Головка балансира
Головка балансира (рис.4) используется в качалках (рис.1) для добычи нефти. Изобретена мной конструкция упрощает сборку и технологию изготовления. Сборочное основание (1) (рис.4) имеет одинаковый размер по высоте со втулкой (4) и впадинами дуги (2). При сборке щека (3) приваривается к выступам дуги (2), втулки (4) и сборочному основанию (1). Соединение щеки (3) с дугой формирует реборды, которые не позволяют при перекосе качалки (рис.1) с ходу каната, позволяет изготовление головок балансира любой ширины по требованию заказчика, боку производить без оснастки. Данное решение позволяет сократить номенклатуру свариваемых деталей. Придает жесткость конструкции.
Головка балансира является одним из основных и ответственных узлов станков-качалок используемых для промышленной добычи нефти.
В нефтепромысловом оборудовании применяются головки балансира изготовленные методом гнутья швеллера и из листового материала (в частности американская фирма LUFKIN).
Метод изготовления головки балансира гнутьем швеллера не дает точности радиуса изгиба дуги, что влияет на колебание сальникового штока и износ устьевого оборудования. Значительный расход металла при обрезании концов загнутого швеллера. Для сборки и сварки всех элементов такой головки требуется металлоемкая оснастка, значительно превышающая вес самого изделия, но не обеспечивает прочностных характеристик головки. Головки фирмы LUFKIN изготовленные из листового материала имеют продольный желоб вдоль всей длины дуги головки для жесткости конструкции и предотвращения соскальзывания каната. Для формирования желоба требуется дополнительная оснастка и оборудование.
Предлагаемый мной метод изготовления головки балансира позволяет:
— значительно повысить жесткость конструкции;
— увеличить прочность и долговечность;
— сократить технологическую цепочку;
— сократить номенклатуру деталей;
— упростить процесс сборки;
— минимизировать металлоемкость и сложность оснастки;
— сопрягаемые элементы являются одновременно и деталями и оснасткой.
В перечне предлагаемых фигур чертежей представлены:
На Фиг.4 изображен сборочный чертеж головки балансира, где под поз.1 обозначен подсборочный чертеж опоры Фиг.8. Данная конструкция опоры является основным несущим элементом и одновременно оснасткой для дальнейшей сборки головки балансира. Для этого верхняя и нижняя части опоры Фиг.8 имеют размер L равный размеру L понижений дуги (Фиг.6) детали поз.2 Фиг.4, и равный размеру L детали поз.4 изображенной на Фиг.7. Имея одинаковый размер L детали изображенные на Фиг.6, Фиг.7 и Фиг.8 являются и деталями и оснасткой для сборки. Выступы детали (Фиг.6) поз.2 изображенные на Фиг.4 вставляются в пазы детали (Фиг.5) поз.3. Сварка деталей поз.2 и поз.3 изображенных на Фиг.4 производится по выступам с одной стороны как показано на виде Д. Количество выступов и понижений на детали Фиг.6 и пазов на детали Фиг.5, а также общий размер L задаются конструктивно исходя из размеров и грузоподъемности станка-качалки. Сварка деталей идет по радиусу R Фиг.5 и обеспечивает заданный радиус головки балансира и соответственно минимизирует колебание сальникового штока станка-качалки в продольном направлении и износ устьевого оборудования.
Головка балансира, состоящая из двух щек с пазами и дуги с выступами, изготовленных из листа плазменной резкой, а также двух втулок, при этом при сборке головки балансира выступы дуги вставляются в пазы каждой из двух щек.
Устройство для откидывания головки балансира
О П И С А Н И Е 367234
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 04.!Х.1967 (№ 1182134122-3) с присоединением заявки №
Опубликовано 23,1.1973. Бюллетень № 8
Дата опубликования описания 26.III.1973
Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров
УДК 622.248.4(088.8) Автор изобретения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКИДЫВАНИЯ ГОЛОВКИ БАЛАНСИРА
Устройство относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к скважинным станкам-качалкам.
