Обоснование параметров и разработка конструкции энергосберегающего привода штангового скважинного насоса (стр. 10 )

Надежность попадания масла в подшипниковые опоры и непрерывность его протекания через подшипники обеспечивается тем, что все подшипники валов установлены в стаканах, имеющих прямолинейную канавку вдоль образующей на верхней стороне наружной поверхности, сообщающуюся с помощью отверстия с внутренней полостью стакана, расположенной с наружной стороны от подшипника. Попадая из смазочного лотка в канавку и, далее, в эту полость, смазка через подшипник протекает в полость стакана, расположенную со внутренней от подшипника стороны и, далее, в масляную ванну. При этом уровень масла в полости стакана подшипника определяется диаметром отверстия для вала в торцевой перегородке стакана.

Заданное верхнее расположение масляной канавки на наружной поверхности стакана обеспечивается ориентированием стакана в нужном для этого положении с помощью сквозных пазов в наружном торце стакана и располагающихся в этих пазах штифтов, установленных по посадке с натягом в отверстиях крышки подшипника.

Крышка устанавливается в заданном положении на корпусе редуктора в соответствии с расположением в ее фланце отверстий под болты крепления.

Предотвращение поломок и других повреждений зубьев шевронных колес в результате неточностей расположения зубьев относительно шпоночных пазов съемных колес и неточности обеспечения симметрии расположения зубьев на зубчатых венцах валов-шестерен достигается компенсацией этих неточностей самоустановкой валов в осевом направлении, ориентированной по контакту зубьев. С этой целью в осевом направлении зафиксирован только тихоходный вал 4, на зубья зубчатых колес которого действуют максимальные нагрузки. Остальные валы установлены на плавающих, самоустанавливающихся в осевом направлении подшипниковых опорах.

Надежность уплотнения выходящих наружу концов быстроходного и тихоходного валов обеспечена с помощью сальников в виде войлочного кольца с регулируемым с помощью нажимного кольца прижатием к уплотняемой поверхности вала. Утечки масла из корпуса редуктора предотвращаются также нанесением на разъем корпуса и крышки перед сборкой пасты «Герметик», а также установкой уплотняющих прокладок под фланцы крышек подшипников, смотровых крышек редуктора, и под торец кольцевого выступа маслоспускной пробки.

Повышение давления внутри редуктора при повышении температуры и температурном расширении масла предотвращается с помощью двух пробок - отдушин, установленных на верхних смотровых крышках, и обеспечивающих непрерывное сообщение внутренней полости редуктора с наружной воздушной средой.

Корпус 8 и крышка 5 редуктора упрочнены ребрами жесткости, массивными приливами для размещения подшипников, и бобышками и фланцами для установки болтов крепления их между собой.

Точность установки крышки на корпусе, отсутствие их относительного смещения по горизонтали при монтаже и демонтаже обеспечиваются с помощью двух конических штифтов, установленных во фланце крышки.

Для строповки при межоперационном транспортировании, погрузочно-разгрузочных, транспортных и монтажных работах корпус и крышка редуктора снабжены приливами.

Конструкция редуктора обеспечивает возможность полной предварительной сборки валов с зубчатыми колесами, подшипниковыми узлами и другими деталями, и установки их в сборе в гнезда разъема корпуса. Предупреждение при этом повреждений зубьев шевронных зубчатых колес в результате несовпадения зубьев монтируемого вала с впадинами между зубьями колес вала, ранее установленного в разъем корпуса, обеспечивается при монтаже заблаговременным введением зубчатых колес устанавливаемого вала в зацепление с сопрягающимися зубчатыми колесами ранее установленного вала в процессе опускания вала и установки его подшипниковых узлов в гнезда корпуса.

Конструкция разработанного трехступенчатого редуктора обеспечивает создание большего передаточного числа, чем у наиболее распространенных двухступенчатых редукторов станков – качалок и, соответственно, меньшей частоты ходов балансира. Это, а также повышенная надежность, обеспеченная конструктивными методами, позволяет обеспечить применение редукторов этой конструкции в приводах станков – качалок с увеличенной длиной хода в самом обширном диапазоне тяговых усилий, и, соответственно, вращающих моментов на валу кривошипов.

Выводы по второй главе

По результатам анализа конструкции исследуемых приводов штанговых скважинных насосов выявлен объект исследования:

- станок – качалка традиционной конструкции;

- привод штангового скважинного насоса с гибкой связью шатуна с балансиром;

- конструкция станка – качалки с гибкой связью шатуна с балансиром и поворотной головкой.

Исследованием последних двух типов станков – качалок установлены возможности улучшения характеристик этого оборудования включением в его схему новых структурных элементов.

ГЛАВА 3.МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СТАНКОВ-КАЧАЛОК

3.1 Особенности схемы и работы станков – качалок. Обоснование метода исследования

Принципиальные схемы исследуемых станков – качалок приведены на рисунке 3.1.1 [21, 22, 50, 77, 78, 105].

