Безбалансирные приводы ШСН

АО «Мотовилихинские заводы» выпускает привод штангового насоса гидрофицированный ЛП — 114.00.000, разработанный совместно со специалистами ПО «Сургутнефтегаз».

Моноблочная конструкция небольшой массы делает возможным его быструю доставку (даже вертолетом) и установку без фундамента (непосредственно на верхнем фланце трубной головки) в самых труднодоступных регионах, позволяет осуществить быстрый демонтаж и проведение ремонта скважинного оборудования.

Фактически бесступенчатое регулирование длины хода и числа двойных ходов в широком интервале позволяет выбрать наиболее удобный режим работы и существенно увеличивает срок службы подземного оборудования.

Приводная часть безбалансирного станка-качалки (включая редуктор) аналогична балансирному. Конструкция кривошипа V-образной формы, с углом 30°. Над устьем скважины, на на­клонной стойке расположен ролик, через который переброше­на гибкая подвеска, соединенная с шатунами. Нижняя головка шатуна соединена с кривошипом. Безбалансирные станки-качалки рассчитаны на нагрузку 30 и 60 кН, длину хода от 0,45 до 5 м и крутящий момент до 80 кН-м. Они имеют мень­шие габариты и металлоемкости по сравнению с балансирным. Недостатком является малая надежность гибкой связи.

Пути совершенствования станков-качалок

Направления возможного совершенствования станков-качалок определены анализом работы всей установки и их особенностями. Можно выделить два основных направления:

1) совершенствование кинематической схемы станков-качалок, разработка амортизаторов;

2) улучшение системы уравновешивания и самой конструкции станка-качалки, компоновка ее узлов.

Анализ соотношений длин звеньев четырехзвенника позволяет найти пути снижения габаритов станков-качалок при допустимых значениях кинематических коэффициентов. С этой целью были сопоставлены габариты станков-качалок, длина хода которых увеличена до определенной величины за счет простого удлинения звеньев и за счет изменения отношений длин звеньев r/l и r/k. Последнее дало значительный эффект. Продолжается анализ и сопоставление кинематических схем при опоре балансира в середине и в конце. Несмотря на более тесное расположение оборудования, схема с опорой на конце балансира привлекает возможностью резко сократить габариты по длине, а также габариты фундаментов. Эта схема особенно удобна при пневматическом уравновешивании.

Разрабатывают и испытывают различные схемы амортизаторов, значительно снижающих продольные собственные колебания штанг, а следовательно, нагрузки на штанги и станок-качалку. Это повышает их надежность. Амортизаторы встраивают в подвеску штанговой колонны или в шатуны. В начале хода головки балансира вверх (или вниз) амортизатор, деформируясь сам, увеличивает период разгона штанг, уменьшая ускорение их движения. Амортизаторы выполняли пружинными, но их большая жесткость (при требуемых нагрузках и малых габаритах) не позволила достаточно полно решить поставленную задачу. Поэтому в последнее время исследователи перешли к изучению пневматических, гидравлических амортизаторов и амортизаторов с резиновыми элементами.

Была проверена работа станков-качалок в одном случае с амортизаторами у подвески штанг, в другом – у шатунов (рисунок 6.3). При работе амортизатора не наблюдали случаев обрыва штанг, в то время как без него такие случаи были часты. Однако ввиду недостаточной надежности и долговечности амортизаторы пока не нашли широкого применения.

Методы уравновешивания станков-качалок развивались от балансирного до кривошипного и далее к пневматическому. Разработка последних двух была вызвана увеличением нагрузок на станки-качалки и частоты качаний. Применение пневматического способа уравновешивания ограничено недостатками, одним из которых являются утечки газа или воздуха через уплотнения. Для предотвращения утечек в полость над поршнем заливают масло. Конструкция цилиндра предусматривает наличие внешней полости (ресивера), которая частично заполняется жидкостью. Это позволяет регулировать объем, заполненный воздухом. Уравновешивание с такими устройствами называется гидропневматическим. При этом уравновешивании необходимы насос и компрессор, поддерживающие определенный объем масла над поршнем и в ресивере и определенное давление воздуха. Насос и компрессор обычно приводятся в действие двигающимися звеньями станка-качалки.

При рассмотренных способах усовершенствования бывают небольшие периоды времени, когда тангенциальное усилие имеет отрицательную величину, а общее колебание усилия значительно. Это зависит отчасти от того, что частота вращения уравновешивающего груза совпадает с частотой изменения нагрузки. Введение в систему обычного уравновешивания дополнительного груза, вращающегося с двойной частотой, вызывает изменение тангенциальных усилий (рисунок 6.4). Для лучшего уравновешивания рычаг с дополнительным грузом должен быть смещен на 90° от вертикали в момент начала хода штанг вверх. В отличие от обычного уравновешивания при уравновешивании с дополнительным грузом, имеющим двойную частоту вращения, результирующая кривая тангенциальных усилий (отмечена точками) не только не имеет отрицательных участков, но и значительно выровнена.