Откидывание головки балансира при подземном ремонте скважин сопряжено с опасностью.
Известно приспособление для откидывания головки балансира станка-качалки в виде канатной петли определенной длины.
Цель изобретения — достижение безопасных условий труда, снижение трудоемкости, исключение применения дополнительных приспособлений и т. д. Для этого устройство снабжено червячным колесом, связанным с приводом, размещенным на балансире.
На чертеже изображено устройство.
Устройство представляет из себя червячную пару 1 с приводом 2, размещенным на балансире 8. Вал червячного колеса 4 соединен с головкой 5 балансира.
Устройство работает следующим образом.
Рабочий поднимается по лестнице на площадку стройки станка-качалки, выводит из зацепления стопор б головки 5 балансира и
5 вращением привода 2 откидывает головку балансира в одну из сторон до нужного положения.
Для приведения головки балансира в рабочее положение необходимо привод в ра щать в
10 обратную сторону до входа стопора б в вырез головки балансира.
Устройство для откидывания головки балан15 сира станка-качалки, включающее головку, балансир, привод, отличающееся тем, что, с целью обеспечения безопасных условий труда при откидывании головки, оно снабжено червячным колесом, связанным с приводом, раз20 мещенным на балансире.
Заказ 604/12 Изд. № 1144 Тираж 576 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Устройство для откидывания головки балансира
Патент 367234
Устройство для откидывания головки балансира
О П И С А Н И Е 367234
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 04.!Х.1967 (№ 1182134122-3) с присоединением заявки №
Опубликовано 23,1.1973. Бюллетень № 8
Дата опубликования описания 26.III.1973
Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров
УДК 622.248.4(088.8) Автор изобретения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКИДЫВАНИЯ ГОЛОВКИ БАЛАНСИРА
Устройство относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к скважинным станкам-качалкам.
Откидывание головки балансира при подземном ремонте скважин сопряжено с опасностью.
Известно приспособление для откидывания головки балансира станка-качалки в виде канатной петли определенной длины.
Цель изобретения — достижение безопасных условий труда, снижение трудоемкости, исключение применения дополнительных приспособлений и т. д. Для этого устройство снабжено червячным колесом, связанным с приводом, размещенным на балансире.
На чертеже изображено устройство.
Устройство представляет из себя червячную пару 1 с приводом 2, размещенным на балансире 8. Вал червячного колеса 4 соединен с головкой 5 балансира.
Устройство работает следующим образом.
Рабочий поднимается по лестнице на площадку стройки станка-качалки, выводит из зацепления стопор б головки 5 балансира и
5 вращением привода 2 откидывает головку балансира в одну из сторон до нужного положения.
Для приведения головки балансира в рабочее положение необходимо привод в ра щать в
10 обратную сторону до входа стопора б в вырез головки балансира.
Устройство для откидывания головки балан15 сира станка-качалки, включающее головку, балансир, привод, отличающееся тем, что, с целью обеспечения безопасных условий труда при откидывании головки, оно снабжено червячным колесом, связанным с приводом, раз20 мещенным на балансире.
Заказ 604/12 Изд. № 1144 Тираж 576 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Головка балансира привода штангового скважинного насоса
Полезная модель относится к оборудованию для добычи нефти и других жидкостей из скважин и используется в приводе скважинного штангового насоса (ШСН). Технической задачей полезной модели является разработка конструкции головки балансира со щеками из сплошного листа сварку, которой можно осуществить в условиях мелкосерийного производства при существенном сокращении сварочной оснастки. Головка балансира привода штангового скважинного насоса состоит из двух щек из сплошных листов, соединенных между собой опорной поверхностью канатной подвески, выполненной в виде полосы, изогнутой по дуге окружности, центр которой совпадает с центром качания головки балансира, металлоконструкции и опор оси поворота головки. Согласно полезной модели опорная поверхность канатной подвески выполнена с равномерно расположенными по ее боковым сторонам выступами, а по периферии щек выполнены дугообразные отверстия, в которых размещены выступы и соединены со щеками сварочным швом. 4 ил.
