Обоснование параметров и разработка конструкции энергосберегающего привода штангового скважинного насоса (стр. 7 )

Конструкции пригодны для разработки на их основе промышленных образцов размерного ряда соответствующих типов станков – качалок и беспрепятственно могут быть дополнены разработкой при этом отдельных второстепенных, не оказывающих существенного влияния на процесс работы этого оборудования элементов, на данном этапе работы не выполненной.

2.1 Станок – качалка традиционной конструкции (схема а)

Конструкция и основные геометрические параметры станка – качалки представлены на рисунке 2.1.1. Станок – качалка выполнен по схеме дезаксиального 4 – звенного механизма и состоит из приводной части, включающей электродвигатель 1, клиноременную передачу 2, редуктор 3 с установленными на его ведомом валу кривошипами 4 и на быстроходном валу – тормозом 6; шатуна 5; балансира 8; головки балансира 10, закрепленной на его переднем плече двух осей 9; канатной подвески 11 устьевого штока; стойки 13, на верхней площадке которой установлен на подшипниковых опорах балансир; опорной металлоконструкции 15, закрепленной на фундаменте с помощью фундаментных болтов 18, гаек 19 и шайб 20. К верхней части стойки 13 прикреплена площадка 7 обслуживания опор балансира и туннельная лестница 12. Площадка, на которой смонтирован станок – качалка, предохранена от случайного входа животных внешним ограждением 14. [12, 13, 14, 22, 57, 58, 59, 60].

Для передачи движения от приводной части балансиру шатун 5 шарнирно соединен одним концом – с кривошипами 4, другим – с балансиром 8. Уравновешивание привода обеспечивается с помощью противовесов 16, установленных на кривошипах 4.

Замыкание и размыкание тормоза 6 обеспечивается с помощью рычага 17 с тягой и пружинным фиксатором. Для натяжения ремней клиноременной передачи электродвигатель 1, на валу которого установлен ее быстроходный (ведущий) шкив, установлен на площадке, наклон которой регулируется и фиксируется с помощью винта, шарнирно закрепленного на кронштейне на опорной металлоконструкции, и гаек.

При работе станка – качалки вращение вала электродвигателя 1 с помощью клиноременной передачи 2 и зубчатого редуктора 3 передается с уменьшением числа оборотов кривошипа 4, вращение которых с помощью шатуна 5 передается балансиру 8 с преобразованием в возвратно – поворотное движение последнего, и затем, с помощью головки 10 балансира и канатной подвески 11 передается устьевому штоку с преобразованием в движение возвратно – поступательное. При подъеме переднего плеча и головки балансира происходит движение вверх (рабочий ход) устьевого штока, колонны штанг и плунжера насоса; при опускании – движение вниз (холостой ход) этих элементов под действием силы тяжести.

1 – Электродвигатель; 2 – клиноременная передача; 3 – редуктор; 4 – кривошип; 5 – шатун; 6 – тормоз; 7 – площадка обслуживания опоры балансира; 8 – балансир; 9 – ось: 10 – головка балансира; 11 – канатная подвеска; 12 – туннельная лестница; 13 – стойка; 14 – ограждения; 15 – опорная металлоконструкция; 16 – противовес; 17 – рычаг тормоза; 18 – болт фундаментный; 19 – гайка; 20 – шайба

Рисунок 2.1.1 - Станок-качалка традиционной конструкции

Редуктор 3 станка – качалки установлен на опорной тумбе, что обеспечивает необходимую высоту расположения центра вращения кривошипов 4. Высота опорной стойки 13 обеспечивает размещение между головкой 10 балансира и устьем скважины канатной подвески и части длины устьевого штока, располагающейся при его верхнем положении над устьем скважины. Шарниры соединения шатуна с кривошипами и балансиром, а также опоры балансира оснащены подшипниками качения, установленными в герметичных корпусах, и снабжены консистентной смазкой.

Опорная металлоконструкция 15 служит основанием для установки всех частей привода и воспринимает все нагрузки, образующиеся при его работе. Состоит из двух швеллерных балок, соединенных между собой поперечными связями, и снабжена пластинами из листовой стали для выравнивания в одной плоскости установочных поверхностей.

Балансир 8 изготовлен в виде сварной балки коробчатого сечения из листовой стали. На балансире закреплены с помощью сварки – плоские опорные пластины для головки 10,с помощью болтов - корпус подшипника шарнирного соединения с шатуном ось качания.

Стойка балансира 13 изготавливается из профильного проката и состоит из двух опорных стоек в виде равнобедренных трапеций, соединяемых при монтаже в верхней части болтами. Стойка крепится к основанию 15 с помощью 16 болтов.

Шатун 5 состоит из двух трубчатых толкателей и поперечной траверсы, в которой закреплены верхние концы толкателей. Траверса представляет собой сварную балку коробчатого сечения, к которой с помощью болтов прикреплены два кронштейна оси шарнирного соединения шатуна с балансиром. К нижним концам толкателей с помощью сварки прикреплены корпусные детали шарнирного соединения шатуна с кривошипами. Кроме этих корпусных деталей, шарниры соединения шатуна с кривошипами включают также подшипники, замыкающие корпусные детали, крышки подшипников и консольные оси, закрепляемые в разрезных втулках на кривошипах.