В станке – качалке традиционной конструкции дезаксиального типа (рис.3.1.1) (схема а) шатун 7 соединен с балансиром 8 непосредственно, с помощью шарнира. Станок – качалка выполненный по схеме б (рис.3.1.1), отличается тем, что соединение шатуна 7 с балансиром 8 осуществлено с помощью гибкой канатной связи 16, и специальной головки 17 на заднем плече балансира, профильную поверхность которой огибает канатная связь 16. На схеме в (рис.3.1.1) представлен также станок – качалка с гибкой связью шатуна с балансиром, дополнительно отличающийся, однако, тем, что, головка 19 на переднем плече балансира выполнена поворотной и соединена одним шарниром – с балансиром, а другим - с тягой 18, противоположный конец которой шарнирно соединен с неподвижной стойкой 13.

Принцип работы представленных на рисунке 3.1.1 станков – качалок одинаковый – вращательное движение вала электродвигателя 4 передается с уменьшением числа оборотов с помощью клиноременной передачи 5 и редуктора 6 кривошипам 1 и, далее, с помощью шатуна 7 - балансиру 8 с преобразованием вращательного движения в возвратно – поворотное. Это движение балансира с помощью головки 10 или 19 на его переднем плече и канатной подвески 11 передается устьевому штоку 12 с преобразованием в возвратно – поступательное движение последнего путем подъема (рабочего хода) за счет энергии привода и сдерживаемого приводом опускания (холостого хода) под действием силы тяжести присоединенной к нижнему концу штока колонны штанг и плунжера штангового насоса. Нагрузки, действующие на балансир, воспринимаются его подшипниковой опорой 9, стойкой 13 и основанием 14.

а – с жесткой шарнирной связью шатуна с балансиром; б – с гибкой связью шатуна с балансиром; в – с гибкой связью шатуна с балансиром и поворотной головкой балансира. 1 – кривошип; 2 – противовес; 3 – нятяжное устройство; 4 – электродвигатель; 5 – клиноременная передача; 6 – редуктор; 7 – шатуна; 8 – балансир; 9 – подшипниковая опора балансира; 10 – головка балансира; 11 – канатная подвеска; 12 – устьевой шток; 13 – стойка; 14 – основание; 15 – устьевое оборудование скважины; 16 – гибкая связь шатуна с балансиром; 17 – головка на заднем плече балансира; 18 – шарнирная тяга; 19 – поворотная головка балансира; 20 – исполнение балансира для комбинированного уравновешивания; 21 – груз

Рисунок 3.1.1 - Конструктивные схемы станков – качалок

На схемах представлена два исполнения балансиров – 8 и 20, соответственно, для кривошипного и комбинированного уравновешивания. При кривошипном уравновешивании создание нагрузки на электродвигатель при холостом ходе и снижение ее при рабочем ходе обеспечиваются с помощью установленного на кривошипе 1 противовеса 2, накапливающего энергию при подъеме во время холостого хода и сообщающего накопленную энергию кривошипу - при опускании во время рабочего хода. При комбинированном уравновешивании эту функцию выполняют одновременно груз 21, установленный на удлиненном заднем плече балансира 20, и противовес 2, установленный на кривошипе 1. Они так же накапливают потенциальную энергию при подъеме во врем холостого хода и сообщают накопленную энергию балансиру и кривошипу во время рабочего хода.

Вылет канатной подвески 11 относительно подшипниковой опоры 9 балансира в станках – качалках всех схем в процессе работы остается постоянным.

Однако, каждая из схем имеет особенности работы, отличающие ее от других схем. Так, совместное с балансиром движение головки 10 на его переднем плече, характерное для станков – качалок, выполненных по схемам а и б, в станке качалке по схеме в дополняется поворотом головки 19 в направлении поворота балансира. Плечо приложения нагрузки от кривошипа через шатун к балансиру в станке – качалке по схеме а определяется лишь углом относительного положения шатуна и балансира, изменяющимся в течение периода цикла работы станка - качалки, тогда как в схемах б и в величина этого плеча зависит от положения гибкой связи, определяемого положением балансира, и переменной величиной длины дуги огибания гибкой связью профильной головки 17 на заднем плече балансира.

В станках – качалках схем а и б вращение кривошипов обеспечивает перемещение устьевого штока приведением в движение только балансира, тогда как в станке – качалке по схеме в необходимо приведение в движение балансира и поворотной головки.

В станках – качалках схем а и б нагрузка на балансире создается только усилием, приложенным к канатной подвеске. В станке – качалке по схеме в балансир нагружен усилием в шарнире поворотной головки на его переднем плече, суммируемым из нагрузки канатной подвески и усилия тяги 18, поворачивающего головку 19 при подъеме устьевого штока и удерживающего ее от свободного поворота – при опускании.

Поэтому применение известных методов расчета станков – качалок, с достаточной полнотой разработанных, в числе рассматриваемых, только для станка – качалки со схемой а в фундаментальных работах , , и , , и многих других исследователей