Полезная модель относится к оборудованию для добычи нефти и других жидкостей из скважин и используется в приводе скважинного штангового насоса (ШСН).
Известна головка балансира привода ШСН, состоящая из опорной поверхности канатной подвески, металлоконструкции и опоры оси поворота, соединенных между собой посредством сварки с использованием косынок. Опорная поверхность канатной подвески выполнена в виде швеллера, изогнутого по дуге окружности, центр которой совпадает с осью качания балансира. Такая конструкция головок использовалась в широко известных приводах ПНШ-60 и ПНШ-80 и других. (Каталог нефтепромыслового оборудования ОАО «Ижнефтемаш»).
Недостатком этой конструкции головки является сложность обеспечения постоянства величины радиуса опорной поверхности, зависящей от качества гиба швеллера и качества сварочной оснастки. Колебание величины радиуса опорной поверхности канатной подвески приводит к радиальному биению оси подвески устьевого штока и преждевременному выходу из строя уплотнения устьевого штока и нарушению герметичности.
Недостатком известной головки является также недостаточный запас прочности и жесткости, обусловленный тем, что конструкция головки балансира ШСН содержит большое количество деталей и сварных швов. Кроме того, большое количество деталей и сварных швов влечет за собой сложность обеспечения требуемых размеров дуги головки балансира и не позволяет достичь геометрической точности головки.
Известна головка балансира привода ШСН (каталог продукции фирмы LAFKIN, США), состоящая из двух щек, выполненных из сплошных листов, опорной поверхности в виде полосы, изогнутой по дуге окружности, центр которой совпадает с центром качания балансира, металлоконструкции и опоры оси поворота головки. Опорная поверхность канатной подвески соединена с щеками сваркой внахлестку.
Недостатком указанной конструкции головки балансира является необходимость использования специальной сложной крупногабаритной оснастки для сборки свариваемых деталей под сварку. Поэтому в условиях мелкосерийного производства изготовление такой конструкции головки становится нерентабельным.
Технической задачей полезной модели является разработка конструкции головки балансира со щеками из сплошного листа сварку, которой можно осуществить в условиях мелкосерийного производства при существенном сокращении сварочной оснастки.
Для решения поставленной задачи в головке балансира ШСН, состоящей из двух щек из сплошного листа, опорной поверхности канатной подвески, выполненной в виде полосы, изогнутой по дуге окружности, центр которой совпадает с центром качания головки балансира, металлоконструкции и опор оси поворота головки, согласно полезной модели, опорная поверхность канатной подвески выполнена с равномерно расположенными по ее боковым сторонам выступами, а по периферии щек выполнены дугообразные отверстия, в которых размещены выступы и соединены со щеками сварочным швом.
В предлагаемом техническом решении сборка под сварку опорной поверхности и щек осуществляется непосредственно при использовании элементов конструкции головки, т.е. боковых выступов опорной поверхности и дугообразных отверстий путем размещения выступов опорной поверхности в дугообразных отверстиях. Таким образом, элементы конструкции головки балансира выполняют и функцию оснастки. В связи, с чем отпадает необходимость использования специальной оснастки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1, 2, 3 и 4 изображены виды предлагаемой конструкции головки.
Головка состоит из двух щек 1, выполненных из сплошных листов и имеющих по периферии листов дугообразные отверстия 2, в которых размещены выступы 3 опорной поверхности 4 канатной подвески. Ширина дугообразных отверстий 2 больше толщины выступов 3 опорной поверхности 4 на величину S технологического зазора, используемого для обеспечения беззазорной сборки выступов 3 опорной поверхности 4 со щеками 1. Центр дуги опорной поверхности 4 канатной подвески (канатная подвеска не показана) совпадает с центром качания балансира, щеки 1 дополнительно соединены между собой распорками 5. В средней части головки расположена металлоконструкция 6, в которой размещены опоры 7 оси поворота головки (ось поворота головки не показана). Все элементы головки соединены между собой сваркой.
