Обоснование параметров и разработка конструкции энергосберегающего привода штангового скважинного насоса (стр. 8 )

На заднем плече балансира с помощью двух осей жестко закреплена приводная головка в виде консольной дуги, изготовленная из стального листа и соединенная с помощью канатной связи со средней частью поперечной балки шатуна. При подъеме заднего плеча балансира ветви каната этой связи укладываются в профильный желоб на задней стороне этой головки, огибая его днище. Центр дуги этого желоба смещен относительно центра качания балансира на значительное расстояние, что при поворотах обеспечивает изменение плеча приложения нагрузки от шатуна к балансиру.

С целью остановки движущихся частей станка –качалки на время технического обслуживания и ремонта, на быстроходном вале редуктора установлен стандартный двухколодочный тормоз с двухштоковым электрогидравлическим толкателем. При включении электродвигателя станка-качалки одновременно запитывается электроэнергией микроэлектродвигатель тормоза, и тормоз размыкается, при отключении электродвигателя-колодки тормоза усилием пружины сводятся, зажимая между собой тормозной шкив, и происходит остановка привода.

Канатная связь шатуна и приводной головки балансира осуществляется с помощью одного каната, схема запасовки которого обеспечивает равномерное распределение нагрузки на 4 ветви каната. Канат располагается в опорных желобах трех коушей круговой и двух коушей клиновидной формы. Оба конца каната закреплены на перекладине шатуна с помощью коушей и резьбовых зажимов.

Привод с гибкой связью шатуна с балансиром более компактен на высоте и длине, чем станок – качалка традиционной конструкции.

2.3 Конструкция станка – качалки с гибкой связью шатуна с балансиром и поворотной головкой (схема в)

Конструкция станка – качалки, представленная на рисунках 2.3.1 - 2.3.2, включает приводную часть, состоящую из электродвигателя 1, клиноременной передачи 2 с ведущим шкивом, установленном на валу двигателя и шкивом ведомым, зубчатого редуктора 5 с закрепленными на двух концах его ведомого вала кривошипами 7 и на двух концах быстроходного вала – ведомым шкивом ременной передачи и тормозным шкивом тормоза 3, а также шатун 8, балансир 9 с профильной головкой 11, жестко закрепленной на его заднем плече, и поворотной головки 13, шарнирно установленной на переднем плече; двойную тягу 12 поворота головки; канатную подвеску 17 устьевого штока; гибкую связь 18 шатуна с балансиром на рисунках 2.3.1 и 2.3.2 – в виде гибкой ленты; опорную металлоконструкцию 16. Площадка установки станка – качалки предохраняется от случайного вторжения на нее животных с помощью внешнего ограждения 15. Лестница на левом торце площадки 19, ограждение 6 ременной передачи, туннельная лестница 14, площадка 10 обслуживания поворотной головки и опоры балансира, а также площадка 19 обслуживания приводной части служат для безопасности и удобства технического обслуживания узлов станка – качалки.

1 – Электродвигатель; 2 – клиноременная передача; 3 – тормоз; 4 – стойка балансира; 5 – редуктор; 6 – ограждение клиноременной передачи; 7 – кривошип; 8 – шатун; 9 – балансир; 10 – площадка обслуживания поворотной головки и опоры балансира; 11 – профильная головка на заднем плече балансира; 12 – тяга поворота головки; 13 – поворотная головка; 14 – туннельная лестница; 15 – ограждении площади привода; 16 – опорная металлоконструкция; 17 – канатная подвеска устьевого штока; 18 – гибкая связь шатуна с балансиром (гибкая лента); 19 – площадка обслуживания приводной части; 20 – болт фундаментный; 21 – гайка; 22 – шайба.

Рисунок 2.3.1 - Станок-качалка с гибкой связью шатуна с балансиром и поворотной головкой

Рисунок 2.3.2 - Станок-качалка с гибкой связью шатуна с балансиром и поворотной головкой

В связи с уравновешенностью привода, исключающей значительные перегрузки в процессе его работы, применен 3 – фазный асинхронный электродвигатель общего назначения. Опорная металлоконструкция под электродвигатель допускает его замену, в случае необходимости, электродвигателем во взрывозащищенном исполнении с теми же характеристиками либо электродвигателем другой мощности.

Ременная передача включает быстроходный и тихоходный шкивы и клиновые ремни, обеспечивающие с необходимым запасом несущей способности передачу действующих вращающих моментов. 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 Новикова.

Конструкция кривошипов, установленных на наружных концах тихоходного вала, 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 в перекладине. Корпуса подшипников шарниров шатуна выполнены для удобства монтажа и демонтажа разъемными.

