1 и r/k, сохранять на одном уровне величины усилий в штангах.

Оптимальные значения этих отношений установили в пределах

у= 0,35 + 0,40;

-= 0,45 + 0,50.

к

С другой стороны, с увеличением отношений и несколько возрастают пиковые значения крутящего момента, также ухуд­ шается форма кривой крутящего момента за счет увеличения участков отрицательных моментов. Это вызывает определенные опасения возможного ухудшения условий работы редуктора и

сокращения срока его службы. Однако длительный опыт эксп­ луатации большого количества станков-качалок, выполненных с увеличенными отношениями г/1 и г/к, не указывает на какиелибо существенные неполадки в работе редукторов.

Из изложенного в настоящем разделе следует, что для осуще­ ствления компактного длинноходового балансирного.привода нужно величины кинематических отношений брать примерно следующими:

у = 0,35 + 0,40,

— = 0,45 + 0,50,

к

= ДО 1.7.

к

2.2.8.3. Влияние взаимного расположения узлов балансирного привода на его габариты и вес

От взаимного расположения отдельных узлов ба­ лансирного привода во многом зависят его габариты размеры и вес. При разных вариантах расположения основных узлов (дви­ гателя, опоры траверсы, опоры балансира, четырехзвенного ме­ ханизма и т.д.) при одних и тех же кинематических отношениях г/1 и г/к можно иметь разные габаритные размеры станка-качал­ ки в целом.

Расположение двигателя относительно редуктора

С целью обеспечения пожарной безопасности в обычных балансирных приводах, построенных на основе схемы показанных на рис. 2.60, электродвигатель расположен в макси­ мально отдаленном от устья скважины месте см. пунктирное изображение на рис. 2.67.

Как видно из рис. 2.67, при расположении двигателя с кли­ ноременной передачей между редуктором н скважиной длина станка-качалки заметно уменьшается. При этом для обеспече­ ния пожарной безопасности должно быть выдержано допускае-

Рис. 2.67. Влияние расположения двигателя на длину станка-качалки

мое расстояние между скважиной и электродвигателем. Распо­ ложение двигателя мощных длинноходовых станков по схеме рис. 2.67 является одним из резервов в деле сокращения их дли­ ны, а, следовательно, и веса, и размера фундамента.

Относительное расположение опоры балансира и опоры траверсы

Стачки-качалки сконструированы таким образом, что в горизонтальном положении балансира оси опоры балан­ сира, опоры траверсы, пальцев верхних головок шатунов и точ­ ки подвеса штанг находятся в одной плоскости. В этом случае тело балансира с головкой монтируется над кинематической линией DB балансира на расстоянии а, рис. 2.68 и оба шарнира находятся под телом балансира. Рассмотрим другие варианты относительного расположения этих опор:

а) оба шарнира находятся над балансиром рис. 2.69; б) опора балансира находится над, а опора траверсы — под

балансиром рис. 2.70; в) опора балансира находится под, а опора траверсы — над

балансиром рис. 2.71.

Из сопоставления перечисленных схем видно, что перенос опоры траверсы в точку, расположенную над балансиром рис. 2.69 и рис. 2.71, приводит к некоторому уменьшению высотного габарита станка-качалки.

Размещ ение шарнирного четырехзвенника

меж ду опорой балансира и точкой подвеса штанг

При размещении шарнирного четырехзвенника между опорой балансира и точкой подвеса штанг см. рис. 2.61 габарит станка в длину существенно уменьшается благодаря со­ вмещению при этой схеме коромысла четырехзвенника с частью переднего плеча балансира. Такое обратное расположение четы­ рехзвенника несколько уменьшает наибольшую нагрузку на штан­ ги и этим улучшает условия их работы [25].

Располож ение редуктора относительно рамы

станка-качалки

Во всех станках-качалках, редуктор устанавлива­ ется непосредственно на продольные балки рамы. В этом случае обеспечиваются минимальная высота станка и лучшая его ус­ тойчивость. Недостатком такого расположения редуктора явля­ ется то, что для обеспечения вращения длинных кривошипов с роторными:

грузами необходимо увеличить высоту фундамента. Во избе­ жание этого за последнее время почти все фирмы США, выпус­ кающие станки-качалки, между рамой и редуктором устанавли­ вают специальную металлическую тумбу.

В этом случае отпадает необходимость строить под станоккачалку высокий фундамент. Зато за счет установленной тумбы увеличиваются высота и вес станка-качалки и ухудшается его устойчивость.

2.2.9. МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ПОДБОРА ШТАНГОВЫХ СКВАЖИННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК

В качестве основы для подбора скважинных штанговых на­ сосных установок часто используется универсальная методика подбора скважинных насосных установок, разработанная на ка­ федре машин и оборудования нефтяной и газовой промышлен­ ности Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина [1, 30, 20].