Сборка и сварка производится следующим образом. После сборки и сварки металлоконструкции к ней присоединяется сваркой одна из щек 1. Затем устанавливается опорная поверхность 4, при этом боковые выступы 3 опорной поверхности 4 размещаются в дугообразных отверстиях 2 щеки 1. При этом края щек 1 выступают над опорной поверхностью, образуя реборды, служащие направляющими при движении канатной подвески и позволяющие предотвратить сход канатной подвески с головки балансира. Сварка опорной поверхности 4 со щекой 1 производится от средней части к краям. Технологический зазор S в щеках 1 используется для размещения инструмента, которым прижимают выступы опорной поверхности 4 к стенкам отверстий 2. Сборку и сварку второй щеки 1 производят аналогично. Дугообразные отверстия по периферии щек можно выполнить, например, с использованием установки плазменной резки «Комета» с высокой степенью точности. Погрешность изготовления радиуса дугообразных отверстий составляет менее 0,5 мм. Это позволяет значительно уменьшить колебание оси подвески устьевого штока, что повышает долговечность уплотнения полированного штока и длительность без остановочной работы всего привода.
Реализация предлагаемого технического решения обеспечивает экономический эффект, обусловленный упрощением технологической оснастки для сборки и сварки головки балансира в условиях мелкосерийного производства.
Головка балансира привода штангового скважинного насоса, состоящая из двух щек из сплошных листов, соединенных между собой опорной поверхностью канатной подвески, выполненной в виде полосы, изогнутой по дуге окружности, центр которой совпадает с центром качания головки балансира, металлоконструкции и опор оси поворота головки, отличающаяся тем, что опорная поверхность канатной подвески выполнена с равномерно расположенными по ее боковым сторонам выступами, а по периферии щек выполнены дугообразные отверстия, в которых размещены выступы и соединены со щеками сварочным швом.
При установки головки балансира в рабочее положение каким образом фиксатор входит в свой паз
Техническая характеристика станков качалок приведена в приложениях.
Рама, на которой монтируются стойка, редуктор, поворотные салазки под электродвигатель и ограждение кривошипно-шатунного механизма, выполнена из профильного проката. Для уменьшения высоты фундамента в станках-качалках с комбинированным и кривошипным уравновешиванием в месте установки редуктора прикрепляется подредукторная подставка. На раме предусмотрены отверстия для крепления анкерными болтами к фундаменту при монтаже станка-качалки.
Стойка, имеющая форму усеченной трехгранной пирамиды в станках-качалках 1СК—ЗСК и четырехгранной 4СК—9СК, выполнена из профильного проката. Ноги стоики соединены между собой поперечными связями.
В станках-качалках 1СК—4СК стойка приварена к раме, а в 5СК—9СК крепится к раме болтами. К верхней части стойки приварена плита, на которой устанавливается опора балансира. К плите приварены четыре упора с установочными винтами, которыми обеспечивается продольное перемещение балансира при регулировании точки подвеса штанг по центру скважины после монтажа станка-качалки. Ось опоры балансира крепится к плите двумя скобами. Для смены скоб в плите имеется две прорези.
Опора балансира (рисунок 3) представляет собой в средней части ось квадратного сечения, концы ее покоятся на сферических роликоподшипниках. Подшипники установлены в чугунные корпуса, которые крепятся болтами к верхней плите стойки.
Балансир опирается на среднюю квадратную часть оси и закрепляется двумя скобами.