Кривошипы 4 являются ведущим звеном кривошипно – шатунного механизма станка – качалки. В каждом кривошипе имеются 5 радиально расположенных отверстий для крепления консольной оси шарнира шатуна, служащих для изменения радиуса кривошипа с целью регулирования угла поворота балансира и длины хода канатной подвески устьевого штока.

Для установки и регулирования положения противовесов на кривошипе имеются Т – образные пазы, в которых устанавливаются с возможностью перемещения болты крепления противовесов. Перемещение противовеса вдоль кривошипа осуществляется с помощью стандартного зубчато – реечного механизма, состоящего из зубчатой рейки и зубчатой шестерни с рукояткой, установленной в гнезде кривошипа. Конец кривошипа, в котором расположено отверстие для установки на ведомом валу редуктора, имеет прорезь, края которой стягиваются с помощью болтов для обеспечения посадки на валу с большим натягом.

Тормоз 6 - двухколодочный ручной, обычно применяемый в станках – качалках такого типа. Тормоз состоит из тормозного шкива, установленного на быстроходном валу редуктора, двух тормозных колодок, шарнирно закрепленных на крышке корпуса редуктора, и рычажной системы, служащей дл замыкания и размыкания колодок. Торможение шкива осуществляется с помощью поворотного рычага, тяги и двуплечего рычага, шарнирно соединенного с подвижными концами тормозных колодок. Поворотный рычаг фиксируется в зубчатом секторе, установленном на опорной металлоконструкции, с помощью пружинного фиксатора, выводимого из зацепления с зубчатым сектором с помощью толкателя, расположенного внутри поворотного рычага и нажимаемого вручную. Зазор между колодками и тормозным шкивом регулируется с помощью муфты, соединяющей детали тяги между собой.

Ограждения и лестницы обеспечивают безопасность и удобство технического обслуживания установки [11, 12, 13, 19, 20, 21, 53, 54, 60].

2.2 Привод штангового скважинного насоса с гибкой связью шатуна с балансиром (схема б)

Конструкция привода представлена на рисунках 2.2.1 - 2.2.2. Привод включает балансир 1 с передней тяговой и задней приводной головками, установленный подшипниковыми опорами на стойке 3; приводную часть 4, состоящую из электродвигателя, клиноременной передачи, тормоза редуктора с двумя кривошипами, закрепленными на его ведомом вале; шатун 5; гибкую канатную связь 7 шатуна с приводной головкой балансира; канатную подвеску 2 устьевого штока, состоящую из каната, закрепленного средней частью на передней тяговой головке балансира, и подвески, закрепленной на концах каната; опорную металлоконструкцию 6, на которой на фундаменте установлен весь привод [19, 22, 55].

Так как привод уравновешен противовесами, установленными на кривошипах, значительные перегрузки электродвигателя в процессе его работы исключены. Поэтому применен трехфазный электродвигатель общего назначения с короткозамкнутым ротором. Возможность его замены, при необходимости, электродвигателем во взрывозащищенном выполнении либо, по мере уменьшения дебита скважины, электродвигателем меньшей мощности обеспечена установкой его на сменной подставке с соответствующими присоединительными размерами, оснащенной винтовым устройством перемещения двигателя для натяжения ремней клиноременной передачи.

Ременная передача включает ведущий быстроходный и ведомый шкивы, установленные, соответственно, на вале электродвигателя и ведущем вале редуктора, и комплект клиновых ремней, обеспечивающих с необходимым запасом несущей способности передачу действующих нагрузок. Установленный в приводе нестандартный цилиндрический трехступенчатый редуктор обеспечивает передачу всего спектра действующих нагрузок без перегрузки и имеет минимальные габариты и массу, обусловленные применением цилиндрических зубчатых передач с зацеплением Новикова с двойной линией зацепления.

Рисунок 2.2.1 - Станок-качалка с гибкой связью шатуна с балансиром

1 – балансир с головками для канатов подвески устьевого штока и гибкой связи с шатуном; 2 – канатная подвеска устьевого штока; 3 – опорная стойка балансира; 4 – привод; 5 – шатун; 6 – опорная металлоконструкция; 7 – канат гибкой связи шатуна с балансиром

Рисунок 2.2.2 - Станок-качалка с гибкой связью шатуна с балансиром. Вид А

Конструкция кривошипов, установленных на наружных концах тихоходного вала редуктора, обеспечивает крепление на них противовесов для уравновешивания привода и консольной оси нижнего шарнира шатуна.

Шатун представляет собой П-образную конструкцию с боковыми трубчатыми стойками и жесткой балкой –перекладиной в их верхней части. К нижним концам стоек шатуна прикреплены с помощью сварки корпусные детали подшипников шарнирного крепления шатуна к кривошипам, верхние концы стоек закреплены с помощью гаек в перекладине.

Балансир изготовлен в виде сварной прямолинейной балки коробчатого сечения. В средней части балансира закреплена его ось, концы которой расположены в подшипниковых опорах. На конце переднего плеча балансира закреплена с помощью пальцев тяговая головка в виде плоской фермы с установленной на ней канатной подвеской устьевого штока. Канаты подвески располагаются в опорно-направляющем желобе тяговой головки, имеющем форму дуги окружности с центром, расположенным на геометрической оси качания балансира и изготовленном из швеллера. Прочность головки под нагрузкой усилена с помощью стальных листов, закрепленных с помощью сварки на боковых поверхностях.