Головка на переднем плече балансира с целью уменьшения габаритов привода выполнена поворотной. На головке с помощью зажимного приспособления закреплены канаты подвески устьевого штока. Профиль опорно-направляющего желоба для канатной подвески на поворотной головке имеет форму, обеспечивающую сбег и набегание канатов подвески в одной и той же точке вертикальной плоскости симметрии станка-качалки. Эта точка расположена на вертикальном продолжении оси симметрии устья скважины на высоте геометрической оси опоры качания балансира. С целью освобождения пространства над скважиной для работы подъемного агрегата ремонта скважин, поворотная головка выполнена составной из двух сварных элементов - корпуса и консоли, соединенных между собой с одной стороны - двумя шарнирами - с другой - фланцами из уголка, скрепленными болтами. При необходимости ремонта скважины головка поднимается в крайнее верхнее положение; болты, крепящие фланцы, удаляются, консоль поворачивается на шарнирах к корпусу головки и силой тяжести удерживается в этом положении [11, 12, 13, 14, 15, 17, 19, 53, 54, 55, 60].

Каркасы корпуса и консоли головки поворотной составлены из швеллеров, и для обеспечения жесткости против деформирования в продольной плоскости укреплены боковыми листами с вырезами, обеспечивающими облегчение конструкции и доступ внутрь каркаса для выполнения сварных швов.

Поворотная головка установлена на двух шарнирах, один из которых закреплен на конце переднего плеча балансира, а второй – соединен с верхним концом тяги поворотной.

Второй - нижний конец тяги поворотной, шарнирно закреплен на неподвижной стойке опоры балансира.

На заднем плече балансира с помощью двух осей жестко закреплена профильная неповоротная головка, изготовленная из стального листа и соединенная с помощью гибкой ленты со средней частью поперечной балки шатуна. Гибкая лента закреплена одним концом на неповоротной головке, другим — на поперечной балке шатуна в специальных зажимных приспособлениях, и при повороте заднего плеча балансира с головкой вверх укладывается в профильный желоб на задней стороне головки, огибая его днище. Возможен вариант замены стальной ленты канатом, закрепленным в 2 или 4 параллельные ветви.

Балансир, предоставляющий собой прямолинейную сварную балку, изготовленную из стального листа, установлен на оси, расположенной в двух подшипниковых опорах. На конце переднего плеча балансира закреплена ось качания поворотной головки, на заднем плече - неповоротная головка.

Привод работает следующим образом. Равномерное вращение вала электродвигателя передается с уменьшением числа оборотов с помощью клиноременной передачи и зубчатых передач редуктора его тихоходному валу и установленным на нем кривошипам, вращательное движение которых передается с помощью шатуна и гибкой ленты балансиру с преобразованием в возвратно-поворотное движение последнего.

Возвратно-поступательное движение по дуге окружности, совершаемое при этом шарниром головки поворотной, преобразуется в возвратно-поворотное движение головки, второй шарнир которой связан с неподвижным основанием опоры балансира с помощью поворотной тяги. При этом угол поворота головки намного превышает угол поворота балансира и обеспечивает увеличенную длину хода канатной подвески.

Относительным расположением шарнира поворотной головки и тяги обеспечивается направление поворота головки, совпадающее с направлением поворота балансира. При подъеме его переднего плеча совершается движение головки поворотной и канатной тяги в направлении подъема колонны штанг и плунжера насоса, при опускании переднего плеча - в сторону опускания. Подъем совершается за счет момента на балансире, создаваемого приводом, опускание производится под действием нагрузки на канатную подвеску, создаваемой силой тяжести штанг и плунжера насоса.

Так как расстояние между шарнирами поворотной головки значительно меньше плеча приложения внешней нагрузки относительно шарнира головки, нагрузка на тягу, реакции в шарнире головки и в подшипниковой опоре балансира и соответственно, в шатуне намного превышают по величине внешнюю нагрузку. Во всех этих подшипниковых узлах должны быть установлены подшипники с высокой нагрузочной способностью и, соответственно, достаточно большего диаметра. Поэтому, а также в связи с необходимостью компенсации вероятных неточностей изготовления, монтажа, относительного расположения и деформации элементов привода под нагрузкой, во всех подшипниковых узлах устанавливаются сферические роликовые подшипники. С целью выравнивания нагрузки на двигатель при рабочем и холостом ходах балансира, на кривошипах установлены противовесы, нагружающие двигатель при холостом ходе и снижающие нагрузку двигателя при рабочем ходе.

С целью остановки движущихся частей станка-качалки на время технического обслуживания и ремонта, на быстроходном валу редуктора установлен ручной колодочный тормоз, рукоятка рычага управления которым снабжена пружинным фиксатором. При необходимости, может быть установлен автоматический колодочный тормоз с гидротолкателем. Кроме тормоза, безопасность работы обслуживающего и ремонтного персонала обеспечена установкой ограждения ременной передачи, площадок с ограждениями на уровне расположения обслуживаемых узлов, ограждения вокруг станка - качалки.