Опора траверсы обеспечивает шарнирное соединение балансира с траверсой и шатунами. В станках-качалках с комбинированным и кривошипным уравновешиванием ось опоры траверсы находится в клеммовых зажимах двух кронштейнов (рисунок 4). В станках-качалках с балансирным уравновешиванием осью опоры траверсы непосредственно является сама траверса.
1-кронштейн, 2-корпус подшипника, 3-крышка подшипника, 4-гайка установочная, 5-ось, 6-подшипник качения.
Траверса в станках-качалках с комбинированным и кривошипным уравновешиванием выполнена рогообразной формы в виде сварной балки коробчатого сечения. Траверса связывает балансир с двумя параллельными шатунами.
Шатуны, соединительное звено между кривошипом и траверсой, выполняют из стальной трубы ГОСТ 8732-70. В верхнюю часть шатуна вварена головка для соединения с траверсой, а к нижней части приваривают опорный башмак, к которому крепится нижняя головка шатуна.
Кривошипы в станках-качалках по ГОСТ 5866-66 изготавливают со ступенчатым и с бесступенчатым (плавным) изменениями длины хода. Длину хода точки подвеса штанг регулируют изменением радиуса вращения пальца нижней головки шатуна, закрепленного в кривошипе.
В кривошипах с бесступенчатым изменением длины хода выступающий из нижней головки шатуна палец кривошипа, оканчивающийся плитой со скосами типа «Ласточкин хвост», обеспечивает плавное и направленное перемещение в специальных направляющих кривошипа. Для надежной фиксации пальцев на кривошипах предусмотрены клиновые зажимы, соединенные с пальцами специальными болтами. Палец перемещается по кривошипу при изменении длины хода точки подвеса штанг при помощи ходового винта с трапецеидальной резьбой. Один конец пальца закреплён в подшипнике, а другой заканчивается головкой квадратного сечения под торцовый ключ. При перемещении пальца вдоль кривошипа необходимо последний установить в горизонтальное положение, ослабить болт клинового зажима и торцовым ключом придать вращение ходовому винту в нужном направлении.
В последние годы широко внедряется телединамометрирование, при котором реже приходится прибегать к контролю работы глубинного насоса динамографами. При этом применяется канатная подвеска с одной верхней траверсой. Нижняя траверса является съемной и применяется только в процессе динамометрирования гидравлическим динамографом. Тормоз (рисунок 8) станка-качалки двухколодочный.
Конструкцией предусмотрено три типа узла соединения тормоза с редуктором: колодки установлены под углом относительно вертикальной оси и нижним расположением ходового винта; колодки установлены симметрично относительно вертикальной оси; колодки установлены под углом относительно вертикальной оси с верхним расположением ходового винта.
Поворотная рама-салазки (рисунок 9) под электродвигатель обеспечивает быструю смену и натяжение клиновых ремней. Выполнена она в виде рамы, которая в станках-качалках 1СК-7СК шарнирно укреплена на конце станины в трех точках, а в станках 8СК-9СК в четырех точках. К раме прикреплены болтами салазки, на которые устанавливается электродвигатель. Рама с салазками поворачивается вращением ходового винта.
Привод станка-качалки осуществляется от асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с повышенным пусковым моментом, специального исполнения, типа АОП2 по ГОСТ 183-66 со скоростью вращения вала 750, 1000 и 1500 об/мин. Станки-качалки небольшой мощности (до 3 кВт) поставляются с электродвигателем по ГОСТ 13859—68.
Кинематическая схема станка-качалки (рисунок 10) включает двигатель 1, клиноременную передачу 2, зубчатый редуктор 3 и шарнирно четырехзвенный механизм 4 с балансиром 5, преобразующим движение ведомого (выходного) вала редуктора в возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг.
1-электродвигатель;2-клиноременная передача;3-редуктор;4-шарнирный четырехзвенный механизм; 5-балансир
По расположению кривошипного центра О относительно прямой В1В2, проходящей через точки сочленения шатуна с балансиром в крайних верхнем В1 и нижнем В2 положениях, различают три вида кривошипно-коромыслового шарнирно четырехзвенного преобразующего механизма обычных станков-качалок:
2. Дезаксиальный механизм с положительным дезаксиалом с расположением кривошипного центра О и центра качания балансира С по обе стороны от прямой В1В2.
3. Дезаксиальный механизм с отрицательным дезаксиалом с расположением кривошипного центра О и центра качания балансира С по одну сторону от прямой В1В2.
У станков-качалок с аксиальным исполнением одинаковое время хода штанг вверх и вниз. Это достигается благодаря наличию зависимости между звеньями преобразующего шарнирно четырехзвенного механизма при максимальной длине хода точки подвеса штанг.
В дезаксиальных шарнирных четырехзвенных преобразующих механизмах средняя скорость движения точки подвеса штанг в каждом полуцикле (ходах вверх и вниз) в зависимости от направления вращения кривошипа изменяется. Например, для механизма с положительным дезаксиалом при одинаковых направлениях вращения кривошипа и балансира ход штанг вверх происходит быстрее хода вниз; при разных направлениях вращения кривошипа и балансира ход вверх происходит медленнее хода вниз.
Новые СК имеют только роторное уравновешивание, двухступенчатые редукторы с шевронными зубчатыми колесами с зацеплением Новикова (кроме СК2 и СКЗ, для которых допускается эвольвентное зацепление).
Тихоходный нал редуктора имеет два шпоночных паза, расположенных под углом 90°. Это позволяет переставлять кривошип на 90° и перераспределять зону износа зубьев редуктора на менее изношенные участки. Такая мера увеличивает сроки службы редуктора. Новые СК изготавливаются при более жестких технических требованиях к балансировке деталей, точности их изготовления и центровки плоскостей балансира, кривошипов и вертикальности движения канатной подвески. Предусмотрено механизированное плавное перемещение кривошипных противовесов, при котором достигается лучшее уравновешивание СК.
Изменение длины хода балансира достигается перестановкой пальца шатуна на кривошипе, а изменение числа качаний достигается сменой шкива на валу электродвигателя на другой размер.
Особенности кинематики балансирного станка-качалки: механическая трансмиссия и четырехзвенный преобразующий механизм предопределяют однозначную связь между законами движения ведущего и ведомого звеньев. При этом каждое положение точки подвеса штанг характеризуется вполне определенными скоростями и ускорениями, которые зависят только от размеров или же от соотношения размеров отдельных звеньев трансмиссии, преобразующего механизма. К кинематическим особенностям станка-качалки относится влияние направления вращения кривошипа на скорости и ускорения точки подвеса штанг. При повороте кривошипа на один и тот же угол по часовой или против часовой стрелки ускорения различны и в первом случае меньше, чем во втором. Отечественные станки-качалки выпускаются с соблюдением условия Vвн=Vн.
В станках качалках Российского производства используются редукторы типа Ц3НШ-450-28, Ц3НШ-450-40 специальный цилиндрический, трехступенчатый с шевронными зубчатыми передачами с зацеплением Новикова, с симметричным расположением колес относительно опор, предназначен для увеличения крутящего момента и уменьшения частоты вращения.
Так же особенности данных станков качалок по заявлению производителя является установка подшипников с максимально возможной грузоподъемностью. все редукторы что устанавливаются на станки качалки фирмы реверсивные. А так же возможность разворачивания вала редуктора в сборе, для равномерного износа зубьев шестерен.
Стоит отметить что на редукторах производящихся на территории России так же существует подобная практика. В связи с чем выходной вал редуктора имеет на выходных концах два шпоночных паза, расположенных под углом 90°, что позволяет устанавливать кривошипы в новое положение, при износе шпоночных пазов, или переводе работы выходного колеса на менее изношенный сектор зубчатого венца для увеличения срока службы редуктора.
Тип станка качалки
Максимальная нагрузка на головку балансира, кН
